在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置。目的是通過該裝置將交流高壓輸電線路中的高壓電能引接至地面并轉(zhuǎn)換為普通電子設(shè)備能夠使用的工頻交流電壓，以滿足野外電子設(shè)備的用電需求，同時(shí)具有成本低、易推廣、使用壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：該裝置應(yīng)用于三相交流輸電線路中，在每相輸電線上接出一個(gè)串聯(lián)式的電容器組件，三個(gè)電容器組件連接成三相均勻分布的Y形結(jié)構(gòu)，這樣在三相電容器組件的公共末端呈現(xiàn)虛擬零電位；三相電容器組件的其中一相末端電容器與虛擬零電位之間依次電連取電變壓器和若干個(gè)隔離變壓器。本實(shí)用新型適用于在野外為高壓輸電線上的監(jiān)控、照明等電子設(shè)備提供低壓電源。
【專利說明】
在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置。適用于在 野外為高壓輸電線上的監(jiān)控、照明等電子設(shè)備提供低壓電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓輸電線路上常需要安裝一些用于監(jiān)控、檢測(cè)線路狀況的輔助設(shè)備，這些設(shè)備 需要用到~220V電壓的工頻電源，再降壓整流到±5V、±12V、±24V、±36V等電壓，盡管這 些設(shè)備耗電量不大，但在野外要得到穩(wěn)定的工作電源卻很不容易。
[0003] 目前，高壓輸電線路上的輔助設(shè)備一般有以下幾種取電方式：
[0004] 1、采用太陽能電池板，但太陽能電池板在連續(xù)工作一段時(shí)間后，就需要維護(hù)或更 換，這在重要的輸電線路上就會(huì)停電，所以此種方法不可靠；
[0005] 2、通過光纖進(jìn)行激光供電，存在供電量小的缺點(diǎn)，且由于激光發(fā)射器、光纖、光電 轉(zhuǎn)換器易老化，極易影響供電質(zhì)量，成本高，很難推廣；
[0006] 3、利用高壓輸電線的電流進(jìn)行感應(yīng)取電，即利用電流互感器從高壓輸電線進(jìn)行感 應(yīng)取電。但由于電流互感器一次側(cè)電流變化很大，從數(shù)安培到數(shù)千安培不等，因此，在應(yīng)用 電流互感器實(shí)現(xiàn)電源時(shí)，若負(fù)荷電流在50A以下，裝置則無法取到電能。此外，電流互感器取 到的電壓仍處于高電位，如何將其引到地面上使用也是一個(gè)必須解決的問題，例如:公告號(hào) 為CN101783532B、CN200410061314.9等均是用于架空高壓輸電線的感應(yīng)取電裝置，上述專 利技術(shù)只能適用與導(dǎo)線相同的電位(即高電位)上的設(shè)備使用，而無法引接至地面作為交流 220V的安全電源，而一些監(jiān)測(cè)設(shè)備，如攝像機(jī)、無線通信終端設(shè)備往往安裝在鐵塔上，即需 要與地面等電位的安全工作電源，如交流220V或110V，因此現(xiàn)有技術(shù)很難滿足這些設(shè)備的 供電要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻 電源的裝置，其目的是通過該裝置將交流高壓輸電線路中的高壓電能引接至地面并轉(zhuǎn)換為 普通電子設(shè)備能夠使用的工頻交流電壓，以滿足野外電子設(shè)備的用電需求，同時(shí)，本裝置還 應(yīng)具有成本低、易推廣、使用壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝 置，其特征在于該裝置應(yīng)用于三相交流輸電線路中，在每相輸電線上接出一個(gè)串聯(lián)式的電 容器組件，三個(gè)電容器組件連接成三相均勻分布的Y形結(jié)構(gòu)，這樣在三相電容器組件的公共 末端呈現(xiàn)虛擬零電位;所述三相電容器組件的其中一相末端電容器與虛擬零電位之間依次 電連取電變壓器和若干個(gè)隔離變壓器。
[0009] 所述取電變壓器包括取電變壓器的初級(jí)繞組和取電變壓器的次級(jí)繞組，其中取電 變壓器的初級(jí)繞組與阻尼電阻器串聯(lián)后并聯(lián)于所述末端電容器與虛擬零電位之間;所述取 電變壓器的次級(jí)繞組與下一級(jí)的隔離變壓器的初級(jí)繞組同名端相接。所述隔離變壓器的次 級(jí)繞組與下一級(jí)隔離變壓器的初組繞組同名端相接。
[0010]所述末端電容器為靠近虛擬零電位的一個(gè)或若干個(gè)串聯(lián)的電容器。
[0011] 所述取電變壓器的變壓比為初級(jí)繞組匝數(shù)：次級(jí)繞組匝數(shù)=10500~20000V: 220V〇
[0012] 所述阻尼電阻器為大功率的碳化硅電阻器或者是水泥電阻器，阻尼電阻器的阻值 與電容器容量及取電變壓器容量相匹配，阻值范圍在500 Ω~5000 Ω之間。
[0013] 所述隔離變壓器為相等變壓比的變壓器，其初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的絕緣耐壓要求 大于50~100kV。
[0014] 最末端隔離變壓器的次級(jí)繞組上串接熔斷器和負(fù)載，該次級(jí)繞組的末端與大地連 接。
[0015] 所述電容器組件安裝于密封的絕緣容器內(nèi)。取電變壓器和隔離變壓器分別通過絕 緣橫擔(dān)支架固定在輸電線路的鐵塔上。
[0016] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型利用電容器組與變壓器的配合，解決了安 裝在露天野外、荒山野嶺的電子設(shè)備難以獲得220V或110V工作電源的難題;本實(shí)用新型取 材于常規(guī)的元器件，成本低、易實(shí)施，可大面積推廣應(yīng)用;較之目前使用的取電設(shè)備本裝置 使用壽命更長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠、不必經(jīng)常檢修維護(hù)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018] 圖2是本實(shí)用新型中電容器組件絕緣容器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1、圖2所示，本裝置應(yīng)用于三相(A相、B相、C相）交流輸電線路中，本例的電壓 等級(jí)為Ue = 220kV，在每相輸電線上接出一個(gè)串聯(lián)式的電容器組件，三個(gè)電容器組件(分別 是A相電容器組件Ca、B相電容器組件Cb、C相電容器組件Cc)連接成三相均勻分布的Y形（星 形)結(jié)構(gòu)，三相電容器組件的公共末端(〇點(diǎn)）呈現(xiàn)虛擬零電位。所述三相電容器組件的其中 一相(本例為A相）的末端電容器(本例取電容器Ca-n和與之串聯(lián)的電容器Ca-η-Ο與虛擬零 電位之間依次電連取電變壓器ZB和2個(gè)隔離變壓器(GBdPGB 2)。
[0020] 所述取電變壓器ZB包括取電變壓器的初級(jí)繞組Λ和取電變壓器的次級(jí)繞組N2，其 中取電變壓器的初級(jí)繞組他與阻尼電阻器R串聯(lián)后并聯(lián)于所述末端電容器(M點(diǎn)）與虛擬零 電位(0點(diǎn)）之間。所述取電變壓器ZB的次級(jí)繞組N 2與第一隔離變壓器GBi的初級(jí)繞組m同名 端相接，第一隔離變壓器GBi的次級(jí)繞組n2與第二隔離變壓器GB 2的初組繞組m同名端相接， 第二隔離變壓器GB2次級(jí)繞組112兩端(交流輸出端)接串聯(lián)的熔斷器RD和負(fù)載冊(cè)，該次級(jí)繞組 的末端與大地連接。
[0021] 本例取電變壓器ZB的變壓比為初級(jí)繞組^匝數(shù)：次級(jí)繞組N2匝數(shù)= 10500~ 20000V:220V。第一隔離變壓器GB!和第二隔離變壓器GB2均為等變壓比的變壓器，即初組繞 組m等于次級(jí)繞組n 2,一次側(cè)電壓等于二次側(cè)電壓，即均為交流220V:220V，而初級(jí)繞組與次 級(jí)繞組的絕緣耐壓要求大于50~100kV。
[0022] 所述三個(gè)電容器組件均安裝于密封的陶瓷體或硅橡膠的絕緣容器內(nèi)，如圖2所示， 絕緣容器有外徑D和內(nèi)d，內(nèi)部安放電容器，兩端有安裝板及緊固螺母Μ。
[0023]所述取電變壓器ZB和各個(gè)隔離變壓器分別通過絕緣橫擔(dān)支架按電壓承受梯度分 級(jí)固定在鐵塔上，只有最末級(jí)的隔離變壓器的次級(jí)繞組末端允許與鐵塔的接地體G端連接。 [0024] 本實(shí)施例的工作原理如下：
[0025]將三個(gè)電容器組件Ca、Cb、Cc按圖1連接后，分別連接于交流高壓輸電線路的三相導(dǎo) 線A、B、C上，選擇電容器的容抗時(shí)，通過公式若輸電線路的電壓等級(jí)為Ue = 2：π · fc 220kV，根據(jù)歐姆定律，流過電容器組件的電流
，若取合適容 量的電容器就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的電流值。根據(jù)負(fù)荷情況，通常選電容器上的工作電流為50~ 200mA之間，當(dāng)該電流流過如圖1中的A相末端電容器Ca-n和電容器Ca-n-dt，將會(huì)在感應(yīng)出 設(shè)計(jì)取用的電壓山，通常設(shè)計(jì)在10kV~20kV左右，而通過電容器組件C a、Cb、Cc的三相星形連 接，可以形成一個(gè)人為制造的虛擬零電位〇點(diǎn)，其目的是在正常運(yùn)行時(shí)，取樣電壓Um值相對(duì) 于大地G的電位將大大下降，理論上也只有10kV~25kV的電壓值，如此設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是可使取 電變壓器ZB平?？梢栽谥小⒌蛪籂顟B(tài)下工作，這樣便可降低對(duì)取電設(shè)備的絕緣要求，以此來 降低設(shè)備成本。根據(jù)變壓器原理，取電變壓器ZB的一次側(cè)從末端電容器上獲得電壓后，二次 側(cè)將輸出220V(或者是380V)的電壓值，再通過多級(jí)隔離變壓器(可通過設(shè)計(jì)確定采用幾級(jí) 隔離變壓器），對(duì)上述電壓值進(jìn)行接力傳輸，最終得到需要的工頻工作安全電源。
[0026]使用多級(jí)隔離變壓器的目的還在于，如果輸電線路中發(fā)生接地短路，如B相短路， 則導(dǎo)線上的電位相對(duì)于大地G會(huì)呈現(xiàn)出線電壓，即220kV的高電壓值，這時(shí)由取電變壓器ZB 與多個(gè)隔離變壓器串聯(lián)連接的設(shè)計(jì)體系就能夠承受耐高電壓220kV的水平。本發(fā)明將隔離 變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間的絕緣能力加以提高，通常要求一個(gè)隔離變壓器的輸入 側(cè)與輸出側(cè)的絕緣耐受能力達(dá)到50~100kV?？紤]到戶外絕緣的要求，通常隔離變壓器要求 以絕緣能力和耐候性強(qiáng)的氟環(huán)氧樹脂澆注的電磁式電壓互感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)作隔離變壓 器。
[0027]圖1中阻尼電阻器R是為防止取電變壓器ZB的初級(jí)繞組Λ與電容器發(fā)生L-C串聯(lián)諧 振振蕩而設(shè)置的阻尼電阻。材料為碳化硅或者是水泥電阻器，阻值按電容量與電感容量匹 配，通常選用500 Ω~5000 Ω。
[0028]本裝置的設(shè)計(jì)功率為100~200W左右，如果要增加輸出功率，只要增加電容器的容 量值，若設(shè)定的末端電容器(Ca-n和Cam)單體容量較小，則所呈現(xiàn)的容抗較 大，由U=IR可知，如果將取樣電壓設(shè)在Up 10~12kV，取電變壓器ZB的變比設(shè)定為N1:N2 = 12kV:220V，就會(huì)在ZB的二次側(cè)繞組上感應(yīng)出220V的電壓值，該電壓經(jīng)數(shù)級(jí)隔離變壓器GB隔 離絕緣傳輸后，便可在地面上獲得交流工頻220V的常用電源，作為野外的工作電源使用。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 1、將戶外的電容器組件串聯(lián)接線后分別連接于導(dǎo)線A相、B相、C相，然后將電容器 組件的尾部進(jìn)行星形(Y)接線，人為地制造一個(gè)虛擬零點(diǎn)的電位，在A相的末端電容器即Μ點(diǎn) 引出一個(gè)接線頭。
[0030] (1)電容器的選擇計(jì)算，若設(shè)定電壓等級(jí)為110kV，電容器的工作電壓為100mA，即 ο. 1A，根據(jù)
h選擇電容器容量及型號(hào)：Xc (容抗值）
(工頻 f = 50Hz)
[0031] 電容量
〔微微法）
[0032] 設(shè)計(jì)為耐壓值2(安全系數(shù)）X110kV = 220kV，取電容量為2895pF的電容器，查產(chǎn)品 資料后，選擇西安國(guó)達(dá)電子科技公司CB81型高壓聚苯乙烯薄膜電容器，額定電壓30kV/ 5000pF，將該型號(hào)的電容器以18只串聯(lián)后，電容量為5000pF/18只=277.8只，取278??(微 法），再以11組進(jìn)行并聯(lián)的方式，即為18X 11 = 198只電容器串并方式后，可獲得總電容量C = 278 XII = 3055pF的量值，即可以在電容器回路獲得104mA的電流值。
[0033] (2)末端電容器的確定，設(shè)定Μ點(diǎn)電位為12kV，U=I · R，12000V = 0.1A · XcQ，XC = 120000 Ω = 120k Ω
7 (微微法）
[0034] 選用末端電容器C的容量為26539pF(微微法)，使用耐壓GB-8/30kV/5000pF的電容器二只串聯(lián)， 11只并聯(lián)進(jìn)行連接，合計(jì)電容器量值為27500pF:|
[0035] Ui = 115807Q Χ0.1A=11,58kV〇
[0036] 2、取電變壓器ΖΒ設(shè)計(jì)，初級(jí)繞組Ν!設(shè)計(jì)11.5kV，二級(jí)繞組Ν2設(shè)計(jì)電壓~220V，設(shè)計(jì) 鐵芯截面積為3400mm 2(鐵芯柱體半徑33mm)選用變壓器設(shè)計(jì)容量為600W的變壓器，初級(jí)側(cè) 電沒
：電流），變壓器初級(jí)線圈：次級(jí)線圈均用銅芯漆包線繞制的耐 絕緣能力要求為l〇〇kV。取電變壓器ZB生產(chǎn)廠家為:河南信陽互感器有限公司。
[0037] 3、隔離變壓器GB設(shè)計(jì)，初級(jí)繞組m和次級(jí)繞組n2匝數(shù)一樣，均為~220V:~220V，容 量設(shè)計(jì)為500W，電流為
要求初組繞組與次級(jí)繞組之間的絕緣能力為 60kV~100kV，可使用干式環(huán)氧樹脂澆注的戶外絕緣變壓器，生產(chǎn)廠家為:杭州錢江變壓器 有限公司。
[0038]若增加流過電容器組件的電流Ia、Ib、Ic，或者是增加 Um點(diǎn)的電壓值，可將取電功率 提升至500~5000W左右，以滿足輸電線路中實(shí)行監(jiān)測(cè)的大用電負(fù)荷要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在于:該裝置應(yīng)用于 三相交流輸電線路中，在每相輸電線上接出一個(gè)串聯(lián)式的電容器組件，三個(gè)電容器組件連 接成三相均勻分布的Y形結(jié)構(gòu)，這樣在三相電容器組件的公共末端呈現(xiàn)虛擬零電位;所述三 相電容器組件的其中一相末端電容器與虛擬零電位之間依次電連取電變壓器和若干個(gè)隔 離變壓器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述取電變壓器包括取電變壓器的初級(jí)繞組和取電變壓器的次級(jí)繞組，其中取電變壓 器的初級(jí)繞組與阻尼電阻器串聯(lián)后并聯(lián)于所述末端電容器與虛擬零電位之間;所述取電變 壓器的次級(jí)繞組與下一級(jí)的隔離變壓器的初級(jí)繞組同名端相接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述隔離變壓器的次級(jí)繞組與下一級(jí)隔離變壓器的初組繞組同名端相接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述末端電容器為靠近虛擬零電位的一個(gè)或若干個(gè)串聯(lián)的電容器。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述取電變壓器的變壓比為初級(jí)繞組匝數(shù):次級(jí)繞組匝數(shù)= 10500~20000V:220V。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述阻尼電阻器為大功率的碳化硅電阻器或者是水泥電阻器，阻尼電阻器的阻值與電 容器容量及取電變壓器容量相匹配，阻值范圍在500 Ω~5000 Ω之間。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述隔離變壓器為相等變壓比的變壓器，其初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的絕緣耐壓要求大于 50~IOOkV 08. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:最末端隔離變壓器的次級(jí)繞組上串接熔斷器和負(fù)載，該次級(jí)繞組的末端與大地連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述電容器組件安裝于密封的絕緣容器內(nèi)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的在交流高壓輸電線路中獲取交流工頻電源的裝置，其特征在 于:所述取電變壓器和隔離變壓器分別通過絕緣橫擔(dān)支架固定在輸電線路的鐵塔上。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK205509495SQ201620094494
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日
【發(fā)明人】張健, 張京倫
【申請(qǐng)人】張健, 章則明, 石明君