CN203774879U - 一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，该取电装置包括电流互感器的设计及其取电电路，该取电装置在高压或中低压电缆小电流状态下和大电流状态下均具有很好的特性。在输电线路电流较小时，互感器激磁电感与外置电容谐振，提高输出功率；在输电线路电流较大时，电流互感器的一小部分磁芯材料进入磁饱和状态，既实现了输出稳压功能，又抑制了装置整体损耗，大大减少互感器本体的发热。该取电装置的外围电路非常简单，具有很高的供电稳定性，有广泛的应用价值和广阔的市场前景。
Description
技术领域
本实用新型属于电工技术领域，采用复合磁芯材料的电流互感器，通过输电线路感应获取电能的装置和电路，特别适用高压输电线路监控设备提供电源。
背景技术
高压电缆是我国电力网架的主要组成部分，对其运行状况进行在线监控成为提高电网可靠性的重要环节，但是对这些安置于输电线路周边的监控设备的供电很不方便，如在野外或地下一般不能提供220V交流市电，而采用光伏电池板或蓄电池供电的稳定性和免维护性较差。只有采用电流互感器通过电磁感应直接从高压输电线路取电是一种较为安全稳定、可长期免维护的供电方式。然而，高压输电线路的电流波动很大，传统的电流互感器取电装置在输电线路电流小时，不能从输电线路上获得足够的输出电压和功率，难以维持对监控设备的正常供电；在输电线路电流较大时，传统电流互感器的磁芯将进入饱和状态，引起磁芯发热，影响电缆绝缘层的寿命。因此，解决取电电路在小电流状况下输出合适功率、在大电流情况下满足负载要求情况下，互感器不发热者两个问题，成为取电装置设计的关键。
专利号200910045470.9的中国实用新型专利，公开了一种基于电流互感器的高压输电线路取电装置，其电路原理图如图1所示，电流互感器(1)的输出端经二极管整流滤波单元(2)后得到为负载供电的直流电压。设穿过电流互感器的输电线路交变电流的角频率为ω0，有效值为I s；电流互感器的副边匝数为n，副边励磁电感为L m；负载为阻值等于R L的电阻。则该取电装置获得的直流输出电压U o完全由上述输电线路、取电装置、负载等的参数决定，不可人为控制。随R L增大，U o也逐渐增大，在R L =∞时该取电装置获得最高的直流输出电压
在I s较小时，即使是U om也较小。此时在不改变电流互感器副边匝数n的条件下，为通过该取电装置获得足够大的输出电压和功率，只能采用增大电流互感器的励磁电感L m的方法；亦即，该取电装置必须配合大励磁电感、大体积的电流互感器使用，才能在输入小电流时获得足够的输出电压和功率，带来电流互感器成本的增加和安装的不便。在输电线路电流大时，该取电装置获得的输出电压和功率过大，该专利添加能量泄放电路将获得的过量功率通过泄放电阻消耗，造成能量的浪费。
为增大互感器输出阻抗，专利号201310206669.1的中国实用新型专利，公开了一种基于电流互感器谐振取电的直流源，如图2所示，其采用外部并联电容的方法，使外部并联电容与互感器电感谐振，以达到增大设备输出阻抗的效果。但是，该方法在大电流情况下的稳压控制方法比较复杂，容易产生失控现象。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器、谐振电容、整流滤波单元、负载。电流互感器采用复合磁芯材料，在输电线路电流较小时，该取电装置具有很高的取电效率；输电线路电流较大时，该取电装置在输出稳定电压的同时，避免电流互感器发热。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器、谐振电容Cr、整流滤波单元、负载RL，所述电流互感器与谐振电容Cr、整流滤波单元、负载RL连接；所述电流互感器采用复合磁芯材料，电流互感器用于获取穿过其磁芯的电缆上的感应电流；电流互感器副边激磁电感值Lm与Cr满足谐振条件，即，其f为互感器原边电流频率。
优选的是，所述电流互感器套在高压输电线路上，输电线路交变电流穿过电流互感器磁芯，并在其副边绕组上产生感应电流。
在上述任一技术方案中优选的是，所述电流互感器的副边绕组与谐振电容Cr 并联，并接到整流滤波单元的输入端，整流滤波单元的输出端接负载RL，用于将电流互感器的副边绕组上产生的交变感应电能转换为直流电能。
在上述任一技术方案中优选的是，所述整流滤波单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、滤波电容C1。
在上述任一技术方案中优选的是，电流互感器(1)采用的复合磁芯材料包括两种磁芯材料A和B，A磁芯材料与B磁芯材料固定于非金属包裹物中。
在上述任一技术方案中优选的是，所述复合磁芯材料配置为A磁芯材料占的比例大于B磁芯材料。
在上述任一技术方案中优选的是，复合磁芯材料中A磁芯材料的饱和磁感应强度高于B磁芯材料，而B磁芯材料的磁滞损耗则小于A磁芯材料。
在上述任一技术方案中优选的是，所述A磁芯材料采用硅钢片。
在上述任一技术方案中优选的是，所述B磁芯材料采用铁氧体、坡莫合金、非晶、铁粉芯、纳米晶中的任意一种。
在上述任一技术方案中优选的是，电流互感器的外形尺寸和形状可以根据电缆的实际尺寸制作。
对于上述采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，采用复合磁芯材料的电流互感器的取电方法为：当输电线路电流较小时，采用复合磁芯材料的电流互感器的取电装置具有较高取电效率；当输电线路电流较大时，该电流互感器取电装置在输出稳定电压的同时可避免电流互感器发热。
在上述任一技术方案中优选的是，当输电线路电流较小时，采用复合磁芯材料的电流互感器的激磁电感与外置电容谐振，提高输出功率；当输电线路电流较大时，采用复合磁芯材料的电流互感器的B磁芯材料部分则进入磁饱和状态，可保护其余的A磁芯材料不进入磁饱和状态。
在上述任一技术方案中优选的是，进入磁饱和状态的B磁芯材料部分，具有较小的损耗，抑制电流互感器取电装置发热。
本实用新型的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器的设计及其取电电路。该装置在高压电缆小电流状态下和大电流状态下均具有很好的负载特性。采用复合磁芯材料的电流互感器取电装置的取电方法，在输电线路电流较小时，互感器激磁电感与外置电容谐振，提高输出功率；在输电线路电流较大时，电流互感器的一小部分磁芯材料进入磁饱和状态，这样既实现了输出稳压功能，又抑制了装置整体损耗。采用复合磁芯材料的电流互感器取电装置的外围电路非常简单，具有很高的供电稳定性，有广泛的应用价值和广阔的市场前景，特别是适用高压电缆感应取电。
本实用新型的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，通过磁芯特性和电路设计，能自动实现小电流输入时谐振取电和大电流输入时限制输出电压的特点，具有电路简单、可靠性高的优点。
本实用新型的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，复合磁芯的尺寸和绕组匝数及电流互感器(1)的外形尺寸依据电缆的实际尺寸设计，A磁芯材料、B磁芯材料的磁芯截面根据实际应用情况设计。
附图说明
图1为现有技术的一种传统取电装置的电路原理图；
图2为现有技术的一种谐振取电装置的电路原理图；
图3为本实用新型的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置的一优选实施例的电路原理图；
图4为本实用新型的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置的一优选实施例的基于复合磁芯材料的电流互感器结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明，以下描述仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。
如图3所示，采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器1、谐振电容Cr、整流滤波单元2、负载RL，其特征在于：所述电流互感器1采用复合磁芯材料，且电流互感器1副边激磁电感值Lm与Cr满足谐振条件，即，其f为互感器原边电流频率。
如图4所示，电流互感器1采用的复合磁芯材料包括两种磁芯材料A和B，在复合磁芯材料中，A磁芯材料的占比大于B磁芯材料；A磁芯材料的饱和磁感应强度高于B磁芯材料，而B磁芯材料的磁滞损耗则小于A磁芯材料。A磁芯材料可以为硅钢片，B磁芯材料可以采用铁氧体、坡莫合金、非晶、铁粉芯、纳米晶中等。
电流互感器(1)套在高压输电线路上，输电线路交变电流i s(t)穿过电流互感器1磁芯，并在其副边绕组上产生感应电流。电流互感器采用在直径为160mm、截面积为4cm2的环形硅钢片磁芯中嵌入4mm厚度的铁氧体，磁芯外缠绕n =400匝副边绕组，然后一起置于绝缘外壳中，其副边励磁电感L m约为2H。电流互感器1的副边绕组与谐振电容Cr 并联，并接到整流滤波单元2的输入端，整流滤波单元2的输出端接负载RL，用于将电流互感器1的副边绕组上产生的交变感应电能转换为直流电能。
其整流滤波单元2包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、滤波电容C1。谐振电容Cr采用4.7F的CBB电容，D 1 ~D 4采用贴片肖特基二极管SS34，滤波电容C o采用100μF/400V的电解电容。
取电最大输出电压为，其中N为匝数，f为频率，S为磁芯截面积，Bmax为饱和磁感应强度。取Bmax=0.6T，可以得到。
在输电线路电流较小时，采用复合磁芯材料的电流互感器取电装置具有较高取电效率；在输电线路电流较大时，该电流互感器取电装置在输出稳定电压的同时可避免电流互感器发热。
在输电线路电流较小时，采用复合磁芯材料的电流互感器的激磁电感与外置电容谐振，提高输出功率；在输电线路电流较大时，采用复合磁芯材料的电流互感器的B磁芯材料部分则进入磁饱和状态，可保护其余的A磁芯材料不进入磁饱和状态。进入磁饱和状态的B磁芯材料部分，具有较小的损耗，大大抑制了电流互感器取电装置发热。
以上所述仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非是对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器(1)、谐振电容（Cr）、整流滤波单元（2）、负载（RL），其特征在于：所述电流互感器(1)与谐振电容（Cr）、整流滤波单元（2）、负载（RL）连接；电流互感器(1)副边激磁电感值Lm与Cr满足谐振条件，即 ，其f为互感器原边电流频率。
2.如权利要求1所述的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，其特征在于：所述电流互感器(1)采用复合磁芯材料，以获取穿过其磁芯的电缆上的感应电流。
3.如权利要求1所述的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，其特征在于：所述电流互感器(1)套在输电线路上，输电线路交变电流穿过电流互感器(1)磁芯，并在其副边绕组上产生感应电流。
4.如权利要求3所述的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，其特征在于：所述电流互感器(1)的副边绕组与谐振电容（Cr ）并联，并接到整流滤波单元（2）的输入端，整流滤波单元（2）的输出端接负载（RL）。
5.如权利要求1所述的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，其特征在于：所述整流滤波单元（2）包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、滤波电容C1。
6.如权利要求1至3中任一项所述的采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，其特征在于：电流互感器(1)的外形尺寸和形状可以根据电缆的实际尺寸制作。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103840567A (zh) * | 2014-03-19 | 2014-06-04 | 浙江图维电力科技有限公司 | 一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置及方法 |
| CN109193822A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-11 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | 一种输电线路监测装置取电装置 |
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2014
- 2014-03-19 CN CN201420123245.9U patent/CN203774879U/zh active Active
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