CN2836307Y - 电力用户智能无功功率自动补偿节能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电源补偿领域。一种电力用户智能无功功率自动补偿节能器包括智能无功功率补偿调节器、若干分路电容控制接触器、若干电容器组和一电流互感器。所述智能无功功率补偿调节器设有采样电流输入端、采样电压输入端、一外接交流接触器电源总线和若干输出控制线，所述采样电流输入端和电流互感器连接，所述采样电压输入端的一端与电源相线连接，另一端与电源零线连接，所述外接交流接触器电源总线和电源相线连接，所述电容器组经过接触器与电源连接。本实用新型电力用户智能无功功率自动补偿节能器以控制多个电容器的接通和分断调节补偿无功功率，调节补偿精度达无功功率总量的1‰以上，完全实现cosΦ≥0.999，节能效果好。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及电源补偿领域，尤其涉及电力用户智能无功功率自动补偿节能器。
【背景技术】
电力是最清洁环保，而且使用方便快捷、优质高效，便于输送控制的能源。
电感性负载阻抗对交流电产生反向电动势的阻碍作用，使流入的电流滞后于电压90度相位角，而电容性负载电流超前于电压90度相位角。运用这个原理，在电感性负载中并联电容器可使总电路的电流与电压相位角变小，适当并联电容器可使cosΦ＝1，即I与U同相，相当于一个纯电阻，这种情况称为并联谐振或电流谐振。电流谐振时电感、电容回路中的电流为电源电流的Q倍：
Q＝ωL/R
ω2＝1/LC
谐振频率为：
过大的谐振电流可能对电路造成损害。并联电容器后电感支路的电流IL并无太大的改变，只是电感与电容并联后的总电路发生了变化，可使总的功率因数提高了。电感产生的无功电流IC流入电容器被储存，当电感需要供电时，恰好电容器放电反供给电源使用，因IL与IC实际方向相反，这样电源流入的电流I0被减少了，从而节约了电能。
农业常用的水泵、增氧机等电气设备如感应式电动机、变压器、日光灯等属于电感性负载，使用时在电路中电流和电压之间产生相位差，相位差越大，则功率因数越低，交流电路的功率因数为：
cosΦ＝P/UI
＝P/S
P＝UI cosΦ
IL＝P/U cosΦ
流过电动机的无功电流为(安)：
IL1＝I×sinΦ＝P×sinΦ/U cosΦ
流过电容器的电流(安)：并联电容器后，总电路cosΦ0≈1，sinΦ0≈0则
Ic≈IL1
电容的容抗(欧)：
Xc＝U/Ic
于是可求出电容量(法)：
C＝1/ωXc
功率因数低的危害是：
(1)电源的容量不能充分利用。
(2)增加输电线路、发电机和变压器绕组的功率损失。
(3)低压长距离输电电压不稳定。
电感电路并联适当容量的电容器是实现节约用电的最有效和最简单方法。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种低成本节省电能的电力用户智能无功功率自动补偿节能器。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种电力用户智能无功功率自动补偿节能器包括智能无功功率补偿调节器、若干分路电容控制接触器、若干电容器组和一电流互感器。所述智能无功功率补偿调节器设有采样电流输入端、采样电压输入端、一外接交流接触器电源总线和若干输出控制线，所述采样电流输入端和电流互感器连接，所述采样电压输入端的一端与电源相线连接，另一端与电源零线连接，所述外接交流接触器电源总线和电源相线连接，所述电流互感器套设在电源相线上，所述输出控制线分别和分路电容控制接触器连接，所述电容器组经过接触器与电源连接。
所述电力用户智能无功功率自动补偿节能器还包括一主开关。
所述电力用户智能无功功率自动补偿节能器还包括一外壳。
所述电力用户智能无功功率自动补偿节能器内设有一停电保护接触器。
所述电容器组包括第一电容器组和第二电容器组。
所述第一电容器组包括若干容值递增的电容器组，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器，后一级电容器组的容值是前一级电容器组的容值的1-2倍。
所述第二电容器组包括若干容值相同的电容器组，所述每一组电容器组的容值是第一电容器组中容值最大电容器组容值的1-2倍。
所述电容器组包括若干容值相同的电容器组，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器。
对于小容量电容器(组)，可以按不同大小组合，在生产中将若干路(组)合装到一起，形成多路电容器(组)集成块。
所述电容器可以采用三角形并联或者Y形并联。
与现有技术相比，本发明电力用户智能无功功率自动补偿节能器以控制多个电容器的接通和分断调节补偿无功功率，大大降低了输电线路线路损耗，调节补偿精度达无功功率总量的1‰以上，完全实现cosΦ＞＝0.999，节能效果好。
【附图说明】
图1是电力用户智能无功功率自动补偿节能器的内部连接示意图；
图2是本实用新型中电容量走势曲线图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，一种电力用户智能无功功率自动补偿节能器1’(以下简称为节能器1’)包括智能无功功率补偿调节器1、若干分路电容控制接触器2、若干电容器组3和一电流互感器4。智能无功功率补偿调节器2设有采样电流输入端、采样电压输入端、一外接交流接触器电源总线、若干输出控制线和控制电路(未图示)。采样电流输入端和电流互感器4连接。采样电压输入端的一端与电源相线连接，另一端与电源零线连接。外接交流接触器电源总线和电源相线连接。电流互感器4套设在一电源相线上。输出控制线分别与分路电容控制接触器2连接。在本实施方式中，智能无功功率补偿调节器1设有10根输出控制线。
本实用新型节能器1’还可包括一设在节能器1’内部的主开关6和一包覆节能器1’的外壳(未图示)。智能无功功率补偿调节器2可用可编程程序控制器代替。
为了防止停电时，电容器组3意外放电到箱外线路中伤人，可以在节能器1’内设一停电保护接触器(未图示)。停电保护接触器受节能器1’外电源的控制。停电保护接触器输入电压可以是380V或者220V，输入电流大于或者等于节能器1’的总电流。
智能无功功率补偿调节器1可以是功率因素型、无功功率型和无功电流型的智能无功功率补偿调节器。分路电容控制接触器2可选择输入电压380V或者220V，额定工作电流至少大于电容器组3工作电流的1.5倍。分路电容控制接触器2包括动合触点20和线圈21。当接触器2输入电压是380V时，线圈21与电源相线连接；当接触器2输入电压是220V时，线圈21与电源零线连接。在本实施方式中，分路电容控制接触器2是10个。
电容器组3包括第一电容器组和第二电容器组。电容器组3通过分路电容控制接触器的动合触点20和电源连接。在本实施方式中，第一电容器组包括6个容值递增的电容器组C1-C6，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器，后一级电容器组的容值是前一级电容器组的容值的2倍。即在各路电容器组电容量值之间形成了一个以2的N-1次方为梯度的级差(此处N＝1-6)，如附图2所示为电容器(组)电容量级差梯度曲线(又称电容量走势曲线)。
第二电容器组包括4个容值相同的电容器组C7-C10，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器，电容器组C7-C10的容值皆是电容器组C6容值的2倍。当然也可以采用电容量级差逐渐缩小(或相等)的方式确定C7-C10的容值。
电容器(组)电容量级差梯度曲线的含义是：电容器(组)以容量分为两组设置，第一电容器组级差迅速放大：优先采用容量从小到大顺序排列，且后一级电容器(组)电容量是前一级的2陪，即电容量级差以2n-1，(n＝1，2，3，4，5，6......)最大连续陪数(1，2，4，8，16，32，......)迅速放大，(以10路输出计算：210-1＝1023)。第二电容器组级差逐渐缩小：最后几级的电容量级差逐渐缩小(或相等)，且是第一电容器组中最大电容器容量的1-2倍。
第一电容器组容量级差迅速放大，是为了达到足够的连续倍数，提高调节精度；第二电容器组电容量级差逐渐缩小(或相等)，是为了减少大容量电容器(组)在投/切时对电网的波动。
当第一电容器组级差大于2陪时：如果稍许大于2倍是可行的，这是因为在cosΦ趋近于己于1时，有一个“钝化角”的因素关系，且正负角差(超前和滞后)为两倍，需补偿的电容量逐渐趋大。但当明显大于2倍，就是临界点，或称之为临界曲线。例如3倍时因不能有连续放大倍数，不能实现连续调节补偿。
当第一电容器组级差小于2倍时：级差小于2倍至1倍都是可行的，只要有适当的连续倍数，包括整数倍、非整数倍和不规则倍数，都能够实现连续调节补偿目的。级差越趋近于2倍，越容易达到足够的连续倍数，实现连续调节补偿。二进制数位差为2倍，选择2倍便于自动控制，并且可使第二电容器组容值设置更为方便灵活。
当级差小于1倍时，则又进到以上设置方式的另一种解释之中，故不赘述。
因此，级差取值范围为1-2倍，越接近2倍越好，所以选择2倍级差是最好的。
第一电容器组和第二电容器组各取多少路，可根据要求达到的调节精度实际情况来确定。仅以10路中的6路为第一组，其余4路为第二组计算：26-1+26×4＝319(倍)，相当于将10路电容器总容量细分为319等分去调节补偿无功份量。
调节精度＝1/总倍数×100％
当然电容器组3也可以是由若干容值相同的电容器组构成，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器。
为了安装方便，对于小容量电容器(组)，可以按不同大小组合，在生产中将若干路(组)合装到一起，形成多路电容器(组)集成块。
电容器组的选择应该根据原有设备的功率因素和要求达到的功率因素来确定。每一千瓦有功功率需补偿得电容器的无功容值见表一：
下表中左侧第一列表示原有设备的功率因素，第一行表示要求达到的功率因素，两行对应的相交处是需要并联的电容值，单位是千乏。
电容器千乏与微法之间的关系式为：
电容器容抗Xc＝1/ωC＝1/2πfC
式中：C-电容ω-角频率
KUar(千乏)＝U(伏)×I(安)×10-3
＝U×U/Xc×10-3
＝U2×ωC(法)×10-3
＝U2×2πfC(微法)×10-9
当选用输入电压380V且电容三角形并联时电容器外壳必须接地，而选用输入电压220V且电容Y并联时电容器中线接零线，外壳接地。
在本实施方式中，采用规格是N/5A的外接电流互感器4，N为主开关5最大电流值，电流互感器4的次级最大电流为5安。外接电流互感器4套设在电源相线上，也可以将电源总线上原有的电流互感器次级和智能无功功率补偿调节器1的采样电流输入端串联。
表一：
| 0.80 | 0.82 | 0.84 | 0.86 | 0.88 | 0.90 | 0.92 | 0.94 | 0.96 | 0.98 | 1.00 | |
| 0.400.420.440.460.48 | 1.541.411.291.181.08 | 1.601.471.341.231.12 | 1.651.521.391.281.18 | 1.701.571.441.341.23 | 1.751.621.501.391.28 | 1.811.681.551.441.34 | 1.871.741.611.501.4. | 1.931.801.681.571.46 | 2.001.871.751.641.54 | 2.001.961.841.731.62 | 2.292.162.041.931.83 |
| 0.500.520.540.560.58 | 0.980.890.810.730.66 | 1.040.940.860.780.71 | 1.091.000.910.830.76 | 1.141.050.970.890.81 | 1.191.101.020.940.87 | 1.251.161.070.990.92 | 1.311.211.131.050.98 | 1.371.281.201.121.04 | 1.441.351.271.191.12 | 1.531.441.361.281.20 | 1.731.641.561.481.41 |
| 0.600.620.640.660.68 | 0.580.520.450.390.33 | 0.640.570.500.440.38 | 0.690.620.580.490.43 | 0.740.670.610.550.48 | 0.790.730.660.600.54 | 0.850.780.720.650.59 | 0.910.740.770.710.65 | 0.970.900.840.780.71 | 1.040.980.910.850.79 | 1.131.061.000.940.88 | 1.331.271.201.141.08 |
| 0.700.720.740.760.78 | 0.270.210.160.100.05 | 0.320.270.210.160.11 | 0.380.320.260.210.16 | 0.430.370.310.260.21 | 0.480.420.370.310.26 | 0.540.480.420.370.32 | 0.590.540.480.430.38 | 0.660.600.540.490.44 | 0.730.670.620.560.51 | 0.820.760.710.650.60 | 1.020.960.910.850.80 |
| 0.800.820.840.860.880.90 | 0.05 | 0.100.05 | 0.160.100.05 | 0.210.160.110.05 | 0.270.210.160.110.06 | 0.320.270.220.170.110.06 | 0.390.340.280.230.160.12 | 0.460.410.350.300.250.19 | 0.550.490.440.390.340.28 | 0.750.700.650.590.540.49 |
本实用新型节能器1’的工作原理如下：首先通过对取样电流与取样电压的对比与分析，取得相位差信号(G型)或取得无功电流信号(L型)。然后当信号达到设定值下限时发出接通信号，信号达到设定值上限时发出分断信号。信号维持到延时时间后，触发智能无功功率补偿调节器1内的控制电路带动接触器以根据各电容器(组)容量大小分配输出的循环工作方式，逐一接通或分断电容器组，使电力用户内部电器设备的电动机运行时产生的无功功率在用户自己的总开关内给予了适当补偿。无功电流在节能器内电容器组与电动机形成回路，储存电能后返供电能给电动机工作使用。
本实施方式中，节能器1’用在三相380V无功功率补偿，用于三相交流电的电感性负载平衡的三相380V电力用户。
在其他实施方式中，节能器1’也可制造成分三组单相220V无功功率各自补偿，用于三相交流电的电感量不平衡的三相380V电力用户或者制造成独立的单相220V无功功率补偿的单相220V电力用户，如空调、制冷等负载电路。电容器组包括第一电容器组和第二电容器组。第一电容器组包括若干容值递增的电容器，后一级电容器的容值是前一级电容器的容值的2倍。第二电容器组包括若干容值相同的电容器，每一电容器的容值是第一电容器组中容值最大电容器容值的2倍。上述电容器采用220V单相两级电容器。其他元件和第一实施方式相同，故不赘述。
当改变调节器1输出方式为电压或者电流信号，分别控制晶闸管、场效应管或者电力晶体管，则交流接触器2和动合触点20可用晶闸管、场效应管或者电力晶体管代替，并可实现连续调节。
本实用新型通过以智能无功功率补偿调节器为例，介绍了一种电力用户智能无功功率自动补偿节能器，这不能被认为是对本实用新型权利要求的限制。如果本领域的技术人员依据本实用新型作出了非实质性的、显而易见的改变或改进，都应该属于本实用新型权利要求保护的范围。
Claims (10)
1、一种电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述节能器包括智能无功功率补偿调节器、若干分路电容控制接触器、若干电容器组和一电流互感器，所述智能无功功率补偿调节器设有采样电流输入端、采样电压输入端、一外接交流接触器电源总线和若干输出控制线，所述采样电流输入端和电流互感器连接，所述采样电压输入端的一端与电源相线连接，另一端与电源零线连接，所述外接交流接触器电源总线和电源相线连接，所述电流互感器套设在电源相线上，所述输出控制线分别和分路电容控制接触器连接，所述电容器组经过接触器与电源连接。
2、根据权利要求1所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述电容器组包括第一电容器组和第二电容器组。
3、根据权利要求2所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述第一电容器组包括若干容值递增的电容器组，后一级电容器组的容值是前一级电容器组的容值的1-2倍。
4、根据权利要求3所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述第二电容器组包括若干容值相同的电容器组，所述每一组电容器组的容值是第一电容器组中容值最大电容器组容值的1-2倍。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述电容器组包括若干容值相同的电容器组，每一电容器组包括三个并联且容值相同的电容器。
6、根据权利要求3或者4所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：组成所述电容器组的电容器可以采用三角形并联或者Y形并联。
7、根据权利要求1至4任一项所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述电力用户智能无功功率自动补偿节能器还包括一主开关和一外壳。
8、根据权利要求1至4任一项所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述电容器组中容量小的电容器组按不同大小组合，能形成多路电容器组集成块。
9、根据权利要求1至4任一项所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述电力用户智能无功功率自动补偿节能器内可设有一停电保护接触器。
10、根据权利要求2所述的电力用户智能无功功率自动补偿节能器，其特征在于：所述第一电容器组包括若干容值递增的电容器，后一级电容器的容值是前一级电容器的容值的2倍，所述第二电容器组包括若干容值相同的电容器，每一电容器的容值是第一电容器组中容值最大电容器容值的2倍。
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Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20061108 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |