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同步投切技术

日期:2019-8-29 10:39:04  人气指数:139

     所谓同步投切技术就是使机械开关的接点在恰当的相位时刻闭合或者断开的技术。

      一些电网中使用的设备,在接入电网时会产生涌流。涌流产生产时间、幅度、持续时间等性质与负荷性质有关,与线路阻抗有关。

      电容性负荷产生的涌流在开关接点闭合的瞬间即产生,电容性涌流产生的原因在于电容的电压不能突变,涌流幅度与接点闭合时电容器与电网间的电位差成正比,最大值可能达到电容器额定电流的几十倍甚至上百倍。线路阻抗越大,涌流幅度越小而持续时间越长,反之,线路阻抗越小,涌流幅度越大而持时间越短。电容性负荷产生的涌流持续时间通常不会超过1/4电源周期。如果在电压过零的时刻投入电容器,就可以避免电容性涌流的产生。

      变压器负荷的涌流又称为励磁涌流,是由于铁芯的磁饱和产生的,励磁涌流通常在接通电源1/4周期后开始产生,幅度最大值可能超过变压器额定电流的几倍甚至几十倍,持续时间较长,从数十个电源周期直至数十秒不等。励磁涌流的幅度与变压器的二次负荷开关无关,但持续时间与二次负荷有关,二次负荷越大则涌流持椟时间越短,二次负荷越小则涌流持续的时间越长,因此,空载的变压器涌流持续时间最长。变压器的容量越大,涌流的幅度越大,持续的时间越长。当在电压过零时刻投入变压器时,会产生最严重的磁饱和现象,因此励磁涌流最大。当在电压为峰值时刻投入变压器时,不会产生磁饱和现象,因此不会出现励磁涌流。

      由于涌流的幅度很大,涌流与线路电感的共同作用会导致电网电压出现扰动,甚而会出现严重的过电压。使用同步投入技术,使电网设备在恰当的相位点接入电网,可以有效地降低涌流和过电压,最大限度地降低对电网的干扰。

      机械开关在切除过程中会有电弧产生,因此机械开关的灭弧能力是衡量机械开关性能的重要指标。在切除感性负荷的时候,熄灭电弧越发不容易。一旦电弧产生,开关接点间就会出现电离的气体分子,电离气体的存在使绝缘性能变差,因此熄灭电弧就很困难。如果在切除的过程中使用同步切除技术,在电流为零的瞬间断开开关接点,就可以避免电弧的燃烧。即便是感性负荷,由于电感在电流为零的瞬间电感能量也为零。因此电感维持电流不会突变的能力起不了作用,仍然不会产生电弧。由于开关接点在切断电流的过程中没有电弧,显然可以明显提高开关接点的电气寿命。

      对于三相开关,三相接点必须能够分别动作,三相接点同时动作的开关不能够实现投切的功能。可以实现同步投切的机械开关部分可以是电控的真空开关或者磁保持继电器等等。同步投切抽样调查上当复杂,通常使用纯感硬件电路不能实现如些复杂的控制操作,必须要使用单片机来进行控制。由于不同负荷涌流产生的机理不同,要实现有效的同步投切,对于不同的负荷性质,需要使用不同的控制策略。

      当用于控制电容器的投切时,由于电容器投入时的涌流取决于电容器与电网之间的电位差,因此,就要使开关接点在电压为零的时刻闭合,从而实现电容器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧(或小电弧)分析。

      当用于控制变压器的投切时,就要使开关接点的电压为峰值的时刻闭合,这样变压器就不会出现磁饱和现象,从而实现变压器的无涌流投入,在电流为零的时刻断开,从而实现开关接点的无电弧(或小电弧)分断。

      当用于控制既有变压器又有电容器负荷(例如长电缆连接的变压器)的投切时,由于电容性负荷与变压器负荷同时存在,要完全消除涌流就不可能了。如果选择电压为零时投入,则电容器无涌流而变压器涌流最大。如果选择电压为峰值时刻投入,则电容器涌流最大而变压器无涌流。所以只能尽量兼顾一下,使开关接点在电压为零与电压为峰值之间的某一时刻闭合,使电容器涌流与变压器涌流的幅度相等,以期尽量减少对电网的影响。

      异步电动机相当于变压器与负荷的组合,也会产生励磁涌流,但是由于异步电动机的起动电流通常会达到7倍额定电流,因此使用同步投切技术来控制电动机没有显著的效果。

      实现同步投切控制的原理很简单,控制机构首先对电源的周期及相位进行检测,由于机械开关接点的动作较慢,通常由发出电信号的接点动作到位需要几十毫秒的延时时间,因此控制机构必须能够确定接点的动作延时时间,以便提前发出动作信号,从而保证接点在需要的时刻动作到位。

      通常的开关在接通与断开的过程中延时时间是不同的,因此控制机构在接通与切除的过程中要使用不同的提前量。机械开关的动作延时时间受环境以及电源等诸多因素影响。不仅如此,在环境因素没有变化的情况下,机构开关的动作延时时间也具有离散性,这种离散性不仅表现为不同的开关动作时间不同,而且表现为同一开关每次的动作时间都不同。克服机械开关动作时间的离散性,适应环境条件变化对动作时间的影响,这才是同步投切技术的关键所在。

      由于不同的机械开关具有不同的动作时间,所以要想实现可靠的同步投切,控制机构与机械开关必须配套使用,否则可能会产生更为严重的涌流。例如一台控制机构的预置操作提前时间为70毫秒,而机械开关的实际动作时间为65毫秒,则每次闭合操作都会处于涌流最大的状态,还不如没有同步投切控制的普通开关,因为普通开关的每一次投切操作的时间是随机的,并不会每一次操作都处于涌流最大的状态。

      如果机械开关的接点运动速度过慢,那么在闭合动作过程中会产生电弧预燃现象,在断开动作过程中会产生电弧重燃的现象。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。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。如果某种机械开关在投切过程中会出现电弧预燃或重燃现象,那么这种机械开关就无法实现同步操作控制。也就是说,并不是所有的机械开关都能够实现同步操作控制。


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