电容投切开关发展.doc

复合开关的发展关键词：可控硅开关 品闸管开关无触点开关复合开关 电容投切开关复合开关等低压电容器投切开关由简单粗犷到理性精细经历了 3个发展阶段：（一） 交流接触器：最先应用于低压电容器投切的开关是交流接触器，这是一种传统的电容 器投切方式，由于三相交流电的相位互成120,对交流接触器投切控制，理论上不存在最佳操 作相位点（即投切瞬时不可选择性），使得它投入或切除电网时，要产生一个暂态的过渡过 程，乂因电容器是电压不能瞬变的器件，并联电容器由交流接触器投切电网时，由于其相位点 是随机的，所以会产生幅值很大、频率很高的浪涌电流（涌流最大时可能超过100倍电容器额 定电流）涌流不仅会对电网产生不利的干扰，对交流接触器易产生电弧、易烧损触头，而且 涌流、过电压会加速电容器的失效，减少电容器的使用寿命，甚至爆炸，所以采用交流接触器 的投切方式谐波污染大、维护成本高、不适于频繁操作为了改善这些缺陷，出现了所谓投切 电容器专用接触器，就是在接触器的主触头处并以带电阻的辅助触头，在合闸时先合上辅助触 头，然后再合上主触头，以此减低浪涌电流；而分闸时时序恰好相反，先分主触头，而后再分 辅助触头，以此减轻电弧对触头的烧损。

但这一措施仅仅是一种改良而己，并未在根本上解决 问题，涌流、过电压和谐波污染仍然存在，对电容器和装置的寿命仍有很大的影响，所以其在 低压电容器投切领域的应用将越来越少但由于其投资低、控制简单，所以至今在不少技术要 求低的地方仍在应用，但可以预见，随着电容器投切开关的发展，将逐步被淘汰二） 品闸管开美：随着电力电了器件应用的发展和普及，后来人们研发出由可控硅为核心的 品闸管开关（固态继电器）其原理为通过电压、电流过零检测控制，保证在电压零区附近投 入电容器组，从而避免了合闸涌流的产生，而切断又在电流过零时完成，避免了暂态过电压的 出现，这就从功能上符合了电容器的过零投切的要求，另外由于可控硅的触发次数没有限制， 可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级）,因此适用于电容器的频繁投切，非常适用于频繁 变化的负荷情况，相对于交流接触器有了质的飞跃然而固态继电器在应用上有致命的弱点： 就是在通电运行时可控硅导通电年降约为IV左右，损耗很大（以额定容量1 OOKvar的补偿装 置为例，每相额定电流约为145A，则可控硅额定导通损耗为145x 1x3=435W）,由于有大的功 耗所以需要散热以避免PN结的热击穿,为了降温就需要使用面积很大的散热器，甚至需要风 扇进行强迫通风，另外司•控硅对电压变化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作过电压及雷击等电压 突变的情况很容易误导通而被涌流损坏，即使安装避宙器也无济于事，因为避宙器只能限制电 压的峰值，并不能降低电压变化率。

可控硅开关的缺点是结构复杂、体积大、损耗大、成本高、可靠性差，优点是能实现过零投切、动作迅速、反应快，多用于动态补偿的场合，而不适 用于常规低压电容器投切的无功补偿装置中三）夏合开关：当仔细分析研究了交流接触器和可控硅开关的各自优缺点之后发现，如果 把二者巧妙地结合来，优势互补，发挥接触器运行功耗小和可控硅开关过零投切的优点，便是 一个较为理想的投切元件，这就是开发复合开关的基本思路，这种投切开关同时具备了交流接 触器和电力电子投切开美二者的优点，不但抑制了涌流、避免了拉孤而且功耗较低，不再需要 配备笨重的散热器和冷却风扇要把二者结合起来的关键是相互之间的时序耐合必须默契，可 控硅开关负责控制电容器的投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通，当接触器 投入后诃控硅开美就立即退出运行，这样就避免了可控硅元件的发热这种看似很理想的复合 开关自从2002年开始，由原来全国仅数家企业研发生产，至今己扩展到数十家企业，虽外型 结构或电路有所不同，但内在原理基本相同：用小形三端封装的可控硅作为电容器的投入和切 除单元,用大功率永磁式磁保持继电器代替交流接触器负责保持电容器投入后的接通，其过零 检测元件是一粒电压过零型光耦双向诃控硅。

从原理上看是理想的投切元件，但实际上并非如 此，它存在下面一些缺陷：（1） 小形三端（TOP）封装可控硅由于结构性的原因，目前这类型式的可控硅其短时通流容 量不能做得很低（低于60A ）,反向耐压一般也只能达到1600V左右，这就限制了它的应用 范围由仿真和计算证明在38OV的系统电压下,电容器理想开断时的稳态过电压就可能达到 1600V ,当系统电压高于380V （这是常有的情况）或非理想开断时的初态过电压就可能远大 于可控硅的反向耐压.位1600V,众所周知可-控硅是一种对热和电冲击很敏感的半导体元件，— 旦出现冲击电流或电压超过其容许值时，就会立即使其永久性的损坏实际运行情况已经表明 了复合开关的故障率相当高2） 由于采用了可控硅等电了元器件其结构复杂成本上升，与交流接触器在价格上难以相 比3） 复合开关的过零是由电压过零型光耦检测控制的，从微观上看它并不是真正意义上的过 零投切，而是在触发电压低于16V〜40V时（相当于2〜5电度）导通，因而仍有一点涌流4） 复合开关技术既使用可控硅又使用继电器，于是结构就变得相当复杂，并且由于可控硅 对dv/dt的敏感性也比较容易损坏由上述分析比较可见，各种电容器投切开关并非十分完美，不同场合需要选取不同的电容器过 零投切开关。