CN110690734A - 一种高压传感器感应供电电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压传感器感应供电电源，包括脉冲电流发生电路、高频高压电缆、感应磁环、若干个电缆夹持机构、磁环夹持机构和整流及电压变换电路，所述脉冲电流发生电路输出端的正极与高频高压电缆的正极端连接，若干个所述电缆夹持机构按照一定的间隔设置在高频高压电缆的正极端与负极端之间，并将高频高压电缆负极端连接到所述脉冲电流发生电路的负极端，该高压传感器感应供电电源设计合理，能够为传感器提供持续的供电，且供电功率可以超过1瓦，这对不间断监控高压配电设备的工作状态，不遗漏任何潜在故障的迹象非常有利，也避免了电池不能适应高温环境的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于感应供电技术领域，特别涉及一种高压传感器感应供电电源。
背景技术
随着智能电网和电力物联网的出现，电力设施上需要安装各种传感器，对电力设备的运行状态进行监控和故障诊断。而传统的传感器要么采用电池供电，要么通过高压母排或者电缆上的互感器取电模块供电。电池供电的缺点在于其电能总有耗尽的时候，为了省电，传感器只能定时唤醒，采集且通过无线通信上传数据后就要进入睡眠状态，这会导致睡眠期间的状态采集不到，对于缓慢变化的物理量(如温度)，这样操作问题不大，但对电场场强、电磁辐射这样的瞬变物理量，错过关键预警信息，就会导致灾难性后果。而且电池适应的温度范围有限，常规电池最高只能耐受65℃，高温电池也只能到85℃，无法适应更加恶劣的室外且无人值守的配电设置监控场合。通过高压母排或者高压电缆上的互感器取电是一个较好的解决方案，但这个方案获得供电的前提时母排或电缆上必须有一定的工作电流，如果近乎于空载，则取得的电能不足，要想扩展供电能力，则需要采用及高磁导率的坡莫合金作为传递磁力线的介质，那么当母排或者电缆上通过较大电流时，坡莫合金饱和，产生额外的发热，又会危及供电电路及传感器的安全运行，要获取持续供电能力，就不能依赖高压母排或者电缆的运行电流。需要额外的电源通过某种形式向传感器持续供电，但该电源和各传感器之间需要保持足够的绝缘强度，而高压电缆就可以提供这样的绝缘强度，为此，本发明提出一种高压传感器感应供电电源。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高压传感器感应供电电源，该高压传感器感应供电电源设计合理，能够为传感器提供持续的供电，且供电功率可以超过1瓦，这对不间断监控高压配电设备的工作状态，不遗漏任何潜在故障的迹象非常有利，也避免了电池不能适应高温环境的缺陷。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种高压传感器感应供电电源，包括脉冲电流发生电路、高频高压电缆、感应磁环、若干个电缆夹持机构、磁环夹持机构、整流及电压变换电路，所述脉冲电流发生电路输出端的正极与高频高压电缆的正极端连接，若干个所述电缆夹持机构按照一定的间隔设置在高频高压电缆的正极端与负极端之间，并将高频高压电缆负极端连接到所述脉冲电流发生电路的负极端，所述电缆夹持机构控制高频高压电缆的走向并维持每段间隔内高频高压电缆的紧绷状态，所述感应磁环套设在高频高压电缆上，所述磁环夹持机构将感应磁环固定并保持感应磁环和高频高压电缆的相对位置，使所述高频高压电缆位于感应磁环圆心位置，而不和感应磁环的内壁接触，所述感应磁环上绕制一定匝数的绕组，所述绕组的首末端与整流及电压变换电路连接，依靠整流及电压变换电路获取稳定持续的供电电源。
作为本发明的一种优选实施方式，所述脉冲电流发生电路包括直流电容、全桥逆变电路和全桥驱动芯片，所述直流电容连接在全桥逆变电路的直流侧，所述全桥驱动芯片控制全桥逆变电路内部的半导体开关器件，使其输出高频交变的脉冲电流。
作为本发明的一种优选实施方式，所述高频高压电缆采用单芯的硅橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶或者交联聚乙烯塑料等优质绝缘材料作为有效绝缘层，电缆芯线外有一定直径的编织导电层作为匀化电场的导体层，高频高压电缆绝缘层厚度需要具备单独承受全部额定绝缘电压的水平。
作为本发明的一种优选实施方式，所述电缆夹持机构采用玻璃、陶瓷或者环氧树脂等类型的绝缘材料制成，所述电缆夹持机构上开设有供高频高压电缆穿过的夹持孔，所述夹持孔内具备夹紧高频高压电缆所需的橡胶圈，所述电缆夹持机构还具备一个安装底座一，可将所述电缆夹持机构固定在配电柜的柜体上，所述安装底座一与夹持孔之间采用波纹或者伞裙提供足够的爬电距离。
作为本发明的一种优选实施方式，所述感应磁环由高磁导率磁性材料制成，可用材料包括锰锌铁氧体、非晶合金、坡莫合金。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁环夹持机构包含磁环夹持孔、安装底座二，所述安装底座二将磁环夹持机构固定在待监控的高压带电体上，所述磁环夹持孔能够容纳感应磁环，所述高频高压电缆与磁环夹持机构的磁环夹持孔之间保持足够的距离，该距离的合理取值确保在额定绝缘电压下，高频高压电缆表面电场低于电晕放电的起始场强，使其工作状态下不产生电晕。
作为本发明的一种优选实施方式，所述整流及电压变换电路包含整流桥、滤波电容、电压变换电路，所述整流桥的交流端与磁环绕组的首末端连接，所述整流桥的直流端的正负极分别与滤波电容正负极和电压变换电路的正负极连接，所述电压变换电路可以采用降压型变换器、升压型变换器、反激型变换器、半桥型变换器架构实现电压的变换和稳定，输出传感器电路所需的各种电源电压。
本发明的有益效果：本发明的一种高压传感器感应供电电源，包括脉冲电流发生电路、高频高压电缆、感应磁环、电缆夹持机构、磁环夹持机构、绕组、整流及电压变换电路、全桥驱动芯片、夹持孔、伞裙、安装底座一和安装底座二。
与当前采用电池为传感器供电的方案相比，本发明一种高压传感器感应供电电源能够为传感器提供持续的供电，且供电功率可以超过1瓦，这对不间断监控高压配电设备的工作状态，不遗漏任何潜在故障的迹象非常有利，也能够避免电池不能适应高温环境的缺陷，与采用互感器通过母排或者电缆获得供电相比，本发明所述的高压传感器感应供电电源不依赖母排或者电缆的电流状态，任何时刻都可以获得稳定供电，能够克服当前电池供电和互感器取电的缺陷，为传感器提供安全且持续的供电能力。
附图说明
图1为一种高压传感器感应供电电源的总体方案示意图；
图2为一种高压传感器感应供电电源的脉冲电流发生电路示意图；
图3为一种高压传感器感应供电电源的电缆夹持机构示意图；
图4为一种高压传感器感应供电电源的磁环夹持机构示意图；
图5为一种高压传感器感应供电电源的整流及电压变换电路示意图；
图6为一种高压传感器感应供电电源的另一整流及电压变换电路实施方式示意图；
图中：1-脉冲电流发生电路、2-高频高压电缆、3-感应磁环、4-电缆夹持机构、5-磁环夹持机构、6-绕组、7-整流及电压变换电路、8-全桥驱动芯片、9-夹持孔、10-伞裙、11-安装底座一、12-安装底座二。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种高压传感器感应供电电源，包括脉冲电流发生电路1、高频高压电缆2、感应磁环3、若干个电缆夹持机构4、磁环夹持机构5和整流及电压变换电路7，所述脉冲电流发生电路1输出端的正极与高频高压电缆2的正极端连接，若干个所述电缆夹持机构4按照一定的间隔设置在高频高压电缆2的正极端与负极端之间，并将高频高压电缆2负极端连接到所述脉冲电流发生电路1的负极端，所述电缆夹持机构4控制高频高压电缆2的走向并维持每段间隔内高频高压电缆2的紧绷状态，所述感应磁环3套设在高频高压电缆2上，所述磁环夹持机构5将感应磁环3固定并保持感应磁环3和高频高压电缆2的相对位置，使所述高频高压电缆2位于感应磁环3圆心位置，而不和感应磁环3的内壁接触，所述感应磁环3上绕制一定匝数的绕组6，所述绕组6的首末端与整流及电压变换电路7连接，依靠整流及电压变换电路7获取稳定持续的供电电源。
作为本发明的一种优选实施方式，所述脉冲电流发生电路1包括直流电容、全桥逆变电路和全桥驱动芯片8，所述直流电容连接在全桥逆变电路的直流侧，所述全桥驱动芯片8控制全桥逆变电路内部的半导体开关器件，使其输出高频交变的脉冲电流。
作为本发明的一种优选实施方式，所述高频高压电缆2采用单芯的硅橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶或者交联聚乙烯塑料等优质绝缘材料作为有效绝缘层，电缆芯线外有一定直径的编织导电层作为匀化电场的导体层，高频高压电缆2绝缘层厚度需要具备单独承受全部额定绝缘电压的水平。
作为本发明的一种优选实施方式，所述电缆夹持机构4采用玻璃、陶瓷或者环氧树脂等类型的绝缘材料制成，所述电缆夹持机构4上开设有供高频高压电缆2穿过的夹持孔9，所述夹持孔9内具备夹紧高频高压电缆2所需的橡胶圈，所述电缆夹持机构4还具备一个安装底座一12，可将所述电缆夹持机构4固定在配电柜的柜体上，所述安装底座一12与夹持孔9之间采用波纹或者伞裙11提供足够的爬电距离。
作为本发明的一种优选实施方式，所述感应磁环3由高磁导率磁性材料制成，可用材料包括锰锌铁氧体、非晶合金、坡莫合金。
作为本发明的一种优选实施方式，所述磁环夹持机构5包含磁环夹持孔、安装底座二12，所述安装底座二12将磁环夹持机构5固定在待监控的高压带电体上，所述磁环夹持孔能够容纳感应磁环3，所述高频高压电缆2与磁环夹持机构5的磁环夹持孔之间保持足够的距离，该距离的合理取值确保在额定绝缘电压下，高频高压电缆2表面电场低于电晕放电的起始场强，使其工作状态下不产生电晕。
作为本发明的一种优选实施方式，所述整流及电压变换电路7包含整流桥、滤波电容、电压变换电路，所述整流桥的交流端与磁环绕组6的首末端连接，所述整流桥的直流端的正负极分别与滤波电容正负极和电压变换电路的正负极连接，所述电压变换电路可以采用降压型变换器、升压型变换器、反激型变换器、半桥型变换器架构实现电压的变换和稳定，输出传感器电路所需的各种电源电压。
工作原理：脉冲电流发生电路1输出端的正极与高频高压电缆2的正极端连接，若干个电缆夹持机构4按照一定的间隔设置在高频高压电缆2的正极端与负极端之间，并将高频高压电缆2负极端连接到脉冲电流发生电路1的负极端，电缆夹持机构4控制高频高压电缆2的走向并维持每段间隔内高频高压电缆2的紧绷状态，感应磁环3套设在高频高压电缆2上，磁环夹持机构5将感应磁环3固定并保持感应磁环3和高频高压电缆2的相对位置，使高频高压电缆2位于感应磁环3圆心位置，而不和感应磁环3的内壁接触，感应磁环3上绕制一定匝数的绕组6，绕组6的首末端与整流及电压变换电路7连接，依靠整流及电压变换电路7获取稳定持续的供电电源，脉冲电流发生电路1包括直流电容、全桥逆变电路和全桥驱动芯片8，直流电容连接在全桥逆变电路的直流侧，全桥驱动芯片8控制全桥逆变电路内部的半导体开关器件，使其输出高频交变的脉冲电流，高频高压电缆2采用单芯的硅橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶或者交联聚乙烯塑料等优质绝缘材料作为有效绝缘层，电缆芯线外有一定直径的编织导电层作为匀化电场的导体层，高频高压电缆2绝缘层厚度需要具备单独承受全部额定绝缘电压的水平，电缆夹持机构4采用玻璃、陶瓷或者环氧树脂等类型的绝缘材料制成，电缆夹持机构4上开设有供高频高压电缆2穿过的夹持孔9，夹持孔9内具备夹紧高频高压电缆2所需的橡胶圈，电缆夹持机构4还具备一个安装底座一12，可将电缆夹持机构4固定在配电柜的柜体上，安装底座一12与夹持孔9之间采用波纹或者伞裙11提供足够的爬电距离，安装底座二12将磁环夹持机构5固定在待监控的高压带电体上，磁环夹持孔能够容纳感应磁环3，高频高压电缆2与磁环夹持机构5的磁环夹持孔之间保持足够的距离，该距离的合理取值确保在额定绝缘电压下，高频高压电缆2表面电场低于电晕放电的起始场强，使其工作状态下不产生电晕，整流桥的直流端的正负极分别与滤波电容正负极和电压变换电路的正负极连接，电压变换电路可以采用降压型变换器、升压型变换器、反激型变换器、半桥型变换器架构实现电压的变换和稳定，输出传感器电路所需的各种电源电压，与当前采用电池为传感器供电的方案相比，本发明一种高压传感器感应供电电源能够为传感器提供持续的供电，且供电功率可以超过1瓦，这对不间断监控高压配电设备的工作状态，不遗漏任何潜在故障的迹象非常有利，也能够避免电池不能适应高温环境的缺陷，与采用互感器通过母排或者电缆获得供电相比，本发明所述的高压传感器感应供电电源不依赖母排或者电缆的电流状态，任何时刻都可以获得稳定供电，能够克服当前电池供电和互感器取电的缺陷，为传感器提供安全且持续的供电能力。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种高压传感器感应供电电源，其特征在于，包括脉冲电流发生电路(1)、高频高压电缆(2)、感应磁环(3)、若干个电缆夹持机构(4)、磁环夹持机构(5)和整流及电压变换电路(7)，所述脉冲电流发生电路(1)输出端的正极与高频高压电缆(2)的正极端连接，若干个所述电缆夹持机构(4)按照一定的间隔设置在高频高压电缆(2)的正极端与负极端之间，并将高频高压电缆(2)负极端连接到所述脉冲电流发生电路(1)的负极端，所述电缆夹持机构(4)控制高频高压电缆(2)的走向并维持每段间隔内高频高压电缆(2)的紧绷状态，所述感应磁环(3)套设在高频高压电缆(2)上，所述磁环夹持机构(5)将感应磁环(3)固定并保持感应磁环(3)和高频高压电缆(2)的相对位置，使所述高频高压电缆(2)位于感应磁环(3)圆心位置，而不和感应磁环(3)的内壁接触，所述感应磁环(3)上绕制一定匝数的绕组(6)，所述绕组(6)的首末端与整流及电压变换电路(7)连接，依靠整流及电压变换电路(7)获取稳定持续的供电电源。
2.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述脉冲电流发生电路(1)包括直流电容、全桥逆变电路和全桥驱动芯片(8)，所述直流电容连接在全桥逆变电路的直流侧，所述全桥驱动芯片(8)控制全桥逆变电路内部的半导体开关器件，使其输出高频交变的脉冲电流。
3.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述高频高压电缆(2)采用单芯的硅橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶或者交联聚乙烯塑料等优质绝缘材料作为有效绝缘层，电缆芯线外有一定直径的编织导电层作为匀化电场的导体层，高频高压电缆(2)绝缘层厚度需要具备单独承受全部额定绝缘电压的水平。
4.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述电缆夹持机构(4)采用玻璃、陶瓷或者环氧树脂等类型的绝缘材料制成，所述电缆夹持机构(4)上开设有供高频高压电缆(2)穿过的夹持孔(9)，所述夹持孔(9)内具备夹紧高频高压电缆(2)所需的橡胶圈，所述电缆夹持机构(4)还具备一个安装底座一(12)，可将所述电缆夹持机构(4)固定在配电柜的柜体上，所述安装底座一(12)与夹持孔(9)之间采用波纹或者伞裙(11)提供足够的爬电距离。
5.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述感应磁环(3)由高磁导率磁性材料制成，可用材料包括锰锌铁氧体、非晶合金、坡莫合金。
6.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述磁环夹持机构(5)包含磁环夹持孔、安装底座二(12)，所述安装底座二(12)将磁环夹持机构(5)固定在待监控的高压带电体上，所述磁环夹持孔能够容纳感应磁环(3)，所述高频高压电缆(2)与磁环夹持机构(5)的磁环夹持孔之间保持足够的距离，该距离的合理取值确保在额定绝缘电压下，高频高压电缆(2)表面电场低于电晕放电的起始场强，使其工作状态下不产生电晕。
7.根据权利要求1所述的一种高压传感器感应供电电源，其特征在于：所述整流及电压变换电路(7)包含整流桥、滤波电容、电压变换电路，所述整流桥的交流端与磁环绕组(6)的首末端连接，所述整流桥的直流端的正负极分别与滤波电容正负极和电压变换电路的正负极连接，所述电压变换电路可以采用降压型变换器、升压型变换器、反激型变换器、半桥型变换器架构实现电压的变换和稳定，输出传感器电路所需的各种电源电压。
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