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电容器电流过零切除为什么会产生过电压

发布时间:2018-08-20    访问:102

大通彩票官方网址导航 www.am3dy.com 电容器在切除之后会产生过电压,对于这个问题普遍的解释是由于切除过程中开关接点产生电弧重燃现象而导致电容器过电压。由电弧重燃而导致过电压需要由多种因素共同作用,包括接点断开时间、系统电感、重燃时间等等因素,其作用机理分析十分复杂,因此我们在此不对其进行讨论。

使用晶闸管控制的电容器在切除之后同样会产生过电压,这种现象就不能用电弧重燃来解释,因为晶闸管不会产生电弧重燃现象。晶闸管只有在电流过零时才能关断,因此晶闸管控制的电容器一定是在电流过零的情况下切除的,所以我们就以晶闸管控制的电容器来对过电压现象进行讨论。

对于晶闸管控制的单相电容器,在切除之后不会产生过电压。由于电容器的电压与电流有90度的相位差,因此电容器电流为零的时刻正好是电压最高的时刻。因此我们可以确定:晶闸管控制的单相电容器在切除之后的电压等于电源电压的峰值,也就是电源电压有效值的1.414倍,这个电压处于电容器的耐压范围之内。

对于晶闸管控制的三相电容器则情况完全不同。三相电容器的切除过程比单相电容器的切除过程要复杂得多,晶闸管控制的三相电力电容器在切除后会剩余异常的高电压,可能会对电容器的安全构成威胁。下面以图1示出的结构为例介绍一下三相三角形连接电容器的切除过程:设系统电压有效值U=400V,并且在A相电压接近正峰值时取消晶闸管的触发信号,于是晶闸管SCRA在A相电压等于正峰值时(此时SCRA的电流为零)关断,在这个瞬间:

UA=400×1.414÷1.732=327V

UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

根据上面三式,我们可以确定电容器上的电压:

CAB电压=327+163=490V  A端为正

CCA电压=327+163=490V  A端为正

CBC电压=0

在SCRA关断之后,电路结构变成电容器CAB和CCA串联之后再与CBC并联的形式。在线电压UBC等于正峰值时(此时SCRB和SCRC的电流同时为零),SCRB和SCRC同时关断。从SCRA关断到SCRB和SCRC同时关断的过程中,电容器CBC的电压从0充电到线电压峰值,B端为正。CAB和CCA串联因此电流一致,而CAB的电流与电压反向属于放电,CCA的电流与电压同向属于继续充电,CAB的放电电压与CCA的充电电压之和等于线电压峰值,于是我们可以确定电容器上的电压:

CAB电压=490-566÷2=207V  A 端为正

CCA电压=490+566÷2=773V  A 端为正

CBC电压=400×1.414=566V  B 端为正

对于耐压400V的电力电容器,其正常承受的峰值电压为566V,而CCA上的异常高电压达到773V,为正常峰值的1.366倍。这个异常高电压只能靠电容器内部的放电电阻缓慢放电,会持续几十秒钟。

问题还不仅如此,在电容器CCA的异常剩余电压没有放电到小于线电压峰值之前,因为无法满足电压过零投入的条件不可能再次投入运行,也就是说,SCRA和SCRC不可能再次同时被触发。但是,SCRA和SCRB则可以再次同时触发,在SCRA和SCRB触发之后,CCA的电压会下降,然后SCRC可以触发,使电容器重新正常投入运行。在下一次切除时,异常高电压会再次出现。对于频繁投切的动态无功补偿装置而言,频繁的切除操作会使电容器经常处于异常高电压的状态之下,会对电容器的寿命产生严重的影响。

通过以上分析,我们可以看出,晶闸管控制电容器虽然可以实现电流过零切除,但是却会造成电容器中的异常剩余电压,这个异常的剩余电压远高于电容器的正常运行峰值电压,因此会对电容器造成损害,损害的程度如何不可预计。上面的分析过程是电容器三角形连接的情况,由于三角形连接具有与星形连接的等效性,因此可以确定:在电流过零切除星形连接的电容器时同样会产生过电压现象。下面以图2示出的结构为例介绍一下三相星形连接电容器的切除过程:设系统电压有效值U=400V,并且在A相电压接近正峰值时取消晶闸管的触发信号,于是晶闸管SCRA在A相电压等于正峰值时(此时SCRA的电流为零)关断,在这个瞬间:

UA=400×1.414÷1.732=327V

UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

根据上面三式,我们可以确定电容器上的电压:

CAB电压=327V  A 端为正

CCA电压=-163V  B 端为负

CBC电压=-163V  C 端为负

在SCRA关断之后,电路结构变成电容器CB和CC串联的形式。在线电压UBC等于正峰值时(此时SCRB和SCRC的电流同时为零),SCRB和SCRC同时关断。从SCRA关断到SCRB和SCRC同时关断的过程中,电容器CA的电压不变,CB和CC串联因此电流一致,而CB的电流与电压反向属于放电,CC的电流与电压同向属于继续充电,CB的放电电压与CC的充电电压之和等于线电压峰值,于是我们可以确定电容器上的电压:

CA电压=327V    A 端为正

CB电压=-163+566÷2=120V    B 端为正

CC电压=-163-566÷2=-446V    C 端为负

由于星接的电容器耐压按有效值230V设计,其正常运行的峰值电压只有327V,可见这个异常的剩余电压远高于电容器的正常运行峰值电压。