CN116325029A - 电力传输 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电力传输电缆(104)的连接和保护装置(108)，所述电力传输电缆(104)具有两个电容性连接的导体(105、106)，这两个导体在使用中分别在一端连接到供电电缆(109)，在另一端连接到负载电缆(110)，连接和保护装置包括：用于连接到供电电缆或负载电缆的连接端子(4)，用于相应电容性连接的导体(105、106)的一对电缆端子(5、6)，在装置内连接端子(4)和一对电缆端子中的一个电缆端子(5)之间的直接连接件(8)，一对电缆端子中的另一个电缆端子(6)通常不连接到连接端子(4)，以及用于将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子以在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下保护两个导体的电容连接的装置(2)，以及包括用于检测一对电缆端子(22)之间的电压超过阈值的装置的事件检测装置。

Description

电力传输

技术领域

本发明涉及电力传输。

背景技术

众所周知，保险丝和电磁装置用于保护电路免受过电压和过电流的影响。这些是为大多数商用电压和电流提供的，无论是手持设备保险丝中的低压，还是带有断路器的家用电器中的电源，或是带有配电断路器的中高电压网络。

对于某些电路中的特定元件，保护装置也是已知的。例如，JPH11275872的摘要如下：

“待解决的问题：当发生如线间短路或臂短路(arm short circuit)的事故时，在不增加通过非线性电阻元件处理的能量以及功率转换器的过电流负载能力的情况下，保护电容器免受过电压。解决方案：在具有串联电容器31-33(其连接在功率转换器的AC端子和AC电源2之间)、非线性电阻元件41-43、开关装置(51-53)(其将电容器端子彼此短路)以及连接在电容器端子之间的电压检测装置(61-63)(其检测电容器端子之间的电压)的功率转换电路中，设置控制装置200，所述控制装置200在电压检测装置检测到过电压的时间点之后的约一个周期接通短路开关。对于持续一个或多个周期的线间短路电流，短路电流被导流到短路开关，对于一个周期的臂短路，功率变换器的点火脉冲在短路开关接通之前停止，并且电容器31-33抑制短路电流”。

正如在WO2019/234449中，与传统的配电网络电缆相同，电容性电缆也受益于保护设备，保护设备不仅用于保护电缆所连接的设备，而且也用于保护电缆自身。正如现在所说明的，电容性电缆受益于额外的保护。电容性电缆包括由电介质材料隔开的两个电容板。无论电容性电缆包括如WO2010/026380中的条形物理板，还是如WO2019/234449中的由多根并置并相连以形成板的线构成的复合板，都是这种情况。电容性电缆不仅将过电压从一端传输到另一端(因此需要传统的保护设备来避免施加这种过电压)，而且如果在它们的电介质材料上施加过电压，还容易损坏它们的电介质材料。这种过量表现为构成其极板的导体两端的电压过高。通过延伸电源电压导体以测量其和负载电压导体之间的电压，可以容易地监控这种电压。表面上看，当此监测电压超过阈值时，这种设备可以断开电缆，以保护其免受超过电介质损坏阈值的监测电压的影响。断开可以通过额定配电电压的保护设备来实现。这种解决方案不仅增加了安装电容性电缆的成本，还抵消了电容性电缆的经济效益，并且容易导致不希望的断开。此外，它可能反应太过迟缓，从而无法保护电容性电缆的电介质材料。

发明内容

本发明的目的是为电容性电缆提供改进的保护设备，以允许电缆在受到保护的同时继续提供连接。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电容性输电电缆的电力传输电缆保护和控制装置，装置包括：

在电缆的一端终端

·用于负载电缆或供电电缆的负载端子或供电端子，

·一对电缆端子，用于电容性电力传输电缆的一对导体，导体在使用中直接或通过延伸导体连接到端子，

·一对电缆端子中的其中一个通过导轨或母线连接到负载端子或供电端子，

·在导轨或母线和一对电缆端子中的另一个之间的电磁或电子开关，以及

在电缆的一端终端或另一端终端：

·用于测量一对电缆端子之间的差分电压，即使用中的电容性电缆导体之间的差分电压的装置，以及

·在差分电压超过低于电容性电缆的介电击穿的阈值的情况下，用于控制所述开关闭合的装置。

优选地，在一个替代方案中：

·开关控制装置适于在第二事件或第三事件下控制开关，或者为此提供单独的开关控制装置，

·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，以及

·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。

在另一替代方案中：

·第二开关控制装置适于控制导轨或母线与在第二或第三的一对电缆端子中的另一个之间的第二开关，

·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，并且

·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。

在另一种装置中，设置电容器以提供或增加电容性电缆的导体之间的电容。

在优选的替代方案中，装置作为连接和保护装置，容纳在接地或可接地的导电的壳体或机柜中，端子与传输电压绝缘，并且开关的额定电压为差分击穿电压。

同样，优选地，测量和控制装置与终端和开关一起容纳在壳体或机柜中。

保护和控制装置可以与用于电容性电缆的相对端的第二这样的装置组合提供，装置适用于无线、有线或光纤通信。

通常，装置将包括在导轨或母线与一对电缆端子中的另一个之间的自主装置，所述自主装置适于以比开关的闭合更快地传导和降低差分电压，所述自主装置优选地是用作电涌放电器的金属氧化物变阻器、火花隙和晶闸管中的至少一个。更优选地，装置包括所有用作电涌放电器和晶闸管的金属氧化物变阻器。

同样，通常提供电磁开关和电子开关，电子开关适于比电磁开关更快地闭合。

优选地：

·连接装置是两方面

·额定电压不超过由电容电缆传输的电压的20％，优选为不超过为15％，以及

·适于由较低的电压控制来操作，

·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置，所述阈值大于待传输电压的20％，优选为大于15％

·装置包括

·壳体或机柜中或至壳体或机柜的低压电源，以及

·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。

我们注意到，壳体或机柜可能位于具有独立的DC电源的变电站内或附近。

连接和控制装置可以在装置外部与连接在一对电缆端子之间的一个或多个电容器组合。

通常，电缆将包括一对沿其长度呈电容关系的导体。

在本发明的另一方面，连接和保护装置与电力传输电缆组合提供，所述电力传输电缆具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆。

在这种组合中，电缆可以包括一对传统的高电压电力传输电缆，通过一个或多个传统的电容器在任一端或两端进行电容性连接，所述电容器或者作为连接和保护装置的电路元件容纳，或者单独容纳。可选地，电缆可以包括一对沿其长度成电容关系的导体，并且附加的电容器作为电路元件包括在装置中。

根据本发明的第三方面，用于电力传输电缆的连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：

·可接地的导电的壳体；

·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：

·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，

·其他的电缆端子是一对中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，

·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及

·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性连接。

优选地，包括事件检测装置，所述事件检测装置包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置。

在本发明的第四方面，提供了一种与电力传输电缆组合的连接和保护装置，所述连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：

·可接地的导电的外壳；

·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：

·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，

·其他的电缆端子是一对中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，

·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及

·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性：

·连接装置的额定电压不超过升高电压的20％，并且

·连接装置适于由低电压控制来操作，

·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过升高电压的20％以上的阈值的装置

·壳体中的低压电源，以及

·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。

本发明的一个方面涉及一种电力网络，所述电力网络在电容和常规(电流)操作模式之间切换以供应电力。模式之间的选择涉及网络上的负载或网络区域上的负载——因为网络作为一个整体适当地包括单个部分，并且每个部分可以以常规方式或容性方式运行。可以做出选择以避免对网络设备的损坏，例如对电缆或电缆部件的损坏。

模式之间的选择可以手动进行，模式的改变通过手动操作开关来实现。选择可以由自动化设备做出，例如监控负载或网络相关因素的临界状态。网络控制系统也可以既包括手动操作的开关，也包括根据预定触发来操作开关的控制设备。

在本发明的第五方面，提供了一种供电网络，包括

·电源，其连接到

·第一节点，其通过由电介质分隔的两个或多个导体连接到

·第二节点，以及

·控制系统

其中两个或多个导体能够在第一模式下经由电连接在第一节点和第二节点传输电力，或者在第二模式下作为电容性电缆在第一节点和第二节点之间传输电力，并且

其中控制系统能够在第一模式和第二模式之间切换两个或多个导体。

更具体地，供电网络可以包括

(i)电源，其连接到

(ii)第一节点，通过两条或多条电缆连接，可选地由电介质隔开，

(iii)第二节点，以及

(Iv)控制系统

其中两个或多个电缆能够在第一模式下经由电连接在第一节点和第二节点传输电力，或者在第二模式下作为电容性电缆在第一节点和第二节点之间传输电力，并且

其中控制系统能够在第一模式和第二模式之间切换两个或多个电缆。

对电容性电缆的引用与本文别处相同，因此在实施例中包括对电容性电缆的引用，所述电容性电缆包括在电容性装置中的两个构成导体或电缆。由电容器在其端部连接的两个传统的电缆也可以用作电容性导电电缆，尽管优选用作包括由电介质分隔的两个或内部电缆的电容性电缆。

如上所述，两个或多个导体之间的切换可以由操作员手动执行。

适当地包括能够响应于触发事件在两个或多个导体之间切换的电介质保护装置。然后，来自此装置的信号可以启动模式之间的切换。示例性触发事件包括当作为电容性导体运行时各个导体之间的电压过高。触发事件的另一个实例是在当前模式下的操作模式不合适的安全警告。触发事件可以包括负载的减少，指示与电容模式相比，电流连接是优选的模式。

可以提供外部的监控系统来评估在什么点达到触发阈值。可以设置阈值以避免损坏电容性电缆中的电介质。另一个合适的阈值是当较低负载下的电力传输以常规方式更有效地传输时。另一个阈值可以是当恶劣的天气条件表明需要模式之间的切换时。因此，切换可能会因风力过小而发生。

监控系统适当地包括人工智能，以在网络级别或网络子部分级别做出关于操作模式的决定。

在本发明的实施例中，两个或多个导体包括第一导体和第二导体，其中

在第一模式中，第一导体的第一端连接到第一节点，以及第一导体的第二端连接到第二节点，和/或第二导体的第一端连接到第一节点，以及第二导体的第二端连接到第二节点，并且

在第二模式中，第一导体在第一端连接到第一节点，但在其第二端不连接到第二节点，并且第二导体在第一端不连接到第一节点，但在其第二端连接到第二节点。

优选地，控制系统包括位于第一节点和第二节点处的控制电路，由此在第一模式和第二模式之间的切换包括同时操作两个节点处的继电器。

应该注意的是，本发明适用于传输电压范围内的电力传输电缆，并且涉及电力传输电缆中两个电容性连接的导体之间的电压。此电压低于传输的电压。这种传输的电压在下文中被称为“高电压”，无论它们是被称为低、中、高还是(用各种术语)甚至更高的电压。简而言之，“高电压”和“低”电压是有区别的。只要升高的电压是设备整体额定连接到输电网络的电压，则术语“额定电压”可适当地代替传输和升高的电压。

通过连接和保护装置连接到电源和/或负载的电容性连接的导体也可以是

·如在WO2019/234449中所述的沿其长度呈电容关系的一对电缆，或者

·它们可以是一对传统的电力传输电缆，在一端或两端电容性连接，并且可选地在中间通过一个或多个传统的电容器连接。

这种电容器可以作为连接和保护装置的电路元件容纳，或者单独容纳。在第一替代方案中，将阈值电压设置为保护呈电容关系的电缆之间的电介质；在后一种替代方案中，将阈值电压设置为保护电容器的极板之间的电介质，无论其位于何处。在这两种替代方案中，两个电容性连接的电缆被方便地描述为“电容性电缆”。应当注意，存在另一种情况，其中本发明是适用的，并且“电容性电缆”的描述是适当的。这是一对电缆沿其长度呈电容关系的情况，但长度较短，并且它们之间的电容很方便地由附加的电容器增大的，所述附加电容器作为电路元件包含在连接和保护装置中或实际在其外部。

连接和保护装置可以连接在电容性电缆的负载端或电源端。通常，在长电缆的两端都会连接一个。在相应的端部，电源/负载连接端子通过一对端子中的其中一个连接到电容性电缆的导体，所述导体在另一端没有连接到电源或负载电缆。在一端的供电电缆通过电容性电缆和/或独立的电容器的导体电容性地连接到另一端的负载电缆。

在一长串电容性电缆的两端都设置连接和保护装置的情况下，它们通常调整为相互通信，从而可以一起操作。

在正常使用中，连接和保护装置仅提供从电源或负载到电容性电缆的相应导体的直通连接。

通常，连接和保护装置将包括两条导轨/汇流条。在一端具有电源/负载连接端子，另一端具有一对电缆端子中的其中一个，这将构成装置中的直接连接件。另一个导轨/汇流条在一端被隔离，并且一对电缆端子中的另一个在另一端被连接。所述连接装置排列在导轨之间。可以设想，虽然这种导轨/母线布置很方便，但是其他配置也很方便。

一般来说，导致超过电压或电流阈值的事件是瞬态事件，例如闪电，或更长的持续时间的事件，例如与电缆损坏有关的事件，可能是由于树木倒在网络中其他地方的线路上。闪电会产生脉冲，这种脉冲容易因电压过高而损坏电介质。电缆损坏会导致电流浪涌，以欧姆方式加热电缆导体，并以这种方式损坏电介质。其他异常事件或正常事件，如切换，导致电压或电流阈值被超过也是可能的。

在负载电缆或供电电缆中的任何一个或者是可以想象的其中一个电容性电缆上出现电压浪涌(如因为闪电)的情况下，一对端子之间的电压以及电容性电缆的极板之间的电压将升高。如果连接装置检测到超过阈值，则三个端子通过连接装置直接连接在一起，通过将导轨/汇流条连接在一起(如果提供了导轨/汇流条的话)。

就电压上升而言，如闪电之类的脉冲是非常陡峭的前沿事件，方便地，连接装置包括一对端子之间的火花隙部件，所述火花隙部件方便地通过导轨。一旦其间隙上的电压超过阈值，此部件就会导通，从而限制导体之间的电压。

为了适应可能导致超过火花隙部件能力的高能脉冲，电涌放电器部件可以与火花隙并联连接。电涌放电器通过其半导体材料的暂时传导允许更多的电流流动，同时保持其两端的电压低于电介质损坏水平。

除了火花隙和电涌放电器之外，装置可以包括作为另一个无源部件(即不由控制器操作的部件)的金属氧化物变阻器，所述金属氧化物变阻器方便地通过导轨位于一对端子之间。

同样，脉冲可以持续很长时间，以这样的电流，它们之间的电压可能太高。为了适应这种端子，连接装置可以包括有源部件，例如一个或多个开关，其方便地通过导轨位于一对端子之间。开关可以是物理的，如继电器，也可以是电子的，如晶闸管。

结果是电容性电缆的导体一起短路，直接将供电电缆连接到负载电缆，导体之间没有电压，其电容器的极板之间的电介质材料上没有电压。这保护了电介质材料免受在其上的潜在破坏性电压。

在负载电缆或供电电缆或者可以想象的电容性电缆中出现电流浪涌的情况下，装置内连接端子与一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件中的电流将上升。如果连接装置检测到超过阈值，则三个端子通过连接装置直接连接在一起，方便地通过开关连接在一起。同样，其结果是，电容性电缆的导体一起短路，直接将供电电缆连接到负载电缆，电流在两个电容性连接的导体之间共享。

只要其它电缆端子到连接端子的连接装置通常包括开关，并且开关通常在闭合之前针对它们的触点之间的电压进行额定，连接装置就可以针对连接和保护装置所连接到的网络的额定电压进行额定。然而，我们惊讶地意识到，待一起切换的端子之间的实际电压通常比额定电压低一个数量级。这是因为导轨之间的电压取决于作用于电容器的极板元件之间的电容的电缆电流。因此，仅与电容和电流而不是与额定电压成比例的电压是低于额定电压的。

在实践中，只要保持适用的安全标准，这可以使包括开关在内的连接装置的部件能够在比装置本身的额定电压更低的电压下额定地工作。

因此，考虑到额定电压实际上是绝缘对地额定值，优选地，进行连接的电压阈值小于连接和保护装置的绝缘对地额定值电压的20％，并且连接装置包括额定电压低于绝缘对地额定电压20％的部件。通常，在这两种情况下，数字20％可以是15％。

工作电流额定值(由于损耗最小化、较低的趋肤/邻近效应)等于或略高于同等尺寸的铜或铝导体的横截面积的传统的电缆的额定电流的5％至10％。因此，进行连接的电流阈值比同等尺寸的铜导体的横截面积的传统的电缆的额定电流高20％。

通常，在如WO2019/234449中所述的电容性电缆的情况下，它将包括几层导电的负载和供电线，通过层内或层间的交替呈电容关系。本发明的实施例保护的是负载和供电线和/或它们的层之间的电介质。电介质的选择不是基本发明的一部分。典型地，电介质是作为所谓的磁线漆的漆，或者是非漆包线层之间的非导电聚合材料。在电缆的端部，可以将各个导体的线捆扎并引向保护装置。然而，优选的是将它们捆扎在一起，并连接到上述引向保护装置的传统的电缆上。供电电缆和负载电缆可能是相同类型的传统的电缆。优选地，这些电缆或其部件在其距离保护装置的范围内具有接地护套。

对于连接和保护装置将与短长度的电容性电缆或两个电缆之间的电容可以忽略不计的的电缆一起使用的安装，装置可以在其内部容纳电容，以提供电容性电缆或使两个电缆具有电容性电缆的优点。可选地，连接和保护装置可以安装外部的电容来提供这些优点。

优选地，保护设备具有导电的壳体，所述壳体中连接装置和三个导体到连接装置的接头被包围。优选地，连接装置和三个导体都相对于导电的壳体电绝缘，所述导电的壳体在使用中提供接地，这可以通过接地的电缆护套或通过单独的接地连接来实现。

在使用中，供电导体上的电压在电容性电缆的负载导体上感应出电压。在某些网络条件下，如低负载，电缆的电容特性几乎没有优势，并且开关可以闭合，将装置的所有端子都连接在一起。为此，装置方便地设置有有线接口或无线接口，用于远程控制开关闭合。这种接口可以与在长电缆线路的另一端的另一个这种设备的通信接口相同。

随着负载和电流的增加，负载导体和供电导体之间的电压差将增加。虽然导体都承载其电缆相对于地的额定电压，但是电容性电缆的导体之间的相对电压往往至少比额定电压低一个数量级。因此，电容性电缆的导体之间的电介质材料可以额定设为满载时的相对电压。

出于类似的原因，将保护设备的连接装置额定设为在低一个数量级的电压(而不是额定电压)下进行反应和接触。事实上，如果其额定为在额定电压下反应，则在连接装置反应之前，电介质已经被破坏了。换言之，优选地将阈值设置为基本上比额定电压低一个数量级，或者甚至更小。

连接装置优选地包括作为电路元件的单独的电压检测装置，如在电压测量电路中，以及在检测到电压阈值时闭合的元件，如开关。

电容性电缆的导体之间的电压会受到各种因素的干扰，并且连接装置可以包括相应的各种装置。

连接装置可以包括其自身对是否已经超过电压阈值的检测，例如在电路元件中，如火花隙装置，其在超过间隙跳动的电压时传导。可选地，可以提供单独的电压检测装置，如在电压测量电路中，连接装置包括电路元件，例如开关，在达到电压阈值时闭合。

虽然上述描述设想了在两个电容性连接的电缆之间的电压超过阈值的情况下连接这两个电容性连接的电缆，但是存在可能希望进行连接的另一种情况，即在对电缆的电流需求较低的情况下。在这种情况下，作为电容性电缆的电缆的优点容易被忽略或者甚至是不利的。因此，装置可以包含用于在电流低于这种阈值的情况下连接两个导体的装置。通常，对于导体之间的电压超过阈值，连接装置是相同的，即，优选地是受控的有源部件，例如开关。可选地，可以提供单独的有源受控部件。

我们倾向于设备在启动时默认将电缆导线连接在一起。在这种情况下，一个部件通常是闭合的，并且在达到电流阈值时被控制打开，而另一个元件在电压过高的情况下被控制关闭。

根据本发明的另一方面，提供了一种与电力传输电缆组合的连接和保护装置，所述连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：

·用于连接到供电电缆或负载电缆的供电/负载连接端子，

·用于连接到各个电容性连接的导体的一对电缆端子，或者从端子到各个导体的电缆互连件，

·在装置内，电源/负载连接端子和一对电缆端子中的其中一个之间直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不连接到电源/负载连接端子，以及

·用于将一对电缆端子中的另一个连接到电源/负载连接端子以保护两个导体的电容性连接的装置，如果

·一对电缆端子之间的电压超过阈值或者

·直接连接件中的电流超过阈值。

通常，具有两个电容性连接的导体的电力传输电缆与两个这样的连接和保护装置组合，一个在一端，另一个在另一端。

连接和保护装置可以包括电容器，用于增强导体的电容性连接。

在本发明的实施例中，使用两个或更多个继电器可以简化控制。在这些实施例中，装置/系统包括

供夜间使用的常闭继电器，当电流超过阈值时断开，以及

常开继电器，当差分电压上升到阈值以上时闭合。

这可选地是完全自动的，不需要控制电路，例如，如果NC继电器的线圈由主母线周围的感应回路激励，而NO继电器由母线之间的欧姆线激励。

附图说明

为了帮助理解本发明，现在将通过实例并参考附图来描述本发明的具体实施例，其中：

图1是本发明的基本的连接和保护装置的示意图；

图2是包括本发明的连接和保护装置的三相电源；

图3是本发明的保护和控制装置的部件分组的框图；和

图4是本发明的示例性的连接和保护装置的电路图。

具体实施方式

参考附图中的图1，描述了第一实施例，其中有两个有源受控部件，一个部件1通常是关闭的，当达到电流阈值时才被控制为打开，而另一个部件2被控制为在电压过高的情况下关闭。该装置具有导电的壳体3，以及三个端子4、5、6绝缘地设置在壳体的壁7中。在壳体内，母线8在端子4、5之间延伸。另一个母线从端子6延伸到壳体的另一侧的绝缘插座9。

感应电流感测线圈11设置在母线8周围，与常闭(NC)继电器14的线圈12串联，所述常闭(NC)继电器14具有连接到各个母线的触点。在启动时，当没有电流通过母线8流过装置时，端子5、6通过NC继电器连接在一起。当电流达到电流阈值时，足够的电流在线圈11、12中流动，以断开继电器，并允许其导体连接到端子5、6的电容性电缆的电容性操作。

具有高串联电阻22(其尺寸仅用于产生足够的电流用于以下目的)的电压传感线21与常开(NO)继电器24的线圈23串联连接。其触点分别连接到母线。通常，在启动和正常操作时，母线和导体之间的电压在导体之间的电介质的承载能力范围内，并且继电器24保持断开。如果母线6、8或端子5、6或电缆导体(图1中未示出)之间的电压超过电介质处于潜在危险的阈值，足够的电流在线路21、电阻器22和线圈23中流动，用于闭合NO继电器，在启动时将导体连接在一起(通过继电器24而不是通过继电器14)。

如上所述，预期此实施例需要对继电器的线圈中的电流进行特殊调整，以在期望的电流和电压阈值下工作。为此，继电器优选地由控制电路控制，并且实际上优选地采用单个继电器，如现在在第二实施例中描述的。

然而，应当注意，本发明最简单的实施例仅需要一个NO继电器或其他电子开关，其设置为在导体间电压超过阈值时闭合。

参考附图中的图2至图4，描述了第二实施例。在电源102和负载103之间提供具有升高的传输电压(通常为33kV)的配电网络101。图1中示意性地示出了网络的这些和其他特征。这是一个三相网络，相位表示为R、G、B，因此有些特征是三相的。然而，本发明的特征提供在每一相，即它们中的三个各自的特征都相同，因此它们具有共同的附图标记。

网络的主电缆是电容性电缆104，每个电容性电缆104具有电源连接板105和负载连接板106，其间有电介质107。示意性地示出了板和电介质。其中一个板在一端连接，另一个板则在另一端连接。未连接的端部通常只是简单地断开连接。

在每一相中，供电电缆109和负载电缆110之间设置连接和保护装置108，其中装置108和电容性电缆104之间插入传统的电缆的短长度111。如图所示，电缆104和电缆111之间的连接是通过连接器112实现的。它们可以如WO2019/234449中所述，特别是其中的图6至图10。

连接和保护装置108都是相同的，参考图4仅描述了代表性的一个。这些是利用较低电压部件的高压装置，其中一些高压装置由低得多的电子电压控制电路来操作。这样做的目的是使装置具有适用于配电网络的对地绝缘。例如，此升高的电压通常为33kV。如上所述，电容器极板之间的瞬时电压比升高的电压低一个数量级。其结果是，电缆的电容板(实际上由多股线组成，并且是电容性导体)可以通过额定低得多的电介质来分离。换言之，电介质的击穿电压可以是电缆的额定电压的三分之一。反过来，连接和保护装置可以额定为对额定电压的15％至20％的异常电压做出反应，以保护电介质。这是较低的电压。可以在通常为12伏的电子电路电压下操作相关联的电路，所述相关联的电路用于操作至少一些较低电压部件。这种电压关系如图3所示。

如图2和图4所示，概括地说，连接和保护装置具有从电源/负载电缆109、1010到电容性电缆的极板105、106的其中一个的直通连接导轨121，以及用于另一个极板106、105的隔离导轨122。电缆104是电容性的，在供电端部，极板105通过导轨121直接连接，极板106连接到隔离导轨122；而在电容性电缆的负载端部，极板106通过连接导轨121直接连接到负载，而极板105连接到隔离导轨122。

也就是说，示例性连接和保护装置现在将被描述为独立的装置。其具有钢制的外壳123，所述外壳123设置有适于其配线电缆连接的接地连接。本领域技术人员可以根据现在描述的电气特征来确定壳体或机柜的结构布置。

两个导轨121、122横跨壳体123设置。直通/直接连接导轨121具有形式为连接器125、126的两个电缆端子，在两端各一个。它们可以是pfister MV-Connex电缆连接器的插座部件，如https：//www.pfisterer.com/fileadmin/pfisterer/downloads_en/CableSystemMV-CT-EN.pdf所述。连接的电缆设置有插头部件，将电缆的芯连接到导轨，并将电缆护套连接到外壳121。隔离导轨在一端绝缘安装，在另一端设置有电缆端子/连接器127。各种电路元件连接到导轨以及它们之间。

如图3所示，现在描述的电路分为三组：

·组I中的高压部件，其直接连接在母线导轨121、122之间，用于在导轨之间的电压超过电压阈值的情况下，使电流从一个母线导轨流到另一个；

·组III中的低压控制电路部件，其从导轨接收电力，并监控它们所承载的电流和它们的相对电压；

·组II中的额定阈值电压开关128，其用于在组III部件的控制下根据需要在导轨之间传导电流。

这些部件都通过高压绝缘与使用中接地的导电的壳体123完全绝缘，以防止一组与下一组之间的绝缘失效。换言之，尽管开关128和组I部件通过它们的端子连接到导轨，但是它们仅经历导轨间电压，并且可以额定为导轨间电压。开关的内部绝缘使导轨电压与其控制线路上的低电压绝缘，所述控制线路连接到低电压控制电路。

这些部件可以全部安装在一块电路板上，板通过与壳体的额定线路电压绝缘而被绝缘。然而，组I部件可以在导轨之间进行机械和电气连接。开关128的触点也可以是。

低压部件安装在印刷电路板上，与壳体的传输线电压完全绝缘。

导轨之间的元件是常开开关128，具有用于开关的驱动电路129。如图3所示，开关适于接收无线控制信号。开关的目的是将两个导轨一起短路，以便在导轨间电压超过阈值的情况下，它们之间不会存在电势。应特别注意的是，尽管电缆、连接器和导轨的额定电压为33kV，但开关的工作电压为4kV。这种明显的二分法的可能性是，在正常操作条件下，电容性网络电缆104的两个极板105、106的电容性连接导致负载板和供电板之间的电压差取决于作用在电容器的板元件之间的电容上的电缆电流。因此，极板和导轨之间的瞬时电压比33kV的标称峰值电压或其它相关电压低，实际上低了一个数量级。如WO2019/234449之类的电缆中的电介质是针对板之间的瞬时电压而额定的。这就是连接和保护装置中的电路部件可以额定在较低的电压的原因。

在另一种模式下，开关128通常是闭合的，上述操作经过必要的修改。当常闭时，此状态允许电缆在系统失去控制电路的外部DC电源的情况下，通过短路红色和绿色“故障保护”到常规模式。因此，根据进入电容模式的指令，继电器开关机电地保持断开，触发器切断继电器的电源，从而允许继电器回复到闭合的位置。

参考图4，导轨之间的电压由测量电路130测量。如果电压超过阈值，通常为4kV，则电路将信号传递给开关128的驱动器129。驱动器闭合开关，两个导轨121、122通过开关连接在一起，从而消除了它们之间的电压差。因为开关是电磁继电器开关，所以在如雷击事件的情况下，它需要可辨别的时间来闭合，换言之，因为它太迟缓，晶闸管开关228与它并联设置，并且由相同的驱动器129操作。如下所述，还提供了其他更快的部件。

装置中还包括电流互感器132，用于检测导轨121中的过电流，并向驱动器129传递信号，以闭合开关并由两个电容性导体共享过电流。驱动器还适于在启动后和其他时间，当导轨121中的电流低于另一个较低的阈值时，保持开关闭合。

换言之，电流互感器的另一个目的是检测电流何时低于低阈值，这对于电容性导体作为传统的导体操作是有利的。将开关布置为常闭继电器开关，由此当电容性电缆第一次切换到运行状态时，所述开关闭合——通过未示出的传统的网络开关。

装置中的其他电路部件包括：

·低电压电源133，包括整流器和电池，为包括开关驱动器131的其他部件供电，

·导轨之间的分压器134，用于向电源提供电子电路电压的AC，

·金属氧化物电涌放电器135，用于限制导轨之间的瞬时电压峰值，例如由脉冲引起的电压峰值。这是通过电涌放电器的半导体特性，当瞬时电压上升到放电器的击穿电压时，允许电流在导轨之间流动。优选地，将放电器规定为在开关被控制操作的电压的大致一半时击穿，即在此实施例中为2kV。确保当电涌放电器将瞬时电压限制在2kV时，开关不会被操作。如果瞬时电压的功率，即脉冲的功率太高，则这也许是不可能的，特别是如果电涌放电器被烧坏，火花隙136用于在导轨之间传递陡边脉冲。与电涌放电器可期望地比开关及其驱动器更快地发挥作用一样，在陡边尖峰导致电涌放电器开始导通之前，提供火花隙来导通。方便地，火花隙的传导电压与电涌放电器的传导电压相同。与电涌放电器和火花隙并联的另一个装置是变阻器236，以在其电磁和晶闸管形式的开关能够反应之前，

进一步确保电容性电缆的电介质受到保护。

应当注意，电涌放电器、火花隙、变阻器以及下面的电容器139在绝缘方面都属于组I，因为它们相对于接地的导电的壳体完全暴露于线电压。

电源和监控电路属于组III，在低电压下操作，只暴露在线路电压下，以保护此电路不会像组I部件那样经受全部线路电压或导体间电压。

开关被称为组II部件，因为它与导轨的触点和它的控制触点之间的电压不应超过线路对地电压的一个数量级左右。

当开关由于超过电压阈值或电流阈值而闭合时，开关保持闭合，直到引起过电压或过电流的干扰消散。只有当电流测量装置132测量的电流低于高电流阈值时，开关驱动器才再次打开开关，并且恢复正常操作。监控和切换由控制器137管理，所述控制器137由电源驱动，并在适当时将“闭合”或“断开”信号传递给开关驱动器。

每次开关操作可以预期在开关中产生电容性放电电流。为了保护这一点，电流阻尼器38与开关128串联，作为连接装置的一部分。

该装置中还包括可选的电容器139。其中的一个或多个可以安装在壳体123中或外部。其功能是增加电容性连接的导体之间的电容，特别是当这些是仅由这种电容器139电容性连接的传统的电缆时。

本发明并不局限于上述实施例的细节。例如，连接和分配装置可以安装在变电站内的接地柜中。在这种情况下，可以省去外部的接地的壳体123。同样，当连接和分配装置安装在这样的变电站机柜中时，它们可以由变电站自己的电源供电。可以从有线或无线输入端口向开关驱动器129提供进一步的输入，由此开关128可以在网络条件指示需要时闭合。实际上，网络电流和/或导体间电压的测量可以在没有接地的壳体和/或接地柜的情况下提供，并且可以根据测量和/或外部的控制，将用于闭合继电器的控制信号和/或功率提供到用于闭合导体间开关的壳体或机柜中。这尤其是在电容性电缆的一端的测量导致一端闭合，并且希望在另一端也实现闭合的情况下。

Claims (27)

1.一种用于电容性电力传输电缆的电力传输电缆保护和控制装置，所述装置包括：

在电缆的一端终端

·负载电缆或供电电缆的负载端子或供电端子

·一对电缆端子，其用于电容性电力传输电缆的一对导体，所述导体在使用中直接连接到端子或通过延伸导体以连接到端子，

·一对电缆端子中的其中一个通过导轨或母线连接到负载端子或供电端子

·在导轨或母线和一对电缆端子中的另一个之间的电磁或电子开关，以及

在电缆的一端或另一端终端：

·用于测量一对电缆端子之间的差分电压，即使用中的电容性电缆导体之间的差分电压的装置，以及

·在差分电压超过低于电容性电缆的介电击穿的阈值的情况下，用于控制所述开关闭合的装置。

2.根据权利要求1所述的电力传输电缆保护和控制装置，其中

·开关控制装置适于在第二事件或第三事件下控制开关，或者为第二事件或第三事件提供单独的开关控制装置，

·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，以及

·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。

3.根据权利要求1所述的电力传输电缆保护和控制装置，其中

·第二开关控制装置适于控制第二开关，所述第二开关位于导轨或母线与在第二或第三的一对电缆端子中的另一个之间，

·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，并且

·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。

4.根据权利要求1、2或3所述的电力传输电缆保护和控制装置，包括提供或增加电容性电缆的导体之间电容的电容器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电力传输电缆保护和控制装置，其作为连接和保护装置，容纳在接地或可接地的导电的壳体或机柜中，端子与传输电压绝缘，并且开关的额定电压为差分击穿电压。

6.根据权利要求5所述的连接和保护装置，其中测量和控制装置与终端和开关一起容纳在壳体或机柜中。

7.根据权利要求6所述的连接和保护装置，与用于电容性电缆的相对端的第二的这样的装置组合，所述装置适用于无线、有线或光纤通信。

8.根据权利要求5、6或7所述的连接和保护装置，包括在导轨或母线与一对电缆端子中的另一个之间的自主装置，所述自主装置适于比开关的闭合更快地传导和降低差分电压，所述自主装置优选地为金属氧化物电涌放电器、火花隙和变阻器中的至少一个。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的连接和保护装置，包括电磁开关和电子开关，电子开关适于比电磁开关更快地闭合。

10.根据权利要求5至9中任一项权利要求所述的连接和保护装置，其中

·连接装置包括两方面

·额定不超过由电容电缆传输的电压的20％，优选为不超过15％，以及

·适于由较低的电压控制来操作，

·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置，所述阈值大于待传输电压的20％，优选为大于15％

·所述装置包括

·壳体或机柜中的低压电源，以及

·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的连接和保护装置，其在装置外部与连接在一对电缆端子之间的一个或多个电容器组合。

12.根据权利要求11所述的连接和保护装置及电缆组合，其中，电缆包括沿其长度呈电容关系的一对导体。

13.根据权利要求5至12中任一项所述的连接和保护装置，其与具有两个电容性连接的导体的电力传输电缆相组合，所述导体在使用中分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆。

14.根据权利要求13所述的连接和保护装置和电缆组合，其中电缆包括一对传统的高电压电力传输电缆，通过一个或多个传统的电容器在任一端或两端进行电容性连接，所述电容器或者作为连接和保护装置的电路元件容纳，或者单独容纳。

15.根据权利要求13所述的连接和保护装置和电缆组合，其中电缆包括沿其长度成电容关系的一对导体，并且附加的电容器作为电路元件包括在装置中。

16.一种用于电力传输电缆的连接和保护装置，所述电力传输电缆具有两个电容性连接的导体，在使用中两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：

·可接地的导电的壳体；

·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：

·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，

·其他的电缆端子是一对电缆端子中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，

·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及

·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性连接。

17.根据权利要求16所述的连接和保护装置，包括事件检测装置，所述事件检测装置包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置。

18.一种与电力传输电缆组合的连接和保护装置，所述电力传输电缆具有两个电容性连接的导体，在使用中两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：

·可接地的导电的壳体；

·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：

·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，

·其他的电缆端子是一对中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，

·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及

·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性：

·连接装置的额定电压不超过升高电压的20％，并且

·连接装置适于由低电压控制来操作，

·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过升高电压的20％以上的阈值的装置

·壳体中的低压电源，以及

·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。

19.一种供电网络，其包括

·电源，其连接到

·第一节点，其通过由电介质分隔的两个或多个导体连接到

·第二节点，以及

·控制系统

其中两个或多个导体能够在第一模式下经由电连接在第一节点和第二节点传输电力，或者在第二模式下作为电容性电缆在第一节点和第二节点之间传输电力，并且

其中控制系统能够在第一模式和第二模式之间切换两个或多个导体。

20.根据权利要求19所述的供电网络，其中两个或多个导体之间的切换可以由操作员手动执行。

21.根据权利要求19或20所述的供电网络，还包括能够响应于触发事件在两个或多个导体之间切换的电介质装置。

22.根据权利要求21所述的供电网络，其中，触发事件包括当作为电容电缆操作时，各个导体之间的电压过高。

23.根据权利要求21所述的供电网络，其中，触发事件包括导体在当前模式下的操作模式不合适的安全警告。

24.根据权利要求21所述的供电网络，其中，触发事件包括负载的减少，指示与电容模式相比，电流连接是优选的模式。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的供电网络，其中，两个或多个导体包括第一导体和第二导体，其中

在第一模式中，第一导体的第一端连接到第一节点，以及第一导体的第二端连接到第二节点，和/或第二导体的第一端连接到第一节点，以及第二导体的第二端连接到第二节点，并且

在第二模式中，第一导体在第一端连接到第一节点，但在其第二端不连接到第二节点，并且第二导体在第一端不连接到第一节点，但在其第二端连接到第二节点。

26.根据权利要求19至25中任一项所述的供电网络，其中，控制系统包括位于第一节点和第二节点处的控制电路，由此在第一模式和第二模式之间的切换包括同时操作两个节点处的继电器。

27.根据权利要求19至26中任一项所述的供电网络，其中，控制系统包括根据权利要求1至17中任一项所述的连接和保护装置。

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