CN101562356B - 中压电力线宽带耦合装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力设备，具体地说是一种中压电力线宽带耦合装置。按照本发明提供的技术方案，在环形筒体的内叠放多层环形电感材料，在相邻两层环形电感材料之间有隔离片，在环形筒体内填充用于固定环形电感材料及隔离片的环氧树脂；在环形筒体的中央有通孔。利用这种装置后，无需布线，即可建立起包括远程抄表、负荷控制、配变监测等功能的电力需求侧之统一的宽带数据传输平台。

Description

中压电力线宽带耦合装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电力设备，具体地说是一种中压电力线宽带耦合装置。

背景技术

中低压电力线宽带通信(PLC)技术是本世纪以来在西方发达国家刚刚兴起的一种技术，这种技术利用现有的10KV电压电网和380伏/220伏低压电力线作为传输语音、数据和视频信号的通信载体，在建设高速宽带电力数据网、互联网宽带接入以及其它有线通信领域有着极广泛的应用前景。通过对上述相关(PLC)基础性产品和组合应用性产品的研发和推广应用，必将为供电公司在推动电力通信、信息网络、电力需求侧管理以及营销技术现代化等诸多方面作出较大的贡献；同时还会产生诸如居民小区电力线上网、智能家居、智能楼宇等高附加值的科技项目，使供电公司从庞大的互联网市场和智能化市场中获取丰厚的利润。

目前我国关于电力线载波结合设备的国家标准GB/T7329-2008(最新标准)是采用电容耦合，而载波频率范围在该标准的第5.1.6中标明是40～500KHz，在这个频率范围内已经不能满足我国科技领域的高速发展，特别是西方发达国家的先进技术和应用。

发明内容

本发明的目的在于设计一种中压电力线宽带耦合装置，利用这种装置后，无需布线，即可建立起包括远程抄表、负荷控制、配变监测等功能的电力需求侧之统一的宽带数据传输平台。

按照本发明提供的技术方案，在环形筒体的内叠放多层环形电感材料，在相邻两层环形电感材料之间有隔离片，在环形筒体内填充用于固定环形电感材料及隔离片的环氧树脂；在环形筒体的中央有通孔。

所述环形筒体呈对开式结构，在环形筒体的外面设置用于当对开式的环形筒体闭合时，将对开式的环形筒体连接在一起的夹紧机构。在所述环形筒体上设置接线端子。在所述环形筒体上设置接地线。

所述环形电感材料的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数。

在所述夹紧机构中，抱箍抱在环形筒体的外面，在抱箍的一端设置活络扣，在抱箍的另一端设置用于扣住活络扣的卡扣，在所述活络扣扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣与卡扣固定在一起。所述环形筒体包括位于内侧的内圈与位于外侧的外圈，所述内圈与所述接线端子的内芯电连接，所述外圈与所述接线端子的外套电连接。

制备所述中压电力线宽带耦合装置的方法，其特征是：

先准备环形筒体，利用非导磁的导电材料(如铝合金、铜合金等材料)形成一个圆环形的环形筒体；

准备电感材料，把铁、铜、铌、钼、硅和硼放入熔炼炉内混合在一起，熔化成液体，再将熔融态的液体喷射到旋转着的冷却辊上，使所述金属液从1280～1300℃下降到180～200℃，形成电感材料带；所述电感材料带的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si 14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数；

再按照环形筒体的形状大小，将所述电感材料带进行卷绕，卷好后的电感材料带送入退火炉内，在温度570～580℃下退火5～6小时，然后冷却到100～150℃时从退火炉中取出，形成环形电感材料；

把几个卷绕好的环形电感材料依次叠放入环形筒体中，并在相邻两层环形电感材料间放一层隔离片；再将环形筒体的内圈与接线端子的内芯电连接，将环形筒体的外圈与接线端子的外壳电连接；然后在环形筒体内灌入环氧树脂，经固化46～50小时后，形成耦合器半成品；再将耦合器半成品装在机床上切割成两个半圆形；

再在两个半圆形的外面设置用于将两个半圆形连接在一起的夹紧机构。在所述夹紧机构中，抱箍抱在环形筒体的外面，在抱箍的一端设置活络扣，在抱箍的另一端设置用于扣住活络扣的卡扣，在所述活络扣扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣与卡扣固定在一起。所述电感材料带的厚度小于22μm，均匀度小于2μm。

本发明的优点是：利用这种装置后，无需布线，即可建立起包括远程抄表、负荷控制、配变监测等功能的电力需求侧之统一的宽带数据传输平台。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的频率与增益-曲线图。

具体实施方式

如图所示：在环形筒体1的内叠放多层环形电感材料2，在相邻两层环形电感材料2之间有隔离片3，在环形筒体1内填充用于固定环形电感材料2及隔离片3的环氧树脂4；在环形筒体1的中央有通孔10。在使用时，可以利用所述通孔10套在相关的导线外。

所述环形筒体1呈对开式结构，在环形筒体1的外面设置用于当对开式的环形筒体1闭合时，将对开式的环形筒体1连接在一起的夹紧机构。以便于将所述环形筒体套在导线上，在套的时候，先将两个半圆形的筒体扳开，套在导线上后再合拢，然后用夹紧机构锁紧。

在所述环形筒体1上设置接线端子9。在所述环形筒体1上设置接地线8。

所述环形电感材料的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数。

在所述夹紧机构中，抱箍5抱在环形筒体1的外面，在抱箍5的一端设置活络扣6，在抱箍5的另一端设置用于扣住活络扣6的卡扣，在所述活络扣6扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣6与卡扣固定在一起。

所述环形筒体1包括位于内侧的内圈与位于外侧的外圈，所述内圈与所述接线端子9的内芯电连接，所述外圈与所述接线端子9的外套电连接。

制备所述中压电力线宽带耦合装置时，先准备环形筒体1，利用非导磁的导电材料形成一个圆环形的环形筒体1；所述非导磁的导电材料可以是铝合金、铜合金等具有良好导电性能，又不能导磁的材料。

准备电感材料，把铁、铜、铌、钼、硅和硼放入熔炼炉内混合在一起，熔化成液体，再将熔融态的液体喷射到旋转着的冷却辊上，使所述金属液从1280～1300℃下降到180～200℃，形成电感材料带；所述电感材料带的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si 14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数。

再按照环形筒体1的形状大小，将所述电感材料带进行卷绕，卷好后的电感材料带送入退火炉内，在温度570～580℃下退火5～6小时，然后冷却到100～150℃时从退火炉中取出，形成环形电感材料2；

把几个卷绕好的环形电感材料2依次叠放入环形筒体1中，并在相邻两层环形电感材料2间放一层隔离片3；再将环形筒体1的内圈与接线端子9的内芯电连接，将环形筒体1的外圈与接线端子9的外壳电连接；然后在环形筒体1内灌入环氧树脂4，经固化46～50小时后，形成耦合器半成品；再将耦合器半成品装在机床上切割成两个半圆形；

再在两个半圆形的外面设置用于将两个半圆形连接在一起的夹紧机构。

在所述夹紧机构中，抱箍5抱在环形筒体1的外面，在抱箍5的一端设置活络扣6，在抱箍5的另一端设置用于扣住活络扣6的卡扣，在所述活络扣6扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣6与卡扣固定在一起。所述电感材料带的厚度小于22μm，均匀度小于2μm；所述电感材料带的宽度可以根据环形筒体的高度来设定，一般是将环形筒体的高度等分成几段，每一段的高度即为环形电感材料带的宽度与隔离片3的厚度之和。

本发明的电感耦合器基于200MHz PLC调制解调器线路通信频带在2～34MHz之间，通过MV电感耦合器耦合到10KV电力线上。MV(指中压)电感耦合器性能将对我们多关心的OFDM信号幅频特性及其PLC的通信速率性能指标产生重要的影响。整个PLC调制解调器中，耦合装置的优劣不仅决定着PLC通信的可靠性，还决定着系统的安全可靠性。

OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种。其主要思想是，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

耦合器的电感耦合器应用如图1，MV电感耦合器将PLC调制解调器线路通信频带在2～34MHz之间耦合到10KV电力线上，使10KV电力线既传送电力电源，又作为通信电缆应用。

MV电感耦合器技术指标：频率范围：2～34MHZ；标准阻尼：4±2dB；气候等级：25/100/21-C；绝缘电阻、额定电压和额定直流耐压都依赖于电缆的绝缘等级；

当应用于中高压通过电缆时，材料：非铁氧体，具有高导性的软磁；

尺寸：φ25×63×35     100A

φ42×80×65     200A

φ55×107×70    300A

φ85×128×65    300A

应用于低压入室电缆时，材料：特殊铁氧体；标准电流：36A 60A；

尺寸：φ10×30×30     36A

φ25×50×30     60A

MV-H58电感耦合器结构见图3、4，其中：1、环形筒体，2、纳米晶，3、隔离片，4、环氧树脂，5、抱箍，6、活络扣，7、蝶形螺栓，8、接地线，9、接线端子。因原来的高压电缆和低压电缆均已架好，本耦合器根据使用的特殊要求，制作成开合式的。在不破坏原来的设备和结构的前提下，能方便的合上和不借助任何工具，仅利用抱箍5、活络扣6、蝶形螺栓7等结构来固定，用很短的时间即可夹紧。环形筒体1采用纯铝压制而成，不仅作为装置的壳体，而且还是输入与取出传输信号的耦合线圈，其内、外圈连接同轴电缆端子。内圈与外圈作为输入与输出的连接端子，在耦合器的两个半圆的环形筒体1上连接两个接地螺丝，以防止信号的干扰。

本耦合器的电感材料是非软磁铁氧体。在满足电感耦合器的工作要求和特性的前提下，选择了能满足性能稳定的高频段低损耗的高磁导率和价格比较低廉的Fe、Cu、Nb、Mo、Si和B的电感材料来传输2～34MHz的高频信号。电感材料是把铁、铜、铌、钼、硅和硼等多种元素研磨成平均晶粒直径10～20nm的粉末，按比例进行混合均匀，经专用设备进行喷制成电感材料带。

经多次试验和调整比例，为了获得高的起始磁率和很好的表面光亮，选择了所述比例。这样的材料在喷20mm宽的电感材料带时，要求电感材料带的厚度小于22um(微米)均匀度小于2um(微米)。这样的电感材料带按电感耦合器的尺寸要求进行卷绕，卷好后根据产品的大小进行无磁退火(热处理)约5～6小时，等冷却到100℃时从炉子中取出，这样就完成了环形电感材料2的制作。

把卷绕好的4个整圆的环形电感材料2放入环形筒体1中，每块环形电感材料2与环形筒体1间加一层隔离片3，对齐平整好，再在环形筒体1的内圈上焊接接线端子9的内芯，在环形筒体1的外圈上焊接接线端子9的外壳，然后环形筒体1内、隔离片3与环形电感材料2间灌入环氧树脂4，经固化48小时后将已固化好的电感耦合器装入专用工装夹具上，以万能铣床进行切割。考虑到该电感耦合器由三种不同的材料组成，经过采用多种刀具的多次切割试验，最后用切削锋利的金刚石刀具，解决了该电感耦合器的切割，解决两个半圆平整对合的问题。再调整两个半圆对合的气隙和电感量，要求电感耦合器在电力线在300A以下电流通过时不能饱和，降低电感量，影响信号的传输。

如图3所示，虚线表示只要所测产品的频率-增益曲线位于虚线上方，就表示能够满足国家标准的要求。图中所示的两条曲线是测试了两个产品后获得的频率-增益曲线，可见均位于虚线上方，因此是符合国家标准的。

Claims (4)

1.中压电力线宽带耦合装置，其特征是：在环形筒体(1)内叠放多层环形电感材料(2)，在相邻两层环形电感材料(2)之间有隔离片(3)，在环形筒体(1)内填充用于固定环形电感材料(2)及隔离片(3)的环氧树脂(4)；在环形筒体(1)的中央有通孔(10)；

在所述环形筒体(1)上设置接线端子(9)；

所述环形筒体(1)呈对开式结构，在环形筒体(1)的外面设置用于当对开式的环形筒体(1)闭合时，将对开式的环形筒体(1)连接在一起的夹紧机构；

在所述环形筒体(1)上设置接地线(8)；

所述环形电感材料的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si 14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数；

在所述夹紧机构中，抱箍(5)抱在环形筒体(1)的外面，在抱箍(5)的一端设置活络扣(6)，在抱箍(5)的另一端设置用于扣住活络扣(6)的卡扣，在所述活络扣(6)扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣(6)与卡扣固定在一起；

所述环形筒体(1)包括位于内侧的内圈与位于外侧的外圈，所述内圈与所述接线端子(9)的内芯电连接，所述外圈与所述接线端子(9)的外套电连接。

2.制备权利要求1所述中压电力线宽带耦合装置的方法，其特征是：

先准备环形筒体(1)，利用非导磁的导电材料形成一个圆环形的环形筒体(1)；

准备电感材料，把铁、铜、铌、钼、硅和硼放入熔炼炉内混合在一起，熔化成液体，再将熔融态的液体喷射到旋转着的冷却辊上，使所述液体从1280～1300℃下降到180～200℃，形成电感材料带；所述电感材料带的成分为：Fe70～74％、Cu0.8～1.1％、Nb4.9～2.1％、Mo1.4～1.6％、Si 14.5～16.5％和B7～9％；单位为质量百分数；

再按照环形筒体(1)的形状大小，将所述电感材料带进行卷绕，卷好后的电感材料带送入退火炉内，在温度570～580℃下退火5～6小时，然后冷却到100～150℃时从退火炉中取出，形成环形电感材料(2)；

把几个卷绕好的环形电感材料(2)依次叠放入环形筒体(1)中，并在相邻两层环形电感材料(2)间放一层隔离片(3)；再将环形筒体(1)的内圈与接线端子(9)的内芯电连接，将环形筒体(1)的外圈与接线端子(9)的外壳电连接；然后在环形筒体(1)内灌入环氧树脂(4)，经固化46～50小时后，形成耦合器半成品；再将耦合器半成品装在机床上切割成两个半圆形；

再在两个半圆形的外面设置用于将两个半圆形连接在一起的夹紧机构。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是：在所述夹紧机构中，抱箍(5)抱在环形筒体(1)的外面，在抱箍(5)的一端设置活络扣(6)，在抱箍(5)的另一端设置用于扣住活络扣(6)的卡扣，在所述活络扣(6)扣入所述卡扣内后，利用螺栓将活络扣(6)与卡扣固定在一起。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是：所述电感材料带的厚度小于22μm，均匀度小于2μm。

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