一种串联分压式放电装置的制作方法

1.本发明涉及放电装置技术领域，更具体地说，特别涉及一种串联分压式放电装置。


背景技术：

2.放电线圈是为电力电容器专门设计的放电装置。目前大量应用的放电线圈均为电感式结构，与变压器和电感式电压互感器的结构相似。
3.电感式放电线圈的结构如图1所示，由一次绕组n1、二次绕组n2和铁心三部分组成。应用时，一次绕组与电力系统的补偿电容器c相并联，二次绕组输出100v的交流电压供运行监测和继电保护使用。二次绕组的输出容量为100va。
4.放电线圈的工作状态分为稳定状态和放电状态两种工作模式，即电容器在网运行时放电线圈的工作状态称为稳定状态，简称稳态；电容器脱离电网时，放电线圈为电容器释放电荷时的工作状态称为放电状态，简称暂态。如图1所示，稳态时，放电线圈的一次绕组以兆欧姆数量级的高阻抗与电容器相并联，仅有几个至十几个毫安的电流流过一次绕组，二次绕组输出100v(
±
1v)的交流电压，作为变电站(所)的继电保护信号。当电容器脱离电网时，放电线圈随即进入放电状态，电容器以衰减的直流通过放电线圈释放所存储的电荷。在直流电流的作用下，放电线圈的铁心迅速饱和，交流阻抗近似为零，以一次绕组的直流电阻充当限流电阻，将电容器的残压在5s内降低至50v以下。
5.从以上放电线圈的两个工作过程可以看出，放电线圈由稳态至暂态的转变条件，是一次绕组阻抗由高至低的变化，而引起阻抗变化的决定因素是电容器释放的直流电流。因此，电感式放电线圈具有结构简单、可靠性高的优点，但是还存在体积大、笨重和造价高等不足。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种串联分压式放电装置，以克服现有技术所存在的缺陷。
7.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种串联分压式放电装置，包括主电路以及触发电路，所述主电路包括限流电阻r
cl1
、稳态分压电阻r
l1
、分压二极管d
c1
和转换控制开关v
c1
；所述限流电阻r
cl1
的一端与稳态分压电阻r
l1
的一端、分压二极管d
c1
的阳极连接，所述稳态分压电阻r
l1
的另一端连接采样变压器t的一次绕组n1一端连接，所述分压二极管d
c1
的阴极与转换控制开关v
c1
的一端连接，所述转换控制开关v
c1
的另一端与采样变压器t的二级绕组n3一端连接，所述转换控制开关v
c1
的控制端与所述触发电路连接，所述触发电路连接在所述采样变压器t的二次绕组n3两端。
9.进一步地，所述触发电路包括微型继电器j1、缓冲电容器c2、整流二极管d1、滤波电容器c1、电阻r1、门极保护电路和发光二极管d4，所述微型继电器j1的两端连接在所述采样变压器t的二次绕组n3两端，所述缓冲电容器c2与所述微型继电器j1并联，所述发光二极管d4与电阻r1串联后再与所述微型继电器j1并联，所述整流二极管d1阳极与所述采样变压器t
一端连接，所述转换控制开关v
c1
的控制端与所述触发电路连接，所述触发电路连接在所述采样变压器t的二次绕组n3两端。
26.如图3所示，为稳态工作过程，图中q为系统的高压断路器，c为补偿电容器，放电线圈则并联在电容器c的两端。放电装置处于稳态工作模式时，高压断路器q闭合，晶闸管v
c1
截止，放电支路被断开，系统电流一部分流经电容器c，另一部分流经变压器t的一次绕组，为二次绕组提供电能。
27.在稳态电路中，分压电阻r
l1
的阻值与采样变压器t一次绕组n1的阻抗x
l
相等，分压比为1：1。对于10kv的放电线圈，电阻r
l1
与变压器n1绕组的端电压相等，即u
rl2
＝u
n1
＝6350v/2＝3175v。由于放电线圈一次侧的总阻抗高达500kω以上，所以流经放电线圈的电流i
l
仅为几毫安至十几毫安。且共用电阻r
cl1
的阻值远小于r
l1
，所以在稳态电路中r
l1
的作用可以忽略。
28.稳态时，放电线圈只是通过二次绕组n3输出的100v电压，为变电站(所)提供继电保护信号，没有其他作用。
29.如图4所示，当处于暂态工作模式时，高压断路器q分断，晶闸管v
c1
由截至转为导通，放电支路被接通，电阻r
l1
被短接，放电电流经r
cl1
、v
c1
和绕组n1成回路，如图4示。在放电支路中，r
cl1
的阻值和变压器t一次绕组的直流电阻xr相等，分压比仍为1：1。而对于电容器来讲，放电装置只有工作在暂态时才有意义。
30.参阅图5所示，所述触发电路包括微型继电器j1、缓冲电容器c2、整流二极管d1、滤波电容器c1、电阻r1、门极保护电路和发光二极管d4，所述微型继电器j1的两端连接在所述采样变压器t的二次绕组n3两端，所述缓冲电容器c2与所述微型继电器j1并联，所述发光二极管d4与电阻r1串联后再与所述微型继电器j1并联，所述整流二极管d1阳极与所述采样变压器t的二次绕组n3另一端连接，所述整流二极管d1阴极与滤波电容器c1一端、继电器j1的常闭触点j
1-1
一端连接，所述滤波电容器c1另一端与所述采样变压器t的二次绕组n3另一端连接，所述继电器j1的常闭触点j
1-1
另一端与门极保护电路中连接，所述门极保护电路还与转换控制开关v
c1
的控制端连接。发光二极管d4为电源指示灯兼稳态指示灯。
31.具体的，所述门极保护电路包括二极管d2和二极管d3，所述二极管d2的阳极连接转换控制开关v
c1
的控制端，所述二极管d2的阴极连接二极管d3阴极，所述二极管d3的阳极连接所述采样变压器t的二次绕组n3一端连接。
32.电容器脱离高压线路后，流经采样变压器t一次绕组的交流电流为零，二次绕组n3的交流电压急剧下降，继电器j1因失电而释放，其常闭触点j
1-1
闭合，缓冲电容器c2利用存储的能量使晶闸管v1触发导通，放电电路被接通，电容器c通过该电路放电。发光二极管d4由发光转为熄灭，指示放电线圈处于放电状态。
33.在放电状态下，晶闸管v
c1
相当于工作在直流电路中，一经触发导通即使失去了触发信号也能维持导通状态，直到补偿电容器c两端的残余电压小于晶闸管v
c1
的维持电压晶闸管v
c1
便自动截止。在晶闸管v
c1
导通期间，对门极触发信号持续时间的要求是短暂的，只要缓冲电容器c2的电容量选取得当，其储能完全可以满足晶闸管的触发要求。
34.所述串联分压式放电装置采用树脂浇注式结构、油浸蚀式结构或浇筑与油浸结合式结构。参阅图6-图8所示，所述触发电路集成于一触发板1上，所述主电路设于分压板2上，所述分压板2设于所述采样变压器3上，所述触发板1设于所述分压板2上。采样变压器3的整
体长度240mm，整体高度为129mm。
35.下面以一个实施例来对本发明作进一步介绍：
36.额定电压：6350v
37.额定放电容量：1.7mvar
38.耐压等级：10kv
39.放电时间：5s
40.线圈参数：(测试值)如表1所示
41.表1
[0042] 产品一次绕组数据试验品一次绕组数据测试电压(v)63503175直流电阻(ω)21471054交流电流(ma)4.95.6线圈阻抗(计算值)(ω)1295918566964线圈匝数53082654铁心窗口13.8
×
7.2＝99.36cm29.2
×
7.2＝66.24cm2铁心截面积32cm232cm2[0043]
放电装置的参数设计内容包括：稳态支路中分压电阻阻值与功率的选取、采样变压器的设计；放电支路中限流电阻、晶闸管及二极管参数的选取。
[0044]
1、分压电阻的选取，对于电感式放电线圈，当二次绕组输出100va功率时，一次绕组电流为：
[0045]il
＝100w/6350v＝0.0157a
[0046]
一次绕组阻抗为：
[0047]
x
l
＝6350v/0.0157a＝404459ω≈405kω
[0048]
参照上述数据，本发明放电装置一次侧的总阻抗取值为400kω，分压电阻与采样变压器一次绕组的分压比取为1：1，则分压电阻的阻值为：
[0049]rl1
＝400kω/2＝200kω
[0050]
采样变压器的一次阻抗取值为：
[0051]
x
l
＝r
l1
＝200kω
[0052]
分压电阻的功率为：
[0053]
p
rl1
＝(6350/2)2/200kω＝50w
[0054]
因此，本发明的放电装置的分压电阻r
l1
为200kω/50w。
[0055]
2、采样变压器的设计，采样变压器的额定电压为3175v，额定容量为100va，二次电压为100v
±
1v，一次侧最大阻抗为200kω，绝缘等级为10kv。
[0056]
变压器的设计方法参照电感式放电线圈的设计方法实施。
[0057]
3、暂态支路中元件的选取，包括限流电阻的选取、晶闸管与二极管参数的选取。
[0058]
3.1、限流电阻的选取
[0059]
取电感式放电线圈一次绕组的直流电阻值为新型放电线圈的放电电阻的阻值。由表1可知，(试验品)电感式放电线圈的直流电阻为2147ω，取整数值2000ω(2kω)。当电阻与变压器串联的分压比为1：1时，新型放电线圈的放电限流电阻r
cl1
的阻值为2kω/2＝1k
ω。
[0060]
3.2、晶闸管与二极管参数的选取
[0061]
放电支路中的晶闸管采用的型号为tyn1225(1200v/25a)，数量2只；二极管采用的型号为10a12(10a/1200v)，数量为6只。上述半导体元件的额定电流之所以远大于电容器的最大放电电流，是为了试验安全可靠，产品定型以后这些元件的额定电流可以缩小。
[0062]
参阅图9所示，为本发明的放电装置具体使用时的电路图，其中，在实际应用时限流电阻r
cl1
采用两个并联的限流电阻，稳态分压电阻r
l1
采用四个分压电阻，四个分压电阻俩俩后并联再串联，分压二极管d
c1
采用六个均压电阻r
c1-r
c6
串联以及六个分压二极管d
l1-d
l6
串联，其中均压电阻r
c1-r
c6
分别与分压二极管d
l1-d
l6
并联，转换控制开关v
c1
采用两个晶闸管和一个均压电阻r
c7
。下表2列出了本发明的串联分压式放电装置的材料成本价格。
[0063]
表2
[0064]
元件编号元件名称元件规格数量淘宝单价(元)合计(元)t采样变压器63500/100，100w1(估价)100.00100.00v
c1
晶闸管tyn122525.0010.00r
l1
～r
l12
分压电阻200k/50w45.0020.00r
c1
～r
c6
均压电阻100k/5w61.307.80r
cl1
限流电阻2k/50w22.004.00d
l1
～d
l6
分压二极管10a1261.7210.32c
l1
吸收电容0.1μ/6300v12.102.10j继电器jqc-3ff-005-s-z-12v12.862.86c2吸收电容0.01μf/25v10.110.11c1滤波电容2200μf/25v12.102.10d1～d3二极管1n400731.003.00r1金属膜电阻75ω/0.25w10.100.10d4led(红)φ10(配座)11.801.80 硅钢片 9kg14.00126.00 漆包线 0.7kg55.0038.5其它 线路板、导线等 50.0050.00合计————————376.69
[0065]
通过实际应用，1.7-11√3电感式放电线圈的器身材料成本为650元/台，本发明的放电装置成本价为的器身材料成本为376.69元/台，两者成本相差273.31元，每台成本下降42％。
[0066]
本发明可以将稳态与暂态的两种工作状态由各自所对应的工作电路独立完成，晶闸管v
c1
为工作模式转换开关，电路采用rl串联分压的结构，可以降低采样变压器的端电压，减少采样变压器的绕组匝数和铁心重量，降低放电线圈的材料成本。
[0067]
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。