電力電容器保護器的製作方法

2023-09-17 22:01:30 2

專利名稱：電力電容器保護器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電容器保護設備，特別是一種電子型電力電容器保護器。
背景技術：
電力電容器長期處於運載狀態，經常會受到電網中各種非正常因素引起的 過壓、過電流衝擊，當系統中電壓、電流超越電容器的額定限值時，將導致電 容器內部介質耗損增加，產生過熱加速絕緣老化、降低使用壽命、嚴重時可能 使介質擊穿，使某一支路故障行為引發整個網絡跳閘，造成故障重複擴大。所 以對功率因數補償中各支路電力電容器必須採取一定的保護措施。但長期以來， 電力電容器的保護基本上還是採用熱繼電器的保護方式，熱繼電器本身是用於 電動機的熱過載保護，其固有功能特徵根本無法實現對電力電容器的特殊故障 保護，隨著電子技術的進步，唯有利用電子電路工作原理設計電子型電力電容 器保護器，才能最接近電力電容器實際保護需求。

發明內容
本發明的目的是針對上述缺陷，提供一種電力電容器保護器。
本發明的技術方案是電力電容器保護器，包括殼體(1)、殼體(2)、電流 互感器和電子組件板，其特徵是所說的電子組件板上安裝有電流信號檢測電路 元件、電源指示電路元件、過載控制電路元件、嚴重過載及手動復位控制電路 元件、斷相保護控制電路元件、驅動輸出電路元件與電源電路元件；所說的電 流信號檢測電路是電流互感器取出電力電容器上的各相電流信號經檢測後通過 運放器U1A放大分四路輸出第一路連接到電源指示電路，第二路連接到過載 控制電路，第三路連到嚴重過載及手動復位控制電路，第四路連接到斷相保護 控制電路；上述四路電路又分別連接到驅動輸出電路；所說的電源電路分三個 電壓等級和接地端與上述四路電路的電源進線端和接地端連接。
所說的電流信號檢測電路由電流互感器(Ll、 L2、 L3)、橋式整流器(DB1、 DB2)、濾波電容C1與信號電阻(RA、 RB、 RC)、運放器U1A電位器Wl組 成，電容C18與電阻R33並聯一端接入380V、 220V端埠，另一端連接電阻 R35接入橋式整流器DB3的4腳；電容C19與電阻R32並聯一端接入380V220V 埠 ，另一端連接電阻R34接入橋式整流器DB3的3腳；橋式整流器DB3第1 腳和第2腳接入由穩壓晶片U4、穩壓管(D13、 D14 )、電阻(R29、 R30、 R31 )、 電解電容(C20、 C2K C22)組成的穩壓電路，該穩壓電路輸出三個電壓等級 (VEE、 VDD、 VSS)分別接入電流信號檢測電路、電源指示電路、過載控制 電路、嚴重過載及手動復位控制電路、斷相保護控制電路、驅動輸出電路中。
所說的電源指示電路由運放器U1D、電容(CII、 C12)、 二級管(D5、 DIO)、 電阻(R12、 R13、 R14、 R15、 R16)串並聯電連接組成，運放器U1D第13腳 接電解電Cll， U1D第12腳接電容C12和電阻R14、 R15,電阻R15另一端接 U1D第14腳，U 1 D第l 4腳又與二極體D 5連接，還與電阻R 1 6連接，
指示燈D L 4—端與電阻R1 6連接又與二極體D 1 0連接，二極體D 5又與 電阻(R 1 2、 R 1 3)連接，R 1 3又與電解電C 1 l連接，二極體D 1 0 還與第一路、第二路中的二極體D 3 、 D 4連接。
所說的過載控制電路由運放器U 1 B 、電阻(R 2 、 R 3 、 R 4 、 R 5 )、 電容C 6 、 U 1 C、三極體Q 2 、繼電器K 1 1 、指示燈D L 1組成；運放器 U 1 B第6腳連接電阻R2至電源VDD，第5腳連接電阻R1與電容C 3至 接地，第6腳還與電C 4連接至接地，，電阻R3與C4並聯且連接電容C5， 第7腳連接二極體D2， 二極體D2另端與電阻R5和電容C 5連接至電阻 R4接電源VSS，運放器U1B第二腳和第1 1腳分別與電源VDD、 VS S連接；電阻R5—端與二極體D2連接，另一端與電C 6連接至電源VSS， 電阻R5、電容C 6的共同端與運放器U1 C的第9腳連接，運放器U1C第 10腳與電C7連接至接地端，電阻R6與電C7並聯且共同端與電阻7連接 至運放器U1C第8腳，再與指示燈DL1連接，二極體D3—端與指示燈D L l連接，二極體D 3另一端連接至二極體(D 4、 D 9、 D 1 0 )及電阻R2 5.
所說的嚴重過載及手動復位電路，由運放器U 2 C 、電阻(R 8 、 R 9 、 R 1 0 、 R 1 1 )、電容(C 8 、 C 9 、 C 1 0 )、按鈕Sl、 二極體D4、指示 燈DL2串並聯連接組成，運放器U2C第9腳連接電阻R8、電容C8至接地端， 第10腳與按鈕S1、電解電容C9、電阻R9連接至電源VDD又通過是C10和 電阻R10接地，第8腳與電阻R11接至電阻R10至接地，另一路與指示燈DL2 和二極體D4連接至電阻R25。
所說的斷相保護控制電路，是運放器U1A輸出第四路到運放器U2A負輸 入端，由運放器U2A、電阻(R18、 R19、 R20、 R21、 R22、 R23、 R24)、電容 (C14、 C15、 C16、 C17)、 二極體(D6、 D7、 D8、 D9)、運放器U2D、三極 管Ql串並聯組成，U2 A的正輸入端3與電阻R1 7、電阻R19和電容C 1 3共同端相連接，R17接入電源VDD，電阻R1 9與電容C 1 3另端 接地，U2A的第4腳接入電源VDD，第l 1腳接入電源VSS， U2A第 1腳與電容C 1 4連接，電容C 1 4又與二極體(D 6、 D 7)的共同端連接， 電容C1 5和電阻R2 0並聯一端與二極體D7連接，另一端與二極體D6連 接至接入電源V S S ，三極體Q 1 —端與電阻R 2 0連接， 一端與電阻R 2 1 連接至電源VDD，發射極接入二極體D8， 二極體D8接入運放器U2D的 第l 3腳且與並聯的電容C 1 6和電阻R 2 2相連接至接地，運放器U 2 D的 第1 4腳分別與指示燈D L 3和電阻R 2 4連接，電阻R 2 4接入運放器U 2 D的第12腳，電容C 1 7與電阻2 3並聯的共同端一端接入電阻R2 4，另 一端接地，指示燈D L 3又與二極體D 9相連接，二極體D 9分別與二極體(D3 、 D 4 、 D 1 0 )連接。
所說的驅動輸出電路由三極體(Q 2、 Q3)和繼電器(KM1、 KM 2)， 電阻(R25、 R26、 R27、 R28),電容C 2 3 ， 二極體(D 1 1 、 D 1 2 )串並聯電連接組成，繼電器KM 1與電阻R 2 6 、 二極體D 1 1共同端接入電源VEE，三極體Q 2的發射極與電容C 2 3、三極體Q 3發射極接入 電源VDD，繼電器KM1設置常開觸點(9 5、 9 6)，繼電器KM2與二極 管D 1 2並聯且接至電源VEE，其上設置常閉觸(9 7、 9 8)。
所說的電源電路由降壓電路、整流電路、穩壓電路、濾波電路組成，電容 C 1 8與電阻R 3 3並聯一端接入2 2 0 V或3 8 0 V，另一端與電阻R 3 5 連接接入橋式整流器DB 3第4腳；電容C 1 9與電阻R3 2並聯一端接入電 源2 2 0 V或3 9 0 V，另一端接入電阻R 3 4至橋式整流器D B 3的第3腳 構成降壓電路；橋式整流器D B 3的第1腳和第2腳與二極體(D 1 3 、 D 1 4 、 U 4 )、電容(C20、 C21、 C22)和電阻(R29、 R30、 R3 1 )構成穩壓電路，從而輸出三個等級的電壓(VDD、 VEE、 VSS)。
本發明的優點是1、由於採用自身的電流互感器取樣信號真實，經過電 流信號檢測電路的檢測，也就是設有過流保護特性檢測電路以及斷相、過流、 三相不平衡檢測電路，因此具有對可能出現的斷相、過流、三相不平衡等故障 具有反時限特性保護功能，還可以自動檢測出不同原因引起的電容器故障而採 取動作保護。2、因有電源指示電路，因此具有正常運行指示和動作保護後的 故障狀態記憶指示功能，正常運行時，運行指示燈亮且可隨負載電流的大小作 不同頻次的閃爍；當電路過流時，過流保護指示燈亮，指示故障類型；當電流 大於額定電流3倍時，不管此時是過流或斷相原因，鎖定指示燈亮；當出現斷 相或三相不平衡故障時，保護器動作後，斷相指示燈亮，從而很方便的判定故 障原因。3、由於有過載控制電路、嚴重過載及手動復位控制電路和斷相保護 控制電路，因此具有自恢復及自鎖功能，當在l. 3 —3倍的過流或斷相時， 保護器跳閘，並遷時l Omi n後保護器自動恢復，控制電路自動投切到運行 狀態；當大於3倍的過流或斷相時，保護器跳閘並自鎖，當手動按鈕復位後， 又可投切到運行狀態。4、由於有驅動輸出電路，且由於輸出接口是獨立的兩 組常開形式，保護器接通電源後，輔助觸頭9 5、 9 6閉合，故障脫扣時，輸 出輔助觸頭9 5、 9 6為斷開狀態，報警輸出觸頭9 7、 9 8為閉合狀態，如 果保護器自身故障時，輸出輔助觸頭9 5、 9 6、 9 7、 9 8均為斷開狀態， 所以控制方式理性化、科學化實現自檢功能。5、精度高，速度快，整定電流 有電位器、刻度盤調節；速度快是斷相或三相電流不平衡時動作時間小於l秒， 過電流倍數大於1 . 3時動作時間小於1秒。


圖1是本發明的整體形狀示意圖。
圖2是本發明電路原理圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明實施例。
參見圖1 ， 1 —組合殼體、2 —組合殼體，兩殼體卡扣連接組合。殼體內 安裝電流互感器和電子組件板。
參見圖2，是電路原理圖。休現電子組件板上安裝有電流信號檢測電路、 電源指示電路、過載控制電路、嚴重過載及手動復位控制電路、斷相保護控制電路、驅動輸出電路與電源電路的元件。如圖示，圖中所示的電解電容、貼片
電容、安規電容C 1 8 C 1 9、貼片二極體、穩壓貼片二極體、貼片整頓秩序 流堆、直插發光二極體、繼電器KM1、 KM 2，貼片NPN三極體Q1、 Q 2、 Q3，貼片電阻、信號電阻是RA、 RB、 RC，電位器匹配電阻RW 1 、 RW2，輕觸按鍵S1，貼片運算放大器U1、 U2，貼片穩壓晶片U4，電 位器W1，在圖中都有標示其參數，在市場上都可購到。本電路由電流信號檢 測電路、電源指示電路、過載控制電路、嚴重過載及手動復位控制電路、斷相 保護控制電路、驅動輸出電路與電源電路組成。具體說明如下電流信號檢測 電路是互感器L 1、 L 2 、 L 3檢測到的電流信號經整頓秩序流橋D B 1、 D B2全波整流，連接濾波電容C 1和信號電阻R A、 RB、 RC，兩端電流信 號經運放U1A放大，電位器W1設定，U1A輸出分四路輸出。
第一路到運放器U1D進行工作指示燈控制，電力電容器起動前運放U1 D負輸入端為O，輸出高電平正反饋放大維持，指示燈DL4亮。起動後電容 C 1 1充電運放U 1 D負入高於正輸入，其輸出為低電平，二極體D 5將U1 D負輸入拉到低電平，使U1D振蕩工作，指示燈DL4閃爍，故障狀態時運 放U1 C或U 2 C或U 2 D通過二極體D 1 0將指示燈D L 4拉到反向，指示 燈滅，復位後指示燈DL4亮。
第二路到運放器U 1 B正輸入進行過載保護控制，電阻R 2與R 3分壓確 定運放U1 B負輸入端基準電位，過載時運放器U1 B輸出的電流信號大於基 準電位，運放U 1 B反轉輸出高電平，經電阻R5與電容C 6遷時使運放器U
1 C反轉為低電平，三極體Q 2截止繼電器K1 1釋放關機，指示燈D L 1亮。 此時運放器U 1 A輸出的電流信號為零，運放器U1 B輸出恢復低電平，電容 C6通過電阻R4、 R5放電約10分鐘，待運放器U1 C仙輸入端電位低於 正輸入端電位時，運放器U1C輸出高電平，指示燈D繼電器KM1吸合自動 復位作好重開機準備。這裡包括自恢復電路。
第三路到運放器U 2 C負輸入端，當過載電流超過額定電流值3倍以上時， 運放U2C反轉輸出低電平，三極體Q2截止，繼電器K1 l釋放關機，指示 燈DL2亮，U1A輸出電流信號等於零，電阻R10與R11分壓使運放器 U 2 C正輸入端電位低於負輸入端，運放U 2 C輸出維特低電平不變，重地開 機時必須先按下S 1復位按鈕，運放器U 2 C正輸入端電位高於負輸出高電平， 指示燈DL2滅，繼電器KM1吸合作好重開機準備。這裡包括自鎖電路。
第四路到運放器U 2 A負輸入端，同時由電阻R18、 R19分壓，電容 C 1 3濾波到運放器U 2 A正輸入端，正常工作時運放器U 2 A輸出低電平， 當出現斷相或相不平衡超過規定值時，故障的一相電流信號低於正常值，運放 器U 2 A負輸入端低於正輸入端，運放器U 2 A輸出出現高電平，電容C 1 5 充電，三極體Q l導通，電容C 1 6充電，經過若干周期多次充電使運放器U
2 D負輸入端電位高於正輸入端電位時，運放器U2D輸出低電平，三極體Q 2截止，繼電器K1 l釋放關機，指示燈亮。這時電C 6通過電阻R 2 2放電， 電容C 1 5通過電阻R 2 O放電，約十分鐘左右，運放器U 1 C負輸入端電位
低於正輸入端電位時運放器U 2 D輸出高電平，指示燈D L 3滅，繼是器KM l吸合自動復位，作好開機準備。這裡也包括自恢復電路。
驅動輸出電路包括三極體Q 2與Q 3分別控制繼電器KM1與KM2交替 吸合，兩路觸點輸出。
電源電路是由兩相交流電源分別經電容C 1 8、 C 1 9和電阻R35、 R3 2降壓，整流橋DB 3全波整流，穩壓管D 13、 D 1 4、 U4和電阻R2 9、 R 3 0 、 R 3 1穩壓，電容C20、 C21、 C22濾波組成三個電壓等級的 穩壓電源供整機使用。
權利要求
1、電力電容器保護器，包括殼體(1)、殼體(2)、電流互感器和電子組件板，其特徵是所說的電子組件板上安裝有電流信號檢測電路元件、電源指示電路元件、過載控制電路元件、嚴重過載及手動復位控制電路元件、斷相保護控制電路元件、驅動輸出電路元件與電源電路元件；所說的電流信號檢測電路是電流互感器取出電力電容器上的各相電流信號經檢測後通過運放器U1A放大分四路輸出第一路連接到電源指示電路，第二路連接到過載控制電路，第三路連到嚴重過載及手動復位控制電路，第四路連接到斷相保護控制電路；上述四路電路又分別連接到驅動輸出電路；所說的電源電路分三個電壓等級和接地端與上述四路電路的電源進線端和接地端連接。
2、 根據權利要求1所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的電流信號檢 測電路由電流互感器(Ll、 L2、 L3)、橋式整流器(DB1、 DB2)、濾波電容 Cl與信號電阻(RA、 RB、 RC)、運放器U1A電位器Wl組成，電容C18 與電阻R33並聯一端接入380V、 220V端埠，另一端連接電阻R35接入橋 式整流器DB3的4腳；電容C19與電阻R32並聯一端接入380V220V埠 ， 另一端連接電阻R34接入橋式整流器DB3的3腳；橋式整流器DB3第1腳 和第2腳夫接入由穩壓晶片U4、穩壓管(D13、 D14 )、電阻(R29、 R30、 R31)、電解電容(C20、 C21、 C22)組成的穩壓電路，該穩壓電路輸出三個 電壓等級(VEE、 VDD、 VSS)分別接入電流信號檢測電路、電源指示電睡、 過載控制電路、嚴重過載及手動復位控制電路、斷相保護控制電路、驅動輸 出電路中的電源插接埠。
3、 一根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的電源指 示電路由運放器U1D、電容(Cll、 C12)、 二級管(D5、 DIO)、電阻(R12、 R13、 R14、 R15、 R16)串並聯電連接組成，運放器U1D第13腳接電解電 Cll， U1D第12腳接電容C12和電阻R14、 R15，電阻R15另一端接U1D 第14腳，U 1 D第l 4腳又與二極體D 5連接，還與電阻R 1 6連接，指 示燈DL4—端與電阻R1 6連接又與二極體D1 O連接，二極體D5又與 電阻(R 1 2、 R 1 3)連接，R 1 3又與電解電C 1 l連接，二極體D 1 O還與第一路、第二路中的二極體D3、 D4連接。4、 根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的過載控 制電路由運放器U 1 B、電阻(R 2 、 R 3 、 R 4 、 R 5 )、電容C 6 、 U 1 C、三極體Q2、繼電器K1 1、 DL l組成；運放器U1 B第6腳連接 電阻R2至電源VDD，第5腳連接電阻R1與電容C3至接地，第6腳還 與電C4連接至接地，，電阻R3與C4並聯且連接電容C5，第7腳連接 二極體D 2， 二極體D 2另一端與電阻R 5和電容C 5連接至電阻R4接電 源VS S，運放器U 1 B第二腳和第l 1腳分別與電源VDD、 VS S連接； 電阻R5—端與二極體D 2連接，另一端與電C 6連接至電源VS S，電阻 R 5、電容C 6的共同端與運放器U 1 C的第9腳連接，運放器U 1 C第l 0腳與電C 7連接至接地端，電阻R 6與電C 7並聯且共同端與電阻7連接 至運放器U 1 C第8腳，再與指示燈D L 1連接，二極體D 3 —端與指示燈 D L 1連接，二極體D 3另一端連接至二極體(D4、 D9、 D10)及電 阻R 2 5。5、 根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的嚴重過 載及手動復位電路，由運放器U 2 C 、電阻(R 8 、 R 9 、一R 1 0 、 R 1 1 )、 電容(C 8 、 C 9 、 C 1 0 )、按鈕Sl、 二極體D4、指示燈DL2串並聯連 接組成，運放器U2C第9腳連接電阻R8、電容C8至接地端，第10腳與按 鈕S1、電解電容C9、電阻R9連接至電源VDD又通過是C10和電阻R10 接地，第8腳與電阻Rll接至電阻RIO至接地，另一路與指示燈DL2和二 極管D4連接至電阻R25。6、 根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的斷相保 護控制電路，是運放器U1A輸出第四路到運放器U2A負輸入端，由運放器 U2A、電阻(R18、 R19、 R20、 R21、 R22、 R23、 R24)、電容(C14、 C15、 C16、 C17)、 二極體(D6、 D7、 D8、 D9)、運放器U2D、三極體Ql串並聯 組成，U2A的正輸入端3與電阻R 1 7、電阻R1 9和電容C1 3共同端 相連接，R17接入電源VDD,電阻R 1 9與電容C 1 3另一端接地，U 2 A、的第4腳接入電源VDD，第l 1腳接入電源VSS， U 2 A第1腳與 電容C i 4連接，電容c i 4又與二極體(D 6、 D 7)的共同端連接，電 容C1 5和電阻R2 O並聯一端與二極體D 7連接，另一端與二極體D6連 接至接入電源VS S，三極體Q 1—端與電阻R 2 O連接， 一端與電阻R 21連接至電源VDD，發射極接入二極體D8， 二極體D8接入運放器U2 D的第l 3腳且與並聯的電容C 1 6和電阻R2 2相連接至接地，運放器U2 D的第l 4腳分別與指示燈DL 3和電阻R 2 4連接，電阻R 2 4接入運 放器U2D的第1 2腳，電容C 1 7與電阻2 3並聯的共同端一端接入電阻R 2 4 ，另一端接地，指示燈D L 3又與二極體D 9相連接，二極體D 9分 別與二極體(D 3 、 D 4 、 D 1 0 )連接。7、 根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的驅動輸 出電路由三極體(Q2、 Q3)和繼電器(KM1、 KM 2)，電阻(R 2 5、 R26、 R27、 R28)，電容C 2 3 ， 二極體(D 1 1 、 D 1 2 ) 串並聯電連接組成，繼電器KM1與電阻R 2 6 、 二極體D 1 1共同端接入 電源VEE,三極體Q2的發射極與電容C2 3、三極體Q3發射極接入電 源VDD，繼電器KM1設置常開觸點(9 5、 9 6)，繼電器KM2與二 極管D 1 2並聯且接至電源VEE，其上設置常閉觸(9 7、 9 8)。8、 根據權利要求1或2所說的電力電容器保護器，其特徵是所說的電源電 路由降壓電路、整流電路、穩壓電路、濾波電路組成，電容C 1 8與電阻R3 3並聯一端接入2 2 0 V或3 8 0 V，另一端與電阻R3 5連接接入橋式 整流器DB 3第4腳；電容C 1 9與電阻R 3 2並聯一端接入電源2 2 0 V 或3 9 0 V ，另一端接入電阻R 3 4至橋式整流器D B 3的第3腳構成降壓 電路；橋式整流器D B 3的第1腳和第2腳與二極體(D 1 3 、 D 1 4 、 U 4 )、電容(C20、 C21、 C22)和電阻(R29、 R30、 R31) 構成穩壓電路，從而輸出三個等級的電壓(VDD、 VEE、 VSS)。
全文摘要
本發明涉及電力電容器保護設備，特別是電子型電力電容器保護器。其特徵是在殼體內安裝電流互感器與電子組件，該電子組件包括電流信號檢測、電源指示、過載控制、嚴重過載及手動復位控制、斷相保護控制、驅動輸出與電源諸多電路。從電流互感器分相檢出電力電容器上電流信號，經檢測後通過運放器U1A放大後分四路輸出給電源指示電路、過載控制電路、嚴重過載及手動復位控制電路和斷相保護控制電路，再分別連接到驅動輸出電路；電源電路分三個電壓等級和接地端與上述四路電路的電源進線端和接地端連接。具有完善的保護性能，精度高，具有狀態指示，科學化控制和理性化自恢復及自鎖特性，廣泛應用在成套無功功率補償設備上。
文檔編號H02H7/00GK101207275SQ20071016452
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者介國安, 周挺巧, 蔡甫寒 申請人:蔡甫寒