CN116806403A - 用于对单相或多相电力电缆回收电能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从单相电力电缆(1)回收能量的装置(10)，单相电力电缆(1)包括两个相导体(C1、C2)。其包括开口环面形式的磁芯(20)和检测绕组(30)，磁芯围绕所述电力电缆(1)安装以形成磁路，磁路能够捕获由流过所述相导体的初级电流感应的磁场，检测绕组(30)围绕所述磁芯(20)缠绕，以从所述感应磁场感应次级电压并将能够用于为电气系统供电的输出电压传送到所述绕组的端子。其包括非均质磁路，以在所述磁路中感应非对称磁通量流并且使所述检测绕组(30)的输出电压最大化。在一个变型中，磁芯(20)相对于电力电缆(1)偏离中心，磁芯(20)包括不同宽度的两个气隙(E1、E2)，包括被定位成面向相导体(C1、C2)并且与相导体(C1、C2)对准的主气隙(E1)，并且检测绕组(30)位于该磁芯(20)的与所述主气隙(E1)相对的区域中。

Description

用于对单相或多相电力电缆回收电能的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种从包括至少两个相导体的电力电缆回收电能的方法，并且涉及一种实现所述方法并且包括环面形式的磁芯以及检测线圈的电能回收装置，该环面式的磁芯围绕所述电力电缆安装并形成磁路，该磁路能够拾取由通过所述电力电缆的相导体的初级电流感应的磁场，该检测线圈围绕所述磁芯缠绕并且被安装成从所述感应的磁场感应次级电压并向所述检测线圈的端子传送输出电压，该输出电压使得各种类型的电气系统能够被供电。

背景技术

越来越多的传感器、系统和附件被安装在电网上以提供保护、监控、计量和其他功能。在大多数情况下，这些装置需要电源。一种方案是使用基于自感应原理的能量回收装置直接从电流流动的电力电缆汲取此电能，因此避免对额外能源(电池、可再生能源等)的需要。

为了实现这一点，磁芯通常附接至电力电缆的相导体中的一个相导体，电流流过该相导体并且形成初级电路。该电流在相导体周围产生径向磁场，其诱导磁芯中的磁通量循环。在围绕该磁芯缠绕检测线圈，以形成次级电路。由此，在磁芯中循环的磁通量的变化引起检测线圈两端的电压。在处理信号之后，检测线圈端子两端回收的感应电压可以用于为几种类型的电气系统供电，例如，举例而言，用于温度、位置、电流、损耗等的一个或多个传感器、一个或多个照明、信令、或通信部件等，这些示例不是限制性的。

迄今为止，存在用于闭合或可打开环面磁芯或缠绕磁缆的形式回收电能的各种方案，在申请人的FR 3093588公开中给出了该示例。但是所有这些方案都添加到电力电缆的单个相导体。在公开WO 2011/012143 A1中描述的方案也是这种情况，该公开提出了附接至电力电缆的相导体中的一个相导体的弧形缠绕磁芯。US10 651 686提供了呈具有至少一个感应绕组的印刷电路板的形式的又一个方案，该感应绕组通过电缆扎带或夹子附接至相导体。

目前的方案在实施方面是侵入性的和限制性的，因为它们仅可以安装或固定到电力电缆的相导体中的一个相导体上。因此，在不必须移除保护鞘以分离相导体并隔离单个相导体的情况下，它们不能直接用于多导体电力电缆上。它们还非常难以安装在电缆托架中的成束的电力电缆上。

实际上，如果已知的电能回收装置直接定位在电力电缆上并且围绕所有相导体(像差动电流传感器)，则它们不工作。在这种情况下，在所有相导体中流动的电流的矢量总和产生通常为零或非常弱的磁场。因此，它们在本发明的背景下是不起作用的。

更精确地，在具有馈送单相接收器的两相导体的单相电力电缆中，相同的电流在两个导体中流动。如果我们将磁芯围绕该电力电缆放置，在完全对称和平衡的电气系统中，由磁芯中的每个相导体感应的磁通量是相等的并且在相反的方向上。在磁芯的周围均匀分布的检测线圈检测通量的总和。由于该总和为零，因此在绕组端子两端没有电压产生，因为在一匝中感应的电压被在直径上相对的匝中感应的电压补偿。

类似地，在三相电力电缆中，在三个相导体中流动的电流具有相同的振幅，但是相位相差120°。围绕三个相导体放置的磁芯经历旋转的磁场，该磁场的矢量总和在一个周期上为零。在均匀分布在磁芯周围的检测线圈的端子处感应的电压为零，因为在任何给定的时间，在一匝中感应的电压被位于相对于其120°和240°的匝中感应的电压的总和补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的、非侵入性的用于基于自感应原理来从电力电缆回收电能的方案，优点是协助能量回收装置在所述电力电缆上的安装，不需要使相导体中的一个相导体绝缘，使得电力电缆能够在制造期间和在现场装配这种回收装置，并且能够根据需要容易地移除和重新安装在电力电缆上，因此提供使用的灵活性和装置实现的极大简化，同时保证足够的性能以确保辅助电气系统的自供电。

为此，本发明涉及一种用于回收电能的方法，包括：围绕所述电力电缆安装环面形式的磁芯，以形成能够捕获由通过所述电力电缆的相导体的初级电流感应的磁场的磁路，

-为所述磁芯配备检测线圈，以从所述感应磁场中感应次级电压并且在所述检测线圈两端传送输出电压，

-非均质性地设计所述磁路，以在所述磁路中产生非对称磁通量流，以使所述输出电压最大化，并由此获得所述检测线圈两端的可用输出电压。

在本发明的优选实施例中，该处理涉及在所述磁芯中产生至少一个气隙以产生该磁路中的所述非均质性以及磁通量流中的所述非对称性。

根据第一实施例，该处理涉及使用闭合环面形式的磁芯以及切割所述磁芯的截面以产生单个气隙，该单个气隙的宽度L为至少100μm、并且优选地在0.5与2mm之间。可以将所述单个气隙分成分布在所述磁芯的至多等于120°的角区段上的若干基本气隙。

在第二实施例中，所述磁芯被切成两半以形成由两个半芯构成的开口环面，从而产生两个气隙，包括主气隙和次级气隙。可以产生具有不同宽度的两个气隙，包括宽度L1的所述主气隙和小于宽度L1的宽度L2的所述次级气隙，宽度L1是至少100μm，并且优选地在0.5mm至2mm之间，并且宽度L2对应于两个半芯的接触端且最多是20μm。

该处理可以涉及将所述检测线圈分成至少两个线圈，该至少两个线圈位于所述磁芯的与所述主气隙相对的区域中，并放置在所述次级气隙的两侧。

在该方法的另一替代方案中，所述磁芯可从所述电力电缆偏移，以在所述相导体和所述磁路之间引入偏移，以产生磁路中的所述非均质性以及磁通量流中的所述非对称性。

另外，根据另一替换实施例，磁体可被添加到所述磁路以对气隙进行替换或补充，磁体放置为以产生饱和场，该饱和场局部地切断由所述初级电流在所述磁芯中感应的磁通量，产生所述磁路中的非均质性以及磁通量流中的非对称性。

最后，该磁芯可以成角度以产生该磁路内的非均质性以及磁通量流中的非对称性。

有利地，该处理包括将所述检测线圈定位在所述磁芯的与所述气隙、所述磁体和/或所述角或所述弯曲部相对的区域中以使可用输出电压最大化。

优选地，该处理包括优化所述磁芯相对于所述电力电缆的角位置，使得所述单个气隙、所述主气隙、所述磁体和/或所述角被定位成与所述电力电缆的相导体中的一个相导体相对，在该位置中，所述检测线圈两端的可用输出电压处于其最大值。当所述电力电缆是单相时，该处理涉及将所述单个气隙、所述主气隙、所述磁体和/或所述角与两个相导体对准。

为了实现该角位置，该方法包括，当将所述磁芯安装在其中流过所述初级电流的所述电力电缆周围时，检测所述检测线圈两端的输出电压，以帮助定位所述最佳角位置，并且然后将所述磁芯锁定在该位置中。

为此，本发明还涉及一种能量回收装置，其中，所述磁路是非均质的以产生所述磁路中的非对称磁通量流，从而使得所述输出电压能够被最大化并且使得能够在所述线圈两端获得可用输出电压。

在本发明的优选实施例中，所述磁芯可以包括至少一个气隙以产生所述磁路中的所述非均质性以及磁通量流中的所述非对称性。

根据第一替代性实施例，所述磁芯可以是具有单个气隙的闭合环面，该单个气隙的宽度L是至少100μm，并且优选地在0.5mm至2mm之间。该单个气隙可被分成分布在所述磁芯的至多等于120°的角区段上的多个基本气隙。

在第二替代实施例中，该磁芯可以是开口环面，该开口环面包括两个半环面和包括主气隙和次气隙的两个气隙。优选地，所述气隙具有不同的宽度：所述主气隙的宽度为L1，所述次级气隙的宽度L2小于宽度L1，宽度L1至少等于100μm，优选地在0.5mm至2mm之间，宽度L2对应于与两个半环面接触的端，且最多等于20μm。

所述检测线圈可进一步被分成至少两个线圈，该至少两个线圈位于磁芯的与所述主气隙相对的区域内，并放置在所述次气隙的两侧。

该能量回收装置可以包括能打开的壳体，所述磁芯和所述检测线圈被容纳在该能打开的壳体中。在这种情况下，所述壳体包括用于所述电力电缆的通过窗，并且所述通过窗可以有利地相对于所述磁芯偏离中心以在所述相导体与所述磁路之间引入偏移。上述通过窗可设置在与所述壳体分离的偏离中心构件中。

在另一替代实施例中，代替气隙或除了气隙之外，所述能量回收装置可以包括在所述磁路中的磁体，所述磁体布置成产生饱和场，该饱和场局部地切断由所述初级电流在所述磁芯中感应的磁通量，从而产生所述磁路中的非均质性以及磁通量流中的非对称性。

此外，所述磁芯可以成角度以产生磁路中的非均质性以及磁通量流中的非对称性。

所述检测线圈可有利地位于所述磁芯的与所述气隙、所述磁体和/或所述角相对的区域中，以使可用输出电压最大化。

在本发明的优选实施例中，所述回收装置进一步包括定位辅助，该定位辅助设置成检测所述磁芯相对于所述电力电缆的最佳角位置，使得所述单个气隙、所述主气隙、所述磁体和/或所述角或所述弯曲部位于与所述电力电缆的相导体中的一个相导体相对，在所述最佳角位置中，所述绕组的端子两端的可用输出电压处于其最大值。其可以包括在壳体上的视觉标记。

附图说明

参照附图，在作为非限制性示例给出的几个实施例的以下描述中，本发明及其优点将变得更清楚，在附图中：

-图1是围绕三相电力电缆安装的根据本发明的能量回收装置的立体图，

-图2是围绕单相电力电缆安装的根据本发明的能量回收装置的径向截面图，

-图3是根据本发明的第一实施例的用于单相电力电缆的回收装置的类似于图2的截面图，

-图4是根据本发明的第二实施例的用于单相电力电缆的回收装置的磁路的径向截面图，

-图5是根据本发明的第三实施例的用于单相电力电缆的回收装置的类似于图4的截面图，

-图6为围绕在三相电力电缆安装的根据本发明的能量回收装置的磁路的径向截面图，

-图7是示出了由在三相电力电缆的相导体中流动的初级电流产生的磁场线的类似于图6的截面图，

-图8是根据本发明的第一替代实施例的用于三相电力电缆的回收装置的磁路及其信号处理单元的径向截面图，

-图9是根据本发明的第二替代实施例的用于三相电力电缆的回收装置的磁路的类似于图6的截面图，

-图10是围绕包括三个相导体和中性导体的多相电力电缆安装的根据本发明的能量回收装置的磁路的径向截面图，

-图11是围绕包括三个相导体、中性导体和接地导体的多相电力电缆安装的根据本发明的能量回收装置的磁路的径向截面图，

-图12是针对根据本发明的另一实施例的能量回收装置的磁路的操作原理的示意图，

-图13示出了基于图12中所示原理的磁路的第一示例的前视图，

-图14是图13中所示的磁路的侧视图，

-图15是基于图12中示出的原理的磁路的第二示例的前视图，

-图16是图15中所示的磁路的侧视图，

-图17是围绕包括三个相导体的多相电力电缆安装的根据本发明的另一实施例的能量回收装置的磁路的径向截面图，以及

-图18是根据本发明的又一实施例的能量回收装置的类似于图17的径向截面图。

具体实施方式

在所示示例中，相同的元件或部件具有相同的附图标记。此外，具有相对含义的术语(诸如竖直、水平、右、左、前、后、上方、下方等)将在本发明的正常使用条件下进行解释，并且如附图上所呈现的。

参照附图，根据本发明的电能回收装置10是可以直接围绕单相或多相电力电缆1安装的非侵入性装置。其包括布置成形成磁路的磁芯20，该磁路能够拾取由穿过形成初级电路的电力电缆1的初级电流所感应的磁场。其还包括检测线圈30，检测线圈30围绕磁芯20的一部分布置并且形成次级电路，该次级电路用于从所感测的磁场中感应出次级电流并在其端子处供应可用的输出电压U。在所示的示例中，磁芯20具有闭合或可打开环面的形状。对于“环面”，我们是指一种固体，该固体旋转或不旋转，具有或不具有圆形截面，从而形成完全围绕该电力电缆的环。

为了获得安装为差动电流传感器的回收装置10的功能性和可操作性，根据本发明的电能回收方法包括，通过在回收装置10内和/或在回收装置10与电力电缆1之间故意创造非均质性和/或非对称性来形成非均质磁路，以利用被称为“假同极电流”的现象(BrunoColin的论文“Caractérisation et Réduction des Anomalies de Mesure dans lesCapteurs de courant différentiels Différentiel”——2007年4月2日发表的INPGrenoble博士论文)。在差动电流传感器中，尽可能减少出现假同极电流的风险，以避免使传感器响应失真，特别注意这些传感器的规则性、均质性和对称性。另一方面，本发明试图尽可能地利用假同极电流的现象，以便诱导磁芯20中磁通量的循环，并且因此在检测线圈30两端产生足以为外部电气系统(诸如传感器、探针和其他附件)供电的电压水平U。该回收过程还试图创造最大可能的非均质性和/或非对称性，其目的是放大假同极电流现象以增加可用输出电压U的水平。

在回收装置10内和/或在回收装置10和电力电缆1之间产生的非均质性和/或非对称性可以通过发挥以下各种特性获得，这些特性可以单独地或彼此组合地使用以放大可用的输出电压水平U：

-向磁芯20添加一个或多个气隙E、E1、E2，以产生一个或多个物理中断并且使磁路非均质且非对称，

-检测线圈30在磁芯20上的非均匀分布，

-特定检测线圈30相对于添加到磁芯20的所述气隙的位置，

-磁芯20相对于电力电缆1的偏离中心位置，

-回收装置10相对于电力电缆1的调节的角位置，以便使回收装置10的可用输出电压U的水平最大化，

-将一个或多个磁体添加到该磁路中以局部地使该磁芯饱和，

-向磁芯添加一个或多个角。

这些特性中的每一个特性在所述磁路内产生干扰，有助于使磁路非均质。参考附图描述了各种实施例，以示出这些特性的实现，这些示例不是限制性的。

术语“电力电缆”是指具有至少两个相导体C1、C2、C3、中性导体N(图10)和/或接地导体T(图11)的任何单相、三相或多相电力电缆1。它可以具有如图所示的圆形截面，但也可以是椭圆形、正方形、矩形或根据需要的任何其他截面。电流(也称为初级电流)流过每个相导体C1、C2、C3。每个导体具有由铜或其他导电材料制成的导电芯2，该导电芯2被绝缘护套3包围。所有导体被包围在保护护套4中并且一起形成电力电缆1。

具体参见图1，回收装置10包括能打开的壳体40，磁芯20和检测线圈30保持在该壳体内。壳体40优选地由绝缘材料制成。其可形成外壳，设置有其检测线圈的磁芯经由诸如定位柱、弹簧构件、泡沫楔或任何其他等效手段的保持构件安装在该外壳中。其还可以通过围绕设置有其检测线圈的磁芯包覆模制、或通过任何其他制造和/或组装过程来获得。壳体40包括通过在一侧上的铰链43和在另一侧上的锁定构件44连接的两个区段41、42。壳体40具有用于电力电缆1的通过窗45。通过窗45的横截面可对应于电力电缆1的横截面。此外，通过窗45可以或可以不相对于磁芯20偏离中心以便使次级电路相对于初级电路偏移。

壳体40在其一侧上可以包括视觉标记46，以帮助操作员在将回收装置10围绕电力电缆1安装时检测回收装置10相对于相导体C1、C2、C3的最佳角位置，如稍后将说明的。

图2至图5示出了针对单相电力电缆1设计的回收装置10、11、12、13的四个替代性的实施例。在各种替代中，回收装置10、11、12、13围绕单相电力电缆1偏离中心地安装，即，磁芯20相对于电力电缆1偏离中心，以在初级电路与次级电路之间的磁路中故意创造非对称性。

在图2中，回收装置10包括参照图1描述的壳体40，其特征在于偏离中心的通过窗45。通过形成所述壳体40的两个区段41、42的非对称形状直接获得通过窗45。回收装置10还包括呈圆形、开口环面形式的磁芯20和被分成两个绕组31、32的检测线圈30。这两个线圈31、32必须被串联连接以便将每个线圈两端的电压相加并且获得最高的可能的电压水平U。

开口磁芯20由两个半环面21、22组成。它们优选地相对于中平面P对称。以此方式，磁芯20必然以位于中平面P中的两个气隙E1、E2为特征，从而产生非均质磁路。为了给磁路添加非对称性，两个气隙E1、E2具有不同的宽度，即：两个半环面21、22的自由端之间的宽度为L1的主气隙E1，以及两个半曲面21、22的接触端之间的宽度为L2的次级气隙E2，与壳体40的铰链43对齐，其中L2小于L1。

主气隙E1可以具有至少100μm的宽度L1。为了保证壳体40闭合时的宽度L1，校准的非磁性间隔件47可以被添加到例如由多氯联苯(polychlorinated biphenyl，PCB)、或任何其他等效的非磁性材料制成的主气隙E1中。实际上，主气隙E1的宽度L1可优选地在0.5mm与2mm之间。

次级气隙E2相当地破坏回收装置10的操作。然后我们最小化它的宽度L2以减小它的影响。磁芯20的两个半环面21、22的相应端被小心地切割和表面处理以获得当两端接触时等于至多20μm的宽度L2，该值不是限制性的。

回收装置10的检测线圈30由定位在磁芯20的每个半环21、22上并且串联连接的两个线圈31、32组成，由此增加在检测线圈30的端子处可用的输出电压水平U。在图2中示出的示例中，它们是相同的；每个在小于180°的角扇区上延伸，与主气隙E1间隔开，并且相对于中平面P对称地放置，而这些特征和定位不是限制性的。

回收装置10相对于单相电力电缆1的最佳角位置使得磁芯20的中平面P穿过两个相导体C1和C2，主气隙E1尽可能靠近相导体C1中的一者，并且检测线圈30尽可能远离相导体C1、C2和主气隙E1。主气隙E1应优选地定位成与相导体C1相对，因为其目的是确保两个半环面21和22不严格地引导由相导体C1和C2产生的磁通量的总和。此外，检测线圈30应优选地与主气隙E1相对地定位，并且以与中平面P重合的相导体轴线C1、C2为中心，以回收检测线圈30两端的足够的输出电压水平U。在该配置中，磁通量在磁芯20中是相对均质的，并且检测线圈30可以被分成两个或更多个绕组31、32。通过实验室测试证实的仿真表明感应水平在相导体C1、C2的对准中是最高的。

图3中的回收装置11与图2中的回收装置的不同之处在于，磁芯20偏离电力电缆30。在该替代性实施例中，能打开的壳体40包括界定圆形中心开口48的圆弧形状的两个对称区段41、42。偏离中心构件50在安装回收装置11之前添加至壳体40的中心开口48或添加至电力电缆1。偏离中心构件50由两个半外壳51、52形成，该两个半外壳51、52在它们之间限定用于电力电缆1的偏离中心通过窗55。

图4所示的回收装置12仅由其磁芯20和检测线圈30表示，并且电力电缆1仅由其两个相导体C1和C2表示。回收装置12与图2和3中示出的回收装置的不同之处在于，其检测线圈30也被分成两个绕组31和32。在这个示例中，两个绕组31、32是相同的，串联连接的，并且每个在小于90°的角扇区上延伸。根据由仿真和测试确定的最佳角位置，它们位于与主气隙E1相对的区域中，主气隙E1位于与相导体C1中的一个相导体相对并与两个相导体C1和C2对准。

图5所示的回收装置13仅由其磁芯20和检测线圈30表示，并且电力电缆1仅由其两个相导体C1和C2表示。回收装置13与图2至图4的回收装置不同之处在于其磁芯20由具有单个气隙E的闭合环面构成，并且其检测线圈30在宽的角扇区上延伸。检测线圈30可以包括如图所示的单个线圈31，或串联连接的多个线圈(未示出)。其可以在约240°的角扇区上延伸，中心在穿过单个气隙E的中平面P上。单个气隙E所位于的磁芯20的剩余部分被故意遗留而没有检测线圈，因为单个气隙E周围的磁通量是弱的并且因此是不可用的，并且还可以抵消在检测线圈30的匝中循环的磁通量。

闭合磁芯20具有单个气隙E，使得磁路非均质并且完美地非对称。该单个气隙E由磁芯20的整个截面创造，并且其宽度L必须至少为20μm。出于工业可行性的原因，单个气隙E的宽度L优选地在0.5mm与2mm之间。单个气隙E的宽度L也可以通过添加校准的非磁性间隔件47来保证，如同先前示例的主气隙E1。

图6至图9示出了针对三相电力电缆1设计的回收装置14、15、16的四个替代性的实施例。在各种替代中，回收装置14、15、16围绕三相电力电缆1中心地安装，但可使用参考图2和3描述的装置偏离中心。在这些图中，回收装置14、15、16仅由其磁芯20和其检测线圈30表示，并且电力电缆1仅由其三相导体C1、C2和C3表示。

在图6中，回收装置14具有与图4中的回收装置12相同的配置。它包括开口环面形式的磁芯20和被分成两个串联连接的线圈31、32的检测线圈30。磁芯20由相对于中平面P对称的两个半环面21、22组成。其具有位于中平面P中并且具有不同宽度的两个气隙E1、E2：宽度为L1的主气隙E1和宽度L2小于宽度L1的次级气隙E2。

回收装置14相对于三相电力电缆1的最佳角位置使得主气隙E1与相导体C1中的一个相导体相对，并且检测线圈30在与主气隙E1相对的区域中。该最佳角位置通过仿真确定并且通过参考图7描述的测试确认。

图7示出了由在给定时刻三相电力电缆1的相C1、C2、C3中流动的初级电流和在没有气隙的闭合磁芯20中流动的感应磁通量FM产生的径向磁场CM。在平衡电网中，在三相C1、C2、C3中流动的电流创造在围绕这三相放置的磁芯20中旋转的磁通量FM。如在单相电力电缆的情况下，磁场CM的总和的周期平均值为零，但这在磁芯20的特定区域中不成立。由测试确认的仿真用于确定磁芯20中的这些特定区域的位置，并且两个绕组B1和B2定位成直径上彼此相对。回收最大电压的B1绕组是与C1相中的一个相相对的绕组。由于电压与电流同相，所以不可能放置与每个相相对的三个线圈并且将它们连接在一起，因为电压是彼此异相120°的。因此，将这些电压相加并不是简单的。

用相同的磁芯(未示出)重复这些仿真和测试。这次提供了气隙，并且几个绕组均匀地分布在磁芯上，以测试该拓扑的性能与气隙相对于相导体的位置的函数关系。通过测试确定的仿真结果示出，具有最高感应电压的绕组是位于与气隙相对的区域中的绕组，并且当气隙与相导体中的一个相导体相对时，获得这些绕组两端回收的最高电压。因此，该布置已经被选择为回收装置14、15、16相对于三相电力电缆1的最佳角位置。

图8中示出的回收装置与图6中的回收装置的不同之处在于其检测线圈30包括串联连接的四个绕组31、32、33、34。每个绕组31、32、33、34在小于90°的角扇区上延伸，并且相对于穿过两个气隙E1和E2的中平面P成对地对称。两个第一绕组31和32位于与主气隙E1相对的区域中，并且两个第二绕组33和34位于主气隙E1的侧部的区域中，但是与所述主气隙E1相距一定距离。因此，第一线圈31和32两端的电压水平远高于第二绕组33和34两端的电压水平，这可以是可选的。

图8还示出了信号处理单元60、回收装置15的整体部分。如前所述，如果绕组定位在相导体C1和C2、C2和C3、C3和C1之间的三个区段中，则感应电压或多或少是120°异相的并且因此不能以简单的方式加在一起。然而，它们可以被单独地拉直并且然后被加到一起。为此，信号处理单元60包括：四个二极管桥61，每个二极管桥连接至绕组31、32、33、34的端子以对每个绕组两端的电压进行整流；以及求和电路62，用于对四个电压求和并且获得最高的可能的输出电压水平U。

图9的回收装置16仅由其磁芯20示出，该磁芯可以配备有根据参考之前的附图描述的变型中的至少一者的检测线圈30。该回收装置16与图6和7的不同之处在于其磁芯20(其为闭合环面的形式)及其单个气隙E(其被划分成多个基本气隙e1、e2、e3、e4、e5)。多个基本气隙e1、e2、e3、e4、e5在磁芯20的最大等于120°的角扇区上延伸，以相导体C1中的一个相导体为中心。与参见图4描述的单个气隙E的宽度相比，基本气隙e1、e2、e3、e4、e5具有减小的宽度。例如，这些单独的气隙e1、e2、e3、e4、e5的宽度的总和可以基本上等于该单个气隙E的宽度L。这种安排减少了在单个气隙E处的任何泄漏线，并且因此限制了电磁干扰。

图10和图11示出了针对多相电力电缆1设计的相同的回收装置17。在图10中，回收装置17围绕包括四个导体的电力电缆1安装，这四个导体包括三个相导体C1、C2、C3和中性导体N。并且在图11中，回收装置17围绕包括五个导体的电力电缆1安装，这五个导体包括三个相导体C1、C2、C3、中性导体N和接地导体T。导体以磁芯20为中心。回收装置17还包括设置有单个气隙E的、闭合环面形式的磁芯20和由单个绕组31形成的检测线圈30。回收装置17的打开版本也是可用的，其中两个绕组分布在次级气隙E2的任一侧上，如图6中所示。

在该配置中，回收装置17相对于多相电力电缆1的最佳角位置与参考图6描述的相同。单个气隙E与相导体C1中的一个相导体相对地定位，并且检测线圈30位于与单个气隙E相对的区域中。

图12至图16示出了根据本发明的回收装置18、19的两个进一步的实施例，其中，磁体70被添加到磁路以替换或补充气隙E、E1、E2中的一者。在磁路中，气隙是相对于电路的其余部分具有高磁阻的区域。为了局部地增加磁阻，磁路可以被切割(其具有插入相对磁导率等于1的空气层的效果，如在图2至图11中所示的装置中)或者磁芯20的材料可以被局部地饱和以最小化如由初级电流感应的场线所见的表观磁导率，如在图12至图16中。

为了使磁芯20的材料饱和，必须产生次级磁场，称为饱和场CS，其具有足以局部地使磁性材料饱和的振幅(例如，对于铁-硅磁芯，大于1000A/m的值)和局部地将磁导率降低至例如1000以下的水平。此外，CS饱和场必须优先定向在垂直于由初级电流感应的场线的方向的方向上。该饱和场CS可以有利地由一个或多个磁体70产生。优选地，选择永磁体70，其中极71(北)和72(南)定位在磁芯20的任一侧上。饱和区的宽度大致对应于磁体70的极71、72的宽度。

图12通过在其上部示出包括与磁芯20的截面垂直布置的磁体70的磁路的图并且在其下部示出磁芯20的磁导率PM对所述截面的距离D的曲线的对应图来说明该饱和现象。可见，磁体70在其北极71和其南极72之间产生由CS场线表示的饱和场CS，该饱和场CS与由FM场线表示的磁芯20中的初级电流感应的磁通量垂直相交。

图13和14的回收装置18由其闭合磁芯20以及由包括单个线圈31的检测线圈30表示，如图5中那样。该回收装置18与图5中示出的回收装置的不同之处在于，磁体70代替气隙E，这可以是有利的。磁体70产生气隙而不物理地切割芯，如上所解释的，这可以是有利的。在该示例中，磁体70是U形的，臂形成北极71(N)和南极72(S)。其横向地布置并与磁芯20重叠，以产生例如从磁芯20的中心朝向外部的径向指向的饱和场CS。

图15和16的回收装置19由其具有两个气隙E1、E2的开口磁芯20以及由其检测线圈30表示，该检测线圈30由两个绕组31、32组成，每个绕组31、32位于每个半环面21、22上，如图2和3中那样。该回收装置19与图2和3的回收装置的不同之处在于，磁体70使实现主气隙E1。磁体70的存在使得能够产生具有相同宽度的两个气隙E1、E2，这可以是有利的。磁体70人为地增加两个气隙E1、E2中的一个气隙的宽度。因此，该磁体70必须定位在气隙上，并且优选地定位在更易进入的主气隙E1上。如在先前的示例中，磁体70是U形的，其臂形成北极71(N)和南极72(S)。此时，其旋转四分之一圈以切向地定位在磁芯20上并且产生轴向定向的饱和场CS，例如在图中从左到右。

当然，磁体70在回收装置18中的横向位置可以适合于回收装置19，并且相反地，磁体70在回收装置19中的切向位置可以适合于回收装置18。类似地，除了气隙中的一个气隙之外并且在其一个气隙上，磁体70在其任何位置都可被添加到其他回收装置10至16。

一般而言，在本发明的回收装置10至19中使用的磁芯20是闭合环面或可打开的环面。当使用闭合环面时，回收装置13、16、17、18在连接之前必须滑到电力电缆1上。其沿着电力电缆1的位置可根据需要进行适配。使用可打开的环面允许回收装置10、11、12、14、15、19安装在现有的电力电缆1上而不必须断开它。磁芯20优选地由高导磁材料制成，诸如无定形或纳米晶铁-镍合金或等同物。在相导体C1、C2、C3中的初级电流高(例如，大于50A)的情况下，可以使用低磁导率合金，诸如铁-硅、铁氧体或等同物。

在所示的示例中，磁芯20由圆形环面构成，形成回转体，具有完全均匀的圆形截面。当然，这不仅是可能的示例，并且任何其他几何或非几何形状可以是合适的，具有或不具有均匀的横截面。例如，环状物可以是椭圆形、矩形、正方形、三角形、六边形或任何其他形状，只要它完全包围电力电缆1。以这种方式，磁芯20可被制造为具有一个或多个、或多或少的圆角和/或弯曲，有助于使磁路非均质。

图17示出了具有蛋形磁芯20的能量回收装置14’的示例，蛋形磁芯的顶部具有圆角24。在该示例中，磁芯横截面是均匀的，并且磁特性在整个磁芯20中是均匀的。在这种情况下，必须添加气隙E和/或磁体(未示出)以在磁路中产生非均质性。回收装置14’的最佳角位置对应于所示出的角位置，其中，气隙E设置在圆角24中，并定位成与容纳在该圆角24中的相导体C1中的一个相导体相对。

图18示出了能量回收装置14”的另一示例，其特征在于具有尖角25顶点的蛋形磁芯20。在该示例中，芯截面在尖角25处不再是均匀的并且磁芯20的磁特性被扰乱。在这种情况下，不再需要添加气隙E和/或磁体，因为该尖角25的存在有助于在磁路中产生非均质性。回收装置14”的最佳角位置对应于所示出的一个角位置，其中，C1相导体中的一个相导体容纳在该角位置并定位成面向该尖角25。

在本发明的回收装置10至19中使用的检测线圈30由一个或多个绕组31、32、33、34构成，每个绕组通过缠绕通过搪瓷或等同物绝缘的至少一根铜线来获得。绕组匝优选地垂直于在磁芯20中循环的场线。如参考附图所解释的，检测线圈30明确地定位在与单个E或主气隙E1(即，最宽的气隙)相对的区域中，或者位于与替换或实现气隙中的一个气隙的磁体70相对的区域中，或者最终位于与在磁芯20中产生的角24、25相对的区域中。其还可以分布在整个磁芯20上，留下大约90°的自由部分，该自由部分以单个气隙E或主气隙E1为中心，或者以磁体70为中心。

例如，在检测线圈30的输出处的电压U是可以在不整形的情况下用于对照明系统供电的AC电压。为了对电子系统供电，该电压U可以由信号处理单元60(图8)整流和滤波以获得DC电压。该信号处理单元60可以与能量存储装置(未示出)相关联，以在相导体中没有初级电流的情况下提供足够的自主性。

检测线圈30的输出处的电压U(也称为可用输出电压)必须足以供应一个或多个电气系统，例如，通过非限制性示例，用于温度、位置、电流、损耗等的一个或多个传感器，一个或多个照明、信令、通信元件等，或者足以在单相或三相操作的情况下提供电气设施中的初级电流流动的指示，一个或多个照明、信令或通信元件等，或者足以在单相或完全平衡的三相系统的情况下提供电气设施中的初级电流流动的指示，这些应用示例不是限制性的。举例来讲，可用输出电压U在处理之后可以是至少3伏特，而这个值不是限制性的。如果自供电电气系统是经由无线系统通信的连接的系统，则这些系统的瞬时消耗可能更高并且在管理输出电压U时将需要被考虑。

本发明的回收装置10至19相对于电力电缆1的角位置对于利用假同极电流和最大化可用输出电压U的水平是重要的。当安装在例如三相电力电缆1上时，回收装置10至19必须被定向成将单个E或主气隙E1和/或磁体70和/或磁芯20的角24、25放置成与相导体C1相对，另外两个相导体C2、C3在次级气隙E2(如果存在的话)和检测线圈30的附近。因此，在将回收装置10至19闭合在电力电缆1上之后，必须执行回收装置10的角调节操作到位。这个操作必须在电力电缆中存在初级电流的情况下执行。挑战是找到最佳角位置以获得最高可能的输出电压U。

定位辅助(未示出)指示何时已达到最佳角位置。该辅助可以使用检测线圈30的输出端处的电压U的检测结合用于操作员的视觉标记46(图1)形式的显示。这个视觉标记46可以是刻度尺、色标、发光二极管(LED)条带、视镜、电压计显示器或这些的组合，具有或不具有可听信号。该定位辅助件可内置于壳体40中(图1)，或仅当回收装置10至19安装在电力电缆1上时单独地使用。

一旦已达到最佳定向，回收装置10至19的位置可通过任何合适的锁定系统(无论是否可移除)锁定至电力电缆1，锁定系统诸如附接至构建在壳体中的紧固件(未示出)的针螺钉、夹爪、夹具。

本发明当然不限于所描述的实施例，而是在所附权利要求书的限制内延伸到对本领域技术人员显而易见的任何修改和替换。此外，上述各个实施例和替代方案的技术特征可全部或部分组合。

Claims (28)

1.从包括至少两个相导体(C1、C2、C3)的电力电缆(1)回收电能的方法，所述方法包括：围绕所述电力电缆(1)安装环面形式的磁芯(20)，以形成适合于检测由通过所述电力电缆的相导体的初级电流所感应的磁场的磁路，为所述磁芯(20)配备检测线圈，所述检测线圈(30)用于从所述磁场中感应次级电压并且在所述检测线圈的端子处传送输出电压(U)，使得不同类型的电气系统能够被供电，所述方法还包括使所述磁路非均质以便在所述磁路内产生非对称的磁通量流，使所述输出电压(U)最大化并且由此获得所述检测线圈(30)的端子处的可用输出电压(U)。

2.根据权利要求1所述的回收方法，包括：在所述磁芯(20)中产生至少一个气隙(E、E1、E2)，以在所述磁路中产生非均质性并在所述磁通量流中产生非对称性。

3.根据权利要求2所述的回收方法，包括：使用闭合环面形式的磁芯(20)，以及切割所述磁芯(20)的横截面以产生单个气隙(E)，该单个气隙(E)的宽度L为至少100μm，并且优选地在0.5与2mm之间。

4.根据权利要求3所述的回收方法，包括：将所述单个气隙(E)分成分布在所述磁芯(20)的至多等于120°的角区段上的若干基本气隙(e1、e2、e3、e4、e5)。

5.根据权利要求所述的回收方法，包括：将所述磁芯(20)切割成两个，以形成由两个半环面(21、22)构成的开口环面，并且产生包括主气隙(E1)和气隙(E2)的两个气隙(E1、E2)。

6.根据权利要求5所述的回收方法，包括：产生不同宽度的两个气隙(E1、E2)，包括宽度L1的所述主气隙(E1)和小于宽度L1的宽度L2的次级气隙(E2)，宽度L1至少等于100μm，并且优选地在0.5mm和2mm之间，并且宽度L2对应于与两个半环面(21、22)接触的端且最多等于20μm。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的回收方法，包括：将所述检测线圈(30)分成至少两个线圈(31、32、33、34)，该至少两个线圈(31、32、33、34)位于所述磁芯(20)的与所述主气隙(E1)相对的区域中，并放置在所述次级气隙(E2)的两侧。

8.根据前述权利要求中任一项所述的回收方法，包括：使所述磁芯(20)相对于所述电力电缆(1)偏离中心以在所述相导体(C1、C2、C3)与所述磁路之间引入偏移，产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

9.根据前述权利要求中任一项所述的回收方法，包括：代替气隙(E、E1、E2)或除了气隙(E、E1、E2)之外，在所述磁路中添加磁体，该磁体布置为产生饱和场(CS)，该饱和场(CS)局部地切断由所述初级电流在所述磁芯(20)中感应的磁通量(FM)，产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

10.根据前述权利要求中任一项所述的回收方法，包括：在所述磁芯(20)中形成角(25)，以产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的回收方法，包括将所述检测线圈定位在所述磁芯(20)的与所述气隙(E、E1、E2)、所述磁体(70)和/或所述角(24、25)相对的区域中，以使所述可用输出电压(U)最大化。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的回收方法，包括：优化所述磁芯(20)相对于所述电力电缆(1)的角位置，使得所述单个气隙(E)、所述主气隙(E1)、所述磁体(70)和/或所述角(24、25)定位成与所述电力电缆的所述相导体(C1)中的一个相导体相对，在该位置中，在所述检测线圈的端子处可用的输出电压(U)处于其最大值。

13.根据权利要求12所述的回收方法，包括：当所述电力电缆(1)是单相时，使所述单个气隙(E)、所述主气隙(E1)、所述磁体(70)和/或所述角(24、25)与两个相导体(C1、C2)对准。

14.根据权利要求12和13中任一项所述的回收方法，包括：当将所述磁芯(20)围绕在其中流过所述初级电流的所述电力电缆(1)安装时，检测在所述检测线圈(30)的端子处的输出电压(U)，以帮助定位最佳角位置并且将所述磁芯(20)锁定在该位置。

15.用于从包括至少两个相导体(C1、C2、C3)的电力电缆(1)回收能量的装置(10至19)，所述装置包括以闭合或开口环面的形式的磁芯(20)和围绕所述磁芯(20)缠绕的检测线圈(30)，该磁芯(20)定位成围绕在所述电力电缆(1)安装并且形成能够检测由通过所述相导体(C1、C2、C3)的初级电流感应的磁场的磁路，该检测线圈(30)布置成从所述磁场感应次级电压并在所述检测线圈(30)两端传送输出电压(U)，该输出电压(U)用于为不同类型的电气系统供电，在所述回收装置(10至19)中，所述磁路是非均质的，以在所述磁路内产生非对称的磁通量流，以使所述输出电压(U)最大化并且获得所述检测线圈的端子处的可用输出电压(U)。

16.根据权利要求15所述的回收装置，其特征在于，所述磁芯(20)包括至少一个气隙(E、E1、E2)，以产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

17.根据权利要求16所述的回收装置，其特征在于，所述磁芯(20)由闭合环面组成，该闭合环面包括单个气隙(E)，该单个气隙(E)的宽度L至少等于100μm，并且优选地在0.5mm与2mm之间。

18.根据权利要求17所述的回收装置，其特征在于，所述单个气隙(E)被分成分布在所述磁芯(20)的至多等于120°的角区段上的若干基本气隙(e1、e2、e3、e4、e5)。

19.根据权利要求16所述的回收装置，其特征在于，所述磁芯(20)由开口环面构成，该开口环面包括两个半环面(21和22)以及包括主气隙(E1)和次级气隙(E2)的两个气隙(E1、E2)。

20.根据权利要求19所述的回收装置，其特征在于，所述两个气隙(E1、E2)具有不同的宽度：所述主气隙(E1)具有宽度L1，并且所述次级气隙(E2)具有小于所述宽度L1的宽度L2，所述宽度L1为至少100μm，并且优选地在0.5mm与2mm之间，并且所述宽度L2对应于所述两个半环面(21、22)的接触端且最多为20μm。

21.根据权利要求19和20中任一项所述的回收装置，其特征在于，所述检测线圈(30)被分成至少两个线圈(31、32、33、34)，该至少两个线圈(31、32、33、34)位于所述磁芯(20)的与所述主气隙(E1)相对的区域中，并且放置在所述次级气隙(E2)的两侧。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的回收装置，其特征在于，所述回收装置包括能打开的壳体(40)，所述磁芯(20)和所述检测线圈(30)保持在所述壳体(40)中，并且所述壳体(40)包括用于所述电力电缆(1)的通过窗(45、55)，所述通过窗(45、55)相对于所述磁芯(20)偏离中心以在所述相导体(C1、C2、C3)与所述磁路之间引入偏移，产生所述磁路中的非均质性以及磁通量流中的非对称性。

23.根据权利要求22所述的回收装置，其特征在于，所述通过窗(55)形成在与所述壳体(40)分离的偏离中心构件(50)中。

24.根据权利要求16至23中任一项所述的回收装置，其特征在于，代替气隙(E、E1、E2)或除了气隙(E、E1、E2)之外，所述回收装置包括在所述磁路中的磁体，该磁体布置成产生饱和场(CS)，该饱和场(CS)局部地切断由所述初级电流在所述磁芯(20)中感应的磁通量(FM)，从而产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

25.根据权利要求15至24中任一项所述的回收装置，其特征在于，所述磁芯(20)具有角(25)以产生所述磁路中的非均质性以及所述磁通量流中的非对称性。

26.根据权利要求16至25中任一项所述的回收装置，其特征在于，所述检测线圈(30)位于所述磁芯(20)的与所述气隙(E，E1，E2)、所述磁体(70)和/或所述角(24，25)相对的区域中，以使所述可用输出电压(U)最大化。

27.根据权利要求16至26中任一项所述的回收装置，其特征在于，所述回收装置包括定位辅助，该定位辅助用于检测所述磁芯(20)相对于所述电力电缆(1)的最佳角位置，使得所述单个气隙(E)、所述主气隙(E1)、所述磁体(70)和/或所述角(24、25)定位成与所述电力电缆(1)的相导体(C1)中的一个相导体相对，在所述最佳角位置中所述线圈的端子处的所述可用输出电压(U)处于其最大值。

28.根据权利要求26和27所述的回收装置，其特征在于，所述定位辅助包括所述壳体(40)上的视觉标记(46)。