本发明属于电力变电装置。 从十九世纪八十年代在电力系统中出现了变压器,至今已有百年的历史。
目前最常见的是感性变压器,而其中比较先进的是最近由瑞士生产的一种电力变压器,它是用一层厚度为0.2~0.8mm的金属箔做成绕组,绕组之间用纸作绝缘层。上述变压器只适用于220V的低压,且铁芯线圈与线圈之间的电磁耦合是感性的,故导致电力网络中的负载也是感性的。所以不论是电力网络或电力变压器本身的功率因数COSφ均较小,并且是滞后的。为了提高功率因数,提高发电厂机组的出力,降低网络输电能耗,人们做了很多的努力。目前比较通用的方法是并联电容器组补偿法。也就是说,感性负载用容性负载来补赏,以减小其滞后相位,从而提高功率因数。但这种方法有严重的缺陷,这是电容器本身的特性决定的。由于电容器端电压恒定,所以在欠补偿和过补偿时,就会发生对一定数量的电容器组进行投切,方可达到较理想地补偿点。但伴随而来是冲击、振荡和过电压。这些对于电力网络都是不允许的。同时,大量的高低压电容器设备的设置,使投资增加,占地面积增大,也不符合经济原则。
本发明的目的是设计一种超容性的变压器,以便依靠其绕组本身的分布电容,通过强化措施,使电力变压器在50Hz工频交流时,由感性转为超容性,在用于电力网络时,可大大提高其功率因数。
为实现上述目的,需对绕组进行容性处理。因此必须采用两层或两层以上的金属薄膜(1),每层厚度均为0.007~0.01mm,然后将两层或两层以上的金属薄膜(1)做成绕组,绕组之间是绝缘薄膜层(2)。本发明绕组总匝数等于各层绕组的匝数之和,而各层绕组之间连接是采用串联方式。
上述金属薄膜(1)采用铜或铝,而绝缘薄膜层(2)则是聚脂、聚丙烯或聚四氟乙烯材料。
基于电气绕组层、匝间电位差的存在,由分布电容所引起的超前无功功率是存在的。但由于相对面积间距与电压均不适应,因此,这种超前无功功率在50Hz工频交流时甚为微小。如果我们加大相对面积,减小间距,采用较大的介电常数的介质等措施,分布电容将大大加强。因此必需采取多层金属薄膜式绕组,如图1所示,由图1看出金属薄膜层(1)之间是绝缘薄膜层(2)。
除此之外,本发明各金属层绕组间采用串联方式。下面以两层金属薄膜为例,并结合图2对其接线方式的原理加以说明。
由图2看出:1-3和1′-3′是双层金属薄膜绕组,A、X端为激励端,N1、N2分别是两层金属薄膜的绕组匝数。而且N1=N2,因而绕组总匝数N=N1+N2,所以
U1-U2=U2
即A-X端的电压U=U1=2U2(Ux=0)。
如设点2位置于1、3中间,考虑三点1、2、3处的分布电容电压为Uc1、Uc2、Uc3。在1-1′处,分布电容C1两端的电压
Uc1=U1-U2=U2
在2-2′处,分布电容C2两端的电压
Uc2=(U2+ (U1-U2)/2 )- (U2)/2 = (U2)/2 = U1
在3-3′处分布电容C3两端的电压
Uc3=U2-O=U2
所以Uc=Uc1=Uc2=Uc3
实际分分布电容的两端电压是处处相等的。当电容C和两端电压Uc足够大时,铁芯线圈将产生足够大的超前无功功率Qc,即:
Qc=WCU2(ω=2πf,而f=50Hz)。
这就是本发明的理论基础。本发明具有如下优点:
1.适用于电力网络中220V~35KV范围的电压。可大幅度提高电力网络的功率因数,而不需用并联电力电容器作为容性负载来补偿功率因数。
2.由于带负荷可调(不影响输入、输出),故不会产生冲击、振荡与过电压现象。
3.由于Qc可调,使输出电压可调,可代替目前运用的高压分接头滞负荷可调的方法。
4.通过传感元件,可使变压器在空载时获最低损耗,空载功率因数保持在70.95的良好状态。
5.制造简单,成本低。
图1为本发明采用两层金属薄膜时的绕组结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
采用两层金属薄膜作为本发明的实施例。
30KVA 10/0.4KV.3P油浸
最大无功功率Qcmax=18KVr Vc=740V
中间无功功率Qcmi=9KVr Vc=520V
较小无功功率Qcmin=3KVr Vc=260V
最小无功功率Qc=0 Vc=0
绝缘薄膜用两层:聚脂∈=2.2 每层厚度=0.015mm
宽:220mm
铝薄膜共两层,每层厚度=0.007mm
宽度=220mm
匝数:200 三相
电容量C为3×36μF。