CN108270221A - 一种民用负荷谐波治理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种民用负荷谐波治理装置，包括串接在配电线路的三相线上的磁性滤波器和串接在零线上的零序电抗器，磁性滤波器包括呈120⁰对称排列的第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯，第一、第二和第三铁芯上均绕有三个线圈，第一铁芯的三个线圈一端分别作为磁性滤波器的三相输入端、另一端分别与第二铁芯的三个线圈一端连接，第二铁芯的三个线圈另一端分别与第三铁芯的三个线圈一端连接，第三铁芯的三个线圈另一端分别作为磁性滤波器的三相输出端，磁性滤波器三相输出端与民用负荷连接，第一、第二、第三铁芯截面积之比为1:2:1。本发明有效滤除相线中的三次谐波电流，且可消除从民用负荷到上一级开关一整条零线上的三次谐波电流，避免零线电流过大。

Description

一种民用负荷谐波治理装置

技术领域

本发明涉及一种民用负荷谐波治理装置。

背景技术

随着科技的发展，LED光源凭借其在节能降耗领域的性能优势，成为照明主 要产品而进入千家万户。然而，LED光源的普及带来的一个严重后果就是谐波污 染问题，其中三次谐波含量最为丰富，而其危害尤其严重。三次谐波导致的主 要后果包括：变压器过热、配电系统不稳定(频繁跳闸)、零线电流过大、对电 子设备形成电磁干扰、污染电磁环境(导致人体亚健康状态)、增加能耗、导致 零线过热等。在三次谐波导致的各种危害当中，零线过热的问题最为严重，零 线电流往往超过相线电流，而零线过热则会造成电气的火灾隐患。

目前，绝大多数LED光源集中的电表箱、开关箱、综合配电箱并未对LED 产生的谐波进行监测、治理，造成的零线电流过大，由于其属于新事物，管理 人员疏于发现，即使发现也是通过增加电缆截面积进行处理，存在一定的事故 隐患。因此如何对LED光源进行谐波治理，减小安全隐患，是急切需要关注和 研究的课题。

针对谐波治理，目前国内外主要有无源滤器和有源滤器两种滤波器在电力 系统广泛应用。

有源滤波(APF)自身就是谐波源：其依靠电力电子装置，在检测到系统谐 波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系 统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿 无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致， 缺点为价格高，容量小，其运行可靠性也不及无源。

无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态, 给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统，无源滤 波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大，缺点为谐波滤除率一 般只有60-80％，同时对基波补偿一定的无功功率。

现有的无源滤器和有源滤器技术处理LED电流谐波，最大的缺点是，只有 安装处能保证其安装位置的上游(线路侧)谐波电流减小，对于下游(负载侧) 的线路没有任何效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种民用负荷谐波治理装置， 有效滤除相线中的三次谐波电流，且可消除从民用负荷到上一级开关这一整条 零线上的三次谐波电流，解决零线电流过大的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种民用负荷谐波治理装置，用于消除配电线路中的三次谐波，包括串接 在配电线路的三相线上的磁性滤波器和串接在零线上的零序电抗器，磁性滤波 器包括呈120⁰对称排列的第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯，第一、第二和第三 铁芯上均绕有三个线圈，第一铁芯的三个线圈一端分别作为磁性滤波器的三相 输入端、另一端分别与第二铁芯的三个线圈一端连接，第二铁芯的三个线圈另 一端分别与第三铁芯的三个线圈一端连接，第三铁芯的三个线圈另一端分别作 为磁性滤波器的三相输出端，磁性滤波器三相输出端与民用负荷连接，第一、 第二、第三铁芯截面积之比为1:2:1。

进一步的，还包括可控的三相旁路开关和监测装置，三相旁路开关两端分 别与磁性滤波器的三相输入端和三相输出端连接，监测装置包括分别与三相旁 路开关连接以控制其通断的控制模块、与控制模块连接用于采集各相线的电能 数据并反馈至控制模块的采集模块。

进一步的，所述第一、第二和第三铁芯由高导磁硅钢片制成。

进一步的，所述第一、第二和第三铁芯均设置有多段气隙。

进一步的，所述监测装置还包括与分别与控制模块连接的显示模块和告警 模块。

进一步的，所述监测装置为电能监测仪。

进一步的，还包括壳体，所述磁性滤波器、零序电抗器、三相旁路开关和 监测装置均设置在壳体内，壳体上开设有分别与磁性滤波器三相输入端连接的 三相输入接口、分别与磁性滤波器三相输出端连接的三相输出接口、分别与零 序电抗器输入端和输出端连接的零线输入接口和零线输出接口。

进一步的，所述壳体由喷塑铁或者不锈钢材料制成。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的磁性滤波器串接在A、B、C三相线上、零序电抗器串接在零线 上，磁性滤波器的第一、第二、第三铁芯和各线圈针对三次谐波电流设计，使 三次谐波电流通过同一个磁场且电流值相等，但电流方向相反，因此三次谐波 电流能够在该磁场中相互抵消而不影响基波电流通过，从而有效滤除A、B、C 三相线中的三次谐波电流，且零线上的零序电抗器对三次谐波电流呈高阻抗， 对基波电流则呈低阻抗，进一步滤除磁性滤波器未滤除的三次谐波电流，从而 能够使三相线和零线中的三次谐波电流下降90％以上，零线电流有效值下降85％ 以上，且可消除从民用负荷到上一级开关这一整条零线上的三次谐波电流，有效保证配电线路的使用安全，且本发明结构简单，使用方便。

2、本发明还设置有A、B、C相旁路开关，旁路开关两端分别与磁性滤波器 输入端和输出端连接，采集模块采集A、B、C三相线的电流并反馈至控制模块， 控制模块根据该电流判断磁性滤波器是否正常工作，当磁性滤波器未正常工作 时，控制旁路开关闭合，使市电直接为民用负荷(即LED光源)供电，保证LED 灯源的持续供电。

3、监测装置还包括显示模块和告警模块，控制模块根据对采集模块采集的 电压和电流电流数据计算谐波和功率等数据，并控制显示模块进行显示，当出 现过流、过压或者过谐波时，控制模块控制告警模块进行告警，能够更为直观 有效地监测配电线路和磁性滤波器的工作状态，以能够在出现异常时及时处理， 避免出现更严重的后果。

4、磁性滤波器、零序电抗器、三相旁路开关和监测装置均设置在壳体内， 便于运输和安装。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明磁性滤波器的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，民用负荷谐波治理装置用于消除配电线路中的三次谐波， 民用负荷4为三相负载(如大致平衡分配至A、B、C相三相线上的LED光源)，配 电线路包括相线A、相线B、相线C和零线N，谐波治理装置包括壳体、设置在壳 体中的磁性滤波器1、零序电抗器2、可控的A相旁路开关K1、可控的B相旁路开 关K2、可控的C相旁路开关K3和监测装置3，磁性滤波器1串接在配电线路的A、B、 C相三相线上，零序电抗器2串接在配电线路的零线N上，磁性滤波器1包括呈120° 对称排列的第一铁芯11、第二铁芯12和第三铁芯13、分别与第一铁芯11、第二 铁芯12和第三铁芯13上端连接的圆形上轭铁15、分别与第一铁芯11、第二铁芯 12和第三铁芯13下端连接的圆形下轭铁16，第一铁芯11、第二铁芯12和第三铁 芯13上均饶有三个线圈14，第一铁芯11的三个线圈14一端分别作为磁性滤波器1 的A、B、C相三相输入端、另一端分别与第二铁芯12的三个线圈14一端连接，第 二铁芯12的三个线圈14另一端分别与第三铁芯13的三个线圈14一端连接，第三 铁芯13的三个线圈14另一端分别作为磁性滤波器1的A、B、C相三相输出端，第 一铁芯11、第二铁芯12和第三铁芯13均由高导磁硅钢片制成，第一铁芯11、第 二铁芯12和第三铁芯13上均设置有多段气隙，且第一铁芯11、第二铁芯12和第 三铁芯13截面积之比为1:2:1，图2中所示的各线圈为示意图，具体线圈匝数需 结合实际应用环境下的相线电流的大小确定。

A相旁路开关K1、B相旁路开关K2、C相旁路开关K3两端分别与磁性滤波器1 的A、B、C相三相输入端和A、B、C相三相输出端连接，监测装置3包括第一输出 端分别与A相旁路开关K1、B相旁路开关K2、C相旁路开关K3连接以控制其通断的 控制模块31、输入端分别与A、B、C相三相线连接且输出端与控制模块31输入端 连接的采集模块32、分别与控制模块31第二输出端连接的显示模块33和告警模 块34，采集模块32用于采集A、B、C相三相线的电压和电流数据并反馈至控制模 块31，控制模块31根据电流数据控制A相旁路开关K1、B相旁路开关K2、C相旁路 开关K3的通断，具体为，当电流数据低于设定值时，控制模块31判定磁性滤波 器1故障，则控制A相旁路开关K1、B相旁路开关K2、C相旁路开关K3接通，以实 现旁路供电；控制模块31还根据电压和电流数据计算谐波和功率等数据，并控 制显示模块33进行显示，当出现过流、过压或者过谐波时，控制模块31控制告 警模块34进行告警。

在本实施例中，监测装置3为电能监测仪，在另一实施例中，控制模块31可 采用单片机，采集模块32可包括电压互感器和电流互感器，显示模块33可采用 液晶屏，告警模块34可采用现有的声光告警装置。

壳体为由喷塑铁制成的空心长方体，其上开设有分别与磁性滤波器1的A、B、 C相三相输入端连接的A、B、C相三相输入接口、分别与磁性滤波器1的A、B、C 相三相输出端连接的A、B、C相三相输出接口、分别与零序电抗器2输入端和输 出端连接的零线输入接口和零线输出接口。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的 范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍 属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种民用负荷谐波治理装置，用于消除配电线路中的三次谐波，其特征在于：包括串接在配电线路的三相线上的磁性滤波器和串接在零线上的零序电抗器，磁性滤波器包括呈120°对称排列的第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯，第一、第二和第三铁芯上均绕有三个线圈，第一铁芯的三个线圈一端分别作为磁性滤波器的三相输入端、另一端分别与第二铁芯的三个线圈一端连接，第二铁芯的三个线圈另一端分别与第三铁芯的三个线圈一端连接，第三铁芯的三个线圈另一端分别作为磁性滤波器的三相输出端，磁性滤波器三相输出端与民用负荷连接，第一、第二、第三铁芯截面积之比为1:2:1。

2.根据权利要求1所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：还包括可控的三相旁路开关和监测装置，三相旁路开关两端分别与磁性滤波器的三相输入端和三相输出端连接，监测装置包括分别与三相旁路开关连接以控制其通断的控制模块、与控制模块连接用于采集各相线的电能数据并反馈至控制模块的采集模块。

3.根据权利要求2所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：所述第一、第二和第三铁芯由高导磁硅钢片制成。

4.根据权利要求3所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：所述第一、第二和第三铁芯均设置有多段气隙。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：所述监测装置还包括与分别与控制模块连接的显示模块和告警模块。

6.根据权利要求5所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：所述监测装置为电能监测仪。

7.根据权利要求2或3或4所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：还包括壳体，所述磁性滤波器、零序电抗器、三相旁路开关和监测装置均设置在壳体内，壳体上开设有分别与磁性滤波器三相输入端连接的三相输入接口、分别与磁性滤波器三相输出端连接的三相输出接口、分别与零序电抗器输入端和输出端连接的零线输入接口和零线输出接口。

8.根据权利要求7所述的一种民用负荷谐波治理装置，其特征在于：所述壳体由喷塑铁或者不锈钢材料制成。