專利名稱：集成電力電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電容器。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷， 在運(yùn)行過(guò)程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián) 電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性電抗所消耗的無(wú)功功率， 減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無(wú)功功率，由于減少 了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功 功率造成的電能損耗，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)， 是一項(xiàng)投資少，收效快的降損節(jié)能措施。
電網(wǎng)中常用的無(wú)功補(bǔ)償方式包括①在變電所母線集中安裝并聯(lián) 電容器組；②在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組；③在配電 變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器；④在單臺(tái)電動(dòng) 機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。
目前0.4KV輸配電線路的無(wú)功補(bǔ)償方式通常是用戶車間配電屏 安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器，通過(guò)無(wú)功功率因數(shù)控制器來(lái)控制電力電容器的 并聯(lián)投切數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的補(bǔ)償，使功率因數(shù)達(dá)到0.95左 右。由無(wú)功補(bǔ)償控制器，刀熔開(kāi)關(guān)，無(wú)功補(bǔ)償裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，熱繼 電器，電力電容器等幾部分組成。存在的缺點(diǎn)1、投切電容時(shí)存在 沖擊電流大，使用壽命短；2、接線復(fù)雜，占用空間大，成本高，現(xiàn) 場(chǎng)檢修不方便。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的電力電容器在投切時(shí)存在較大的沖擊電流、使用 壽命短的不足，本發(fā)明提供一種電容投切時(shí)無(wú)沖擊電流、延長(zhǎng)使用壽 命的集成電力電容器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種集成電力電容器，包括殼體在所述殼體上方安裝測(cè)控裝置、 電容器投切開(kāi)關(guān)和保護(hù)電路，在所述殼體下方安裝電力電容器；所述 投切開(kāi)關(guān)為復(fù)合式開(kāi)關(guān)，其包括可控硅開(kāi)關(guān)和磁保持繼電器，所述的 可控硅開(kāi)關(guān)與所述磁保持繼電器的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，所述可控硅開(kāi)關(guān)為兩只 反并聯(lián)的晶閘管，所述的晶閘管的觸發(fā)端連接用于控制在電壓過(guò)零后 觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)芯片，所述的觸發(fā)芯片、磁保持繼電器連接用于檢 測(cè)三相電路并判斷是否需要投切電容器的單片機(jī)。
作為優(yōu)選的一種方案所述的殼體下方安裝三個(gè)電力電容器，三 個(gè)電力電容器之間相互角接，其中兩個(gè)電容器連接投切開(kāi)關(guān)。
作為優(yōu)選的再一種方案所述的殼體下方安裝三個(gè)電力電容器， 三個(gè)電力電容器之間相互星接，每個(gè)電容器連接投切開(kāi)關(guān)。
進(jìn)一步，所述殼體內(nèi)安裝溫度傳感器，所述的溫度傳感器連接單 片機(jī)，所述單片機(jī)包括用于當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)切除電力電容器的溫度 保護(hù)模塊。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為采樣三相電源中的一線電流(如A線)與 另外兩線電壓(如BC線)之間的相位差，通過(guò)一定的運(yùn)算，得到當(dāng) 前電網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率因數(shù)。此功率因數(shù)與投入門限和切除門限比較，在 整個(gè)投切延時(shí)時(shí)間內(nèi)，若在投切門限內(nèi)，則不予動(dòng)作；若小于投入門限，則投入一組電容；若大于切除門限或發(fā)生功率因數(shù)為負(fù)時(shí)，則切 除一組已經(jīng)投入的電容。再經(jīng)過(guò)投切延時(shí)時(shí)間，重復(fù)比較與投切，直 到當(dāng)前的功率因數(shù)達(dá)到投切門限以內(nèi)。在投切過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的 電壓大于設(shè)定的過(guò)電壓保護(hù)門限，則切除所有已投入的電容器，以起 到保護(hù)電容的作用。在投切時(shí)若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的電流小于欠電流封鎖門 限，則停止投切動(dòng)作，避免出現(xiàn)循環(huán)投切的現(xiàn)象。
智能型集成電力電容器的投切開(kāi)關(guān)采用復(fù)合式開(kāi)關(guān)，即將可控硅 與磁保持繼電器的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，在接通和斷開(kāi)的瞬間既具有可控硅過(guò)零 開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，而在正常接通期間又具有接觸器開(kāi)關(guān)無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)。
參照?qǐng)D3,電容器投入時(shí)，先觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，然后再延時(shí)接通 磁保持繼電器，由于磁保持繼電器閉合后，使晶閘管兩端承受的電壓 近似為零。根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通條件，在沒(méi)有承受正向壓降的情況下， 即使有觸發(fā)脈沖，當(dāng)流過(guò)其的電流小于其自身的擎柱電流時(shí)，晶閘管 就會(huì)關(guān)斷；當(dāng)切除電容器時(shí)，先強(qiáng)行斷開(kāi)磁保持繼電器(因?yàn)榇藭r(shí)無(wú) 法使晶閘管導(dǎo)通)，同時(shí)對(duì)兩只反并聯(lián)的晶閘管施加過(guò)零觸發(fā)脈沖，當(dāng) 晶閘管兩端的電壓過(guò)零后瞬間，晶閘管就會(huì)導(dǎo)通。延時(shí)導(dǎo)通一段時(shí)間 后再撤去觸發(fā)脈沖，晶閘管就會(huì)自然關(guān)斷。至此，完成一次切除動(dòng)作。 下面說(shuō)一下為什么對(duì)晶閘管施加過(guò)零觸發(fā)脈沖？根據(jù)電容的特性方 程
Ic =du/dt
式中IC為流過(guò)電容的電流，U為電容兩端承受的電壓，從方程 可以看出，要使在電容器投入瞬間流過(guò)晶閘管的電流最小，就是要使 電壓變化率最小。因?yàn)檠a(bǔ)償電容器在投入前其初始電壓為零，所以必須在當(dāng)施加在電容器兩端的電壓接近零時(shí)施加觸發(fā)脈沖。為了清楚起
見(jiàn)，繪制出了復(fù)合式開(kāi)關(guān)的工作時(shí)序圖，參照?qǐng)D4。
假設(shè)投切開(kāi)關(guān)的投入命令高電平為有效，則切斷命令為低電平有 效；開(kāi)關(guān)(可控硅、磁保持繼電器)閉合用高電平有效表示；則開(kāi)關(guān)斷 開(kāi)用低電平有效表示，其各信號(hào)動(dòng)作時(shí)序如圖4所示，在圖中-
Stl為投切開(kāi)關(guān)接收到投入命令后等待電壓過(guò)零所需的時(shí)間；
St2是磁保持繼電器延時(shí)閉合設(shè)定時(shí)間；
Stjo為磁保持繼電器閉合動(dòng)作時(shí)間；
Stjf為磁保持繼電器斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)間；
St3是可控硅延時(shí)斷開(kāi)設(shè)定時(shí)間；
St4為可控硅自然關(guān)斷所需的時(shí)間。
在圖中Uka、 Ukb、 Ukc、 Ukd、 Uke、 ike分別表示投切信號(hào)、可 控硅通斷、磁保持繼電器線圈通斷信號(hào)、磁保持繼電器通斷、電網(wǎng)電 壓、電容(或觸點(diǎn))電流。
當(dāng)投切開(kāi)關(guān)接收到投入命令時(shí)，可控硅的觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)備就緒，只 要電壓過(guò)零就立刻觸發(fā)可控硅，而磁保持繼電器在接到投入命令后，
要延時(shí)一段時(shí)間，此時(shí)間保證只有當(dāng)可控硅導(dǎo)通后，才能閉合磁保
持繼電器。當(dāng)開(kāi)關(guān)接收到切斷命令后，磁保持繼電器立即斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)
一段時(shí)間可控硅觸發(fā)信號(hào)消失，據(jù)可控硅關(guān)斷特性，只有當(dāng)通過(guò)可控
硅陽(yáng)極電流過(guò)零時(shí)，才能自然關(guān)斷。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、電容投切過(guò)程中無(wú)涌流沖擊、
無(wú)操作過(guò)電壓、無(wú)電弧重燃，大大降低了補(bǔ)償設(shè)備故障率，延長(zhǎng)了設(shè) 備的使用壽命；2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，現(xiàn)場(chǎng)檢修方便(四)


圖1是集成電力電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是三相電流電壓的相位示意圖。圖3是投切開(kāi)關(guān)的電路圖。圖4是投切開(kāi)關(guān)的工作時(shí)序圖。圖5是三相共補(bǔ)投切開(kāi)關(guān)的示意圖。圖6是三相分補(bǔ)投切開(kāi)關(guān)的示意圖。圖7是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹悄芫W(wǎng)絡(luò)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖6， 一種集成電力電容器，包括殼體在所述殼體上方 安裝測(cè)控裝置、電容器投切開(kāi)關(guān)和保護(hù)電路，在所述殼體下方安裝電 力電容器；所述投切開(kāi)關(guān)為復(fù)合式開(kāi)關(guān)，其包括可控硅開(kāi)關(guān)SCR1、 SCR2和磁保持繼電器RELAY,所述的可控硅開(kāi)關(guān)SCR1、 SCR2與所 述磁保持繼電器RELAY的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，所述可控硅開(kāi)關(guān)為兩只反并聯(lián) 的晶閘管，所述的晶閘管的觸發(fā)端連接用于控制在電壓過(guò)零后觸發(fā)晶 閘管的觸發(fā)芯片IC1,所述的觸發(fā)芯片IC1通過(guò)Sl和S2、磁保持繼 電器通過(guò)S3和S4連接用于檢測(cè)三相電路并判斷是否需要投切電容器 的單片機(jī)。在單片機(jī)中，采樣三相電源中的一相電流(如A相)與另外兩相 電壓(如BC相)之間的相位差，通過(guò)一定的運(yùn)算，得到當(dāng)前電網(wǎng)的 實(shí)時(shí)功率因數(shù)。此功率因數(shù)與投入門限和切除門限比較，在整個(gè)投切 延時(shí)時(shí)間內(nèi)，若在投切門限內(nèi)，則不予動(dòng)作；若小于投入門限，則投入一組電容；若大于切除門限或發(fā)生功率因數(shù)為負(fù)時(shí)，則切除一組已 經(jīng)投入的電容。再經(jīng)過(guò)投切延時(shí)時(shí)間，重復(fù)比較與投切，直到當(dāng)前的 功率因數(shù)達(dá)到投切門限以內(nèi)。在投切過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的電壓大于 設(shè)定的過(guò)電壓保護(hù)門限，則切除所有己投入的電容器，以起到保護(hù)電 容的作用。在投切時(shí)若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的電流小于欠電流封鎖門限，則停 止投切動(dòng)作，避免出現(xiàn)循環(huán)投切的現(xiàn)象。參照?qǐng)D2，假設(shè)三相電壓分別為Ua、 Ub、 Uc,A線的電流為Ia。則有Ua二Usinwt， Ub=Usin (wt+120°)， Uc=Usin (wt+240°)， 從而得到BC見(jiàn)的線電壓為若A線負(fù)載為純電阻性，則A線電流Ia 與A線電壓Ua同相，則la超前Ubc的角度為90。；若A線負(fù)載為感性，則A線電流la滯后A線電壓Ua角度# (0。y，。)，則Ia超前Ubc的角度為90。-# ;若A線負(fù)載為容性，則A線電流la超前A線電壓Ua角度# (0。^#^90°)，則Ia超前Ubc的角度為90°+# ;在該控制器中為了計(jì)算方便，我們電流相位的采樣為電壓采樣的 的第二個(gè)周期，即若沒(méi)有相位差I(lǐng)a之后Ua的角度為360。。實(shí)際檢測(cè) 中，假設(shè)我們檢測(cè)到Ia滯后Ubc的角度為a，根據(jù)以上的分析得知若180^c^270。，則電路為容性負(fù)載，cos# = cos(270°-a)。若a二270。，則電路為阻性負(fù)載，cos# = cos(270°-a)。若270。^c^360。，電路為容性負(fù)載，cos# = cos(a-270°)。 投切開(kāi)關(guān)采用復(fù)合式開(kāi)關(guān)，即將可控硅SCR1、 SCR2與磁保持繼電器RELAY的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，在接通和斷開(kāi)的瞬間既具有可控硅過(guò)零開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，而在正常接通期間又具有接觸器開(kāi)關(guān)無(wú)功耗的優(yōu)點(diǎn)。電容器投入時(shí)，先觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管SCR1、 SCR2，然后再延時(shí)接 通磁保持繼電器RELAY,由于磁保持繼電器RELAY閉合后，使晶閘 管SCR1、 SCR2兩端承受的電壓近似為零。根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通條件， 在沒(méi)有承受正向壓降的情況下，即使有觸發(fā)脈沖，當(dāng)流過(guò)其的電流小 于其自身的擎柱電流時(shí)，晶閘管就會(huì)關(guān)斷；當(dāng)切除電容器時(shí)，先強(qiáng)行 斷開(kāi)磁保持繼電器RELAY (因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法使晶閘管導(dǎo)通SCR1、 SCR2)，同時(shí)對(duì)兩只反并聯(lián)的晶閘管SCR1、 SCR2施加過(guò)零觸發(fā)脈沖， 當(dāng)晶閘管SCR1、 SCR2兩端的電壓過(guò)零后瞬間，晶閘管SCR1、 SCR2 就會(huì)導(dǎo)通。延時(shí)導(dǎo)通一段時(shí)間后再撤去觸發(fā)脈沖，晶閘管就會(huì)自然關(guān) 斷。至此，完成一次切除動(dòng)作。假設(shè)投切開(kāi)關(guān)的投入命令高電平為有效，則切斷命令為低電平有 效；開(kāi)關(guān)(可控硅、磁保持繼電器)閉合用高電平有效表示，則開(kāi)關(guān)斷 開(kāi)用低電平有效表示，其各信號(hào)動(dòng)作時(shí)序如圖所示，在圖中-Stl為投切開(kāi)關(guān)接收到投入命令后等待電壓過(guò)零所需的時(shí)間；St2是磁保持繼電器延時(shí)閉合設(shè)定時(shí)間；Stjo為磁保持繼電器閉合動(dòng)作時(shí)間；5tjf為磁保持繼電器斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)間；St3是可控硅延時(shí)斷開(kāi)設(shè)定時(shí)間；St4為可控硅自然關(guān)斷所需的時(shí)間。在圖中Uka、 Ukb、 Ukc、 Ukd、 Uke、 ike分別表示投切信號(hào)、可 控硅通斷、磁保持繼電器線圈通斷信號(hào)、磁保持繼電器通斷、電網(wǎng)電 壓、電容(或觸點(diǎn))電流。當(dāng)投切開(kāi)關(guān)接收到投入命令時(shí),可控硅的觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)備就緒，只要 電壓過(guò)零就立刻觸發(fā)可控硅SCR1 、 SCR2，而磁保持繼電器RELAY在接到投入命令后，要延時(shí)一段時(shí)間，此時(shí)間保證只有當(dāng)可控硅SCR1、SCR2導(dǎo)通后，才能閉合磁保持繼電器RELAY。當(dāng)開(kāi)關(guān)接收到切斷命令 后，磁保持繼電器RELAY立即斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可控硅SCR1、 SCR2觸發(fā)信號(hào)消失,據(jù)可控硅關(guān)斷特性，只有當(dāng)通過(guò)可控硅陽(yáng)極電流 過(guò)零時(shí),才能自然關(guān)斷。在執(zhí)行投入或切除補(bǔ)償電容器的功能的時(shí)候，有兩種方式即圖 5所示的三相共補(bǔ)投切開(kāi)關(guān)和圖6所示的三相分補(bǔ)投切開(kāi)關(guān)。它們分 別應(yīng)用在不同的應(yīng)用場(chǎng)合。傳統(tǒng)的低壓無(wú)功補(bǔ)償都是采用三相共補(bǔ)的 方式，適用于三相負(fù)載平衡、各相負(fù)載的功率因數(shù)相近的網(wǎng)絡(luò)。三相 分補(bǔ)的方式適用于各相負(fù)載相差較大，其功率因數(shù)值也有較大差別的 場(chǎng)合。但從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，多采用電容器三相共補(bǔ)與單相分補(bǔ)相結(jié) 合的接線方案。無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹悄芫W(wǎng)絡(luò)參照?qǐng)D7，多臺(tái)智能集成電力電容器聯(lián)網(wǎng) 使用時(shí)，可以自動(dòng)生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。如下圖，將 其中一臺(tái)電容模塊設(shè)為主機(jī)，對(duì)無(wú)功功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其他幾臺(tái)設(shè) 為從機(jī)，主機(jī)通過(guò)485通訊的方式對(duì)從機(jī)進(jìn)行控制，從而構(gòu)成低壓無(wú) 功自動(dòng)控制系統(tǒng)。如果個(gè)別從機(jī)出現(xiàn)故障，則自動(dòng)退出，不影響其余 工作。如果主機(jī)故障，也要退出，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)新的主機(jī)， 組成一個(gè)新的系統(tǒng)；容量相同的電容按循環(huán)投切原則，容量不同的電 容按適補(bǔ)原則進(jìn)行投切。溫度保護(hù)內(nèi)置溫度傳感器，能夠反映電容器過(guò)電流，過(guò)諧波， 漏電流過(guò)大和環(huán)境溫度過(guò)高等情況下導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)過(guò)溫 度保護(hù)，超過(guò)設(shè)定溫度以后自動(dòng)切除電容器，并退出運(yùn)行，達(dá)到保護(hù) 設(shè)備的目的。
權(quán)利要求
1、一種智能集成電力電容器，包括殼體，其特征在于在所述殼體上方安裝測(cè)控裝置、電容器投切開(kāi)關(guān)和保護(hù)電路，在所述殼體下方安裝電力電容器；所述投切開(kāi)關(guān)為復(fù)合式開(kāi)關(guān)，其包括可控硅開(kāi)關(guān)和磁保持繼電器，所述的可控硅開(kāi)關(guān)與所述磁保持繼電器的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，所述可控硅開(kāi)關(guān)為兩只反并聯(lián)的晶閘管，所述的晶閘管的觸發(fā)端連接用于控制在電壓過(guò)零后觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)芯片，所述的觸發(fā)芯片、磁保持繼電器連接用于檢測(cè)三相電路并判斷是否需要投切電容器的單片機(jī)。
2、 如權(quán)利要求l所述的集成電力電容器，其特征在于所述的殼體下 方安裝三個(gè)電力電容器，三個(gè)電力電容器之間相互角接，其中兩個(gè)電 容器連接投切開(kāi)關(guān)。
3、 如權(quán)利要求l所述的集成電力電容器，其特征在于所述的殼體下 方安裝三個(gè)電力電容器，三個(gè)電力電容器之間相互星接，每個(gè)電容器 連接投切開(kāi)關(guān)。
4、 如權(quán)利要求1一3之一所述的集成電力電容器，其特征在于所述 殼體內(nèi)安裝溫度傳感器，所述的溫度傳感器連接單片機(jī)，所述單片機(jī) 包括用于當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)切除電力電容器的溫度保護(hù)模塊。
全文摘要
一種集成電力電容器，包括殼體在所述殼體上方安裝測(cè)控裝置、電容器投切開(kāi)關(guān)和保護(hù)電路，在所述殼體下方安裝電力電容器；所述投切開(kāi)關(guān)為復(fù)合式開(kāi)關(guān)，其包括可控硅開(kāi)關(guān)和磁保持繼電器，所述的可控硅開(kāi)關(guān)與所述磁保持繼電器的結(jié)點(diǎn)并聯(lián)，所述可控硅開(kāi)關(guān)為兩只反并聯(lián)的晶閘管，所述的晶閘管的觸發(fā)端連接用于控制在電壓過(guò)零后觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)芯片，所述的觸發(fā)芯片、磁保持繼電器連接用于檢測(cè)三相電路并判斷是否需要投切電容器的單片機(jī)。本發(fā)明提供一種電容投切時(shí)無(wú)沖擊電流、延長(zhǎng)使用壽命的集成電力電容器。
文檔編號(hào)H01G4/40GK101237147SQ200710164439
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者東 劉, 季小龍, 陳勝勇 申請(qǐng)人:季小龍