在铁路架空接触网环境下的取电装置、方法以及供电装置与流程

本发明涉及铁路管理中的供电技术，特别是涉及一种在铁路架空接触网环境下的取电装置、方法以及供电装置。

背景技术：

铁路运输管理过程中，在轨道两侧及轨面有许多电子设备，用于列车监测、信号指示、作业调度等等。目前对这些设备供电普遍采用有线工频交流电压供电，这种供电方式必须沿铁路沿线铺设供电线路及隔一定距离设置电压转换中继站点，用于补偿低压线路传输的电能损耗。现有的这种供电方式的供电成本较高，同时在线路施工上具有一定的复杂性，而且后期线路维护的工作量较大。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在铁路架空接触网环境下的取电装置、方法以及供电装置，用于解决现有铁路线上供电成本较高、供电施工复杂以及后期线路维护工作难度较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种在铁路架空接触网环境下的取电装置，包括：导电体，设置于第一位置，所述第一位置对应在与铁路架空接触网通电所产生的电场接触而产生静电的位置；放电模块，通过导线连接在所述导电体上来对所述导电体上的静电做放电输出，取得脉冲放电信号。

优选地，所述导电体为为金属导体。

优选地，所述导电体为金属平板。

优选地，所述导电体为金属棒。

优选地，所述导电体的表面覆盖有一绝缘层。

优选地，所述放电模块为放电管。

本发明还提供了一种在铁路架空接触网环境下的供电装置，包括如权利要求1-6中任一项所述的取电装置，以及用于对所述取电装置输出的脉冲放电信号进行变压、整流及滤波处理后输出有用直流电源的电源适配输出装置，所述电源适配输出装置连接于所述取电装置。

优选地，所述电源适配输出装置为至少由变压器模块、整流电路模块及滤波电路模块依次连接构成的电流多级处理电路。

优选地，所述电源适配输出装置还包括一DC/DC电源模块，连接于所述滤波电路模块。

此外，本发明还提供了一种在铁路架空接触网环境下的取电方法，所述方法包括：提供一与铁路架空接触网通电所产生的电场接触的导电体，在所述导电体上产生静电；通过导线连接在所述导电体上来接收所述静电，对所述静电做放电输出，得到脉冲放电信号。

如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明具有安装方便，结构简单，效率高等特点，通过直接从铁路接触网上面感应取电的方式为其他设备提供持续稳定电流，以往铁路自供电通常采用太阳能电池，但太阳能供电有许多弱点，比如若连续几天阴雨天及灰尘、太阳能电池老化等影响，因此本发明提供了一个拥有轨面设备持续供电的方法，填补了该领域的空白。

附图说明

图1显示为本发明一种在铁路架空接触网环境下的取电装置的原理图。

图2显示为本发明在铁路接触网的模型中的技术原理图。

图3显示为本发明中放电模块在一种实施方式中的原理图。

图4显示为本发明一种在铁路架空接触网环境下的供电装置的原理图。

图5显示为本发明中电源适配输出装置的原理图。

图6为本发明一种在铁路架空接触网环境下的供电装置的一种应用效果原理图。

附图标号说明

10 取电装置

101 导电体

102 放电模块

1021 第一尖针

1022 第二尖针

20 供电装置

201 电源适配输出装置

2011 变压器模块

2012 整流电路模块

2013 滤波电路模

2014 DC/DC电源模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例提供一种在铁路架空接触网环境下的取电装置，如图所示，该取电装置10包括：导电体101和放电模块102，所述导电体101设置于第一位置，所述第一位置对应在与铁路架空接触网通电所产生的电场接触而产生静电的位置；所述放电模块102通过导线连接在所述导电体101上来对所述导电体101上的静电做放电输出，取得脉冲放电信号。

下面对上述取电装置10的技术原理进行说明。

如图2，给出了铁路接触网的模型原理图，当铁路架空接触网所在带电线路有交变电压时，其周围空间有电场存在，这时空间各点具有一定的电位差存在，使位于该电场中的导体出现带电现象。如图所示，在铁路接触网下存在一导电体，具体可以为一块金属板，金属板与接触网之间就相当于存在一个耦合电容(C_L)，在电场作用下，金属板中的自由电子就要作有规则的移动，引起电荷的重新分布，使该金属板导体呈现带电状态，即产生静电感应。

此时，金属板与铁路接触网之间存在容性耦合电流IL，静电感应电压比例模型Uo为：

$U_O=U_L*\frac{C_L}{C_L+C_G};$

同时，根据平板电容容量计算模型:C＝εδS/d，其中，ε为介质介电电常数(相对介电常数)，δ为真空中的绝对介电常数＝8.86×F/m，S为两极板正对面积，d为两极板间垂直距离。

通过上述公式分析推导，可得到静电感应电压Uo与静电感应电流Io计算公式为：

$U_O=U_L*\frac{bc}{a^2+b^2+c^2}*K;$

$I_O=U_L*\frac{\mathrm{\ω}de}{41.4lg\frac{2c}{r}};$

其中，ω为交流电角频率，一般为314；r为平行导体半径。因此可知，带电线路对附近停电线路的静电感应影响的具有以下特点：1、平行导体上产生的静电感应电压的大小，与接近距离a的平方成反比；2、静电电流的大小与接近段平行导体的长度成正比。

上述取电装置利用铁路线上现成的铁路架空接触网在通电时所产生的电场，使放置在该电场内的导体带电，即在电场作用下使导电体带静电，然后再用放电装模块来将所述静电做放电处理，来取得脉冲放电信号，一般情况下这个脉冲放电信号的电压可以达到几十伏，通过一定的电路处理后即可实现对铁路线上各种电子设备供电，这种取电方式相对现有的供电方式成本更低，省去了复杂的线路布设，同时后期维护也相对较为容易。

在一具体实施例中，该导电体101可以优选为金属导体，金属导体在电场中更容易带电形成静电，且可以满足供电的效率。具体地，该金属导体可以为金属平板或者金属棒，较优的选用金属平板，采用金属平板更容易形成静电，从而可以形成更高频率的放电效果，满足供电效率的要求。

在一具体实施例中，在金属导体表面覆盖有一绝缘层，用于防止金属导体对外放电，同时也可以提高静电放电的效率。

在一具体实施例中，所述放电模块102可以采用放电管来实现，放电管可以通过购买来得到，不过这种方式的成本较高，具有一定的使用寿命。更好的可以采用两根正对设置的尖针来实现，如图3，可以包括第一尖针1021和第二尖针1022，第一尖针1021和第二尖针1022的尖端正对间隔设置，其中一根尖针用于电连接在导电体101上来收集从导电体101上转移过来的电荷，当电荷累积到一定量以后由另一根尖针来放电，形成脉冲放电信号。第二种实施方式的使用寿命更短，而且还可以将其设置在后期的电源处理电路(下文将详细说明)中，来形成一体式的装置。

实施例2

见图4，本实施例提供一种在铁路架空接触网环境下的供电装置，该供电装置20包括上述实施例1中的取电装置10(包括任一优选方案)，以及用于对所述取电装置10输出的脉冲放电信号进行变压、整流及滤波处理后输出有用直流电源的电源适配输出装置201，所述电源适配输出装置201连接于所述取电装置10。

在具体实施中，该电源适配输出装置201的作用是对脉冲放电信号进行处理以使其能够被正常使用，其所采用的处理电路都可以采用现有的处理电路或处理电路模块来实现。

例如，在一具体实施例中，见图5，该电源适配输出装置201采用由变压器模块2011、整流电路模块2012及滤波电路模块2013依次连接构成的电流多级处理电路来实现，其中，变压器模块2011的输入端连接于所述取电装置10中的放电模块102，所述变压器模块2011的输出端连接整流电路模块2012，所述滤波电路模块2013连接于所述整流电路模块，变压器模块2011、整流电路模块2012及滤波电路模块2013形成多级处理电路来对脉冲放电信号依次进行变压、整流及滤波处理，然后输出直流电信号。更优的，该变压器模块可以为降压变压器，因为通过对脉冲放电信号进行降压处理后可以得到低压高电流的交流信号，这样更利于后级电路进行处理得到有用的电源信号。

在另一具体实施例中，电源适配输出装置201还可以包括DC/DC电源模块2014，该DC/DC电源模块2014连接在滤波电路模块末端，用于对直流信号进行升压稳压处理，得到有效的直流电平输出。

例如，在一实施例中，见图6，可以这样来实施上述供电装置20，如图所示，在设置在铁路轨道旁的机箱上安装一导电体101，该导电体101为一金属平板，该金属平板置于铁路架空接触网所形成的电场中，然后将该金属平板通过导线连接在一电源适配输出装置201，其中，电源适配输出装置201中设置有放电模块102，及放电模块102与电源适配输出装置201被制成一个一体式装置。然后利用电源适配输出装置201输出的电源为机箱内的各种电子设备供电。

结合上述实施例1和2来看，本发明提供了一种在铁路架空接触网环境下的取电方法，该取电方法可以通过以下步骤来实现：

S1，提供一与铁路架空接触网通电所产生的电场接触的导电体，在所述导电体上产生静电；

S2，通过导线连接在所述导电体上来接收所述静电，以对所述静电做放电输出，得到脉冲放电信号。

综上所述，本发明具有安装方便，结构简单，效率高等特点，通过直接从铁路接触网上面感应取电的方式为其他设备提供持续稳定电流，以往铁路自供电通常采用太阳能电池，但太阳能供电有许多弱点，比如若连续几天阴雨天及灰尘、太阳能电池老化等影响，因此本发明提供了一个拥有轨面设备持续供电的方法，填补了该领域的空白。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。