用于获得旨在从由交流电流穿过的导体供应耗电设备的功率的方法和装置制造方法及图纸

描述了一种用于获得旨在从由初级电流(IP)穿过的导体(14，16a，16b)供应耗电设备(26)的功率的方法和装置，其中，磁性材料的芯部(20)和围绕芯部(20)缠绕的导电螺线管(22)定位在远离导体(14,16a,16b)的位置，以从由导体(14，16a，16b)、芯部(20)和螺线管(22)在螺线管(22)中产生的磁场通量获得螺线管(22)中的次级电流(IS)。导电螺线管(22)通过电路(24)连接至耗电设备(26)，该电路适于将次级电流(IS)转换成旨在通过相关电压(Vdc，Vac)和输出电流(Idc1，Iac)供应耗电设备(26)的功率(Pg)；当供应至耗电设备(26)的功率(Pg)随着初级电流(IP)不可控的增加而增加时，在与所施加的电流值(ISS1)相关联的阈值处停止输出电流(Idc1，Iac)，所施加的电流值比磁性材料的芯部(20)的次级饱和电流值(ISS)低一预定量。当施加至耗电设备(26)的功率(Pg)随着初级电流(IP)进一步不可控的增加而增加时，检测施加至耗电设备(26)的电压(Vdc，Vac)的值，并且当达到一预定极限值(VMAX)时，使大于所述阈值的输出电流(Idc1，Iac)流动，导致芯部(20)的饱和并由此导致施加至耗电设备(26)的功率(Pg)的减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于获得旨在从由交流电流穿过的导体供应耗电设备的功率的方法和装置本专利技术涉及一种用于获得旨在从由交流电流穿过的导体供应耗电设备的功率的方法和装置。作为优选实施方式，下列描述涉及一种用于提取在电力传输线中使用的功率的方法，并且涉及一种用于获得旨在安装在用于电力传输线的支撑结构(具体地，例如，用于中压、高压以及甚高压(MV、HV或HHV)的分布网络的桥塔)上的耗电设备的功率的装置。然而，本专利技术应被理解为是可行的并且适用于存在由交流电流穿过至少一个导体的任意系统，电力传输线的参考不受限制。近年来，已经出现从由电流穿过的导体(具体地，与电力传输线有关)取得用于耗电设备的电功率的需求。实际上，近年来，由于安全要求以及获得网络(智能网络)内的所测量的电参数的需求，为电分布网络提供电子监控和控制装备的需求已经明显增加。总之，前述控制装备包括能够产生为控制装备供电所需的电力(具体地，电流)的电源模块。意大利专利IT1391387中描述了一种用于获得供应耗电设备的功率的已知装置(以下更简单地使用术语“电源模块”表示)。WO2010/005324和WO99/26329直观地描述了设计成在由受控的初级电路(primarycircuit，原电路)产生的磁场附近操作的耦合式电力输送系统。WO2010/005324包括在线性模式中使用的电阻式装置(诸如MOS晶体管)以限制对负载的电功率，该电阻式装置经受不利的功率耗散并且因此提供低的总系统效率。WO99/26329包括用于限制由直流电流的流动所感应的用于使磁芯饱和的功率的装置，该装置也经受功率耗散并且提供低的总效率。本专利技术的目的是提出一种用于获得旨在从由不可控的电流穿过的导体供应耗电设备的功率的方法和装置，使得能够增加并改进对产生并供应至耗电设备的功率(或电流)的控制，同时在不耗散可用功率的情况下保证导体上的额外电流的保护，从而提供高效率。本专利技术使用根据权利要求1所述的方法和根据权利要求5所述的装置实现了该目的和其他目的。作为本说明书的一体部分的独立权利要求中涵盖了本专利技术的有利实施方式与细节。具体参考所附附图，下面详细描述中阐述了仅作为非限制性实施例提供的本专利技术的其他特征和优点，附图中：-图1是根据本专利技术的安装在分布网络的桥塔上的电源模块的示例性实施方式的第一正视图；-图2是图1中的电源模块的示意性立体图；-图3是电源模块的等效电路图；-图4a是示出了作为芯部的维度的函数的互感的趋势的曲线图；-图4b是示出了作为芯部的维度的函数的芯部的自感的趋势的曲线图；-图4c是示出了作为芯部的维度的函数的芯部的互感与自感之比的趋势的曲线图；-图5是示出了作为初级电流(primarycurrent，原电流)的函数的产生功率的曲线图；-图6是根据本专利技术的配备有电源模块的桥塔的正视图和侧视图；-图7是磁芯的变型的纵截面；-图8是芯部的板件的横截面；-图9是电源模块的转换单元的完整电路图；以及-图10至图14示出了图9中的电路的部分的细节。在下面描述中，电力传输线的全部参考应被视为定性地独立于桥塔的形式、导体的数目(单电路或双电路)以及电极的电压。参考电力传输线的结构逐循序渐进地描述根据本专利技术的方法和装置(或电源模块)，但其也适用于由交流电流穿过的各个导体。在图1中，附图标记10表示根据本专利技术的电源模块的示例性实施方式。电源模块10安装在单电路380kV的电力传输线(整体未示出)的支撑结构(诸如桥塔12)上。图1仅示出了桥塔12的位于桥塔的对称轴线X-X的一侧上的部分。桥塔12承载中心高架导体电缆14以及第一侧向高架导体电缆16a和第二侧向高架导体电缆16b，图中仅示出第一侧向高架导体电缆。导体电缆14、16a及16b有利地形成三相电分布系统。桥塔12也连接至至少一个高架保护电缆18。图2是图1中的电源模块的示意性立体图。电源模块10包括具有长度h和直径d的磁芯20，优选地，磁芯包括能够输送通过导体电缆14、16a和16b感应的磁场通量的一部分的一组铁磁性棒。出于简便和清晰的目的，图2仅示出了中心导体电缆14。芯部20可被定位成远离导体14、16a和16b，或者与导体14、16a和16b间隔一预定距离，优选地，该预定距离对于导体14、16a和16b中的每kV电压为等于1cm(在空中)。电源模块10包括优选具有N个铜线匝数并围绕磁芯20缠绕的导电螺线管22。如下面详细描述的，导电螺线管22连接至下面详细描述的转换单元24，转换单元24适于将由导体14、16a、16b、由磁芯20以及由螺线管22输送的磁场通量的部分转换成旨在为耗电设备26供电的输出电能(或电流)。因此，磁芯20和导电螺线管22用作转换装置，该转换装置将由高架导体14、16a、16b感应的磁场通量的一部分转变成为耗电设备26供电的输出电能，而不存在与电力传输线的导体14、16a和16b的任何电接触。应注意，芯部20与所述导体之间的距离(高达5m)、芯部自身(具有开路磁路)的线性形状、以及控制流入导体中的电流的不可能性使得本捕获系统在从通电电缆捕获磁功率、在整个安全距离内操作中是绝对独特的。下面给出了根据本专利技术的电源模块10的操作所基于的物理原理的描述。出于简便和清晰的目的，下面阐述的考虑因素参考了包括电源模块10与单中心导体14的系统。因此，承载交流电流的中心导体电缆14代表磁场源，其也被称为初级电流。由初级电流产生的磁场被布置有螺线管22的磁芯20捕获。该螺线管22也称为次级绕组或电路。次级电路为耗电设备26供电，并且电源模块10的尺寸必须被设定为传输最大实际功率。磁性材料棒(磁芯20)受两个磁通量(初级通量ΦPS和次级通量ΦSS)的影响，磁性材料棒上缠绕有绕组(螺线管22)并且浸没在由诸如定位在垂直于棒自身的平面中的中心导体14(假设电流线以已知方式无限地延伸)的直线单相导体产生的磁场中。由流经中心导体14的初级电流IP产生的初级通量ΦPS与次级绕组22的N匝关联，导致初级绕组通量ΦP等于：ΦP＝N*ΦPS(1)由流经螺线管22的电流产生的次级通量ΦSS与次级绕组22的N匝关联，导致次级绕组通量ΦS等于：ΦS＝N*ΦSS(2)由从中心导体14流动的初级电流IP产生的且与磁芯20关联的初级绕组通量ΦP等于：ΦP＝M*IP(3)其中，M是中心导体14与次级绕组22之间的互感系数。该初级绕组通量ΦP在次级绕组22的N匝上产生无负载电压V0，该无负载电压等于：V0＝ω*ΦP＝ω*M*IP(4)其中，ω是角频率。图3示出了转换单元24和耗电设备26的磁芯20的等效电路图。该电路包括代表无负载电压V0的值ω*M*IP的等效电压发生器28、通过已知方式与次级绕组通量ΦS关联的值L的感应器30、代表芯部20和螺线管22的总损失的值Ri的内部电阻32、代表转换单元24的值C的电容34、以及代表耗电设备26的值RC的负载电阻36。返回电源模块10的操作所基于的物理原理的描述，通过本身已知的方式暂时忽略磁芯材料的芯部20中的损失和由二次绕组22产生的损失。这意味着内部电阻32具有零值并且N匝被封闭在仅包括负载电阻36和电容34的电路中，内部电阻32与感应器30处于理想的共振。在这种假设下，无负载电压V0在螺线管22中产生次级电流IS，该次级电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于获得旨在从由初级电流(IP)穿过的导体(14，16a，16b)供应耗电设备(26)的功率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：‑将磁性材料的芯部(20)和围绕所述芯部(20)缠绕的导电螺线管(22)放置在远离所述导体(14，16a，16b)的位置，以从由所述导体(14，16a，16b)、所述芯部(20)和所述螺线管(22)在所述螺线管(22)中产生的磁场通量获得所述螺线管(22)中的次级电流(IS)；所述导电螺线管(22)通过转换单元(24)连接至所述耗电设备(26)，所述转换单元适于将所述次级电流(IS)转换成旨在通过相关电压(Vdc，Vac)和输出电流(Idc1，Iac)供应所述耗电设备(26)的功率(Pg)；‑当供应至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)随着所述初级电流(IP)不可控的增加而增加时，在与所施加的电流值(ISS1)相关联的阈值处停止所述输出电流(Idc1，Iac)，所述所施加的电流值比磁性材料的所述芯部(20)的次级饱和电流值(ISS)低一预定量；以及‑当施加至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)随着所述初级电流(IP)进一步不可控的增加而增加时，检测施加至所述耗电设备(26)的所述电压(Vdc，Vac)的值，并且当所述值达到一预定极限值(VMAX)时，使得大于所述阈值的输出电流(Idc1，Iac)流动，导致所述芯部(20)的饱和并由此导致施加至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)的减少。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于获得旨在从由初级电流(IP)穿过的导体(14，16a，16b)供应耗电设备(26)的功率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-将磁性材料的芯部(20)和围绕所述芯部(20)缠绕的导电螺线管(22)放置在远离所述导体(14，16a，16b)的位置，以从由所述导体(14，16a，16b)、所述芯部(20)和所述螺线管(22)在所述螺线管(22)中产生的磁场通量获得所述螺线管(22)中的次级电流(IS)；所述导电螺线管(22)通过转换单元(24)连接至所述耗电设备(26)，所述转换单元适于将所述次级电流(IS)转换成旨在通过相关电压(Vdc，Vac)和输出电流(Idc1，Iac)供应所述耗电设备(26)的功率(Pg)；-当供应至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)随着所述初级电流(IP)不可控的增加而增加时，在与所施加的电流值(ISS1)相关联的阈值处停止所述输出电流(Idc1，Iac)，所述所施加的电流值比磁性材料的所述芯部(20)的次级饱和电流值(ISS)低一预定量；以及-当施加至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)随着所述初级电流(IP)进一步不可控的增加而增加时，检测施加至所述耗电设备(26)的所述电压(Vdc，Vac)的值，并且当所述值达到一预定极限值(VMAX)时，使得大于所述阈值的输出电流(Idc1，Iac)流动，导致所述芯部(20)的饱和并由此导致施加至所述耗电设备(26)的所述功率(Pg)的减少。2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用以下步骤生成通过相关电压(Vdc，Vac)和输出电流(Idc1，Iac)供应所述耗电设备(26)的功率(Pg)：-将所述次级电流(IS)转变成直流电流(Idc)；-将所述直流电流(Idc)转换成比较电压(VIdc)；-将所述比较电压(VIdc)与基准电压(Vref)进行比较，以获得供应至所述耗电设备(26)的所述输出电流(Idc1，Iac)。3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用以下步骤生成通过相关电压(Vdc，Vac)和输出电流(Idc1,Iac)供应所述耗电设备(26)的功率(Pg)：-使用换能器将所述次级电流(IS)转变成比较电压(VIdc)；-将所述比较电压(VIdc)与基准电压(Vref)进行比较，以获得供应至所述耗电设备(26)的所述输出电流(Idc1，Iac)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检查所述输出电流(Idc1，Iac)何时达到第一阈值的步骤包括确定施加至所述耗电设备(26)的所述电压(Vdc，Vac)何时达到接近预定值(Vswitch)的值的步骤。5.一种用于获得旨在从由初级电流(IP)穿过的导体(14，16a，16b)供应耗电设备(26)的功率的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括：磁性材料的芯部(20)和导电螺线管(22)，所述导电螺线管围绕所述芯部(20)缠绕并且连接至所述耗电设备(26)，所述芯部(20)和所述螺线管(22)定位在远离所述导体(14，16a，16b)的位置；转换单元(24)，所述转换单元连接至所述螺线管(22)并且旨在连接至所述耗电设备(26)；所述转换单元(24)适于将由所述导体(14，16a，16b)、所述磁芯(20)和所述螺线管(22)...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山德罗·唐多利尼，
申请(专利权)人：蒂克森能量责任有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT