CN113708364A - 一种配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电系统，包括总电源（20），所述总电源（20）连接有至少两个分支电源，所述分支电源包括第一分支电源（21）和第二分支电源（22），所述第一分支电源（21）连接有换相开关（10），所述换相开关（10）实现对所述第一分支电源（21）的三相电源不平衡切换；所述第二分支电源（22）连接第二导体(22‑1)，所述第二导体（22‑1）为柔性和/或刚性导体，且直接或间接连接有至少一个电的装置。本发明通过第一分支电源连接的换相开关进行自动换相切换，实现供电系统电流的三相平衡，通过设置第二分支电源为总电源分流，实现换相开关换相时只转换总电源的部分电流，更有利于达成电流的三相平衡。

Description

一种配电系统

技术领域

本发明涉及一种低压电器领域，具体涉及一种应用于三相负荷不平衡的配电系统。

背景技术

我国目前的低压配电三相四线制电网中，单相负荷占多数，这些单相负荷由于实际应用情况及时间分布存在较大的不规律性，造成电网存在较严重的三相电流不平衡问题，容易引起单相电流或者中心线过大，增加线路及变压器的铜损和铁损，导致线路过载或短路，甚至导致线缆高温起火引起火灾事故，不利于供电安全。

应用于三相负荷不平衡的配电系统作为解决三相不平衡问题的一种典型应用已得到越来越多的应用，其中换相开关是电源切换系统的重要部件，现有的三相进线一相出线的换相开关多采用三个电磁铁驱动三组动静触头，如图1所示的中国专利201610916682.X，该专利公开的开关采用三个电磁铁及三组动静触头实现三路进线、一路出线换相；如图2所示的中国专利201821456019.7，其采用电磁铁驱动旋转插入式触头实现三路进线、一路出线换相，上述两个专利的技术在进行换相动作时，均是将电源的全电流切换至另一相线，这种切换方式往往会带来另一相线的电流过高，造成新的电流不平衡，不利于系统三相电流的平衡切换；在有三相负载的场合，如三相电动机，上述两个专利的全电流切换将导致电动机的相序改变，会引起电机反转或停转，使得电机发热，同时带来机械和电气冲击，造成电机断轴、烧损，严重的话会带来设备损坏及生产经济损失。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的是提供一种配电系统，可有效克服上述问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种配电系统，包括总电源，所述总电源连接有至少两个分支电源，所述分支电源包括第一分支电源和第二分支电源，所述第一分支电源连接有换相开关，所述换相开关实现对所述第一分支电源的三相电源不平衡切换；所述第二分支电源连接第二导体，所述第二导体为柔性和/或刚性导体，且直接或间接连接有电的装置。

优选的，所述换相开关的出线端连接有第一导体，所述第一导体为柔性和/或刚性导体，且直接或间接连接有电的装置。

优选的，所述电的装置包括电能表。

优选的，所述总电源的输出端为电缆接线端子或开关的接线端。

优选的，所述第一分支电源与所述第二分支电源在同一配电箱内设置或分别独立设置。

优选的，所述第二分支电源与所述第一分支电源并联在所述总电源上。

优选的，所述第二导体从所述总电源的A相、B相或C相接入电源，所述换相开关可从所述总电源的A相、B相或C相的多相接入电源，且所述第二导体和所述换相开关的出线端对应的相位可相同或不同。

优选的，所述换相开关包括至少一个绝缘外壳、至少一个驱动装置、至少两个进线端、至少一个出线端、至少一个动触头和至少二个静触头。

优选的，所述换相开关和第二导体的出线端承载的负荷值可根据负载需求增加或减少。

优选的，所述换相开关出线端承载的负载为220V电压，不能作为三相感性负载设备的电源；所述第二分支电源出线端承载的负载为220V或380V电压，可作为三相感性负载设备或非感性负载设备的电源。

优选的，所述换相开关的数量为多个。

优选的，所述驱动装置为电磁式、电机式、永磁式、磁保持式或气动式。

优选的，所述换相开关设置有至少一个电子控制器，所述电子控制器可与外部进行通信。

优选的，所述通信方式包括无线或有线方式，所述无线方式包括蓝牙、红外、Wifi、ZigBee、GPRS、4G、5G、NB-IoT或LoRa，所述有线方式包括RS485、LAN、CAN、DeviceNet、Profibus或HPLC等。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过在总电源的第一分支电源下连接换相开关实现自动换相，实现配电系统负荷电流的三相平衡；

2.本发明通过在总电源的第二分支电源下的第二导体、及第一分支电源下连接的换相开关直接或间接连接到各自对应的至少一个电的装置，可根据实际需求调整负载分配，将第一支路电源与第二支路电源出线端下的负载手动调整，从而实现两路支路电源出线端不同比例的负荷分布，一方面可以实现手动完成电流的三相平衡，另一方面可确保换相开关在换相时只转换总电源的部分电流，有效的避免出现切换全部电流后造成的另一相电流超载的问题，更有利于达成相间电流平衡，且因换相开关只转换总电源的部分电流而非全电流，能减少换相开关换相动作时带来的电弧烧损，大大提高换相开关电气寿命，实现配电系统的高可靠性；

3.本发明的第二分支电源连接的第二导体在数量为三个或三的倍数时，每个第二导体接入的电源可分别设定为三相电源的A、B、C不同相，可用于三相负载如三相电动机等，在换相开关动作时，第二导体的A、B、C相不会受换相开关动作影响而改变相序，从而避免换相动作造成三相负载相序改变后带来的电动机反转等问题，保证配电系统换相动作时，三相负载仍然正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术一现有实施例结构示意图。

图2为背景技术另一现有实施例结构示意图。

图3为本发明的配电系统的总体布局示意图。

图4为本发明的配电系统第一分支电源连接的换相开关的单极内部结构布局示意图。

图5为本发明的换相开关的驱动结构示意图。

图6为本发明的换相开关的储能单元与动触头连接方式结构示意图。

图7为本发明的换相开关的其他驱动装置结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”、“第二”等类似描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，下文指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图3至图7所示，本发明公开了一种配电系统，所述配电系统包括总电源20，所述总电源20连接有至少两个分支电源，在本实施例中，所述分支电源包括第一分支电源21和第二分支电源22，所述第一分支电源21和第二分支电源22并联在所述总电源20上，所述第一分支电源21和所述第二分支电源22的输入端连接所述总电源20的输出端，所述总电源20的输出端在具体的实现形式中可为电缆接线端子或开关的接线端，所述第一分支电源21的输出端连接换相开关10，所述第二分支电源22的输出端连接第二导体22-1，所述换相开关10可从所述总电源20的A相、B相或C相中的多个接入电源，如可从A相、B相或C相的任两相中接入电源，也可从A相、B相和C相三相中同时接入电源。同样的，所述第二导体22-1可从所述总电源20的A相、B相或C相的任一相接入电源，当所述第二导体22-1的数量为多个时，多个所述第二导体22-1可从所述总电源20的A相、B相或C相同相位分别接入电源，也可从不同相位接入电源，且所述第二导体22-1和所述换相开关10的出线端对应的相位可相同或不同。

所述换相开关10的输出端连接第一导体21-1，所述第二导体22-1的输出端直接和与所述第二导体22-1对应设置的电的装置连接，所述第一导体21-1的输入端与所述换相开关10的输出端相连，所述第一导体21-1的输出端可直接和与其对应的电的装置相连，优选的，在本实施例中，所述电的装置为电能表。需要说明的是，和所述第一导体21-1和所述第二导体22-1对应连接的电能表也可通过间接连接的方式进行，在具体的实现方式中，在所述第一导体21-1或所述第二导体22-1的输出端可接入具有计量、费控、可远程控制自动分合闸功能、过载或短路保护功能的保护开关，所述保护开关的输出端再与电能表进行连接，即：通过保护开关可实现所述第一导体21-1或所述第二导体22-1与对应电能表的间接连接。所述保护开关可以是具有计量、费控、自动重合闸、过载或短路保护功能的微型断路器，上述功能可同时设置，也可根据需要选择一种或其中的几种功能，在此不做限制。

需要说明的是，所述换相开关10的出线端与配电系统的中性线或零线配合使用，所述换相开关10的出线端承载的负载为220V电压，不能作为三相感性负载设备如三相电动机的电源，所述第二分支电源22的出线端与配电系统的中性线或零线配合使用时可输出220V的电压，不能作为三相感性负载设备如三相电动机的电源，当所述第二分支电源22连接的第二导体22-1在数量为三个或三的倍数时，每个第二导体22-1接入的电源可分别设定为三相电源的A、B、C不同相，此时，三个第二导体22-1共同使用可输出380V的电压，此种设置方式可用于三相感性负载设备如三相电动机等，在换相动作时，直通的A、B、C不会动作改变相序，从而避免换相动作造成三相负载相序改变后带来的电动机反转等问题，保证换相动作时，三相负载仍然正常工作。

所述第一分支电源21和所述第二分支电源22可设置在同一配电箱内，也可分别独立设置在不同的位置，如可将所述第一分支电源21设置在一配电箱内，将所述第二分支电源22设置在配电箱的外部，或将所述第一分支电源21和所述第二分支电源22分别设置在不同的配电箱内，可以实现同样的效果，在此不对其设置的位置进行限定。

所述第一导体21-1和所述第二导体22-1的数量可根据所述配电系统中电能表的数量进行调整，当所述配电系统中设有多个电能表时，所述第一导体21-1和所述第二导体22-1的数量也对应为多个。所述换相开关10所述第二导体22-1的出线端承载的负荷值可根据负载需求增加或减少，比如在实际台区的配电系统中，所述换相开关21出线端连接的第一导体21-1与所述第二导体22-1各连接5个家庭电表，假设各个家庭的用电负载功率相同，则所述换相开关10与所述第二导体22-1各承载50%负载电流，如需调整负载分配，则可人工手动将第一导体21-1调整为连接2个家庭电表，将第二导体22-1调整连接为8个家庭电表，则所述换相开关10承载20%的负载电流，所述第二导体22-1承载剩余的80%的负载电流，当然，也可以是其他的承载比例，可根据实际需求对负载进行调整。如此设置一方面可以实现手动完成电流的三相平衡，另一方面可确保换相开关在换相时只转换总电源的部分电流，有效的避免出现切换全部电流后造成的另一相电流超载的问题，更有利于达成相间电流平衡，且因换相开关只转换总电源的部分电流而非全电流，能减少换相开关换相动作时带来的电弧烧损，大大提高换相开关电气寿命，实现配电系统的高可靠性。

进一步的，所述第一导体21-1和所述第二导体22-1可为柔性或刚性导体，当所述第一导体21-1和所述第二导体22-1的数量为多个时，不同的所述第一导体21-1或第二导体22-1可采用不同的实现方式，如部分所述第一导体21-1或所述第二导体22-1采用柔性导体的形式，另一部分所述第一导体21-1或所述第二导体22-1采用刚性导体的形式，只要能实现导电功能即可，在此不做限制。

在一优选实施例中，所述换相开关10可实现对所述第一分支电源21的三相电源不平衡切换，具体的，请参考图4所示，所述换相开关10包括绝缘外壳100、进线端120、出线端130、至少一个动触头140、至少二个静触头150、至少一个驱动装置160、至少一个电子控制器170，所述动触头140、静触头150、驱动装置160和电子控制器170均设于所述绝缘外壳100内，所述进线端120的数量为至少两个，所述出线端130的数量为至少一个，相邻的进线端和出线端的多个端子之间相互绝缘，所述进线端120和所述出线端130分别设于所述绝缘外壳100的两端。在本实施例中，所述进线端120的数量为3个，分别和所述总电源10的A相、B相和C相电连接，所述出线端130的数量为1个。

请参考图3至图6所示，所述静触头150的一端与所述换相开关10的进线端120电连接，另一端可与所述动触头140接触或断开，所述静触头150的数量与所述进线端120的数量相同，且分别与多个所述进线端120的对应电连接。

所述动触头140与所述绝缘外壳100转动连接，并通过芯轴141与驱动装置160的储能机构161连接，在所述驱动装置160的驱动下，所述动触头140可绕所述芯轴141转动，并可在所述多个静触头150之间进行切换，实现所述换相开关10的换相操作。具体的，所述动触头140的一端与所述静触头150可转动的接触或分离，另一端通过柔性导体或刚性导体与所述出线端130的一端相连，所述出线端130的另一端与电的装置连接，在本实施例中，所述电的装置为电能表。

需要说明的是，所述静触头150的数量与所述进线端120的数量相同，且与多个所述进线端120对应设置，在本实施例中，所述静触头150的数量为3个，在其他的具体实现方式中，所述静触头150也可以为两个。

所述驱动装置160包括储能机构161、传动机构162和动力装置163，所述动力装置163提供动力并通过所述传动机构162将驱动力传递给所述储能机构161，所述传动机构162分别与所述储能机构161和所述动力装置163转动连接。在本实施例中，所述动力装置163为电机，所述传动机构162为齿轮传动机构，且与所述电机的驱动轴相连，所述传动机构162与所述储能机构161之间为齿轮传动，在所述电机的驱动下，所述传动机构162的主动轮进行转动，并带动所述储能机构161的从动轮转动，从而带动所述储能机构161转动。所述储能机构161与所述动触头140连接，当所述储能机构161转动时，可带动所述动触头140转动，从而实现所述换相开关10的电源切换。

在另一优选实施例中，请参考图7所示，所述动力装置163也可为电磁机构，所述动力装置163包括电磁铁163a和导杆163b，所述电磁铁163a提供动力，所述导杆163b与电磁铁163a铰链连接，并可带动所述传动机构162转动一定角度，从而实现所述驱动装置160的动作。

当然，在其他的具体实施方式中，所述驱动装置160也可为其他的实现方式，如永磁式、磁保持式或气动式，只要可为所述动触头140提供可转动的驱动力即可。

进一步的，在其他的具体的实施方式中，也可不设置储能机构161，而将传动机构162设置为直接与所述动触头140接触，在所述动力装置163的带动下，所述传动机构162直接带动所述动触头140转动，实现在不同静触头150之间的切换，从而实现所述换相开关10的换相操作。

优选的，所述换相开关10还包括电子控制器170和电流采集器180，在本实施例中，所述电流采集器180为电流互感器，其且套设在所述换相开关10的动触头140和所述出线端130之间，用来检测流经所述出线端130电流信息，并将检测到的电流信息传递给电子控制器170，所述电子控制器170根据接收到的电流信息判断电流不平衡情况，发出换相指令，所述电机接收命令后开始转动，通过所述传动机构162传动至所述储能机构161，所述储能机构161通过所述芯轴221带动所述动触头140与所述静触头230快速分断或接通。

所述换相开关10内还设有通信模块和智能配变控制终端，所述智能配变控制终端是利用现代数字信号处理技术，能够实现配变状态监测、负荷不平衡控制策略、无功补偿控制、报表、计量、远方系统通讯的高集成度、高智能化控制终端。所述电子控制器可控制通信模块发送相关信息至智能配变控制终端，使智能配变控制终端实时了解该电源切换装置状态及负荷情况，并计算出三相不平衡度，做出负荷控制策略并发出控制命令，通信模块将控制命令传递至电子控制器对电源切换装置进行换相动作以实现负荷的三相平衡，通信模块可采用无线通讯或有线通讯的方式，所述无线通讯方式包括蓝牙、红外、Wifi、ZigBee、GPRS、4G、5G、NB-IoT或LoRa，所述有线通讯方式包括RS485、LAN、CAN、DeviceNet、Profibus或HPLC等。

需要说明的是，所述换相开关10的数量可以为多个，根据配电系统的具体需求进行调整，在此不做限制。

下面针对所述第一电源切换装置200的电源切换过程详细描述如下：

所述电子控制器170根据接收到的电流信息判断电流不平衡情况，发出换相指令，所述电机接收命令后开始转动，通过所述传动机构162传动至所述储能机构161，所述储能机构161通过所述芯轴221带动所述动触头140与所述静触头230快速分断或接通。在本实施例中，所述储能机构161内部单次储能后即马上释能，实现快合快分，无锁止机构对能量进行储存，即所谓的非预储能式储能机构，当然，在其它可行实施例中，所述储能机构161可以为预储能操作机构，即储能后，有专用的锁止机构对能量进行储存，在时能通过触发机构瞬间释能，实现更快的动作。

本发明通过在总电源的第一分支电源下连接换相开关实现自动换相，实现配电系统负荷电流的三相平衡；通过在总电源的第二分支电源下的第二导体、及第一分支电源下连接的换相开关直接或间接连接到各自对应的至少一个电的装置，可根据实际需求调整负载分配，将第一支路电源与第二支路电源出线端下的负载手动调整，从而实现两路支路电源出线端不同比例的负荷分布，一方面可以实现手动完成电流的三相平衡，另一方面可确保换相开关在换相时只转换总电源的部分电流，有效的避免出现切换全部电流后造成的另一相电流超载的问题，更有利于达成相间电流平衡，且因换相开关只转换总电源的部分电流而非全电流，能减少换相开关换相动作时带来的电弧烧损，大大提高换相开关电气寿命，实现配电系统的高可靠性；第二分支电源连接的第二导体在数量为三个或三的倍数时，每个第二导体接入的电源可分别设定为三相电源的A、B、C不同相，可用于三相负载如三相电动机等，在换相开关动作时，第二导体的A、B、C相不会受换相开关动作影响而改变相序，从而避免换相动作造成三相负载相序改变后带来的电动机反转等问题，保证配电系统换相动作时，三相负载仍然正常工作。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (14)

1.一种配电系统，包括总电源（20），所述总电源（20）连接有至少两个分支电源，所述分支电源包括第一分支电源（21）和第二分支电源（22），所述第一分支电源（21）连接有换相开关（10），所述换相开关（10）实现对所述第一分支电源（21）的三相电源不平衡切换；所述第二分支电源（22）连接第二导体(22-1)，所述第二导体（22-1）为柔性和/或刚性导体，且直接或间接连接有电的装置。

2.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）的出线端连接有第一导体（21-1），所述第一导体（21-1）为柔性和/或刚性导体，且直接或间接连接有电的装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种配电系统，其特征在于，所述电的装置包括电能表。

4.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述总电源（20）的输出端为电缆接线端子或开关的接线端。

5.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述第一分支电源（21）与所述第二分支电源（22）在同一配电箱内设置或分别独立设置。

6.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述第二分支电源（22）与所述第一分支电源（21）并联在所述总电源（20）上。

7.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述第二导体（22-1）从所述总电源（20）的A相、B相或C相接入电源，所述换相开关（10）可从所述总电源（20）的A相、B相或C相的多相接入电源，且所述第二导体（22-1）和所述换相开关（10）的出线端对应的相位可相同或不同。

8.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）包括至少一个绝缘外壳、至少一个驱动装置、至少两个进线端、至少一个出线端、至少一个动触头和至少二个静触头。

9.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）和第二导体（22-1）的出线端承载的负荷值可根据负载需求增加或减少。

10.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）出线端承载的负载为220V电压，不能作为三相感性负载设备的电源；所述第二分支电源（22）出线端承载的负载为220V或380V电压，可作为三相感性负载设备或非感性负载设备的电源。

11.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）的数量为多个。

12.根据权利要求8所述的一种配电系统，其特征在于，所述驱动装置（240）为电磁式、电机式、永磁式、磁保持式或气动式。

13.根据权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于，所述换相开关（10）设置有至少一个电子控制器（170），所述电子控制器（170）可与外部进行通信。

14.根据权利要求13所述的一种配电系统，其特征在于，所述通信方式包括无线或有线方式，所述无线方式包括蓝牙、红外、Wifi、ZigBee、GPRS、4G、5G、NB-IoT或LoRa，所述有线方式包括RS485、LAN、CAN、DeviceNet、Profibus或HPLC等。

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