应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，根据无线供电装置几种不同的安装方式和安装位置，利用无线供电装置与高压载流导线之间的互感进行理论分析；使用上述理论，分析导线上的感应电压，与国际标准GB/T比较，判断无线供电装置与高压载流导线的正常运行是否存在相互影响，由此选择连接无线供电装置高、低压侧的绝缘子的电气绝缘强度；利用工频耐压测试，分析高压条件下无线供电装置的耐压及绝缘强度。本发明专利技术分析了无线供电装置在几种安装方式下与高压载流导线的相互运行影响，并设计了无线供电装置的保护方案。

Electromagnetic safety analysis method for wireless power supply equipment applied to high voltage line monitoring

The invention provides an electromagnetic security analysis method for the wireless power supply device used in high voltage line monitoring. According to several different installation methods and installation positions of the wireless power supply device, the mutual inductance between the wireless power supply device and the high voltage current conductor is theoretically analyzed, and the induction electricity on the wire is analyzed using the theory above. Pressure, compared with the international standard GB/T, determine whether there is a mutual influence between the normal operation of the wireless power supply device and the high voltage current conductor, and then select the electrical insulation strength of the insulators connected to the high and low voltage side of the wireless power supply device, and analyze the pressure and insulation strength of the wireless power supply device under high pressure. . The invention analyzes the interaction between the wireless power supply device and the high voltage current carrying wire under several installation methods, and designs the protection scheme of the wireless power supply device.

【技术实现步骤摘要】
应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法
本专利技术属于无线电能传输电磁研究领域，具体涉及一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法。
技术介绍
磁耦合无线供电技术以其传输电能不依靠金属介质的特点，为高压输电线路在线监测系统的供电方式提供了新的方法。但在实际应用中，无线供电装置和高压载流导线在正常工作中存在相互影响。为了使系统保持较好的稳定性，高压输电线路的电磁分布与安全性分析一直是研究热点。目前还没有一套完备的分析方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，能够对应用于高压环境下的无线供电装置的与高压载流导线的电磁影响做一个具体的分析。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，其特征在于，无线供电装置对高压载流导线的影响分析，它包括：(1)根据无线供电装置几种不同的安装方式和安装位置，利用无线供电装置与高压载流导线之间的互感进行理论分析；(2)使用上述理论，分析导线上的感应电压，与国际标准GB/T比较，判断无线供电装置与高压载流导线的正常运行是否存在相互影响，由此选择连接无线供电装置高、低压侧的绝缘子的电气绝缘强度；(3)利用工频耐压测试，分析高压条件下无线供电装置的耐压及绝缘强度。按上述方案，本方法中还包括无线供电装置的实际静电防护措施，具体为：采用静电接地，使用放电管将静电引向电源地，电路内部使用TVS管防止瞬间过压。按上述方案，本方法中还包括无线供电装置的实际防雷击措施，具体为：在无线供电装置的输入和输出电缆接口处设计雷击、浪涌保护电路、电源跌落防护。按上述方案，本方法中还包括无线供电装置的电磁兼容设计：在无线供电装置的发射端控制电路、接收端整流控制装置以及电能输出电路均进行金属屏蔽罩封闭，并将电源的负极、金属屏蔽罩和高压载流导线进行等电位连接。本专利技术的有益效果为：分析了无线供电装置在几种安装方式下与高压载流导线的相互运行影响，并设计了无线供电装置的保护方案。附图说明图1(a)～(c)为无线供电装置杆塔安装示意图。图2为平行布置传输线圈与导线示意图。图3为垂直布置传输线圈与导线示意图。图4(a)、(b)为雷击、浪涌保护电路设计图。图中：1-接收线圈，2-发射线圈，3-绝缘子。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。为确定高压载流导线及无线供电装置相互影响的程度，利用两者之间的互感及导线上的感应电压来进行计算分析，并与国家标准《GB/T12325-2008》中电能质量供电电压偏差的允许范围相比较。另外，无线供电装置其高压侧的高频发射装置与高压取电装置则需绝缘子实现固定安装，因此，需要保证中间连接固定的绝缘子具有足够的电气绝缘强度；无线供电装置发射线圈和接收线圈之间存在的电势差引起的电场占主导作用，因此电气绝缘强度还需考虑传输线圈的电势差和感应电压；而无线供电装置的耐压性和绝缘性也需进一步测试分析。本专利技术从静电防护、雷击过电压、电源跌落防护和针对以上各种问题的无线供电装置的电磁兼容性进行了设计，得出了一套应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法。本专利技术提供一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，它包括：(1)根据无线供电装置的安装方式和安装位置，利用无线供电装置与高压载流导线之间的互感进行理论分析。基于磁共振进行能量传输的无线供电装置，周围存在时变的磁场。当高压载流导线处于无线供电装置周围的这个高频变化的磁场中，导线所在回路会与之发生耦合。为了确定高压载流导线及无线供电装置相互影响的程度，本专利技术利用两者之间的互感及导线上的感应电压来进行分析。除了无线供电装置的磁场分布以外，装置与高压载流导线的相互影响的程度随两者的相对位置也会有所不同。无线供电装置的传输线圈同轴布置在绝缘子两侧。以无线供电装置在水泥杆塔上的安装为例，按照线圈轴线与导线的三种典型的相对方向可以分为平行布置或两种方式的垂直布置，如图1(a)～(c)中所示。(a)中的绝缘子两侧布置无线供电装置的发射线圈和接收线圈1，两线圈在图中重叠，两线圈之间的轴线与导线呈平行关系；(b)中发射线圈2和接收线圈1图中均可见，而两线圈的轴线与导线呈垂直状；(c)中绝缘子3垂直地面放置，绝缘子3的上下两侧放置发射线圈2和接收线圈1，两线圈的轴线与导线呈垂直状。以距离传输线圈最近的导线为例进行分析，其他的两根与此相同。将发射线圈、接收线圈和导线建立在一个坐标系中，以平行布置，即图1(a)布置为例。如图2所示。为便于观察，图中仅表示出发射线圈N匝线圈中的第i匝，接收线圈表示出第j匝。令发射线圈和接收线圈上的电流分别为长直导线上的电流为发射线圈和接收线圈的轴心与导线的垂直距离分别为d1、d2，线圈的绕制半径为R，第i(i＝1，2，3，…N)匝发射线圈和第j(j＝1，2，3，…N)匝接收线圈的圆心在z轴上的坐标分别为a+2h-2hi/N和-a-2hi/N。发射线圈和接收线圈上的电流分别为分别为分式1和式2中ω为电流的角频率，和分别为电流的相角，I1m、I2m分别为发射和接收线圈的电流幅值。运用Neumann公式计算第i匝发射线圈与导线之间的互感为式中R1i为线圈上的线元dli和导线上的线元dl0之间的距离。线元dli和线元dl0的夹角为θi，式3可进一步化简为另一方面高压载流导线与第i匝发射线圈的互感同样可通过Neumann公式得到式中R1i为线圈上的线元dli和导线上的线元dl0之间的距离。比较式4和式5可知M0i＝Mi0(6)，即第i匝发射线圈对导线的互感与导线对第i匝发射线圈的互感相等，因此即导线发射线圈的互感系数与发射线圈对导线的互感系数相等，具有对称性。针对图1(a)中平行布置方式来分析，则该条件下满足cosθi＝0(8)，因此该方式下Mi0＝0(9)，即任意一匝发射线圈与高压载流导线的互感为零，而N匝发射线圈与高压导线互感为则图1(a)中N匝发射线圈与高压载流导线的互感也为零。类似地，容易求得接收线圈的互感也为零。而对于垂直布置方式，即图1(b)，则满足cosθi＝1(11)，则此布置条件下，传输线圈与高压载流导线的互感值最大。因此，以传输线圈为与高压载流导线正下方为例，即传输线圈磁通量最大的情况进行分析。建立图3中的坐标系。首先计算第i匝发射线圈与导线的互感，由安培环路定理可得，与导线垂直距离为R1i处的磁感应强度为则对于线圈上的任意一点有式13中，ρ为线圈内任一点到线圈圆心的距离，为ρ与R1i的夹角，发射线圈的轴心与导线的垂直距离分别为d1。则线圈面积内与导线的互感为可进一步求得为了方便分析无线供电装置与高压载流导线最大的影响程度，以N匝发射线圈均为满足上述线圈面积内磁通量最大的情况近似等效，即而图1(c)中布置情况，无线供电装置和高压载流导线之间的感性耦合程度则介于图1(a)和图1(b)之间。与发射线圈类似，可求出第j(j＝1，2，3，…N)匝接收线圈与导线的互感为N匝接收线圈与导线的互感为(2)使用上述理论，计算导线上的感应电压，判断无线供电装置对高压载流导线的正常运行是否存在影响。由以上分析可知，接收线圈和发射线圈采用绝缘子连接同轴布置，几种不同的安装方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，其特征在于：它包括：（1）根据无线供电装置几种不同的安装方式和安装位置，利用无线供电装置与高压载流导线之间的互感进行理论分析；（2）使用上述理论，分析导线上的感应电压，与国际标准GB/T比较，判断无线供电装置与高压载流导线的正常运行是否存在相互影响，由此选择连接无线供电装置高、低压侧的绝缘子的电气绝缘强度；（3）利用工频耐压测试，分析高压条件下无线供电装置的耐压及绝缘强度。

【技术特征摘要】
1.一种应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，其特征在于：它包括：（1）根据无线供电装置几种不同的安装方式和安装位置，利用无线供电装置与高压载流导线之间的互感进行理论分析；（2）使用上述理论，分析导线上的感应电压，与国际标准GB/T比较，判断无线供电装置与高压载流导线的正常运行是否存在相互影响，由此选择连接无线供电装置高、低压侧的绝缘子的电气绝缘强度；（3）利用工频耐压测试，分析高压条件下无线供电装置的耐压及绝缘强度。2.根据权利要求1所述的应用于高压线路监测的无线供电装置电磁安全性分析方法，其特征在于：本方法中还包括无线供电装置的实际静电防护措施，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪，陈诚，蒋燕，范惠子，高星冉，邓其军，胡文山，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42