一种谐波电流阻断装置及配电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种谐波电流阻断装置及配电系统。该装置包括：电阻、电感、第一电容、阻断装置输入端、阻断装置输出端，电阻、电感、第一电容构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，阻断装置输入端与电阻、电感、第一电容一个并联端相连，阻断装置输出端与另一个并联端相连。该系统包括谐波电流阻断装置、变压器、主配电柜、分配电柜，变压器火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，谐波电流阻断装置串接在变压器和主配电柜之间的零线上，或谐波电流阻断装置串接在主配电柜和分配电柜之间的零线上。
【专利说明】—种谐波电流阻断装置及配电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，尤其涉一种谐波电流阻断装置及配电系统。
【背景技术】
[0002]近年来，建筑物中的电气负荷的性质发生了根本的变化。过去的建筑物中，负荷基本是电阻性和电感性的，而现代建筑物中的负荷大部分是整流电路负荷，典型的负荷包括，电脑为代表的信息处理设备，节能灯，LED照明和显示屏。
[0003]传统的电气负荷从电网吸取正弦波电流，单相整流电路从电网吸取脉冲状的电流。根据傅立叶分析的理论，这种脉冲状的电流中包含了丰富的高次谐波电流成分，这些高次谐波电流成分产生了很多有害的后果。在高次谐波电流中，3次谐波电流的危害最为突出，典型的现象包括:
[0004]?变压器过热:变压器尚未达到额定输出功率，就达到了过高的温度；
[0005]?继电保护装置误动作:线路负荷没有达到保护阈值时，就发生保护动作，频繁跳闸；
[0006]?零线电流超过相线电流:三相三次谐波电流相位相同，在零线上以幅值直接相叠加，即使三相负荷平衡，零线上的电流仍然不会为零，甚至超过相线电流的2倍；
[0007]?建筑物内的电 磁环境恶化:低频磁场很强，影响了精密设备的工作，对人体造成不良影响。
[0008]目前有一些技术消除3次谐波电流，主要是有源滤波器、无源滤波器、曲折变压器。但是这些技术都存在着较大的缺点，这导致这些技术很难在实际中大量普及。
[0009]首先，现存的谐波消除技术有一个共性的缺点是:这些技术只能解决滤波器安装位置上游的谐波电流问题，而对下游的谐波电流没有任何效果，有些技术还会增大下游的谐波电流。这些技术对于保证变压器输入端满足电力公司的要求十分有效，但是对于解决整个配电系统中的谐波电流问题不是最理想的方法。因为，用这些方法要解决整个配电系统的谐波电流问题，必须在整流设备的电源入口处安装滤波器，这往往造成工程造价过高。
[0010]第二，LC陷波电路型的无源滤波器在现代建筑物中并不适用。这种滤波器在过去很受欢迎。因为这种滤波器工作时产生较大的容性无功，过去，由于感性负荷较多，滤波器发出的容性无功正好可以补偿感性负荷的无功功率，但是现代建筑物中的大量的负荷是单相整流电路，这种负荷并不需要这些容性无功。滤波器发出过大的容性无功会导致系统不稳定，这是电力公司不允许的。
[0011]第三，近年来飞速发展起来的有源滤波器是解决谐波问题的理想方法。但是这种方法的成本较高，特别是如果在配电系统的所有分配电盘安装，会导致项目成本过高。并且有源滤波器本身就是一个较强的射频干扰发射源，如果不对输出进行良好的滤波处理，会导致电网上的射频噪声增加，干扰精密电子设备的工作。
[0012]第四，曲折变压器 是克服LC陷波型滤波器产生过大容性无功的方法。曲折变压器不产生容性无功，而是产生感性无功。由于传统的配电系统中都安装了无功补偿装置，因此可以补偿这种感性无功。但是这种方法的成本较高，而且它的滤波效果与系统的阻抗密切相关，系统的阻抗越大，它的滤波效果越好。在实际的配电系统中，其滤波效果有限。曲折变压器对系统的平衡性比较敏感，在三相平衡性较差时，效果更差。
【发明内容】
[0013]本发明解决的技术问题在于提供了一种谐波电流阻断装置及配电系统，不仅能解决上游的谐波电流问题，而且对下游的谐波电流也有抑制，并且只要安装一台就能够解决整个配电系统的谐波电流问题。
[0014]为了解决以上问题，本发明实施例公开了一种谐波电流阻断装置，包括:电阻、电感、第一电容、阻断装置输入端、阻断装置输出端，所述电阻、电感、第一电容构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端与电阻、电感、第一电容一个并联端相连，阻断装置输出端与电阻、电感、第一电容另一个并联端相连。
[0015]本发明实施例还公开了一种谐波电流阻断装置，包括:电阻、电感、第一电容、阻断装置输入端、阻断装置输出端，所述电感有一个中间抽头，所述电阻、电感、第一电容构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端与电阻、电感、第一电容一个并联端相连，阻断装置输出端与电感中间抽头相连。
[0016]进一步，作为优选，还包括温度传感器、第二电容、开关、控制器，温度传感器有一个输出端，开关有一个控制端，控制器有一个输入端和输出端，所述温度传感器设置在电感附近，第二电容与开关串联后再与所述电阻、电感、第一电容并联，控制器输入端与温度传感器输出端相连，控制器输出端与开关控制端相连。
[0017]进一步，作为优选，开关处在常开状态，受控后闭合，或开关处在常闭状态，受控后开启。
[0018]进一步，作为优选，电感包括硅钢片铁心和位于硅钢片铁心外侧的绕组线包构成，绕组线包由铜导体绕制构成。
[0019]进一步，作为优选，传感器内置在电感的绕组线包。
[0020]进一步，作为优选，电感安装在第一电容的上方，在电感与第一电容之间安装隔热板。
[0021]本发明实施例还公开了一种配电系统，包括谐波电流阻断装置、变压器、主配电柜、分配电柜，所述变压器火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置串接在所述变压器和主配电柜之间的零线上。
[0022]本发明实施例还公开了另一种配电系统，包括谐波电流阻断装置、变压器、主配电柜、分配电柜，所述变压器火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置串接在所述主配电柜和分配电柜之间的零线上。
[0023]本发明通过提供一种谐振在150Hz的并联谐振谐波电流阻断装置，并将其串接在配电系统零线上，能够解决上游的谐波电流问题，对下游的谐波电流也有抑制，并且只要安装一台就能够解决整个配电系统的谐波电流问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中:
[0025]图1为本发明谐波电流阻断装置实施例示意图。
[0026]图2为本发明谐波电流阻断装置又一实施例示意图
[0027]图3为本发明带有过流保护的谐波电流阻断装置实施例示意图。
[0028]图4为本发明带有过流保护的谐波电流阻断装置又一实施例示意图。
[0029]图5为本发明配电系统实施例示意图。
[0030]图6为本发明配电系统又一实施例示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 以下参照图对本发明的实施例进行说明。
[0032]为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0033]如图1所示，一种谐波电流阻断装置，包括:电阻R、电感L、第一电容C、阻断装置输入端2、阻断装置输出端3，所述电阻R、电感L、第一电容C构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端2与电阻R、电感L、第一电容C 一个并联端相连，阻断装置输出端3与电阻R、电感L、第一电容C另一个并联端相连。
[0034]如图2所示，一种谐波电流阻断装置，包括:电阻R、电感L、第一电容C、阻断装置输入端2、阻断装置输出端3，所述电感L有一个中间抽头，所述电阻R、电感L、第一电容C构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端2与电阻R、电感L、第一电容C 一个并联端相连，阻断装置输出端3与电感中间抽头相连。
[0035]并联谐振电路在谐振点具有较高的阻抗。因此，只要使LC并联电路谐振在150Hz，就对3次谐波电流形成了很高的阻抗。电阻R的作用是降低并联谐振电路的Q值，加宽装置的阻断频段，这对于装置的生产调试和保证性能稳定十分重要。
[0036]本装置在基波频率呈现电感性，不会引起系统的容性无功过补，因此对系统稳定性没有影响。
[0037]本装置对于3次谐波电流具有很高的阻抗，这种阻抗比系统的阻抗高几个数量级，因此，他的谐波阻断效果与系统没有关系，在任何系统中均能够获得理想的效果。
[0038]零线谐波电流阻断装置对于基波频率电流的阻抗很小，一般低于50mQ，而对于3次谐波电流具有很高的阻抗，可达到数十Q。因此，当将零线谐波电流阻断装置串联接入零线时，就能够将零线上的3次谐波电流大大减小，而对于基波频率的电流几乎没有影响。
[0039]本装置还采用了如图2所示的特殊谐振回路设计，这种设计可以进一步减小装置对基波频率的阻抗，并且可以减小了负荷变化对于装置的影响。
[0040]如图3所示，一种谐波电流阻断装置，还包括温度传感器(图中未示出)、第二电容Cd、开关K、控制器I,温度传感器有一个输出端,开关有一个控制端，控制器有一个输入端和输出端，所述温度传感器设置在电感附近，第二电容Ctl与开关K串联后再与所述电阻R、电感L、第一电容并联C,控制器I输入端与温度传感器输出端相连,控制器I输出端与开关控制端相连。开关K处在常开状态，受控后闭合。
[0041]如图4所示，一种谐波电流阻断装置，还包括温度传感器(图中未示出)、第二电容Cd、开关K、控制器I,温度传感器有一个输出端,开关有一个控制端，控制器有一个输入端和输出端，所述温度传感器设置在电感附近，第二电容Ctl与开关K串联后再与所述电阻R、电感L、第一电容并联C,控制器I输入端与温度传感器输出端相连,控制器I输出端与开关控制端相连。开关K处在常闭状态，受控后开启。
[0042]本装置有自动保护装置。如果由于配电系统上安装了更大的负荷，或者环境温度过高，导致装置的温度过高时，装置会自动降低谐波阻断能力，减小装置的负荷，达到自我保护的目的。
[0043]带有过流保护电路的零线谐波电流阻断装置的电路图如图3、4所示。过流保护的原理是，通过温度传感器检测电抗器的温度，当电抗器的温度超过设定的阈值时，使LC并联电路失谐于3次谐波频率。当LC并联电路失谐于3次谐波频率时，回路中的电流就会减小，从而达到保护装置的目的。
[0044]图3所示的电路，是通过增大电容来使LC回路失谐。图4所示的电路是通过减小电容来使LC回路失谐。
[0045]如图5所示，一种配电系统，包括谐波电流阻断装置5、变压器6、主配电柜7、分配电柜4，所述变压器6火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜7火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜7火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜4火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置5串接在所述变压器6和主配电柜7之间的零线上。
[0046]如图6所示，一种配电系统，包括谐波电流阻断装置5、变压器6、主配电柜7、分配电柜4，所述变压器6火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜7火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜7火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜4火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置5串接在所述主配电柜7和分配电柜4之间的零线上。
[0047]零线谐波电流阻断装置安装在公共零线上，如图5所示。公共零线是配电系统上所有负荷的电流流入变压器的路径。由于电流都是要形成闭合回路的，因此只要在公共零线上插入一个高阻抗，就等效为提高了整个电流回路的阻抗，也就能够降低整个回路中的谐波电流。
[0048]因此，只要在公共零线上阻断谐波电流，相线上的谐波电流自然就消失了，因此整个回路的谐波电流都消失了，也就解决了整个配电系统的谐波电流问题。
[0049]零线谐波电流阻断装置也可以安装在分配电箱、配电柜处，对配电箱、配电柜下游的谐波电流进行控制，如图6所示。
[0050]零线谐波电流阻断装置可以安装在独立的机箱内，也可以安装在配电柜或配电箱内。
[0051]电感L(电抗器)采用硅钢片铁心，铜导体，制作。电感L(电抗器)的通流量按照额定工作电流的2倍设计。电感L(电抗器)在流过谐波电流时，比流过基波电流发热严重，实际设计时，考虑适当降额。
[0052]电抗器的绕组线包内置温度传感器监测绕组的温度。传感器的输出与保护控制器连接。
[0053]保护控制器监控电抗器的温度，当温度超过设定值时，控制接触器投入保护电容Q。接触器的电流容量可以取装置额定电流的十分之一。
[0054]电容采用耐压250V的干式自愈电容。电容工作在调谐状态时，流过的三次谐波电流较大，订购电容时，要提出电流容量的指标的要求，否则电容会在较短的时间内因过热而失效。
[0055]C0为与C同种类的干式自愈电容，容量可取C的十分之一。
[0056]装置工作时，电抗器是主要的发热器件，安装时，电抗器要安装在电容的上方，并根据实际情况，在电抗器与电容器之间安装隔热板，避免电抗器产生的热辐射到电容器上。
[0057]无论安装在独立机箱内，还是安装在配电柜、配电箱内，箱体或柜体要有散热孔，通过自然散热进行冷却。功率较大的装置，可以采用强制风冷的方式散热。
[0058]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种谐波电流阻断装置，其特征在于，包括:电阻、电感、第一电容、阻断装置输入端、阻断装置输出端，所述电阻、电感、第一电容构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端与电阻、电感、第一电容一个并联端相连，阻断装置输出端与电阻、电感、第一电容另一个并联端相连。
2.一种谐波电流阻断装置，其特征在于，包括:电阻、电感、第一电容、阻断装置输入端、阻断装置输出端，所述电感有一个中间抽头，所述电阻、电感、第一电容构成并联谐振电路，并联谐振电路谐振在150Hz，所述阻断装置输入端与电阻、电感、第一电容一个并联端相连，阻断装置输出端与电感中间抽头相连。
3.如权利要求1或2所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，还包括温度传感器、第二电容、开关、控制器，温度传感器有一个输出端，开关有一个控制端，控制器有一个输入端和输出端，所述温度传感器设置在电感附近，第二电容与开关串联后再与所述电阻、电感、第一电容并联，控制器输入端与温度传感器输出端相连，控制器输出端与开关控制端相连。
4.如权利要求3所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，所述开关处在常开状态，受控后闭合，或所述开关处在常闭状态，受控后开启。
5.如权利要求1或2所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，所述电感包括硅钢片铁心和位于硅钢片铁心外侧的绕组线包构成，绕组线包由铜导体绕制构成。
6.如权利要求3所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，所述电感包括硅钢片铁心和位于硅钢片铁心外侧的绕组线包构成，绕组线包由铜导体绕制构成。
7.如权利要求6所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，所述传感器内置在电感的绕组线包。
8.如权利要求1或2所述的谐波电流阻断装置，其特征在于，所述电感安装在第一电容的上方，在电感与第一电容之间安装隔热板。
9.一种配电系统，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的谐波电流阻断装置、变压器、主配电柜、分配电柜，所述变压器火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置串接在所述变压器和主配电柜之间的零线上。
10.一种配电系统，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的谐波电流阻断装置、变压器、主配电柜、分配电柜，所述变压器火线、中线、零线、地线输出端分别与主配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，主配电柜火线、中线、零线、地线输出端分别与分配电柜火线、中线、零线、地线输入端相连，其中所述谐波电流阻断装置串接在所述主配电柜和分配电柜之间的零线上。
【文档编号】H02J3/01GK103633650SQ201210295597
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月20日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】杨继深, 张飞然, 祝典 申请人:北京计算机技术及应用研究所