CN121816632A - 用于从源电网向客户站点提供电力的配电变压器和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于向站点提供电力的配电变压器包括铁磁芯；初级绕组，该初级绕组被配置为以源电网电压连接到源电网；以及次级绕组，该次级绕组被配置为耦接到以第一线路电压向这些站点中的至少一个供应电能并且以第二线路电压向这些站点中的至少另一个供应电能的服务电缆，其中，该第二线路电压高于该第一线路电压。

Description

用于从源电网向客户站点提供电力的配电变压器和系统

技术领域

本披露内容涉及将电力从源电网分配到住宅站点。

背景技术

在家庭和企业中电能使用的增加导致大量的电力转移到客户站点（包括住宅站点）。高压电力通过源电网进行分配。配电变压器在住宅站点附近使用，例如，用于连接到源电网并且以比在源电网中发现的电压更低的电压向附近的住宅站点提供电能。配电变压器通过次级导体（也称为服务电缆）提供电能，这些次级导体以120 V的线路电压将配电变压器连接到住宅站点，例如，以向每个住宅站点提供120 V/240 V的服务。

连接到住宅站点的服务电缆包括包裹在绝缘护套中的导电金属材料（称为导体）。导体的类型和尺寸以及绝缘是确定导体的电流和电压上限的主要因素。其他环境因素可能降低导体的能量传递能力。

随着住宅站点对电能的需求不断增加，先前足以提供所需电力的服务电缆可能不再足够。为了满足需求，通常位于地下的服务电缆被更大的服务电缆取代，这些更大的服务电缆能够提供更高的电流，从而向住宅站点提供更多量的电力。例如，先前足以为住宅提供100 A服务的1/0站点入口电缆可能不再足够，并且可以用4/0站点入口电缆更换，以提供200 A服务。

由于埋设的配电导体较长、其周围以及上方存在园林景观和民用基础设施，更换服务电缆的复杂性和成本是繁重的，在未来几十年中每年花费数十亿美元。

期望改进向住宅站点的电力分配。

发明内容

根据实施例的一个方面，提供了一种用于向站点提供电力的配电变压器。该配电变压器包括：铁磁芯；初级绕组，该初级绕组被配置为以源电网电压连接到源电网；以及次级绕组，该次级绕组被配置为耦接到以第一线路电压向这些站点中的至少一个供应电能并且以第二线路电压向这些站点中的至少另一个供应电能的服务电缆，其中，该第二线路电压高于该第一线路电压。

根据实施例的另一方面，提供了一种用于将源电网连接到包括第一住宅站点和第二住宅站点的住宅站点的系统。该系统包括：用于提供电力的配电变压器，该配电变压器具有以源电网电压接入该源电网的至少一个初级电压连接，以及向该第一住宅站点和该第二住宅站点提供电能的次级电压连接；第一服务电缆组，该第一服务电缆组将这些次级电压连接以适于第一住宅站点处的住宅服务的住宅线路电压连接至该第一住宅站点；以及第二服务电缆组，该第二服务电缆组将这些次级电压连接以比这些住宅线路电压更高的用于在该第二住宅站点处降压的线路电压连接到该第二住宅站点。

根据实施例的又另一个方面，提供了一种将电能从源电网输送到包括第一住宅站点和第二住宅站点的住宅站点的方法。该方法包括：利用配电变压器，将电网电压降压至沿着第一服务电缆组的120 V的线路电压，并且向该第一住宅站点提供120 V/240 V的服务；以及利用该配电变压器，将该电网电压降压到沿着第二服务电缆组的480 V，以提供用于在该第二住宅站点处降压的480 V和100 A。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例的方式描述本披露内容的实施例，在附图中：

图1是现有技术的电气系统的示意图；

图2是根据实施例的一个示例的电气系统的示意图；

图3是根据实施例的一方面的配电变压器的一个示例的前视图；

图4是根据实施例的一方面的配电变压器的截面侧视图；

图5是展示了根据实施例的一方面的配电变压器的示例的示意图；

图6是展示了根据实施例的一方面的配电变压器的另一示例的示意图；

图7是展示了根据实施例的一方面的配电变压器的另一示例的示意图；

图8是展示了根据实施例的一方面的配电变压器的又另一示例的示意图；以及

图9是展示了根据实施例的一方面的配电变压器的又一示例的示意图。

具体实施方式

为了说明的简化和清楚，附图标记可以在附图当中重复以指示对应或相似的要素。阐述了许多细节，以提供对在此描述的示例的理解。在没有这些细节的情况下，也可以实践所述示例。在其他实例中，并未详细描述众所周知的方法、过程和部件，以避免使所描述的示例模糊。该描述不被认为是限于本文所描述的示例的范围。

如上所述，提供到现有住宅的电连接的服务电缆基于导体的类型和尺寸和绝缘以及环境因素而受到限制。例如，服务电缆的限制可以取决于服务电缆是直接埋设还是在地下管道中、电缆埋设的深度、土壤热阻率、服务电缆是否与其他导体捆绑、与其他导体或热源的接近度、负载和负载因子的多样性、环境温度、地面温度以及其他因素。

在许多情况下，服务电缆不足以向住宅提供更高的电流。然而，电压限制可能足够高，使得服务电缆的额定电压显著超过在住宅站点处利用的电压。过去，服务电缆的尺寸是通过与提供给住宅站点的电流相匹配来确定的。随着电力需求的增加，电压保持不变，而电流增加，从而使得更换服务电缆。

服务电缆所连接的配电变压器将来自源电网的高压电力转换为住宅站点处利用的一个或两个较低次级电压。这是使用电导体的缠绕在铁磁芯上的多匝的初级绕组结构和次级绕组结构来实现的。为连接到变压器的所有住宅站点提供相同的较低次级电压。要改变一个住宅站点的电压，就必须改变所有住宅站点的次级电压，或利用单独的配电变压器。

图1是展示了现有技术的电气系统的示意图，其中配电变压器102将源电网104连接到三个住宅站点106。配电变压器包括以15/25 kV的源电网电压连接到源电网104的初级绕组、以及用于以120 V的线路电压向第一住宅站点提供电能的围绕芯的次级绕组。相应的服务电缆112将次级绕组连接到住宅站点106中的每一个，并且在每个住宅站点106处提供120/240 V和100安培的服务。

不是更换服务电缆或安装多个变压器，根据本披露内容的单个配电变压器同时向不同的住宅站点提供三个或更多个次级电压。一组电压可以等于分配给住宅站点的原始或典型电压，而提供其他更高的电压以便于将更大量的电力传递到一个或多个其他住宅站点。因此，可以利用现有服务电缆向住宅站点提供更大量的电力。

然后，在提供有这些其他更高电压的每个住宅站点处使用站点变压器。站点变压器连接到住宅站点的服务电缆，并且用于将该电压降低到住宅电压，例如并且提供比先前提供给住宅的电流更高的电流。

因此，一种用于将源电网连接到包括第一住宅站点和第二住宅站点的住宅站点的电气系统包括用于提供电力的配电变压器。该配电变压器具有：铁磁芯，围绕该芯的初级绕组，该初级绕组用于以源电网电压连接到该源电网；以及围绕该芯的次级绕组，该次级绕组用于以120 V的线路电压向第一住宅站点提供电能并且以480 V的线路电压向第二住宅站点提供电能。第一服务电缆组将次级绕组以120 V的线路电压连接到第一住宅站点，并且在第一住宅站点处以120 V和240 V提供100安培的服务。第二服务电缆组以480 V的线路电压和100 A的电流将次级绕组连接到第二住宅站点。站点变压器包括站点芯；围绕该站点芯的站点初级绕组可以耦接至第二服务电缆组；以及围绕该站点芯的站点次级绕组，该站点次级绕组耦接至站点电缆以在第二住宅站点处提供120 V和240 V下的200安培的服务。

参考图2，该图示出了根据实施例的一个示例的电气系统200。电气系统200包括将源电网204连接到住宅站点的配电变压器202，在本示例中，这些住宅站点包括被称为第一住宅站点206、第二住宅站点208和第三住宅站点210的三个住宅站点。

配电变压器202可以是任何合适的配电变压器。配电变压器202以源电网电压连接到源电网204，该源电网电压可以在约15 kV至25 kV的范围内。其他电网电压（比如5 kV、8kV、35 kV或任何其他合适的电网电压）也是可能的。配电变压器202还包括连接器211、212、213、214、215，这些连接器用于向第一住宅站点206、第二住宅站点208和第三住宅站点210提供电能。可以成功地采用其他配电变压器。

第一服务电缆组216将配电变压器202以用于在住宅站点处使用的线路电压连接到第一住宅站点206。这些线路电压可以是例如120 V，从而在第一住宅站点206处提供120V/240 V和100 A的服务。

第二服务电缆组218将配电变压器202以用于在住宅站点处使用的线路电压连接到第二住宅站点208。这些线路电压可以是例如120 V，从而在第二住宅站点208处提供120V/240 V和100 A的服务。

第三服务电缆组220将配电变压器202以比第一服务电缆组216和第二服务电缆组218的线路电压更高的线路电压连接到第三住宅站点210。第三服务电缆组220可以在480 V和100 A的线路电压下提供电连接。

站点变压器224包括围绕站点芯的站点初级绕组和站点次级绕组，并且用于将例如480 V的较高线路电压转换为例如120/240但为200 A的住宅电压。站点初级绕组连接到第三服务电缆组220，以从配电变压器获取电力。站点电缆228连接到站点次级绕组，以在第三住宅站点210处以比经由服务电缆220接收的电压更低的电压和更高的电流分配电力。

站点变压器224可以是例如50kVA隔离变压器 – 240/480 V初级 – 120/240 V次级–单相。

因此，配电变压器202和站点变压器224的使用便于在不同电压下向住宅站点分配电力，包括在例如120 V的线路电压下向住宅站点中的一个或多个提供100 A的服务，同时还在100 A的电流下向一个或多个其他住宅站点提供例如480 V的更高电压。站点变压器224接收较高的电压并且在住宅站点提供例如120 V/240 V的较低电压和200 A的较高电流。

在图3中示出根据实施例的配电变压器202的示例的前视图。在本示例中，配电变压器202包括围绕铁磁芯306的初级绕组302和次级绕组304。初级电压连接器308、310用于连接到缠绕在铁磁芯306的一个柱312周围的初级绕组302。尽管展示了两个初级电压连接器308、310，但是可选地，可以利用单个初级电压连接器来连接到初级绕组302，并且利用另一个连接器来连接到地。

次级电压连接器211、212、213、214、215用于连接到包裹在铁磁芯306的第二柱313周围的次级绕组304。

初级电压连接器308、310以源电网电压连接到源电网。次级电压连接器211、212、213、214、215连接到第一服务电缆组216、第二服务电缆组218和第三服务电缆组220。

在所示出和描述的示例中，展示了三个住宅站点。然而，配电变压器202可以用于连接到任何合适数量的住宅站点。例如，配电变压器202可以用于连接到约12个住宅站点。

图4示出了容纳在壳体402中的配电变压器202的示例。配电变压器202包括次级电压连接器211、212、213、214、215，这些次级电压连接器连接到包裹在铁磁芯306的第二柱312周围的次级绕组304。次级电压连接器211、212、213、214、215位于壳体402内的连接面404上，并且可经由铰接式门406在壳体402中触及。

如上所述，配电变压器不限于图3和图4中示出的确切变压器。可以成功地采用其他配电变压器。图5至图9展示了配电变压器的示例。本文利用不同的附图标记来描述配电变压器的每个示例。

在图5的示例中，配电变压器是中心抽头单相变压器500。初级电压连接器502、504电耦接到初级绕组508，并且连接到源电网以向缠绕在铁磁芯506周围的初级绕组508提供电力。

次级绕组509也缠绕在铁磁芯506周围，并且沿着次级绕组509的长度被细分有连接，以在次级电压连接器510、512、514、516、518处根据法拉第感应定律提供不同的次级电压。

三个中心次级电压连接器510、512、514可以用于连接到服务电缆，以便以用于在住宅站点处使用的线路电压向住宅站点提供电力，例如，从而在住宅站点处提供120 V/240V的服务。

外部和中间次级电压连接器510、516、518可以用于连接到服务电缆，以便以更高的线路电压向其他住宅站点提供电力，例如，从而提供480 V的服务。

图6展示了合适的配电变压器的另一个示例。在该示例中，配电变压器是单柱分段式单相配电变压器600。初级电压连接器602、604电耦接到初级绕组608，并且连接到源电网以向缠绕在铁磁芯606周围的初级绕组608提供电力。

在该示例中，次级绕组609也缠绕在铁磁芯606周围，并且沿着其长度被细分有四个连接，以在次级电压连接器610、612、614、616处根据法拉第感应定律提供不同的次级电压。

在该示例中，三个底部次级电压连接器610、612、614可以用于连接到服务电缆，以便以用于在住宅站点处使用的线路电压向住宅站点提供电力，例如，从而在住宅站点处提供120 V/240 V的服务。

最上面的两个次级电压连接器610、616可以用于连接到服务电缆，以便以更高的线路电压向其他住宅站点提供电力，例如，从而提供480 V的服务。

图7展示了合适的配电变压器的另一个示例。在该示例中，配电变压器是三级单相配电变压器700。初级电压连接器702、704电耦接到初级绕组708，并且连接到源电网以向缠绕在铁磁芯706周围的初级绕组708提供电力。

次级绕组包括缠绕在铁磁芯706周围的两个绕组709、710。第一次级绕组709沿着其长度被细分有连接，以在次级电压连接器712、714、716处根据法拉第感应定律提供不同的次级电压。第二次级绕组结构710在其端部处具有连接，以在次级电压连接器718、720处提供单个次级电压。

在该示例中，图中的三个底部次级电压连接器712、714、716可以用于连接到服务电缆，以便以用于在住宅站点处使用的线路电压向住宅站点提供电力，例如，从而在住宅站点处提供120 V/240 V的服务。

上面的两个次级电压连接器718、720可以用于连接到服务电缆，以便以更高的线路电压向其他住宅站点提供电力，例如，从而提供480 V的服务。

图8示出了合适的配电变压器的又一示例。在该示例中，配电变压器是单相分接自变压器800。初级电压连接器802、804电耦接到唯一绕组808，并且连接到源电网以向缠绕在铁磁芯周围的绕组808提供电力。

唯一绕组结构808沿着其长度被细分有连接，以分别在次级电压连接器810、812、814、816处根据法拉第感应定律提供不同的次级电压。

在所示的示例中，三个较低次级电压连接器810、812、814可以用于连接到服务电缆，以便以用于在住宅站点处使用的线路电压向住宅站点提供电力，例如，从而在住宅站点处提供120 V/240 V的服务。

上面的次级电压连接器816可以用于连接到服务电缆，以便以更高的线路电压向其他住宅站点提供电力，例如，从而提供480 V的服务。

图9示出了合适的配电变压器的另一示例。在该示例中，配电变压器是三相配电变压器900。初级电压连接器902、904、906电耦接到初级绕组908，这些初级绕组可以呈三角形或Y形配置，并且这些初级电压连接器连接到源电网以向缠绕在铁磁芯910周围的初级绕组908提供电力。

次级绕组912缠绕在铁磁芯910中的相应铁磁芯上。本示例中的次级绕组912以三角形配置互连、在次级绕组912的互连点处具有连接，并且这些次级绕组中的一个次级绕组沿着其长度被细分有连接。这些连接在连接器914、916、918、920、922处提供不同的电压。

在所展示的示例中，三个较低的中心次级电压连接器914、916、918可以用于连接到服务电缆，以便以用于在住宅站点处使用的线路电压向住宅站点提供电力，例如，从而在住宅站点处提供120 V/240 V的服务。

上面的两个次级电压连接器920、922可以用于连接到服务电缆，以便以更高的线路电压向其他住宅站点提供电力，例如，从而提供480 V的服务。

有利地，根据本披露内容的配电变压器同时向不同的住宅站点提供三个或更多个次级电压。一组电压可以等于分配给住宅站点的原始或典型电压，而提供其他更高的电压以便于将更大量的电力传递到一个或多个其他住宅站点。因此，可以利用现有服务电缆向住宅站点提供更大量的电力。

权利要求的范围不应受示例中阐述的优选实施例的限制，而应以与整个说明书一致的最广泛的解释而给出。

Claims (19)

1.一种用于向站点提供电力的配电变压器，该配电变压器包括：

铁磁芯；

初级绕组，该初级绕组被配置为以源电网电压连接到源电网；

次级绕组，该次级绕组被配置为耦接到以第一线路电压向这些站点中的至少一个供应电能并且以第二线路电压向这些站点中的至少另一个供应电能的服务电缆，其中，该第二线路电压高于该第一线路电压。

2.根据权利要求1所述的配电变压器，其中，这些服务电缆包括第一服务电缆组，该第一服务电缆组用于以该第一线路电压向这些站点中的第一站点供应电能，并且其中，该第一线路电压为120 V。

3.根据权利要求2所述的配电变压器，其中，这些服务电缆包括第二服务电缆组，该第二服务电缆组用于以该第二线路电压向这些站点中的第二站点供应电能，并且其中，该第二线路电压为480 V。

4.根据权利要求1所述的配电变压器，其中，该次级绕组被配置为利用相应组的这些服务电缆耦接到这些站点中的第一多个站点，以在480 V下供应电能。

5.根据权利要求4所述的配电变压器，其中，该次级绕组被配置为利用相应组的这些服务电缆耦接到这些站点中的第二多个站点，以在120 V的线路电压下供应电能。

6.一种用于将源电网连接到包括第一住宅站点和第二住宅站点的住宅站点的系统，该系统包括：

用于提供电力的配电变压器，该配电变压器具有以源电网电压接入该源电网的至少一个初级电压连接，以及向该第一住宅站点和该第二住宅站点提供电能的次级电压连接；

第一服务电缆组，该第一服务电缆组将这些次级电压连接以适于第一住宅站点处的住宅服务的住宅线路电压连接至该第一住宅站点；

第二服务电缆组，该第二服务电缆组将这些次级电压连接以比这些住宅线路电压更高的用于在该第二住宅站点处降压的线路电压连接到该第二住宅站点。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，该第一服务电缆组将这些次级电压连接以120 V的住宅线路电压连接到该第一住宅站点，从而提供120 V/240 V的服务。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，该第二服务电缆组将这些次级电压连接以480 V的较高线路电压连接到该第二住宅站点，从而为该住宅站点提供480 V和100安培。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，包括站点变压器，该站点变压器包括站点芯、围绕该站点芯并耦接至该第二服务电缆组的站点初级绕组、以及围绕该站点芯并耦接至站点电缆以在该第二住宅站点处提供服务的站点次级绕组。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，这些站点电缆将该站点变压器以120 V的住宅线路电压连接到该第二住宅站点，从而为该第二住宅站点提供120 V/240 V和200安培的服务。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，该系统用于连接到另外的住宅站点，并且该系统包括另外的服务电缆组，每个另外的服务电缆组将该次级绕组连接到这些另外的住宅站点中的相应住宅站点。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，这些另外的服务电缆组包括另外的第一电缆组，这些另外的第一电缆组将该次级绕组以120 V的线路电压连接到这些另外的住宅站点中的住宅站点，并且在相应的住宅站点处提供120 V/240 V的服务。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的系统，其中，这些另外的服务电缆组包括另外的第二电缆组，这些另外的第二电缆组将该次级绕组各自以480 V的相应线路电压连接到这些另外的住宅站点中的相应的其他住宅站点。

14.根据权利要求13所述的系统，包括多个另外的站点变压器，每个站点变压器具有连接到这些另外的第二服务电缆组中的相应组的另外的初级绕组，以及耦接到另外的站点电缆以在这些另外的住宅站点中的相应其他住宅站点处提供120 V/240 V和200安培的服务的另外的次级绕组。

15.一种将电能从源电网输送到包括第一住宅站点和第二住宅站点的住宅站点的方法，该方法包括：

利用配电变压器，将电网电压降压至沿着第一服务电缆组的120 V的线路电压，并且向该第一住宅站点提供120 V/240 V的服务；

利用该配电变压器，将该电网电压降压到沿着第二服务电缆组的480 V，以提供用于在该第二住宅站点处降压的480 V和100 A。

16.根据权利要求15所述的方法，包括利用站点变压器，将沿着该第二服务电缆组的该480 V和100 A降压到沿着第二站点电缆的120 V的线路电压，并且向该第二住宅站点提供120 V/240 V和200 A的服务。

17.根据权利要求16所述的方法，包括通过将该电网电压降压到沿着该第一服务电缆组的480 V以向该第一住宅站点提供480 V和100 A，从而升级到200 A的服务。

18.根据权利要求17所述的方法，包括在该第一住宅站点处添加另外的站点变压器，并且利用该另外的站点变压器，将该480 V和100 A降压到沿着第一站点电缆的120 V的线路电压，并且向该第一住宅站点提供120 V/240 V和200 A的服务。

19.根据权利要求18所述的方法，包括利用现有站点服务入口电缆作为该第二服务电缆组，以提供用于在该第二住宅站点处降压的480 V和100 A。