[发明专利]同步开关

说明书

技术领域：

本发明涉及电力系统中用于补偿无功电流的无功补偿装置(又称功率因数补偿装置)，尤其涉及无功补偿装置中电容器的投切控制方式。

背景技术：

在现有的无功补偿装置中，普遍使用交流接触器、复合开关或者晶闸管等器件来控制电容器的投入和切除。使用交流接触器会造成电容器投入时的涌流现象，使用晶闸管会产生很大的导通损耗，而复合开关采用晶闸管与继电器接点并联的方法不仅成本高而且由于晶闸管对浪涌电压及雷击的敏感性较高使可靠性下降。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单、成本较低、可以无涌流投入电容器、电流过零切除电容器、具有高可靠性的的电容器投切开关。

本发明使用如下技术方案来实现：

在同步开关中包括3只磁保持继电器J1-J3及相应的控制电路，可以控制一台三相电力电容器C，J1的接点输入端连接A相电源，J1的接点输出端连接电容器C的第一端，J2的接点输入端连接B相电源，J2的接点输出端连接电容器C的第二端，J3的接点输入端连接C相电源，J3的接点输出端连接电容器C的第三端。

磁保持继电器接点的闭合与断开操作受控制电路控制，所有磁保持继电器的接点闭合与断开时刻都与电源的相位密切相关，因此属于同步开关，利用同步开关的功能可以实现电容器的无涌流投入与电流过零切除。

为了实现同步开关的功能，三只磁保持继电器不能同时动作。在执行电容器的投入操作时，J1与J3的接点应该首先在AC相线电压为零的时刻闭合，然后J2的接点在B相相电压为零的时刻闭合，就可以实现无涌流投入(零电压投入)电容器的同步开关功能。在执行电容器的切除操作时，由于电容器的电压与电流有90度的相位差，因此J2应该在B相相电压的峰值时刻(B相电流为零)断开，然后J1与J3的接点在AC相线电压峰值时刻(A、C相电流为零)断开，就可以实现电容器电流过零切除的同步开关功能。

由于磁保持继电器接点的动作较慢，通常由发出驱动信号到接点动作到位需要十几毫秒到几十毫秒的延时时间。为了实现同步开关功能，控制电路必须准确测量电源的相位，并且能够确定磁保持继电器接点的动作延时时间，以便提前发出磁保持继电器驱动信号，从而保证磁保持继电器接点在需要的时刻动作到位。

磁保持继电器接点在闭合动作过程中可能会产生电弧的预燃现象，所谓电弧预燃现象就是在接点闭合过程中，由于接点距离不断减小以至于绝缘强度不足产生电弧击穿的现象。接点在断开动作过程中会产生电弧的重燃现象。所谓电弧重燃现象就是在接点断开过程中，接点距离还没有增加到足够的绝缘强度而产生电弧重新燃烧的现象。电弧预燃与重燃现象导致电路的导通与切断与接点的机械接触状态不一致，因而影响同步开关的性能。

产生电弧预燃与重燃现象的主要原因是接点的运动速度过慢。在接点闭合的过程中，动接点与静接点间的距离不断缩小，绝缘强度不断减弱，如果在这个过程中接点间的电压升高至超过接点间隙的绝缘电压，那么就会出现电弧预燃现象。同样，在接点断开的过程中，动接点与静接点间的距离逐渐增加，绝缘强度逐渐增加，如果在这个过程中接点间的电压升高至超过接点间隙的绝缘电压，那么就会出现电弧重燃现象。由于工频交流电源的周期是20毫秒，在一个工频周期里，电源电压会出现两次峰值和两次过零点，过零时刻与峰值时刻的间隔只有5毫秒，如果接点闭合或者断开的过程为十几毫秒到几十毫秒，那么在接点闭合或者断开的过程中，接点间的电压就有若干次达到电源电压的峰值，因此就有可能发生电弧预燃与重燃现象。接点的运动速度越慢，发生电弧预燃与重燃现象的可能性就越大。

为了消除电弧预燃与重燃现象，最有效的手段是提高磁保持继电器的接点动作速度。如果磁保持继电器接点闭合或者断开的动作时间小于5毫秒，那么就可以避免电弧预燃与重燃现象。在接点闭合的过程中，因为选择为电压过零闭合所以驱动信号要提前，如果接点的闭合过程为5毫秒，那么就要在电压为峰值时发出驱动信号，在接点动作的过程中，接点距离在不断减小，绝缘强度也在不断地减小，但是接点间的电压也在不断地减小，直至电压为零时接点闭合，因此不会出现电弧预燃现象。同样的道理，在接点断开的过程中，因为选择为电流过零断开，如果接点的断开动作过程为5毫秒，那么在接点开始断开时，由于电流为零因此没有电弧，断开以后，接点距离在不断增加，绝缘强度也在不断地增加，接点间的电压也在不断地增加，由于接点的断开距离与接点间的电压升高速度一致，当电压升高至峰值时，接点已经完成断开动作到位，有足够的绝缘强度，因此不会出现电弧重燃现象。