我們都知道,無功補償柜作為最常見的補償設備(或稱功率因數校正設備),其主要包含:主開關、過電壓保護器、保護元件、投切開關、電抗器、電力電容器和無功補償控制器。
今天,小編要給大家講講無功補償柜的投切開關。投切開關作為無功補償柜的重要元件,其重要性決定了無功補償柜輸出功率的響應時間和對系統、元件造成的影響。下面,小編以低壓系統常見投切開關為例來介紹。
我們這里說的“投切開關”到底是什么呢?
一臺完整的無功補償柜一般都由多個無功補償支路構成,那么對應每一條無功補償支路就有這么一個“開關”設備,它可以將無功補償支路與系統連接起來,還可以從系統中斷開,又稱無功補償支路的“切除”,這個開關設備就是我們所說的“投切開關”。
常見的投切開關包含:
電容器投切專用接觸器
晶閘管開關
復合開關
同步開關
補充一下投切開關對于電容器的重要性。
理論上:電容器在投入系統的時候,會有一個無窮大的電流在極短的時間內,流入電容器中并將電容器的電壓充電到與供電電壓相等。
這個(ge)把電容(rong)(rong)器投入時伴(ban)隨的(de)這個(ge)大電流(liu)我(wo)們(men)通(tong)常(chang)把它叫做“涌(yong)流(liu)”,這個(ge)涌(yong)流(liu)不(bu)僅會(hui)對(dui)系統會(hui)造(zao)成(cheng)不(bu)良(liang)的(de)影響,還會(hui)對(dui)電容(rong)(rong)器造(zao)成(cheng)不(bu)利影響。因(yin)此,我(wo)們(men)希(xi)望(wang)限制這個(ge)涌(yong)流(liu),其(qi)中的(de)辦法就是對(dui)電容(rong)(rong)器投切的(de)開關進行專門的(de)設計。
電容器投切專用接觸器
電容器投切專用的接觸器與一般的接觸器有什么不同呢?
多一副接點!
上圖是一個典型的電容器投切專用接觸器的示意圖,其具有A、B兩套觸點(觸點B是多出來的)。
當電容器投入的時候,B觸點先閉合,此時回路中的電阻(R)起到抑制電容器涌流的作用,將電容器涌流限制在安全范圍值內;然后A接點再閉合,連接電容器和系統就能長期穩定運行。
電容器投切專用接觸器特點總結如下:
1. 電容器投切專用接觸器能夠有效抑制電容器涌流。
2.接觸器在運行過程中,發熱量少。(和晶閘管開關相比,較突出的優點)
3. 電容器投切響應時間相對較慢,尤其是電容器支路從系統中切除后,再投入系統時需要的間隔時間較長!這是為什么呢?
因為接觸器在投入電容器的時候,是不能判斷接觸器兩端的電壓差的。換句話說,只有在接觸器得到了投入的命令時,它才可動作。(不論外部條件如何,執行力強!)
電容器投入的時候,接觸器兩端的電壓差會有什么影響呢?這個電壓差越高,相當于施加到電容器端的電壓也就越高,結果對電容器的損壞就是致命的;另外,電壓差越大,涌流也會越大,這也是我們不希望看到的。
如何解決上面提到的困難呢?
等!花時間等待!等電容器放電放到其端電壓在安全電壓以下!這里還有兩個問題需要關注:
1.電容器的放電回路必須要設計,沒有放電回路,電容器內儲存的電能是沒有辦法釋放的;
2.要等多(duo)長時間(jian)?這個要根據運行經驗來確定,等待(dai)時間(jian)的(de)長短是通(tong)過功率因數控制(zhi)器的(de)參(can)數來設置的(de)。
晶閘管開關
我們常常聽到的下面的這些稱謂:晶閘管開關、可控硅開關、無觸點開關、柔性開關、調節器等,其實都是一個東西!
基本原理:
控制晶閘管的導通,來實現電容器與系統在電氣特性上的連接和斷開。
接觸器投切電容器的時候,其觸點(接點)就是可見的開斷點;而晶閘管開關投切電容器,無論是投入或者斷開狀態,電容器都是通過晶閘管開關連接在系統上的,晶閘管開關沒有可見的開斷點(即無觸點)。
當電容器投入系統時,晶閘管開關呈導通狀態;
當電容器從系統中切除時,晶閘管開關呈非導通狀態。
基于上述原理,晶閘管開關用于電容器投切具有哪些優勢呢?
1.實現“過零投切”
2.投切響應速度快
什么是過零投切?
過零投切是指電壓過零投入和電流過零切除。在電容器與系統間電壓差為“零”時投入電容器(降低電容器投入涌流的影響),在電容器支路電流過“零”時切除電容器支路。
為什么接觸器做不到,晶閘管開關就能做到呢?
晶閘管開關除了晶閘管外,還配有一堆檢測和控制電路。
當電(dian)容器處于切除狀態時(shi),這些電(dian)路能檢測(ce)晶閘管(guan)開關兩端電(dian)壓(ya)差值的變化情況,因(yin)為其檢測(ce)回路的存在,所以它能夠捕捉到電(dian)壓(ya)差過零點的時(shi)刻。
另外一個很重要的一點是,晶閘管開關狀態切換所需要的時間非常短。即從非導通狀態切換到導通狀態、從導通狀態切換到非導通狀態的時間非常短。能夠捕捉電壓差過零點,同時具有快速動作的特性,所以晶閘管開關能夠在電壓差過零點是快速導通,從而實現電容器支路的投入,有效限制電容器涌流。
也是因為晶閘管開關具有檢測回路和快速動作的特點,它能夠快速的投入電容器支路,也能夠快速切除電容器支路,還能快速的重新投入電容器支路。這個特點保障了無功補償柜對變化負載無功補償需求的快速響應。
但俗話說“人無完人”,晶閘管開關也有它的缺點:發熱量大。
晶閘(zha)(zha)管開關本身(shen)發熱量很大,同時過熱還會加速晶閘(zha)(zha)管元件損壞。
那么我們要如何面對處理這個缺點,以應用于實際工程呢?當然是設計散熱系統。
散熱片配上散熱風扇,再加上經過合理的結構設計,讓晶閘管開關產生的熱盡量能快速的散發出去。還要有散熱保護,當晶閘管開關的溫度超過閾值1時,則要啟動散熱風扇;當溫度超過閾值2時,這時候要讓晶閘管開關停止工作。
晶閘管開關的無功補償柜比接觸器的無功補償柜散熱需求更大,因此兩種情況下無功補償柜的散熱系統設計是不同的。
需要特別(bie)注(zhu)意的是,無功補償柜(ju)內的電(dian)容(rong)器對溫(wen)度要求也很高(gao),過高(gao)的溫(wen)度會(hui)大大減少電(dian)容(rong)器的使用壽命。
總結一下:晶閘(zha)管發熱(re)量(liang)大,但是(shi)(shi)只要我們合(he)理(li)設計散熱(re)和保護(hu)系統(tong),就可以有(you)效(xiao)減少這些熱(re)對(dui)設備的影響;但是(shi)(shi)與接觸(chu)器相比,更大損耗的產(chan)生(sheng)卻是(shi)(shi)不可避免的。