专利名称：一种从高压电缆取电的装置和方法
一种从高压电缆取电的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种取电装置和方法，尤其是指一种通过电流互感器(CT， Current Transformer)从高压电缆取电的装置和方法。
背景4支术
高压电缆的终端通常在野外或无人值守的区域，往往^艮难得到系统采集终 端工作所需的低压供电电源，因此采集终端电源的供给成为系统设计的一个主 要的问题。若无安全可靠的供电电源，就无法保证采集终端数据和传输的准确 可靠。
目前，野外低在设备电能获取主要通过以下几种方法
1. 利用电流互感器从母线上取电能
利用电流互感器从母线上取电能的典型电路基本思路是就近取能，利用特 制电流互感器从母线上感应电压，通过整流、滤波、稳压等后续电路处理后， 提供给高压側电子电路所必需的电源.采用这种方法面临两个困难当母线电 流处于空载等小电流状态时，如何保证电源的正常供应；而当母线处于超过额 定电流的大电流状态，甚至是短路故障电流时，又要给予电源M够的保护。
2. 利用电容分压器从母线上取电能
利用高压电容分压器取电能的思想类似于电流互感器取电能，都是就近取 材的想法。然而采用该方法面临着比电流互感器取电能更大的困难，首先是如 何保证取能电路和后续工作电5ML间的电气隔离问题，这要求更为严格的过电 压防护和电磁兼容设计；其次就是这种方法有着更多的误差来源温度、杂散电 容等多种因素都将影响该方法的性能a因此获取电源的稳定性和可靠性较电流 互感器取电能方法为差。
3. 激光供能
激光供能的基本原理方法采用激光或其他光源从低电位側通过光纤将光能 量传送到高电位側，再由光电转换器件(光电池)将光能量转换为电能量，经过 DC-DC变换后提供稳定的电源输出。优点是电源较稳定，紋波小，噪声低，这种方法不足之处在于，由于受激光输出功率的限制，特别是光电池转换效率的 影响，该方法提供的能量有限，因此对高压側电^出了微功耗设计的要求， 加大了电路设计的难度，同时相比前两种方法设计成本高.
4. 太阳能供电
太阳能电池的多年研究与发展积累下来的经验为野外设备供电成为可能。 该方法的不足之处在于输出电源不稳定，这是由太阳能电池固有的缺陷决定的， 易受光强、外界环境温度变化、季节变化等因素的影响；另外就是太阳能电池 的转换效率问题，使得该方法提供的能量有限，从而限制了其应用；同时设计 成衣艮高也是限制其广泛应用的一个因素。
5. 蓄电池供电
该方法采用蓄电池对野外设备进行供电，电池的能量来自高压母线电流， 接在母线上的经过特殊i臾计的电流互感器或电容分压器构成蓄电池的交流充电 电源，经过稳压和整流后对电池进行充电。采用这种方法的优点是结构筒单、 实现起来比较容易，但是蓄电池的寿命比较短，且由于放在高压側，更换起来 比较困难，因此在实际应用当中很少被采用。 一般情况下，该供能方式都被用 作辅助式电源，将该方式和电流互感器供能相结合对高压側进行供电，在母线 电流比较小的情况下启动蓄电池进行供能，两者取长孝HS，取得了满意的效果. 但是采用这样的方法在制造成本及可靠性方面还存在不少问题.
从以上分析可以看出，利用电流互感器从母线上取电能主要存在当电缆运 行电流过小时，所取到的电能不能满足需要，以及当电流过大时如何保护取电 装置的问题；利用电容分压器从母线上取电能主要存在取是取电装置的稳定性 和可靠性问题；激光供能主要存在激光输出功率小、光电池转换效率低、提供 的能量有限的问題；太阳能供电主要存在输出电源不稳定和受天气影响大的问 题；蓄电池供电主在存在蓄电池的寿命比较短和更换比较困难的问題.从目前 高压电缆在线监测系统的数据采集终端供电情况来看，采用上述几种方法都存 在一定的问题，因此迫切需要一种能从电缆上直接取得足够的电能又能保证可 靠、安全的取电装置.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是从高压电缆上获取所需要的安全可靠的足够
5电能。
为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案
一种从高压电缆取电的装置，包括电流互感器，高压保护电路，整流桥， 能量泄放电路，稳压块，滤波电路，电流互感器套在高压电缆上，高压保护电 路连接在电流互感器上，整流桥连接在高压保护电路上，能量泄放电路连接在 整流桥上，稳压块连接在能量泄放电路上，滤波电路连接在稳压块(5 )上。
进一步的，高压保护电路包括防浪涌和限压保护电路，包括压敏电阻、放 电管、阻波电阻和双向稳压管。
进一步的，能量泄放电路包M压二敗管、偏置电阻、肖特基二极管、M0S
开关管和泄放电阻。
一种从高压电缆取电的方法，包括以下步骤
A. 将电流互感器套在高压电缆上，利用电磁感应原理获得电能；
B. 经过高压保护电路将输出的电能处在安全范围内；
C. 经过整流桥将交流电整流成直流电，同时能量泄放电路将多余电能释放 避免感应电压过高损坏稳压块，并保留所需的电能供给稳压块；
D.稳压块将电压稳定成所需要的电压，最后经过滤波电路降低紋波提高直 流电压的质量。
进一步的，电流互感器包括4失芯和成匝绕在铁芯上的线圈，铁芯由坡莫合 金制成。
进一步的，高压保护电路为防浪涌和限压保护电路，其包括压敏电阻、放 电管、阻波电阻和双向稳压管。
进一步的，能量泄放电路包括稳压二极管、偏置电阻、肖特基二极管、M0S 开关管和泄放电阻。
与现有技术相比，本发明所述取电装置的功能结构合理、使用方便，具有 启动电流小、适应范围宽、安全可靠、价格欣、使用寿命长、免于维护等特点， 该装置有效地克服电缆运行电流小时取不到足够电能、大电流时无法限制多余能量，以及取能线團饱和时产生的高压尖脉冲对整流稳压电路造成破坏等问题， 为高压侧有源设备提供稳定安全的电源。
图1是利用电流互感器从母线获取电能的工作原理图。
图2是高压保护电路图。 图3是能量泄放电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明从高压电缆取电的装置包括电流互感器1，高压保 护电路2，整流桥3，能量泄放电路4，稳压块5，滤波电路6。高压保护电路2 包括防浪涌及P艮压保护电路。电流互感器1套在高压电缆上，利用电磁感应原 理获得电能，经过防浪涌及限压保护电路将输出的电能处在安全范围内，经过 整流桥3将交流电整流成直流电，同时能量泄放电路4将多余电能释放避免感 应电压过高损坏稳压块5，并保留所需要的电能供给稳压块5，稳压块5将电压 稳定成所需要的电压，最后经过滤波电路6降低紋波提高直流电压的质量。 电流互感器1:
电流互感器1包括铁芯和成匝绕在l失芯上的线團。
对于给定的负栽，保证电源工作的最小母线电流称为电源的启动电流I。在 电流互感器铁芯材料的选择过程中，首先要考虑使取电装置的启动电流尽可能 小，例如，在电子式电流互感器的应用中，要求电源的启动电流为几安.因此 要求选用高磁导率和低饱和磁感应强度的磁性材料制成，有利于提高启动电流 状态下的功率输出，同时能避免电流互感器在深度饱和状态下温度上升的过高。 另外在工艺上加强电流互感器匝间及匝与铁芯间的绝缘，提高系统的安全性和 可靠性。
同时，母线电流在大到数十千安的状态下，铁芯要在尽可能小的电流下达 到饱和，进而抑制电源电流互感器的功率输出，因此要根据以上原则选用饱和磁感应强度较低的铁芯。
选4^磁导率高，饱和磁感应度低的坡莫合金作为电流互感器的铁芯。
高压保护电路2:
高压保护单元由防浪涌及限压保护电路组成。
防浪涌及限压保护电路如图2所示，当出现大电压或大电流沖击时，压敏电 阻M0V1将电压限制在470V以内，放电管GDT1进一步将电压限制在90V以内； 当出现较大电压但小于470V时，放电管GDT1将电压限制在90V以内。电阻R1、 R2、 R3、 R4将起到平滑电流的作用，减少电压波动，再经过三个稳压管TVS1、 TVS2、 TVS3后将电压稳定在51V以内，为全波整流提供稳定平滑的电压。 整流桥3:
采用 一般四端全波整流桥式电路。 能量泄放电路4:
能量泄放电路如图3所示，当A点电压小于33V时，稳、压管Zl不动作，MOS 管Q1断开，电流12-11, 13=14-0，电流Il直接给稳压員输入端的电容充电； 当A点电压大于等于33V时，稳压管Zl动作且稳压管两端的电压稳定在33V。 Ql的门槛电压^=^_33，当^〈4V时，即A点电压小于37V, M0S管Q1断开，
电流12=11， 13=0，电流I1直接给稳压模块输入端的电容充电；当^>="时， M0S管Q1导通，电流I3大于0，电流12=11-13,起到分流作用，分流后的电流 12给稳压模块输入端的电容充电，使稳压模块输入端不过压，从而保护了稳压
模块。 稳压块5:
选用了一种高效、高压、降压型稳压模块LM2575，具有高转换效率和宽输 入范围，高转换效率有利于进一步降低启动电流，宽的输入范围使电源可以工 作的一次电流范围更大。 滤波电路6:
采用LC低通滤》^多级电容续能.从高压电缆获取电能经过上述装置后，可以输出所需的稳定安全充足的直 流电，供高压侧有源设备使用。
权利要求
1. 一种从高压电缆取电的装置，其特征在于包括电流互感器(1)，高压保护电路(2)，整流桥(3)，能量泄放电路(4)，稳压块(5)，滤波电路(6)，电流互感器(1)套在高压电缆上，高压保护电路(2)连接在电流互感器(1)上，整流桥(3)连接在高压保护电路(2)上，能量泄放电路(4)连接在整流桥(3)上，稳压块(5)连接在能量泄放电路(4)上，滤波电路(6)连接在稳压块(5)上。
2. 如权利要求l所述的一种从高压电缆取电的装置，其特征在于所述高压保 护电路(2)为防浪涌和限压保护电路，其包括压敏电阻、放电管、阻波电阻和 双向稳、压管。
3. 如权利要求l所述的一种从高压电缆取电的装置，其特征在于能量泄放电 路(4)包拾隐压二极管、偏置电阻、肖特基二恢管、MOS开关管和泄放电阻。
4. 一种从高压电缆取电的方法，包括以下步骤A. 将电流互感器(1)套在高压电缆上，利用电磁感应原理获得电能；B. 经过高压保护电路(2)将输出的电能处在安全范围内；C. 经过整流桥(3)将交流电整流成直流电，同时能量泄放电路(4 )将多余电 能释放避免感应电压过高损坏稳压块(5 )，并保留所需的电能供给稳压块(5 );D. 稳压块(5 )将电压稳定成所需要的电压，最后经过滤波电路(6 )降低紋波 提高直流电压的质量。
5. 如权利要求4所述的一种从高压电缆取电的方法，其特征在于所述电流 互感器(1)包括铁芯和成匝绕在铁芯上的线團，铁芯由坡莫合金制成。
6. 如权利要求4所述的一种从高压电缆取电的方法，其特征在于所述高压保 护电路(2)包括防浪涌和限压保护电路，包括压敏电阻、放电管、阻波电阻和 双向稳压管。
7. 如权利要求4所述的一种从高压电缆取电的方法，其特征在于能量泄放电路(4)包括稳压二极管、偏置电阻、肖特基二极管、MOS开关管和泄放电阻。
全文摘要
本发明涉及一种直接从高压电缆取电的装置和方法，通过电流互感器直接从高压侧一次母线电流获取电能。该装置包括电流互感器，高压保护电路，整流桥，能量泄放电路，稳压块和滤波电路。凭借在电流互感器和整流桥之间增加的高压保护电路，大大降低了施加在整流桥上的感应电压并限制了电流互感器的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用，成功地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。
文档编号H02J17/00GK101478183SQ200910045470
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者鹏 丁, 孔德武, 忻正荣, 军 易 申请人:上海慧东电气设备有限公司