CN105048654A - 电场架空线路无线取能装置 - Google Patents

Abstract

电场架空线路无线取能装置，涉及输电技术领域的无线取电装置。解决了现有安装在高压环境下的在线装置供电方式复杂，无法从架空导线上直接获取低电压能源的问题。它包括接收线和电能收集部；接收线位于架空地线和架空导线之间，接收线固定在架空地线下部；接收线呈棒状，接收线的一端弯向架空地线，其另一端通过绝缘导线与电能收集部的电能输入端连接，电能收集部的电能输出端输出的电能用于给用电设备供电，电能收集部表面接大地。它主要应用在高压线路上。

Description

电场架空线路无线取能装置

技术领域

本发明涉及输电技术领域的无线取电装置。

背景技术

随着智能电网技术及状态检修技术的推广，未来电网中除了传统的电力设备之外，还会附加更多的信息采集、变送及处理装置。安装在高压环境下(强磁场、强电场辐射)的电力设备状态监测装置具有强大的检测、数据处理和通信功能，但其供电方式的发展却相对滞后。许多现场装置虽然临近电网，但却由于电压等级的限制，不能直接从高压电网获得电能。难以找到合适的电源切入点或馈电方式，给电力设备状态监测装置的应用造成了很大的障碍。为了解决这个问题,目前电力设备状态监测装置通常采用自带电池或太阳能、风能等供电方式。尽管设计人员采用了多种改进措施，例如增加电池的能量存储密度以增加运行寿命，采用高效率光伏电池补充能量、使用长寿命轴承延长风力发电机寿命等措施，但由于造价、技术水平、自然地理气候条件、关键机械元件寿命等原因，这些方法在技术上和实际运行中均存在着诸多困难,难以解决在线装置的供能问题。因此亟待研究一种能够向在线装置提供较大功率，简便并能够长时间稳定提供电能的供电方式。

发明内容

本发明是为了解决现有安装在高压环境下的在线装置供电方式复杂，无法从架空导线上直接获取低电压能源的问题。本发明提供了一种电场架空线路无线取能装置。

电场架空线路无线取能装置，它包括接收线和电能收集部；

接收线位于架空地线和架空导线之间，接收线固定在架空地线下部；

接收线呈棒状，接收线的一端弯向架空地线，其另一端通过绝缘导线与电能收集部的电能输入端连接，电能收集部的电能输出端输出的电能用于给用电设备供电，电能收集部表面接大地。

技术原理为：

高压架空线为高电压源，在其周围产生高压交变电场，具体参见图4，当另外的导体与其靠近时，高压架空线的导线与导体构成了一个等效的电容结构，电容值为C。如果将导体通过电阻R与大地连接，则电阻R、电容C串联在高压电源上。则电阻R的电压U_R为：

$\begin{array}{c}{U}_R=\frac{U_{AC}}{\frac{1}{j\mathrm{\ω}C}+R}R\\ =\frac{j\mathrm{\ω}CR}{1+j\mathrm{\ω}CR}{U}_{AC}\end{array}$

其相量满足：

U_R+U_C＝U_AC

由于电阻的功率P_R为：

$P_R=\frac{{\left|U_R\right|}^2}{R}$

而根据向量图5，当负载不变的情况下，电容电压U_C越小，则负载电阻R的功率越大。而由于电容与电阻串联，当电容值越大，则电容电压越小。而电容的大小可根据电容公式判断：

C＝εε₀S/d

其中：C为电容，单位F；

ε为相对介电常数；

ε₀真空介电常数，8.86×10^-12，单位F/m；

S为面积，单位m²；

d为极板间距，单位m。

因此，需要在架空线周围布置较大长度的接收线，即可提高电容的面积，进而减少电容的分压从而提高负载电阻的电压及功率，达到更多取能的目的。根据上述的分析，接收线的长度越长，获取的能量越多。

本发明通过其工作原理为利用高压供电线路产生的电场中能量，利用电容原理,从架空导线产生高压电场中提取电能。架空线路的额定电压通常为10kV以上，当架空导线工作时时，周围会产生工频交变电场。利用电场定律与其靠近的铜片会产生电位差，当铜片通过导线与地电位相连接时，则导线上会产生充电电流。利用这个原理将导线的电流收集起来就可以将高压能量转化为低压用电设备可用的低压电力。

本发明的有益效果是，本发明可利用架空线自身的高电压激发的交变电场能量，通过收集电场能量转化为低压用电设备可用的低压形式电能的架空线路无线取能装置。本发明相对于太阳能、风能、振动取能方式该发明不受自然环境的昼夜变化、光照强度、纬度、天气状况、风力大小、振动环境等因素的影响，抗干扰能力强，取能源相对稳定。所用元件的可靠性较高，没有活动机械部件和光伏材料，结构简单、坚固、寿命较长。

附图说明

图1为本发明所述的电场架空线路无线取能装置的结构示意图；

图2为具体实施方式六所述的电能收集部的结构示意图；

图3为具体实施方式七所述的接收线的径向剖视图；

图4为高压架空线为高电压源，在其周围产生高压交变电场的等效电路图；

图5为电阻电压U_R的向量图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的电场架空线路无线取能装置，它包括接收线5和电能收集部7；

接收线5位于架空地线1和架空导线6之间，接收线5固定在架空地线1下部；

接收线5呈棒状，接收线5的一端通过绝缘导线4与电能收集部7的电能输入端连接，电能收集部7的电能输出端输出的电能用于给用电设备供电，电能收集部7表面接大地，绝缘导线4和接收线5的绝缘层抗击穿能力满足最高地线电压要求。

本实施方式中，各绝缘导线4和接收线5的绝缘层厚度应满足最高地线电压的要求。

本发明将接收线固定在架空地线下部，与架空地线绝缘。通过感应架空导线周围的电场，将架空导线周围的电场能量转化为低压电能供低压用电设备使用。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，它还包括挂线3，所述的接收线5通过挂线3固定在架空地线1下部。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的挂线3两端均设有地线线夹2，且挂线3两端的地线线夹2分别与架空地线1和接收线5固定连接，挂线3采用复合绝缘材料制成。

具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的挂线3上设有绝缘伞裙。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的电能收集部7的电能输入端处设有绝缘伞裙。

本实施方式，电能收集部7的电能输入端处设有绝缘伞裙由内向外伸展，形成多个绝缘伞裙，伞裙有两种以上尺寸，交错排列。绝缘伞裙由内向外伸展，形成多个绝缘伞裙，提高线圈表面的爬电距离，增强抗高电压击穿能力。

具体实施方式六：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的电能收集部7包括整流桥7-1、保护二极管、整流电容和DC-DC变换器7-2；

整流桥7-1的电流输入端为电能收集部7的电能输入端，

整流桥7-1的接地端接电源地，

保护二极管和整流电容并联连接后，接在整流桥7-1的上、下桥臂之间，且保护二极管的阴极与整流桥7-1的上桥臂连接，

DC-DC变换器7-2的电能输入端连接在整流电容两端，DC-DC变换器7-2的电能输出端作为电能收集部7的电能输出端。

具体实施方式七：参见图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的接收线5由导电板8和绝缘层9构成，且绝缘层9包裹在导电板8的外面，导电板8的径向截面为矩形。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的绝缘导线4的绝缘水平与接收线5相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的绝缘层9外有硬质塑料保护层。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一所述的电场架空线路无线取能装置的区别在于，所述的接收线5的另一端弯向架空地线1。

Claims (10)

1.电场架空线路无线取能装置，其特征在于，它包括接收线(5)和电能收集部(7)；

接收线(5)位于架空地线(1)和架空导线(6)之间，接收线(5)固定在架空地线(1)下部；

接收线(5)呈棒状，接收线(5)的一端通过绝缘导线(4)与电能收集部(7)的电能输入端连接，电能收集部(7)的电能输出端输出的电能用于给用电设备供电，电能收集部(7)表面接大地，绝缘导线(4)和接收线(5)的绝缘层抗击穿能力满足最高地线电压要求。

2.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，它还包括挂线(3)，所述的接收线(5)通过挂线(3)固定在架空地线(1)下部。

3.根据权利要求2所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的挂线(3)两端均设有地线线夹(2)，且挂线(3)两端的地线线夹(2)分别与架空地线(1)和接收线(5)固定连接，挂线(3)采用复合绝缘材料制成。

4.根据权利要求2所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的挂线(3)上设有绝缘伞裙。

5.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的电能收集部(7)的电能输入端处设有绝缘伞裙。

6.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的电能收集部(7)包括整流桥(7-1)、保护二极管、整流电容和DC-DC变换器(7-2)；

整流桥(7-1)的电流输入端为电能收集部(7)的电能输入端，

整流桥(7-1)的接地端接电源地，

保护二极管和整流电容并联连接后，接在整流桥(7-1)的上、下桥臂之间，且保护二极管的阴极与整流桥(7-1)的上桥臂连接，

DC-DC变换器(7-2)的电能输入端连接在整流电容两端，DC-DC变换器(7-2)的电能输出端作为电能收集部(7)的电能输出端。

7.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的接收线(5)由导电板(8)和绝缘层(9)构成，且绝缘层(9)包裹在导电板(8)的外面，导电板(8)的径向截面为矩形。

8.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的绝缘导线(4)的绝缘水平与接收线(5)相同。

9.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的绝缘层(9)外有硬质塑料保护层。

10.根据权利要求1所述的电场架空线路无线取能装置，其特征在于，所述的接收线(5)的另一端弯向架空地线(1)。