專利名稱：一種從高壓線路獲取弱電電源的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從高壓線路獲取弱電電源的裝置。
背景技術(shù)：
長期以來，想從高壓、超高壓線路上取得弱電電源均是相當(dāng)困難。 如有源電子式互感器則已經(jīng)廣泛應(yīng)用，如圖1所示，其工作時，需在 高壓側(cè)將傳感器的輸出信號由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再用光纖將數(shù)字 量傳送到低電位側(cè)。高壓側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路需要電源，這種電源正是 處在高壓環(huán)境中的弱電電源，目前的方式多為在低電位側(cè)(對地側(cè)) 通過光纖將光能量傳送到高壓線路上，再通過高壓線路上的硅光電池 將光能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)電源輸出。但存在以下缺點
(1) 硅光電池及激光元件存在壽命的問題，可靠性不易保證。
(2) 激光發(fā)射器本身需要低壓電源，當(dāng)現(xiàn)場無低壓電源時將無 法應(yīng)用。
(3) 電源的功率受激光輸出功率，及硅光電池的能量轉(zhuǎn)換效率 影響，通常只能達到毫瓦級，應(yīng)用受限。
(4) 考慮到對地絕緣，需要制作昂貴的絕緣套管將互感器對地
隔離o

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、 使用方便、可實現(xiàn)從高壓線路獲取弱電電源的裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用一種從高壓線路獲取弱電電源的裝 置，包括帶電容金屬層鋼芯鋁絞線、屏蔽系統(tǒng)、負載系統(tǒng)，其中帶電 容金屬層鋼芯鋁絞線包括中心導(dǎo)線、電容介質(zhì)層、電容金屬薄膜層、 外部保護層，屏蔽系統(tǒng)安裝在帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上對負載系統(tǒng) 構(gòu)成屏蔽保護，負載系統(tǒng)包括負載和負載電路，電容金屬薄膜層和中心導(dǎo)線與負載電路的輸入端相連，負載電路的輸出端與負載相連。
本發(fā)明進一步設(shè)置為屏蔽系統(tǒng)包括安裝在帶電容金屬層鋼芯鋁 絞線上的屏蔽殼體，負載設(shè)置在殼體內(nèi)。
本發(fā)明的負載可以是源電子互感器高壓側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、LED警 示燈、遠程視頻或圖像監(jiān)控裝置。
本發(fā)明的使用過程首先是制作帶電容金屬層鋼芯鋁絞線采用 鋼芯鋁絞線作為由于中心導(dǎo)線，在其外側(cè)包繞絕緣帶，包至預(yù)先計算 好的厚度，再包繞一層半導(dǎo)體帶，接著重疊包繞銅箔帶或鋁箔帶，使 之形成電容金屬層，最后包上外部保護層。接著在帶電容金屬層鋼芯 鋁絞線上安裝屏蔽殼體，采用屏蔽結(jié)構(gòu)，保護殼體內(nèi)安裝負載電路系 統(tǒng)。從電纜的中心導(dǎo)線處，電容金屬層處各引出兩根導(dǎo)線，作為負載 電路系統(tǒng)的輸入端，負載電路中安裝電容、電感等元件，使輸入電壓 調(diào)整到合適的弱電電壓，再通過開關(guān)電源、電磁兼容電路、雷電保護 電路等，提供給安裝于殼體中的負載使用。
負載可以是有源電子互感器高壓側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、LED警示燈、
照明燈、無線通訊基站、遠程視頻或圖像監(jiān)控裝置、無線發(fā)射裝置、
GPRS裝置、或電信短信發(fā)送裝置等等。
應(yīng)用本發(fā)明，可以相當(dāng)方便地從110kV 1000kV線路上取得兒十 W的功率，足以在線路提供模數(shù)轉(zhuǎn)換電能，及提供給安裝在線路上的 無線發(fā)射裝置、GPRS裝置、或電信短信發(fā)送裝置電能，這樣可以實 現(xiàn)方便地測得電壓、電流數(shù)據(jù)，方便地將數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端。
本發(fā)明的優(yōu)勢
利用高壓線路對地電容分壓原理的高壓等電位電源，具有成本較 低、輸出電壓穩(wěn)定、可靠性強、免維護、輸出功率大、適用范圍廣、 無需考慮過多的絕緣配合問題等優(yōu)勢，具有很好的推廣、應(yīng)用前景。


圖l為本發(fā)明背景技術(shù)圖。
圖2為本發(fā)明實施例帶電容金屬層鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明實施例電子線路圖。圖4為本發(fā)明實施例電纜架設(shè)方式示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例型模型電路圖。 圖6為本發(fā)明實施例模型簡化圖。
具體實施例方式
如圖2、 3所示，本實用具體實施例是一種從高壓線路獲取弱電 電源的裝置，包括帶電容金屬層鋼芯鋁絞線、屏蔽系統(tǒng)、負載系統(tǒng)， 其中帶電容金屬層鋼芯鋁絞線包括采用鋼芯鋁絞線作為中心導(dǎo)線1、 電容介質(zhì)層2、電容金屬薄膜層3、外部保護層4，屏蔽系統(tǒng)安裝在 帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上對負載系統(tǒng)構(gòu)成屏蔽保護，負載系統(tǒng)包括 負載和負載電路，電容金屬薄膜層3和中心導(dǎo)線1與負載電路的輸入 端相連，負載電路的輸出端與負載相連。屏蔽系統(tǒng)包括安裝在帶電容 金屬層鋼芯鋁絞線上的屏蔽殼體，負載設(shè)置在殼體內(nèi)。
本發(fā)明的負載可以是有源電子互感器高壓側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、LED 警示燈、照明燈、無線通訊基站、遠程視頻或圖像監(jiān)控裝置、無線發(fā) 射裝置、GPRS裝置、或電信短信發(fā)送裝置等等。
本發(fā)明的使用過程首先是制作帶電容金屬層鋼芯鋁絞線在中 心導(dǎo)線1外側(cè)包繞絕緣帶，包至預(yù)先計算好的厚度，再包繞一層半導(dǎo) 體帶，接著重疊包繞銅箔帶或鋁箔帶，使之形成電容金屬層2，最后 包上外部保護層4。接著在帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上安裝屏蔽殼體， 采用屏蔽結(jié)構(gòu)，保護殼體內(nèi)安裝負載電路系統(tǒng)。從電纜的中心導(dǎo)線處, 電容金屬層3處各引出兩根導(dǎo)線，作為負載電路系統(tǒng)的輸入端，負載 電路中安裝電容、電感等元件，使輸入電壓調(diào)整到合適的弱電電壓， 再通過開關(guān)電源、電磁兼容電路、雷電保護電路等，提供給安裝于殼 體中的負載使用。
負載可以是有源電子互感器高壓側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、LED警示燈、 照明燈、無線通訊基站、遠程視頻或圖像監(jiān)控裝置、無線發(fā)射裝置、 GPRS裝置、或電信短信發(fā)送裝置等等。
應(yīng)用本發(fā)明，可以相當(dāng)方便地從110kV 1000kV線路上取得幾十 W的功率，足以在線路提供模數(shù)轉(zhuǎn)換電能，及提供給安裝在線路上的無線發(fā)射裝置、GPRS裝置、或電信短信發(fā)送裝置電能，這樣可以實 現(xiàn)方便地測得電壓、電流數(shù)據(jù)，方便地將數(shù)據(jù)發(fā)送至接收端。
本發(fā)明的優(yōu)勢
利用高壓線路對地電容分壓原理的高壓等電位電源，具有成本較 低、輸出電壓穩(wěn)定、可靠性強、免維護、輸出功率大、適用范圍廣、 無需考慮過多的絕緣配合問題等優(yōu)勢，具有很好的推廣、應(yīng)用前景。
本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型如下 一、數(shù)學(xué)模型基本原理
通過制造一根(或多根串/并聯(lián)關(guān)系的)帶電容金屬層的鋼芯鋁絞線 或電纜，取代高壓線路，從而通過電容金屬層的對地電容，及中心導(dǎo)
線與電容金屬層間的電容的分壓關(guān)系，獲得電壓為0 400V,有效功 率為0. 1 1000W的電源。
空載情況下
通過C。， d對U的分壓即可取得電源。
U--即架空線路對地電壓，如110kV線路對地電壓
艮卩110000/^ = 63509F e
仏——電容金屬層與架空導(dǎo)線間的電壓，單位(V) C。一即架空導(dǎo)路電容金屬層對地電容(F)
以單根帶電容金屬層的特殊電纜為例-
如圖4，設(shè)特殊電纜對地高度h與線路的水平位置可表示為下函數(shù)式:
則
(2)
6C?！?br> In
2/(x)
一血
-空氣的介電常數(shù)，為8.85X10-12F/m -電容金屬層外徑(mm)
山一
當(dāng)然，C。還包括了周圍線路(其它相線、分裂線、地線)對其的影響， 具體深入的計算相當(dāng)復(fù)雜，通?？梢圆捎糜跋穹?、利用EMTP軟件進 行電容計算、利用有限元素法(FEM)進行計算。 d—即電容金屬層與架空導(dǎo)線間的電容，見圖h
s——電容介質(zhì)的介電系數(shù)
d2—電容金屬層內(nèi)徑(mm) do——中心裸電纜外徑(mm)
(3)
二、數(shù)學(xué)模型建立
當(dāng)d并聯(lián)上負載后，負載將參與分壓，從而影響電壓U,輸出。 不同的負載，或者負載的不同工作狀態(tài)引起負載復(fù)數(shù)阻抗的變化，都 將導(dǎo)致仏波動，尤其當(dāng)負載由于故障斷開時，仏將升至最高。所以需 要穩(wěn)壓、補償電路。
綜合考慮多種補償方式，我們建立下數(shù)學(xué)模型，見圖5模型中，
Zr、 4>r、 Ur、 Pr、 Ir為負載的阻抗(Q)、阻抗角(。)、輸出到負載
的電壓(V)、功率(W)、電流(A)
Z,、 ch、 L為并聯(lián)補償模塊的阻抗(Q)、阻抗角(。)、流經(jīng)電流(A) Z2、 4>2、 Z3、 4>3為串聯(lián)補償模塊2、 3的阻抗(Q)及阻抗角(。) Z。為電容金屬層對地電容的容抗(Q)，其阻抗角為-90° Z。為電容金屬層與中心導(dǎo)線間電容的容抗(Q)，其阻抗角為-90° U為架空線路對地電壓值(V)
模型的己知量為U、 Z。、 Zr、 d)r，求合適的Zc、 Z!、 Z2、 Z3、 d^、 4>2、 4>3時，輸出的Ur及其功率Pr值。三、數(shù)學(xué)模型簡化
首先，我們把模型簡化如下，將Z" Z2、 Z3、 Zr合并成Z 如圖6，
設(shè)U為UZ0。，經(jīng)計算得-
、小
K相對U的相移角9c為:
<formula>formula see original document page 8</formula>(6)
Z <、 Cb '可由下式計算得出，不再詳述。
注"〃"表示并聯(lián)計算。
(7)
四、負載電壓Ur的計算 設(shè)由Zh Z3、 Zr組成的電路總阻抗為Zz、阻抗角為小z ，經(jīng)計算:
(8)
其中<formula>formula see original document page 8</formula>
最終得出:[1 + f cos(A - A )]2 + sin(丸-A )]2
(9)
巧相對u的相移角er:
《=《—
,Z 、 #sin(03 - A)
l + #cos(03 - A)
(10)
負載電流:
(ii)
負載功率:
—I" I
(12)
五、數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用
在數(shù)學(xué)模型應(yīng)用時，我們需要考慮負載阻抗隨負載電壓的變化將發(fā) 生變化；晴雨、濕度、溫度、地域不同所帶來的電容金屬層對地電容 值的變化；雷電沖擊波及操作沖擊波在高壓等電位電源內(nèi)的擊穿問題 及反射問題等等。
所以要求Zi、 Z2、 Z3對此類情況進行自動補償或反饋補償。 最終輸出的弱電電壓及功率，則由以下量決定帶電容金屬層的鋼芯 鋁絞線或電纜的長度、電容金屬層與中心導(dǎo)線間電容、補償電路參數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種從高壓線路獲取弱電電源的裝置，其特征在于從高壓線路獲取弱電電源的裝置包括帶電容金屬層鋼芯鋁絞線、屏蔽系統(tǒng)、負載系統(tǒng)，其中帶電容金屬層鋼芯鋁絞線包括中心導(dǎo)線、電容介質(zhì)層、電容金屬薄膜層、外部保護層，屏蔽系統(tǒng)安裝在帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上對負載系統(tǒng)構(gòu)成屏蔽保護，負載系統(tǒng)包括負載和負載電路，電容金屬薄膜層和中心導(dǎo)線與負載電路的輸入端相連，負載電路的輸出端與負載相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從高壓線路獲取弱電電源的裝置，其 特征在于所述屏蔽系統(tǒng)包括安裝在帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上的屏 蔽殼體，負載設(shè)置在殼體內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從高壓線路獲取弱電電源的裝置， 其特征在于所述負載是有源電子互感器高壓側(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從高壓線路獲取弱電電源的裝置， 其特征在于所述負載是LED警示燈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從高壓線路獲取弱電電源的裝置，其特征在于所述負載是遠程視頻或圖像監(jiān)控裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從高壓線路獲取弱電電源的裝置，包括帶電容金屬層鋼芯鋁絞線、屏蔽系統(tǒng)、負載系統(tǒng)，其中帶電容金屬層鋼芯鋁絞線包括中心導(dǎo)線、電容介質(zhì)層、電容金屬薄膜層、外部保護層，屏蔽系統(tǒng)安裝在帶電容金屬層鋼芯鋁絞線上對負載系統(tǒng)構(gòu)成屏蔽保護，負載系統(tǒng)包括負載和負載電路，電容金屬薄膜層和中心導(dǎo)線與負載電路的輸入端相連，負載電路的輸出端與負載相連。利用高壓線路對地電容分壓原理的高壓等電位電源，具有成本較低、輸出電壓穩(wěn)定、可靠性強、免維護、輸出功率大、適用范圍廣、無需考慮過多的絕緣配合問題等優(yōu)勢，具有很好的推廣、應(yīng)用前景。
文檔編號H02J4/00GK101552475SQ20081016371
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者余德明, 策 周, 朱炎輝, 曉 黃 申請人:浙江電力變壓器有限公司