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電容器在切除之后會(huì)產(chǎn)生過電壓,對(duì)于這個(gè)問題普遍的解釋是由于切除過程中開關(guān)接點(diǎn)產(chǎn)生電弧重燃現(xiàn)象而導(dǎo)致電容器過電壓。由電弧重燃而導(dǎo)致過電壓需要由多種因素共同作用,包括接點(diǎn)斷開時(shí)間、系統(tǒng)電感、重燃時(shí)間等等因素,其作用機(jī)理分析十分復(fù)雜,因此我們?cè)诖瞬粚?duì)其進(jìn)行討論。
使用晶閘管控制的電容器在切除之后同樣會(huì)產(chǎn)生過電壓,這種現(xiàn)象就不能用電弧重燃來解釋,因?yàn)榫чl管不會(huì)產(chǎn)生電弧重燃現(xiàn)象。晶閘管只有在電流過零時(shí)才能關(guān)斷,因此晶閘管控制的電容器一定是在電流過零的情況下切除的,所以我們就以晶閘管控制的電容器來對(duì)過電壓現(xiàn)象進(jìn)行討論。
對(duì)于晶閘管控制的單相電容器,在切除之后不會(huì)產(chǎn)生過電壓。由于電容器的電壓與電流有90度的相位差,因此電容器電流為零的時(shí)刻正好是電壓最高的時(shí)刻。因此我們可以確定:晶閘管控制的單相電容器在切除之后的電壓等于電源電壓的峰值,也就是電源電壓有效值的1.414倍,這個(gè)電壓處于電容器的耐壓范圍之內(nèi)。
對(duì)于晶閘管控制的三相電容器則情況完全不同。三相電容器的切除過程比單相電容器的切除過程要復(fù)雜得多,晶閘管控制的三相電力電容器在切除后會(huì)剩余異常的高電壓,可能會(huì)對(duì)電容器的安全構(gòu)成威脅。下面以圖1示出的結(jié)構(gòu)為例介紹一下三相三角形連接電容器的切除過程:設(shè)系統(tǒng)電壓有效值U=400V,并且在A相電壓接近正峰值時(shí)取消晶閘管的觸發(fā)信號(hào),于是晶閘管SCRA在A相電壓等于正峰值時(shí)(此時(shí)SCRA的電流為零)關(guān)斷,在這個(gè)瞬間:
UA=400×1.414÷1.732=327V
UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
根據(jù)上面三式,我們可以確定電容器上的電壓:
CAB電壓=327+163=490V A端為正
CCA電壓=327+163=490V A端為正
CBC電壓=0
在SCRA關(guān)斷之后,電路結(jié)構(gòu)變成電容器CAB和CCA串聯(lián)之后再與CBC并聯(lián)的形式。在線電壓UBC等于正峰值時(shí)(此時(shí)SCRB和SCRC的電流同時(shí)為零),SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷。從SCRA關(guān)斷到SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷的過程中,電容器CBC的電壓從0充電到線電壓峰值,B端為正。CAB和CCA串聯(lián)因此電流一致,而CAB的電流與電壓反向?qū)儆诜烹?,CCA的電流與電壓同向?qū)儆诶^續(xù)充電,CAB的放電電壓與CCA的充電電壓之和等于線電壓峰值,于是我們可以確定電容器上的電壓:
CAB電壓=490-566÷2=207V A 端為正
CCA電壓=490+566÷2=773V A 端為正
CBC電壓=400×1.414=566V B 端為正
對(duì)于耐壓400V的電力電容器,其正常承受的峰值電壓為566V,而CCA上的異常高電壓達(dá)到773V,為正常峰值的1.366倍。這個(gè)異常高電壓只能靠電容器內(nèi)部的放電電阻緩慢放電,會(huì)持續(xù)幾十秒鐘。
問題還不僅如此,在電容器CCA的異常剩余電壓沒有放電到小于線電壓峰值之前,因?yàn)闊o法滿足電壓過零投入的條件不可能再次投入運(yùn)行,也就是說,SCRA和SCRC不可能再次同時(shí)被觸發(fā)。但是,SCRA和SCRB則可以再次同時(shí)觸發(fā),在SCRA和SCRB觸發(fā)之后,CCA的電壓會(huì)下降,然后SCRC可以觸發(fā),使電容器重新正常投入運(yùn)行。在下一次切除時(shí),異常高電壓會(huì)再次出現(xiàn)。對(duì)于頻繁投切的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置而言,頻繁的切除操作會(huì)使電容器經(jīng)常處于異常高電壓的狀態(tài)之下,會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
通過以上分析,我們可以看出,晶閘管控制電容器雖然可以實(shí)現(xiàn)電流過零切除,但是卻會(huì)造成電容器中的異常剩余電壓,這個(gè)異常的剩余電壓遠(yuǎn)高于電容器的正常運(yùn)行峰值電壓,因此會(huì)對(duì)電容器造成損害,損害的程度如何不可預(yù)計(jì)。上面的分析過程是電容器三角形連接的情況,由于三角形連接具有與星形連接的等效性,因此可以確定:在電流過零切除星形連接的電容器時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象。下面以圖2示出的結(jié)構(gòu)為例介紹一下三相星形連接電容器的切除過程:設(shè)系統(tǒng)電壓有效值U=400V,并且在A相電壓接近正峰值時(shí)取消晶閘管的觸發(fā)信號(hào),于是晶閘管SCRA在A相電壓等于正峰值時(shí)(此時(shí)SCRA的電流為零)關(guān)斷,在這個(gè)瞬間:
UA=400×1.414÷1.732=327V
UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V
根據(jù)上面三式,我們可以確定電容器上的電壓:
CAB電壓=327V A 端為正
CCA電壓=-163V B 端為負(fù)
CBC電壓=-163V C 端為負(fù)
在SCRA關(guān)斷之后,電路結(jié)構(gòu)變成電容器CB和CC串聯(lián)的形式。在線電壓UBC等于正峰值時(shí)(此時(shí)SCRB和SCRC的電流同時(shí)為零),SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷。從SCRA關(guān)斷到SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷的過程中,電容器CA的電壓不變,CB和CC串聯(lián)因此電流一致,而CB的電流與電壓反向?qū)儆诜烹?,CC的電流與電壓同向?qū)儆诶^續(xù)充電,CB的放電電壓與CC的充電電壓之和等于線電壓峰值,于是我們可以確定電容器上的電壓:
CA電壓=327V A 端為正
CB電壓=-163+566÷2=120V B 端為正
CC電壓=-163-566÷2=-446V C 端為負(fù)
由于星接的電容器耐壓按有效值230V設(shè)計(jì),其正常運(yùn)行的峰值電壓只有327V,可見這個(gè)異常的剩余電壓遠(yuǎn)高于電容器的正常運(yùn)行峰值電壓。
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