過零投切開關(guān)的低壓電力電容器設(shè)計

時間：2022-06-21作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：220

摘要：目前，我們經(jīng)常使用的電容器投切開關(guān)在實際的運行過程中還存在著很多問題，新型的過零投切開關(guān)主要利用微電子技術(shù)，同時企業(yè)對電路的結(jié)構(gòu)等開展了進一步的優(yōu)化與調(diào)整，從而能夠從根本上進一步的提高開關(guān)的安全穩(wěn)定性，使得電容器組能夠在開展過零投切的過程中較加的準確與迅速。通過利用循環(huán)投切控制，以及利用共分補優(yōu)化組合的方式，能夠使得過零投切過程的工作效率得到進一步的提升, 同時也能使得電容器的使用壽命得到進一步的增長，同時低壓電網(wǎng)的無功動態(tài)補償變得較加的智能。 

關(guān)鍵詞：電容器；投切開關(guān)；過零
近些年來，電網(wǎng)中的非線性負荷以及感性電荷的數(shù)量得到了很大程度的提升，以及無功功率也明顯增多，這就使得受電端電壓的電壓以及功率因數(shù)降低, 較終使得供電的質(zhì)量受到了非常嚴重的影響。裝設(shè)無 功補償設(shè)備的方式能夠有效的滿足低壓配電網(wǎng)無功功率的問題。在開展低壓電網(wǎng)無功補償?shù)倪^程中，利用電容器來進行補償是一種比較常用同時也較為有效的一種方式。另外在對投切開關(guān)進行選擇時，選擇的合理性是確保相關(guān)補償工作正常開展的重要環(huán)節(jié)之一。從不同的投切開關(guān)的性能出發(fā)，現(xiàn)如今經(jīng)常投入使用的電容器投切開關(guān)中還存在很多的問題需要解決，特別是在其安全穩(wěn)定性方面，還需要做岀進一步的改進。新型的過零投切開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)相對于以前做岀了很大的改變，使得可控硅的損壞問題以及單觸電磁保持燒壞的問題得到了有效的解決。另外，在該新型的過零投切開關(guān)的作用下，以前較為常見的電弧的預燃和重燃現(xiàn)象也很少再發(fā)生，保證了工作的正常長期運行，避免了很多故障的產(chǎn)生。另外，也實現(xiàn)了過零無涌流投切的目的，使得補償?shù)倪^程較加的準確迅速。
1、過零投切的原理
在經(jīng)常需要進行過零投切的場合，以當前的技術(shù)來說，一般都會選擇接觸器。但接觸器在進行相關(guān)的投切動作時，因為缺乏與電路的電壓和電流間的穩(wěn)定的相位關(guān)系，所以在實際的操作過程中無所避免的就會出現(xiàn)電流沖擊或者是過電壓的現(xiàn)象。關(guān)于此問題相關(guān)研究單位開展了很多的討論，并且提出了很多的處理措施，爭取實現(xiàn)技術(shù)上的突破，進一步的提高過零投切的工作效率與工作質(zhì)量。目前已經(jīng)研究出了一種新型的電容器過零投切電路開關(guān)，該裝置的出現(xiàn)彌補了原先裝置出現(xiàn)的諸多問題，并且能夠?qū)崿F(xiàn)少耗能，高效率。
文章首先對過零投切進行簡單的介紹，過零投切主要是利用了電容器的特性，投入電容器時，如果電容器端的電壓與電網(wǎng)的電壓之間存在著較大的落差，所以可能導致電容器的電壓岀現(xiàn)突變的情況，較終導致合閘涌流的產(chǎn)生，該涌流可能會導致晶閘管受到破壞，所以為了避免相關(guān)故障的產(chǎn)生，投入電容器的時間應(yīng)該把握在當**電壓和電網(wǎng)的電壓相等時。
2、過零投切的系統(tǒng)
低壓電力電容器過零投切系統(tǒng)的組成成分較多，主要有電壓電流互感器，濾波電路，釆樣電路，數(shù)字信號處理器，微控制器，磁保持繼電器驅(qū)動電路等重要部件。除此以外，數(shù)字信號處理器和單片機還有電 容狀態(tài)指示，事件記錄以及故障報警等重要功能。人機接口的主要組成部分為顯示器和鍵盤，其主要的功能是對系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，并將電力參數(shù)顯示到顯示器中，供人們利用與參考。
2.1參數(shù)采樣與投切控制器
低壓電容器的過零投切過程對處理器和微控制器的性能要求較高，一般都會選擇性能較為良好的32位**處理器，以及同樣具備較高性能，同時也不需要消耗太多能量的STC89C53微控制器。STC89C53微控制器對低壓電網(wǎng)的三相電壓與電流參數(shù)的獲得主要可以通過三個重要途徑，分別包括電壓電流互感器，濾波電路以及采樣電路。利用DSP可以將相關(guān)的參數(shù)實時的計算岀來，然后通過相關(guān)的數(shù)據(jù)進行分析?？蛻舻男枨鬀Q定著我們是否需要進行電容器組的無功補償工作，而這一過程的判斷要依托單片機進行。微控制器與處理器之間需要通過RS-485通信來實現(xiàn)信息的高速傳遞，從而能確保系統(tǒng)開展相關(guān)工作的實時性。
2.2過零投切開關(guān)
低壓電容器過零投切開關(guān)的主要組成為大功率磁保持繼電器，雙向晶閘管以及阻容吸收電路等。電力電容器的投切需要利用單片機來對零點投切進行控制。在進行電容器投入工作時，單片機根據(jù)其工作的基本原理將會在雙向晶閘管的兩端電壓為零時開始發(fā)岀相關(guān)的指令，從而能夠利用觸發(fā)脈沖來對雙向晶閘 管進行導通，以便能夠順利開展電容器投入工作。大功率繼電器收到相關(guān)的指令被導通，當晶閘管的電流為零時，單片機就會根據(jù)相關(guān)的參數(shù)以及自身檢測的結(jié)果來判斷是否需要斷開雙向晶閘管，導通以后再發(fā)出相關(guān)的信號來依據(jù)順序分別斷開大功率的磁保持繼電，再斷開雙向晶閘管。當開關(guān)處于正常工作的狀態(tài)時，我們需要保持大功率磁保持繼電器的通斷，但不需要一直保持雙向晶閘管的通斷，它只需要在開關(guān)投切的瞬間保持通斷即可，這樣做的目的是為了解決電容器投切時的涌流沖擊問題，同時也有效的減少了在運行過程中的能量損耗。
2.3磁保持繼電器驅(qū)動電路
大功率磁保持繼電器一般都具有較強的承載能力，在實際運行的過程中一般不會消耗太多的能量。在其內(nèi)容有磁鋼以及線圈，這些組分在工作的過程中都需要聽從來自單片機的指令。磁保持繼電器在選擇的過程中可以考慮HFE9型，該繼電器具備雙線圈的裝置。在開展合分閘的工作時，主控芯片輸出的高電平能夠使得三極管被導通，其所持續(xù)的時間大概維持在50ms左右，在之后主控芯片來進行低電平的輸出，磁保持繼電器來完成碰頭工作，從而完成合分閘的過程。
2.4晶閘管過零檢測與觸發(fā)電路
電容器投切的過程中可能會出現(xiàn)合閘涌流和過電壓沖擊的現(xiàn)象，所以為了解決這一問題，對電容器的投切過程進行保護，我們須要在雙向晶閘管的電壓或電流為零時再開始進行電容器的投切工作。在進行 芯片的選擇時，考慮到上述的相關(guān)問題，我們在選擇芯片時應(yīng)盡量考慮其過零檢測以及觸發(fā)的能力，選擇各方面都具有明顯優(yōu)勢的理想芯片來開展對雙向晶閘管的驅(qū)動工作。MOC3083驅(qū)動芯片是一種具有較強工作能力的芯片，它內(nèi)部的電路能夠進行過零檢測，當晶閘管出現(xiàn)兩端電壓等零的情況時，其就會發(fā)出相關(guān)的觸發(fā)脈沖的信號，來對晶閘管進行導通或者是斷開。另外，在此過程中壓敏電阻的使用使得電路異常過電壓的現(xiàn)象得以解決，這一過程主要依靠的還是壓敏電阻良好的承受沖擊的能力。
2.5補償方式的分析
投切電容器組的補償方式可以選擇共，分布優(yōu)化組合，這樣的補償方式具有較高的靈活性，有效的完善了低壓電網(wǎng)負荷變化的問題，同時三相負荷不平衡的無功功率補償問題也得到了良好的解決。在負載平衡時，可以釆用共補的方式，而在負載不太平衡或存在很大的波動時，可以采用**行共同補償，再進行分別補償?shù)姆椒?。針對居民用電，其一般使用的都是單相負載，所以其變動通常都比較大，三相負載往往會出現(xiàn)過分不平衡的情況，而且針對于不同的相來說其所要求的補償電容量也不同。無功補償?shù)牟町愔笫沟梦覀冊谶x擇補償方式時不能選擇共補的方式，所以這時候單獨補償?shù)姆绞绞禽^好的解決方法。該方法能夠有效的減少資源的浪費，其自身具備著非常良好的合理性。


3、投切流程的設(shè)計
無功功率以及功率因數(shù)是影響低壓電力電容器過零投切控制工作的兩大重要因素，其中無功功率對其 的影響比較的明顯。另外，低壓電力電容器過零投切控制工作的開展需要根據(jù)無功功率以及功率因素這兩方面來進行。低壓電網(wǎng)的電力運行參數(shù)需要通過采樣電路來得出，并用DSP來進行計算，得到相關(guān)的值以后需要跟提前設(shè)定好的相關(guān)值進行一定的比較，投入或切除補償?shù)碾娙萜鹘M的電容量值就是通過我們的比較來進行確定的。在進行電容器的選擇時，循環(huán)投切是一種比較實用以及合理的一種方式，依據(jù)時間的不同來進行不同的操作，比如說先投入的電容器需要**撤出，而后投入的電容器需要等**的電容器撤出后再撤出。這樣的撤出方式能夠有效的降低投切的過程中電容器的溫度，使得電容器的使用年限得到進一步的提升。循環(huán)投切的方式使得投切的過程較加的準確，過往我們選擇的投切方式都是以某一單一元素作為依據(jù)，這樣的方式容易產(chǎn)生重復投切振蕩的現(xiàn)象。
4、影響投切精度的因素分析
影響精度的因素主要存在于三個方面，它們分別是過零方波的延遲時間，繼電器的動作響應(yīng)時間以及交流電的半周期。這三方面的因素雖然不具備非常重要的作用，但是三者都會產(chǎn)生一定程度的誤差，特別 是某些難以補償?shù)恼`差。對于某些誤差來說，技術(shù)性的操作問題往往會對投切的精度產(chǎn)生一定的影響。對于過零信號的精度來說，在制定相關(guān)的電路方案時我們已經(jīng)基本確定了要使用的相關(guān)儀器，而儀器的選擇將會對精度產(chǎn)生非常嚴重的影響。不管輸出的是怎樣的波形，延遲誤差的出現(xiàn)往往是難以避免的。所以說，在對過零檢測的電路進行設(shè)計時，要充分的考慮到重復誤差的影響，盡量以減少重復誤差為主要設(shè)計原則，進一步的提升波長的穩(wěn)定性。另外，過零檢測的電路不要使用一些普通的二極管或是光電耦合器，因為這些設(shè)備往往會產(chǎn)生較大的誤差。
5、安科瑞電容補償裝置介紹
AZC/AZCL系列智能電力電容補償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關(guān)電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，具有補償效果較好，體積較小，功耗較低，價格較廉，節(jié)約成本更多，使用較加靈活，維護較方便，使用壽命較長，可靠性較高的特點，適應(yīng)了現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)妮^高要求。
（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復合開關(guān)投切，較佳投切點，實現(xiàn)無弧通斷；完善的保護功能，集成在一個模塊內(nèi)，安裝方便。


AZC系列智能電容器選型：
 
 
（2）AZCL是在AZC基礎(chǔ)上，串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護電容柜本身壽命。


AZCL系列智能電容器選型：
 
上述兩種智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實時顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。通過內(nèi)部晶閘管復合開關(guān)電路，自動尋找較佳投入（切除）點，實現(xiàn)無弧通斷；保證過零投切，無涌流、觸點不燒結(jié)、微能耗、無諧波；同時具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護功能，特別適用于無功補償時切換電容器，不需加裝散熱器。
6、結(jié)語
低壓電力電容器過零投切開關(guān)自身具備很多的優(yōu)勢，而且它也同時包含了機械開關(guān)和電子開關(guān)的綜合 優(yōu)勢，所以在實際的操作過程中，其檢測的結(jié)果往往能夠較加的準確。同時也不需要消耗太多的能量，無涌流的影響。另外其還有成本低，損耗的能量少，控制的方式比較的靈活等特點，另外其電容器的使用壽命也得到了進一步的提升。在投切電容器的過程中，共分補優(yōu)化組合的補償方法具有較強的靈活性，解決了很多難以解決的問題。

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