CN108803768A - 低压线路末端电压节能设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种低压线路末端电压节能设备及其使用方法，其包括：电压输入端、电压输出端、用于通过电磁调压进行末端电压调节或者通过电压补偿的末端电压调压电路，所述末端电压调压电路设置于电压输入端和电压输出端之间，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出。本发明装置可以快速稳定的对低压线路末端电压进行补偿，降低线路电能损失。

Description

低压线路末端电压节能设备及其使用方法

技术领域

本发明属于无功补偿领域，特别涉及一种低压线路末端电压节能设备及其使用方法。

背景技术

随着社会的不断发展，居民生活水平不断提高，新的电器，如空调、电磁灶、洗衣机、冰箱、电热水器、电视机、电脑、复印机等电子设备和电炊具等家用电器不断走入家庭，这些电器可以统称为低压线路的末端负载，当交流电在通过这些负载时，由于其中存在大量感性负载，感性负荷中含有电感，电感在线路中与变电站之间会进行周期性的充电与放电，理论上说变电站给电感充多少电，电感也向变电站放多少电，电感在电网线路中不会消耗电能，所以它在线路中的功率也叫做无功功率，但是实际上由于线路具有一定的电阻，电感在线路中产生的充电与放电的电流会增加线路发热，无功损耗的增加，功率因数的下降，线路的电压也下降了，这导致电能质量降低，进而影响到用户用电设备的正常运行，严重时会造成用电设备损坏，给用户带来损失；也会使变压器、电子元器件等电气设备附加损耗和发热，导致绝缘加速老化，缩短使用寿命。为了提高用电设备的运行质量，常常需要给用电设备进行无功补偿。

针对这一现状，传统解决方法是扩大变压器容量或从周边地区增调电能以补足电压缺口，这无疑增加了投资的成本，同时在用电低谷的冬季也会出现大马拉小车的现象，造成严重浪费。另外也可以尝试减少这种感性负载的充放电的电流在线路上的流动。电容器在电网线路中也是一种无功元件，与电感一样在电网线路中也会与变电站之间进行周期性的充电与放电，所以在线路中也不会消耗电能，但是在同一个线路中电容器的充电与放电时间与电感的正好相反，也就是说在电感充电时电容放电，反之，电感在放电时电容在充电，所以无功补偿的方法是在感性负荷附近并联相应容量的电容器(无功补偿路径最短原则)，使得原先电感与变电站之间的充放电行为改变为在电感与电容器之间进行，抵消或减少电感与变电站之间的线路中产生的无功电流，这就是常说的无功补偿的简要原理。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。并提供一种准确稳定的对电压进行无功补偿的低压线路末端电压节能设备。

本发明的技术方案如下：

一种低压线路末端电压节能设备，，包括：电压输入端、电压输出端、用于通过电磁调压进行末端电压调节或者通过电压补偿的末端电压调压电路，所述末端电压调压电路设置于电压输入端和电压输出端之间，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出；当采用电磁调压进行末端电压调节时，所述末端电压调压电路包括开关切换装置、谐波保护器、功率因素控制器、电容器投切开关、电容器、电流互感器、交流接触器、变压器、第一熔断器、第二熔断器、功率因素控制器及电压电流控制器，所述电压输入端通过开关切换装置与谐波保护器相连接，所述谐波保护器的正向端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接，电压输出端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接；所述谐波保护器的负向端一路通过第一熔断器FU1与功率因素控制器的12端口、8端口相连接，一路与电容器投切开关的N端相连接，电容器投切开关的C+端与功率因素控制器的输出14接口相连接，CC-端与功率因素控制器的输出15接口相连接，CB-端与功率因素控制器的输出16接口相连接，CA-端与功率因素控制器的输出17接口相连接，第二熔断器FU2一路与功率因素控制器的输出22接口与相连接，一路与功率因素控制器的输出13接口相连接，一路还与指示灯相连接，谐波控制器的负向端又一路通过开关与变压器相连接，并与电压输出端相连接；当采用电压补偿进行末端电压调节时，末端电压调压电路包括：功率因素控制器、谐波保护器、电容器投切开关、电容器投切开关控制器、电容器及断路器、所述电压输入端通过断路器一路与谐波保护器相连接，一路与电容器投切开关相连接后与电容器相连接，又一路分别与功率因素控制器的取样点压接口、工作电压接口相连接，所述功率因素控制器的接口包括取样电压接口、取样电流接口、工作电压接口、控制器输出接口及GPRS接口，所述控制器输出接口的14-16接口分别与电容器投切开关控制器的C+端口、CA-端口、CB-端口相连接，电容器投切开关控制器的CC-端口与N端口相连接后与控制器输出接口的17接口相连接，电容器投切开关控制器的输出端一路通过透切指示灯与电容器投切开关相连接并进行切换控制，一路通过电源指示灯与熔断器相连接。

进一步的，所述开关切换装置采用HD11-100/28刀开关，所述谐波保护器采用MXBY-2/40KA型号谐波保护器，所述功率因素控制器采用MRVC-N/D，所述电容器投切开关采用MJC-45F/D。

进一步的，所述熔断器采用RT18-32/5A，所述功率因素控制器采用MRVC-N/DG，所述谐波保护器采用MXBY-2/40KA，所述电容器投切开关采用MJD-45F/3，电容器投切开关控制器、电容器MXBY-2/40KA。

本申请节能设备的针对与市电的节能方法包括两种：

A，当供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段末端电压范围在220V+7%与220V -10%之间；并且变压器有功负载不超过变压器视在功率的100%，在用电高峰时段的电压高于185V且低于198V，或者线路的载流量基本满足负载电流的需求；并且末端负荷占变压器容量的10%以内，采用本节能设备进行电压补偿节能；

B，当供电半径在1000米以上；在非用电高峰时段末端电压在220V+7%与220V -10%之间；并且变压器有功负载不超过视在功率的100%，在用电高峰时段的电压高于165V且低于198V；或线路的载流量基本满足负载电流需求；且末端负荷占变压器容量的15%以内；采用本节能设备通过电压补偿和电磁调压共同节能。

本申请节能设备针对于三相电的节能方法包括以下两种：

A，当供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段末端电压能够达到380V±5%的电压质量；并且变压器有功负载不超过变压器视在功率的100%，在用电高峰时段的线相电压高于342V且低于360V；或者线路的载流量满足负载电流的需求；并且末端负荷，占变压器容量的10%以内，采用本节能设备进行电压补偿节能；

B，当供电半径在1000米以上；在非用电高峰时段末端电压能够380V±5%的电压要求；并且变压器有功负载不超过视在功率的100%，在用电高峰时段的线相电压高于342 V且低于360V；或线路的载流量满足负载电流需求；且末端负荷占变压器容量的15%以内；采用本节能设备通过电压补偿和电磁调压进行节能。

本发明的有益效果：通过创新性的采用电磁调压和电压调压相结合的方式来对末端电压进行补偿，可以稳定准确的对低压端进行控制，并且分别设计了电磁调压装置和电压调压装置进行电压补偿，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出，使得无功补偿更精确、更节能，降低了线路上电流的发热导致的电能损失。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例电磁调压进行末端电压调节的电路示意图；

图2是电压补偿的电路示意图；

图3是变压器示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种低压线路末端电压节能设备，包括：电压输入端、电压输出端、用于通过电磁调压进行末端电压调节或者通过电压补偿的末端电压调压电路，所述末端电压调压电路设置于电压输入端和电压输出端之间，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出。

如图1所示，当采用电磁调压进行末端电压调节时，所述末端电压调压电路包括开关切换装置、谐波保护器、功率因素控制器、电容器投切开关、电容器、电流互感器、交流接触器、变压器、第一熔断器、第二熔断器、功率因素控制器及电压电流控制器，所述电压输入端通过开关切换装置与谐波保护器相连接，所述谐波保护器的正向端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接，电压输出端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接；所述谐波保护器的负向端一路通过第一熔断器FU1与功率因素控制器的12端口、8端口相连接，一路与电容器投切开关的N端相连接，电容器投切开关的C+端与功率因素控制器的输出14接口相连接，CC-端与功率因素控制器的输出15接口相连接，CB-端与功率因素控制器的输出16接口相连接，CA-端与功率因素控制器的输出17接口相连接，第二熔断器FU2一路与功率因素控制器的输出22接口与相连接，一路与功率因素控制器的输出13接口相连接，一路还与指示灯相连接，谐波控制器的负向端又一路通过开关与变压器相连接，图3所示为变压器结构示意图，并与电压输出端相连接。

开关切换装置采用HD11-100/28刀开关，谐波保护器采用MXBY-2/40KA型号谐波保护器，所述功率因素控制器采用MRVC-N/D，电容器投切开关采用MJC-45F/D。

如图2所示，当采用电压补偿进行末端电压调节时，末端电压调压电路包括：功率因素控制器、谐波保护器、电容器投切开关、电容器投切开关控制器、电容器及断路器、所述电压输入端通过断路器一路与谐波保护器相连接，一路与电容器投切开关相连接后与电容器相连接，又一路分别与功率因素控制器的取样点压接口、工作电压接口相连接，所述功率因素控制器的接口包括取样电压接口、取样电流接口、工作电压接口、控制器输出接口及GPRS接口，所述控制器输出接口的14-16接口分别与电容器投切开关控制器的C+端口、CA-端口、CB-端口相连接，电容器投切开关控制器的CC-端口与N端口相连接后与控制器输出接口的17接口相连接，电容器投切开关控制器的输出端一路通过透切指示灯与电容器投切开关相连接并进行切换控制，一路通过电源指示灯与熔断器相连接。

优选的，熔断器采用RT18-32/5A，功率因素控制器采用MRVC-N/DG，谐波保护器采用MXBY-2/40KA，电容器投切开关采用MJD-45F/3，电容器投切开关控制器、电容器MXBY-2/40KA。

本发明工作原理：通过在电压输入端和电压输出端之间设置末端电压调压电路，末端电压调压电路用于通过电磁调压进行末端电压调节或者通过电压补偿，当功率因数低于0.98且电压低于198V时采用电压补偿，装置如图2所示，主要通过功率因素控制器MRVC-N/D控制投切开关对电压输入端的电压和电压输出端的电压进行采集反馈，并进行调节控制，功率因数高于0.98或补偿电容全部投入并且电压低于198V时采用电磁调压，装置如图1所示，主要通过功率因素控制器MRVC-N/D和电流电压控制器相结合，并通过电流电压控制器对电压输入端的电压、电流均进行采集，监控输出电流和电压大小，并通过功率因素控制器MRVC-N/D控制电容投切开关的开关，控制电容进行充放电，进行输出电压调节控制，末端电压调压电路设置于电压输入端和电压输出端之间，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出。

以下是在实际引用中的应用情形：

当供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段末端电压能够达到电压质量要求（ 220V+7%、-10%； 380V ±5%)；并且变压器有功负载不超过变压器视在功率的100%，在用电高峰时段的相电压高于185V且低于198V；线相电压高于342V且低于360V；或者线路的载流量基本满足负载电流的需求；并且末端负荷较小(占变压器容量的10% 以内）；采用本申请装置通过电压补偿调节对低压线路末端电压补偿。

当供电半径在1000米以内，变压器的有功负载不超过变压器视在功率的100%，线路的载流量基本满足负载电流需求；并末端负荷较大（占变压器容量的12%以上）；在非用电高峰时段末端电压在200-210V之间；或供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段电压质量能够达到要求（ 220V+7%、-10%； 380V ±5%)；变压器有功负载不超过变压器视在功率的120%；并在用电高峰时段的负载电流超出线路导线安全载流量的20%以下建议酌情使用本申请装置通过电压补偿调节对低压线路末端电压补偿；

当配电变压器在用电高峰时段负载超载120%以上；或虽然有了变台无功补偿，但变压器出口电压低于标准电压；或者线路超过1000米以上；在用电高峰时段线路导线的安全载流量超过负载电流的20%；且在用电高峰时段末端相电压低于175V,线电压低于342V;则不建议使用本申请装置通过电压补偿调节对低压线路末端电压补偿。

经过理论计算和各现场测试，农村用户在用电高峰时段的负载特性均为: 空调、电冰箱、电磁炉等感性负载，其自然功率因数在0.68-0.71之间。如果在用电高峰时段能够得到很好的电压补偿，须将目标功率因数cos,提高到0.95-0.99范围内。因此按此要求计算出补偿系数不得低于0.72。即：每千瓦有功功率按照72%的无功补偿量进行补偿，以此得出负载功率所需补偿容量。

当供电半径在1000米内或以上；在非用电高峰时段末端电压能够达到电压质量要求（220V+7%、-10%； 380V ±5%)；并且变压器有功负载不超过视在功率的100%，在用电高峰时段的相电压高于165V且低于198V,线相电压高于342 V且低于360V；或线路的载流量基本满足负载电流需求；且末端负荷较小（占变压器容量的15%以内）；采用本申请装置通过电压补偿和电磁调压共同对低压线路末端电压补偿。

当供电半径在1000米以内或以上；在非用电高峰时段末端电压能够达到电压质量要求（220V+7%、-10%； 380V ±5%)；变压器的有功负载已超过变压器视在功率的100%；线路的载流量基本满足负载电流的需求，但末端负荷较大(占变压器容量的12%以上)，且在用电高峰时段的相电压高于165V但低于198V；线相电压高于342V但低于360V;或供电半径在1000米以内或以上，在非用电高峰时段电压质量能够达到要求（220V+7%、-10%； 380V ±5%)；但变压器的有功负载已经超过容量的100%，在电高峰时段的线路负载电流超出安全载流量的20%以上；可适当使用本申请装置进行电压补偿和电磁调压共同对低压线路末端电压补偿。

当配电变压器在用电高峰时段负载超载120%以上；或虽然变台有无功补偿，但变压器出口电压低于标准电压；或者供电半径在1000米以内或以上，在用电高峰时段线路的安全载流量超过负载电流的20%以上，并在用电高峰时段的相电压高于165V且低于198V；线相电压高于342V且低于360V; 不宜采用本申请装置电压补偿和电磁调压共同对低压线路末端电压补偿。

电压补偿+电磁调压补偿的容量按照视在功率计算，在实际应用中配置容量选择应大于负载容量的5%。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种低压线路末端电压节能设备，其特征在于，包括：电压输入端、电压输出端、用于通过电磁调压进行末端电压调节或者通过电压补偿的末端电压调压电路，所述末端电压调压电路设置于电压输入端和电压输出端之间，当检测到电压输入端或电压输出端的电压低于设定合格值时，通过调节电压以及补偿无功电流，实现电压输出端的稳定输出；当采用电磁调压进行末端电压调节时，所述末端电压调压电路包括开关切换装置、谐波保护器、功率因素控制器、电容器投切开关、电容器、电流互感器、交流接触器、变压器、第一熔断器、第二熔断器、功率因素控制器及电压电流控制器，所述电压输入端通过开关切换装置与谐波保护器相连接，所述谐波保护器的正向端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接，电压输出端一路直接与电压电流控制器相连接，另一路经过电流互感器后与电压电流控制器相连接；所述谐波保护器的负向端一路通过第一熔断器FU1与功率因素控制器的12端口、8端口相连接，一路与电容器投切开关的N端相连接，电容器投切开关的C+端与功率因素控制器的输出14接口相连接，CC-端与功率因素控制器的输出15接口相连接，CB-端与功率因素控制器的输出16接口相连接，CA-端与功率因素控制器的输出17接口相连接，第二熔断器FU2一路与功率因素控制器的输出22接口与相连接，一路与功率因素控制器的输出13接口相连接，一路还与指示灯相连接，谐波控制器的负向端又一路通过开关与变压器相连接，并与电压输出端相连接；当采用电压补偿进行末端电压调节时，末端电压调压电路包括：功率因素控制器、谐波保护器、电容器投切开关、电容器投切开关控制器、电容器及断路器、所述电压输入端通过断路器一路与谐波保护器相连接，一路与电容器投切开关相连接后与电容器相连接，又一路分别与功率因素控制器的取样点压接口、工作电压接口相连接，所述功率因素控制器的接口包括取样电压接口、取样电流接口、工作电压接口、控制器输出接口及GPRS接口，所述控制器输出接口的14-16接口分别与电容器投切开关控制器的C+端口、CA-端口、CB-端口相连接，电容器投切开关控制器的CC-端口与N端口相连接后与控制器输出接口的17接口相连接，电容器投切开关控制器的输出端一路通过透切指示灯与电容器投切开关相连接并进行切换控制，一路通过电源指示灯与熔断器相连接。

2.根据权利要求1所述的低压线路末端电压节能设备，其特征在于，所述开关切换装置采用HD11-100/28刀开关，所述谐波保护器采用MXBY-2/40KA型号谐波保护器，所述功率因素控制器采用MRVC-N/D，所述电容器投切开关采用MJC-45F/D。

3.根据权利要求1所述的低压线路末端电压节能设备，其特征在于，所述熔断器采用RT18-32/5A，所述功率因素控制器采用MRVC-N/DG，所述谐波保护器采用MXBY-2/40KA，所述电容器投切开关采用MJD-45F/3，电容器投切开关控制器、电容器MXBY-2/40KA。

4.一种如权利要求1所述节能设备的使用方法，其特征在于，包括有如下两种节能方法：

A，当供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段末端电压范围在220V+7%与220V -10%之间；并且变压器有功负载不超过变压器视在功率的100%，在用电高峰时段的电压高于185V且低于198V，或者线路的载流量基本满足负载电流的需求；并且末端负荷占变压器容量的10%以内，采用本节能设备进行电压补偿节能；

B，当供电半径在1000米以上；在非用电高峰时段末端电压在220V+7%与220V -10%之间；并且变压器有功负载不超过视在功率的100%，在用电高峰时段的电压高于165V且低于198V；或线路的载流量基本满足负载电流需求；且末端负荷占变压器容量的15%以内；采用本节能设备通过电压补偿和电磁调压共同节能。

5.一种如权利要求1所述节能设备的使用方法，其特征在于，针对与三相电包括有如下两种节能方法：

A，当供电半径在1000米以内，在非用电高峰时段末端电压能够达到380V±5%的电压质量；并且变压器有功负载不超过变压器视在功率的100%，在用电高峰时段的线相电压高于342V且低于360V；或者线路的载流量满足负载电流的需求；并且末端负荷，占变压器容量的10%以内，采用本节能设备进行电压补偿节能；

B，当供电半径在1000米以上；在非用电高峰时段末端电压能够380V±5%的电压要求；并且变压器有功负载不超过视在功率的100%，在用电高峰时段的线相电压高于342 V且低于360V；或线路的载流量满足负载电流需求；且末端负荷占变压器容量的15%以内；采用本节能设备通过电压补偿和电磁调压进行节能。