CN105470968B - 一种低压配电节电器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压配电节电器，属于节电设备领域。该节电器接在配电变压器与用户用电设备之间，节电器的电路部分是由三相绕组及其对应的自耦线圈组成。绕组与自耦线圈构成升压变压器，每相绕组的一端与其对应自耦线圈的一端相连，并与三相配电线的一相相连；每相绕组的另一端与用户用电设备的配电线相连；三相自耦线圈的另一端相互连在一起，并与配电系统的零线相连。该低压配电节电器将多余的电压通过升压变压器反馈回电网，采用的是降压节电和反馈节电的双重节电原理，达到节省电能并延长用电设备的使用寿命的目的。

Description

一种低压配电节电器
技术领域
本发明涉及节电设备领域，尤其涉及一种低压配电节电器。
背景技术
目前国内供电部门在电力输送过程中，为了减少电力输送过程中的线路损耗，往往会以较高的电压传送，这导致用户侧配电变压器经输变电后，其输出电压一般会高于额定电压值的5％-10％左右，这样，用户的各种用电设备所实际承受的电压往往高于设计时的额定电压。长期较高的电压，不仅不能让用电设备更有效地工作，反而成为用电设备过早损坏的主要原因；同时，较高的电压还产生了不必要的电费开支，增加了用户的经济负担。
目前的节电器所采用的技术主要分为两大类，一类是应用可控硅技术的斩波节电器，另一类是应用电磁转换技术的电抗式节电器。前者是基于半导体开关技术的斩波降压原理，即对完整的正弦波斩除一部分，因而会产生大量的电力谐波污染，严重影响了电能质量。后者是应用电磁转换技术，输出的是完整的正弦波，不产生电力谐波，节电效果较好、使用寿命长，容量也能做的比斩波型节电器的大，但是成本较高，体积也较大。
专利200610112318.4公开了一种带平衡相位调整线圈的节电器，该节电器基于磁调压原理，通过降低输配电线路的电压，并带有转换开关，根据所需输出电压在不同抽头之间任意转换，该节电器连接在电力变压器之前，也就是输配电的高压侧。该发明的优点是能根据电网电压的高低通过反馈环节自动控制电力开关的关闭来稳定输出侧电压，达到恒压供电和节电的目的，但是该发明也有较明显的不足之处：1)该发明将每相主回路线圈分别绕在两个铁芯上，串联在高压侧，当输入侧电压高时，通过调整提高主回路线圈上的电压值，用主回路线圈储能来保持高压输出侧电压恒定，这种节电器的容量很大，并且制作工艺要求高，成本也相应地较高；2)相位调整线圈分别对应绕在对应的铁芯上，采用三角形接法，由电力开关转换控制，当电力开关损坏时，将切断整条供电线路的电力，影响正常的生产生活，因而可靠性较低。
申请号为201320096019.1的实用新型专利公开了一种立体铁芯变压器，也能达到节电的目的，所采用的结构和原理与申请号为200610112318.4的发明专利相似，通过复杂的控制电路，自动控制有载调压开关调整高压侧线圈数量，利用变压器原理，来改变高压侧的电压，从而使输出到低压侧的电压保持不变，该专利也能达到恒压供电和节电的目的，但是该发明也同样具有不足之处：：1)控制电路结构设计复杂，成本较高，同时也增加了故障率；2)采用开关控制，开关损坏，将会对整个供配电网系统造成影响；3)三相平衡不好保持，谐波干扰严重，可靠性差。
申请号为200810305974.5的发明专利公开了稳压反馈式节电器，该节电器带有控制开关，自动选择出电网电压值，该节电器也是连接在电力变压器之前、输配电的高压侧。采用电磁转换原理，它的反馈是体现在电压高低时判断，然后使用有载调节开关调整初级线圈上的电压值保持输出电压值恒定，其不足之处：1)电路结构复杂，如果提高容量，势必增加制作成本；2)采用转换开关、切换开关和启动开关，均存在开关损坏的可能性，降低系统的可靠性，影响配电系统的正常工作的可能性增加；3)电压过高过低时的判断调节，需要晶闸管动作，开关动作，反应均需一定时间，无法快速调节。
申请号为200720199400.5的实用新型专利是有载调压，公开了一种低压配电节电器，该节电器包括电抗器、多个电子开关和一个独立绕组，独立绕组通过设有多个抽头而分为多个绕组，再通过多个电子开关与电抗器的二次绕组串联，利用电磁转换原理在二次感应绕组输出经过调节之后的电压。使用自耦线圈，只在低压侧串联电抗器，电抗器通过铁芯自带感应二次绕组，二次绕组串联一个绕组或自耦线圈，自耦线圈分成若干个抽头绕组，各个绕组彼此之间相互独立，且分别由不同的开关控制，彼此之间串联，其中一相绕组两端接到低压侧电网上。其不足之处在于：1)低压侧电压调整范围较低，只有0-30V，适用性差；2)需要在低压侧电网上设置复杂的检测回路，容量提升受限，成本也将会提高；3)采用开关控制，开关损坏，将影响起不到节电的作用；4)仅就单相电路的应用情况作了介绍，在三相电路应用中会存在三相平衡和谐波干扰的问题；5)采用两个铁芯，其中一个铁芯设置多个抽头，制作工艺复杂；6)自耦线圈的抽头输出电压到用电设备，只是调节输出电压，也就是只有降压节电的功能。
现有的节电器，不论是斩波型还是磁调压型，普遍采用转换开关实现多档调节来稳定输出电压，在输配电系统的电压偏高时降低电压、偏低时提升电压。然而，对于高压节电器，转换的电压比较高，往往达到10KV左右，因而开关的耐压也相应的比较高，这提高了对转换开关的要求，同时，转换开关的控制电路也相应的变得复杂；在转换开关损坏的情况下，整个节电器需要先断电再重新更换高压开关，因而，这种高压节电器存在维护困难、使用不便、成本高、体积庞大等缺点。低压配电节电器，同样也采用了转换开关，尽管所承受的电压只有400V左右，但是也增加了节电器的成本、降低了节电器的可靠性。本专利提供一种新型低压配电节电器，该节电器采用磁调压技术，不带转换开关，采用普通电力变压器的油浸式结构，通过降低电压将配电电压调节到用电设备的额定电压附近，并通过电磁能量转换原理将多余的电压反馈式回电网，达到为用户节省电能、延长用电设备的使用寿命的目的。该节电器不会给电网带来谐波污染，具有可靠性高、成本低、结构紧凑、无需维护等优点。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术的电网电压波动造成电力浪费的问题，本发明提供了一种低压配电节电器。它不但采用了降压节电原理，还采用了磁能反馈节电原理，将多余的电压反馈回电网，反馈的过程中抵消输入电流，达到双倍节电的目的。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种低压配电节电器，包括三相绕组、铁芯和自耦线圈，三相绕组与自耦线圈有共同的铁芯，三相绕组的一端与配电线相连，另一端与用电设备配电线相连，自耦线圈的一端与三相绕组的一端相连，自耦线圈的另一端与配电线的零线N相连。
优选地，三相绕组包括A相绕组、B相绕组和C相绕组，A相绕组包括A相绕组端子I和A相绕组端子II，B相绕组包括B相绕组端子I和B相绕组端子II，C相绕组包括C相绕组端子I和C相绕组端子II。
优选地，自耦线圈包括A相自耦线圈、B相自耦线圈和C相自耦线圈，A相自耦线圈包括A相自耦线圈端子I和A相自耦线圈端子II，B相自耦线圈包括B相自耦线圈端子I和B相自耦线圈端子II，C相自耦线圈包括C相自耦线圈端子I和C相自耦线圈端子II。
优选地，铁芯包括A相铁芯、B相铁芯和C相铁芯，A相绕组和A相自耦线圈有共同的A相铁芯，B相绕组和B相自耦线圈有共同的B相铁芯，C相绕组和C相自耦线圈有共同的C相铁芯，每相绕组与其对应的每相自耦线圈通过共有的每相铁芯构成升压变压器。
优选地，A相绕组端子I与配电线L1相连，A相绕组端子II与用电设备配电线L1′相连，A相自耦线圈端子I与A相绕组端子I相连，A相自耦线圈端子II与配电线的零线N相连。
优选地，B相绕组端子I与配电线L2相连，B相绕组端子II与用电设备配电线L2′相连，B相自耦线圈端子I与B相绕组端子I相连，B相自耦线圈端子II与配电线的零线N相连。
优选地，C相绕组端子I与配电线L3相连，C相绕组端子II与用电设备配电线L3′相连，C相自耦线圈端子I与C相绕组端子I相连，C相自耦线圈端子II与配电线的零线N相连。
优选地，三相绕组、铁芯和自耦线圈，组成一个整体后放入到带散热片的变压器油箱中，油箱内注满变压器油。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明无转换开关，由线圈和铁芯构成，并采用油浸式结构，这意味着节电器像电力变压器那样，可靠性极高；没有转换开关，这就省掉了复杂的控制电路，也无需因转换开关损坏而切断整条供电线路的电力，因而使用极为方便，也不需要专门的管理员来维护节电器的正常运行；
(2)本发明不但采用了降压节电原理，还采用了磁能反馈节电原理，将多余的电压反馈回电网，反馈的过程中抵消输入电流，达到双倍节电的目的；
(3)本发明采用磁调压技术，其容量和配电变压器的容量一致，制造工艺和配电变压器相同，因而容量可以做到MW级，尤其适合耗电量巨大的工况企业；
(4)本发明采用油浸式密封结构，不用担心灰尘、风沙的破坏，能胜任恶劣的工作环境，经久耐用；
(5)由于电网是采用较高的电压输电，用电设备长期工作在高于额定电压的状态，极大影响了用电设备的使用寿命，通过将工作电压降低到用电设备的额定电压附近，用电设备的使用寿命得到了延长；
(6)本发明的结构原理简单、制作成本低、易于实现。
附图说明
图1为本节电器的电气结构图；
图2为本节电器在配电系统中的线路连接示意图；
图3为本节电器示意图。
图中标号说明：
11、A相绕组；12、B相绕组；13、C相绕组；21、A相自耦线圈；22、B相自耦线圈；23、C相自耦线圈；31、A相铁芯；32、B相铁芯；33、C相铁芯；111、A相绕组端子I；112、B相绕组端子I；113、C相绕组端子I；121、A相绕组端子II；122、B相绕组端子II；123、C相绕组端子II；211、A相自耦线圈端子I；212、B相自耦线圈端子I；213、C相自耦线圈端子I；221、A相自耦线圈端子II；222、B相自耦线圈端子II；223、C相自耦线圈端子II；41、公共端；1、油箱；5、油位计；43、桩头I；42、桩头II；52、桩头III；6、三相高压输入；61、配电变压器；7、节电器；8、用电设备。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
一种低压配电节电器，按照315KVA电力变压器的标准工艺，铁芯由厚度为0.35mm的硅钢片层叠而成，这可以降低节电器自身的损耗；每相绕组由截面积为120mm2的铜排折弯而成，对应的每相自耦线圈由截面积为6mm2的铜导线绕成；两者通过共有对应的每相铁芯构成升压变压器，变比为其中U1为绕组电压，U2为对应自耦线圈电压，P1和P2分别为绕组和线圈的功率，N1/N2的取值为15-25。
选用3mm厚的碳钢板制备油箱1，油箱1的底部焊接四个位置固定钉，油箱1的盖上事先确定连接三相配电线L1、L2、L3的3个桩头I43的位置，连接三相用电设备配电火线L1′、L2′、L3′的3个桩头II42的位置，以及连接零线N的桩头III52的位置。
本发明无转换开关，由线圈和铁芯构成，并采用油浸式结构，一方面不用担心灰尘、风沙的破坏，能胜任恶劣的工作环境，经久耐用；另一方面节电器7能够像电力变压器那样，可靠性极高；没有转换开关，这就省掉了复杂的控制电路，也无需因转换开关损坏而切断整条供电线路的电力，因而使用极为方便，也不需要专门的管理员来维护节电器7的正常运行。
将干式的升压变压器放置到油箱1中，油箱1底部的四个位置固定钉穿过升压变压器底部四个对角的螺丝孔。将组装好的节电器7内的每相绕组端子I(即分别为A相绕组端子I111、B相绕组端子I112和C相绕组端子I113)用软连接接到油箱1上已经固定好的桩头I43上；每相绕组端子III(即分别为A相绕组端子II121、B相绕组端子II122和C相绕组端子II123)用软连接和桩头II42固定，用软连接的目的是为了防止大电流对桩头的瓷瓶产生破坏作用。
三相高压输入6接在配电变压器61的初级，配电变压器61的次级即是三相配电线L1、L2、L3；同时将每相自耦线圈端子II(即分别为A相自耦线圈端子II221、B相自耦线圈端子II222和C相自耦线圈端子II223)均接在一起，形成公共端41，用带绝缘套管的软铜线连在一起，然后接到油箱1的桩头III52上，目的是为了保持相位平衡，保证三相输出的电压对称，为用电设备提供更为稳定的电压；桩头III52接三相配电线的零线N，节电器7的三相用电设备配电火线L1′、L2′、L3′与用电设备8连接。
配电系统中，零线N上的电流比火线上的电流小，因此，三个自耦线圈的公共端41所连接的桩头III52的直径比三相绕组的两端连接的桩头I43和桩头II42的直径小，如图3所示。
通过油位计5向油箱1中添加10号变压器油，直至油箱加满，节电器7后续运行中可以透过油位计5的观测窗查看油面的位置，保证节电器7工作在安全状态下，本发明采用油浸式密封结构，不用担心灰尘、风沙的破坏，能胜任恶劣的工作环境，经久耐用。
升压变压器只有低压侧的绕组接入配电线(即三相配电线)，该绕组匝数很少，因而节电器7自身的损耗也很少，该低压配电节电器不采用任何转换开关，没有引入额外的开关损坏，也没有给电网带来谐波污染。本发明不但采用了降压节电原理，还采用了磁能反馈节电原理，将多余的电压反馈回电网，反馈的过程中抵消输入电流，达到双倍节电的目的；同时，由于电网是采用较高的电压输电，用电设备长期工作在高于额定电压的状态，极大影响了用电设备的使用寿命，通过将工作电压降低到用电设备的额定电压附近，用电设备的使用寿命得到了延长。
现有技术中的低压配电节电器，达到同一级别的容量，成本大，本发明采用磁调压技术，其容量和配电变压器61的容量一致，制造工艺和配电变压器61相同，因而容量可以做到MW级，尤其适合耗电量巨大的工况企业。
实施例2
本实施例同实施例1，其中，N1/N2的取值为15。
实施例3
本实施例同实施例1，其中，N1/N2的取值为25。
实施例4
本实施例同实施例1，其中，N1/N2的取值为20。
实施例5
当电网电压持续偏低时，对本发明的技术方案作出更改，自耦线圈的一端与配电线相连，另一端与用电设备配电线相连，三相绕组的一端与自耦线圈的一端相连，三相绕组的另一端与配电线的零线N相连。
将图2中节电器7的桩头I43分别与三相用电设备配电火线L1′、L2′、L3′连接，节电器7的桩头II42分别与三相配电线L1、L2、L3连接。
实施例6
本实施例同实施例1和实施例5类似，将节电器7的容量设计小些，可用在配电网和家庭用电之间，节电器7设计成单相的调节，家庭用电和电网之间的用电平衡，保证家庭用电的安全，稳定可靠。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种低压配电节电器，其特征在于：包括三相绕组、铁芯和自耦线圈，采用油浸式结构，低压配电节电器的容量和配电变压器(61)的容量一致，三相绕组与自耦线圈有共同的铁芯，三相绕组的一端与配电线相连，另一端与用电设备配电线相连，自耦线圈的一端与三相绕组的一端相连，自耦线圈的另一端与配电线的零线N相连，将多余的电压反馈回配电线，反馈的过程中抵消输入电流；
三相绕组包括A相绕组(11)、B相绕组(12)和C相绕组(13)，A相绕组(11)包括A相绕组端子I(111)和A相绕组端子II(121)，B相绕组(12)包括B相绕组端子I(112)和B相绕组端子II(122)，C相绕组(13)包括C相绕组端子I(113)和C相绕组端子II(123)；
自耦线圈包括A相自耦线圈(21)、B相自耦线圈(22)和C相自耦线圈(23)，A相自耦线圈(21)包括A相自耦线圈端子I(211)和A相自耦线圈端子II(221)，B相自耦线圈(22)包括B相自耦线圈端子I(212)和B相自耦线圈端子II(222)，C相自耦线圈(23)包括C相自耦线圈端子I(213)和C相自耦线圈端子II(223)；
铁芯包括A相铁芯(31)、B相铁芯(32)和C相铁芯(33)，A相绕组(11)和A相自耦线圈(21)有共同的A相铁芯(31)，B相绕组(12)和B相自耦线圈(22)有共同的B相铁芯(32)，C相绕组(13)和C相自耦线圈(23)有共同的C相铁芯(33)，每相绕组与其对应的每相自耦线圈通过共有的每相铁芯构成升压变压器；
A相绕组端子I(111)与配电线L1相连，A相绕组端子II(121)与用电设备配电线L1′相连，A相自耦线圈端子I(211)与A相绕组端子I(111)相连，A相自耦线圈端子II(221)与配电线的零线N相连；
B相绕组端子I(112)与配电线L2相连，B相绕组端子II(122)与用电设备配电线L2′相连，B相自耦线圈端子I(212)与B相绕组端子I(112)相连，B相自耦线圈端子II(222)与配电线的零线N相连；
C相绕组端子I(113)与配电线L3相连，C相绕组端子II(123)与用电设备配电线L3′相连，C相自耦线圈端子I(213)与C相绕组端子I(113)相连，C相自耦线圈端子II(223)与配电线的零线N相连。
2.根据权利要求1所述的一种低压配电节电器，其特征在于：三相绕组、铁芯和自耦线圈，组成一个整体后放入到带散热片的变压器油箱中，油箱内注满变压器油。
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