供配電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電的基本類型有：電壓驟降、短時(shí)中斷和電壓閃變。
電壓驟降的電壓范圍一般在10%~90%之間，持續(xù)時(shí)間在10ms~3s之間；電壓中斷的電壓會(huì)低于10%，持續(xù)時(shí)間也在10ms~3s之間。
圖1 電壓暫降和電壓中斷
SH/T3209規(guī)范中對(duì)于晃電抑制的時(shí)間是3秒，是綜合化工生產(chǎn)的實(shí)際情況，因?yàn)楫?dāng)電壓中斷3秒以上時(shí)，大部分設(shè)備已經(jīng)停止運(yùn)行，生產(chǎn)裝置已經(jīng)停車，晃電治理超過3秒沒有實(shí)際意義，反而可能發(fā)生危險(xiǎn)。
表1是挪威電力研究院對(duì)超過400個(gè)節(jié)點(diǎn)的供配電系統(tǒng)晃電的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
表1 配電網(wǎng)絡(luò)雷擊電壓暫降次數(shù)/年表
低壓接觸器作為電動(dòng)機(jī)控制的重要元器件，其工作原理是靠線圈通電后電流產(chǎn)生的電磁力，使動(dòng)、靜鐵芯吸合，帶著動(dòng)、動(dòng)靜主觸頭閉合，從而接通電動(dòng)機(jī)回路；線圈斷電后，電磁力消失，鐵芯和觸頭釋放，斷開電動(dòng)機(jī)回路。
圖2 接觸器主觸頭與滅弧室
圖3 接觸器線圈和鐵芯
低壓接觸器標(biāo)準(zhǔn)GB/T14048.4-2023中對(duì)于接觸器最低吸合電壓和最高釋放電壓都有明確的規(guī)定。
對(duì)于交流線圈，在控制電壓85%~110%范圍內(nèi)應(yīng)可靠吸合，釋放電壓應(yīng)不高于75%，不低于20%U，見圖4。
圖4 接觸器的最低吸合和最高釋放電壓
我們之前在試驗(yàn)室內(nèi)做過測(cè)試，接觸器正常吸合以后，電壓降落至60%左右，還基本上可以維持在閉合狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生斷開或抖動(dòng)現(xiàn)象，但是電壓如果繼續(xù)跌落，就會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，時(shí)間再長點(diǎn)線圈就會(huì)冒煙，隨之燒毀。
前面提到“晃電”的電壓跌落范圍是0V~90%Uc，此時(shí)對(duì)于大部分接觸器來說，電壓跌落的幅度越低，釋放的可能性越大，無法滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝和設(shè)備的要求。
于是為了應(yīng)對(duì)“晃電”，抗晃電接觸器應(yīng)運(yùn)而生，相對(duì)于普通接觸器，它的側(cè)面安裝有抗晃電模塊，見圖5。
圖5 抗晃電接觸器
抗晃電接觸器側(cè)面的模塊內(nèi)有超級(jí)電容，當(dāng)模塊檢測(cè)到電壓跌落低于設(shè)定的電壓閾值，超級(jí)電容開始給線圈供電，維持接觸器吸合一段時(shí)間；當(dāng)晃電時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，接觸器再釋放。
所以，抗晃電接觸器具有兩個(gè)功能：晃電情況下，超級(jí)電容維持線圈供電，保證接觸器在設(shè)定時(shí)間內(nèi)處于吸合狀態(tài)，如果晃電持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，接觸器釋放。
抗晃電接觸器線圈接線相對(duì)于普通線圈多了一個(gè)A3端口，用于判斷外部“晃電”，見圖6，其工作原理如下：
1、A3作為“晃電”判斷端口，與控制回路相線相連；
2、A1端電壓低于設(shè)定值，A3端電壓正常，判定為正常停機(jī)，接觸器立即釋放。
3、A1端和A3端口同時(shí)掉電，判定為“晃電”狀態(tài)，接觸器延時(shí)釋放。
4、延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)建議：重要機(jī)組延時(shí)時(shí)間可調(diào)1~3秒，普通機(jī)組可調(diào)0.5~1秒，配合再啟動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)分批再啟動(dòng)。
圖6 抗晃電接觸器線圈接線圖
抗晃電接觸器的優(yōu)勢(shì)在于現(xiàn)場(chǎng)容易改造，可以在原有的接觸器基礎(chǔ)上通過增加電容模塊來實(shí)現(xiàn)抗晃電功能，且?guī)缀醪粫?huì)改變現(xiàn)場(chǎng)的控制線，其在晃電下的工作特性不受系統(tǒng)電源影響。
《石油化工企業(yè)電氣設(shè)備及運(yùn)行管理手冊(cè)》給出的使用效果是：“晃電”時(shí)能很好的達(dá)到抗“晃電”的效果，但平時(shí)運(yùn)行故障率較高。究其原因在于超級(jí)電容的使用壽命和可靠性。
那么，寬電壓電子線圈接觸器能解決接觸器在“晃電”下的問題呢？答案是：不能完全解決，且相對(duì)于抗晃電專用接觸器，還有更大的改進(jìn)空間。
我們選擇的是一款寬電壓電子線圈接觸器，其線圈電壓范圍為100V~250VAC/DC，首先通電AC220V(幅值315V)讓接觸器吸合，通電時(shí)間200ms，此時(shí)接觸器已經(jīng)吸合穩(wěn)定，見圖7，黃線代表線圈電壓，藍(lán)線代表主觸頭信號(hào)。
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圖7 接觸器線圈電壓220V吸合階段
接著，讓電壓從220V暫降至45V(幅值65V)，持續(xù)時(shí)間350ms，此時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸器主觸頭仍然處于閉合狀態(tài)，見圖8。
圖8 接觸器線圈電壓跌落至45V穩(wěn)定吸合階段
但是，將電壓從220V暫降40V(幅值55V)時(shí)，此時(shí)接觸器主觸頭會(huì)隨著電壓跌落斷開，見圖9。
圖9 接觸器線圈電壓跌落至40V斷開階段
查詢Tesys G接觸器樣本，其釋放電壓范圍為0.1UcMax~0.45UcMin，對(duì)于電壓范圍為100V~250V的KUE型線圈，其0.45UcMin就是0.45*100V=45V，0.1 UcMax就是0.1*250V=25V，即釋放電壓范圍為25V~45V，樣本宣稱與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，見圖10。
圖10 Tesys G接觸器釋放電壓范圍
總結(jié)
1、“晃電”主要是指電壓暫降或電壓中斷，前者電壓范圍10%~90%之間，后者電壓會(huì)低于10%，持續(xù)時(shí)間10ms~3s；
2、“晃電”情況下，常規(guī)接觸器由于其電磁特性基本上無法完全維持吸合狀態(tài)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)停機(jī)；
3、為了解決“晃電”階段電動(dòng)機(jī)不停機(jī)，通常會(huì)選擇抗晃電接觸器來保證主觸頭在設(shè)定時(shí)間內(nèi)處于吸合狀態(tài)，只有晃電持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，接觸器才釋放。
4、抗晃電接觸器的工作原理是通過超級(jí)電容在“晃電”時(shí)給線圈供電的形式來保證接觸器吸合，但超級(jí)電容的可靠性和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高；
5、寬電壓電子線圈接觸器在一定的低電壓下具有高可靠的“抗晃電”性能，但無法避免“電壓中斷”情況下釋放的問題，且不具備按設(shè)定時(shí)間延時(shí)釋放的功能。
作者：賓昭平
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