高压电场感应取能装置的制作方法

本发明涉及一种高压电场感应取能装置。

背景技术：

现有的高压设备在线监测设备的供电方式分为两种：自主取能和传输供电。传输供电方式主要是通过光纤或微波等介质从地面将能量传输给在线测量装置，但是这种供能方式的主要缺点是造价昂贵。自主供电的主要技术方案包括：(1)电池供电：这种方式能量供应稳定，但是缺点是需要定时停电更换电池，而电力系统是不允许频繁停电的；(2)电流线圈供电：该方案主要利用安装在电力线上的电流线圈，通过互感原理从负荷电流中取能。但是电力线中的负荷电流是不断变化的，因此这种供电方式供能不稳定；(3)太阳能和风能供电：其基本原理是通过太阳能电池板或小风机来供能，该技术通常配合蓄电池一起使用，以应对夜晚或无风时发生的供能不足。但是这种供电方式受环境因素影响大，遇到极端天气例如大风、阴雨、尘垢等会影响安全和供电稳定性。另外，蓄电池的寿命有限，且不能承受较低环境温度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高压电场感应取能装置，该装置中的极板重量较小且能获得较大的感应电流，从而达到感应取能的目的。

一种高压电场感应取能装置，其特别之处在于：包括固定在电力杆塔悬臂梁上的绝缘顶板，该绝缘顶板通过连接件与圆环状的金属感应极板连接。

其中圆环状的金属感应极板采用铝材质，并且其外径0.9-1.1米、内径0.6-0.8米、厚度0.2-0.5毫米。

其中连接件采用四个长度均为0.1米的连接杆。

其中圆环状的金属感应极板中间的孔从绝缘子串中间穿过，并且金属感应极板与绝缘子串垂直；其中金属感应极板与高压导线平行，并且两者之间的最短距离为0.9-1.2米。

其中圆环状的金属感应极板外径1米、内径0.7米。

本发明装置通过大量的仿真分析对比与试验，在此尺寸下极板重量较小且能获得较大的感应电流，并通过实际实验进行了验证，该极板能够获得相应的感应电流。本发明装置利用高压电力传输线附近的交变电场，根据电磁感应原理，在传输线附近的金属极板上获取感应电流，借助此电流和相应的充电电路，实现对大电容的充电并储存利用。

附图说明

附图1为本发明的原理图。

具体实施方式

由于对温度和应力等参数进行在线测量不需要持续进行，可以采用间歇的工作方式，因此高压设备在线监测设备的供电方式也可以采用间歇式的供电方式。考虑到电力线的电压是很稳定的，因此可以通过感应传输线附件变化的高压电场来取能，但是需要设计对应的感应取能极板，极板的外形、尺寸、安装的位置和安装的方式将极大的影响获得的感应电流，目前尚无相关的设计，可以确定的是，极板面积越大，获取的感应电流的能力越大，但是相应的极板的重量将增大，对安装提出了更高的要求，如何合理得选择极板外形尺寸是一个重要问题，针对这个问题，本发明提出了一种圆环形极板的设计，利用软件仿真和具体实验设计了极板的外形参数及安装位置。

本发明提供了一种高压电场感应取能装置，包括固定在电力杆塔悬臂梁上的绝缘顶板1，该绝缘顶板1通过连接件与圆环状的金属感应极板2连接。

其中圆环状的金属感应极板2采用铝材质，并且其外径介于0.9米-1.1米、内径介于0.6米-0.8米、厚度0.2-0.5毫米。连接件采用四个长度均为0.1米的连接杆。其中圆环状的金属感应极板2中间的孔从绝缘子串中间穿过，并且金属感应极板2与绝缘子串垂直金属感应极板2与高压导线平行，并且两者的最短距离介于0.9米-1.2米。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

本发明的内容是基于感应取能的金属极板设计。图1为本发明的应用环境，图中所示为基于感应取能技术的电源系统，金属极板获取感应电流，配合电力杆塔接地极，一起通过充电电路(图中全波整流电路)给储能电容充电并使用。

由于极板尺寸较大，其有相对于绝缘塔架悬臂梁突出的部分，为了稳固安装，安装时，首先安装顶板，通过顶板和塔架悬臂梁接触的部分稳固连接，在利用绿色的支架连接顶板和金属极板；后续的充电电路及应用装置均置于塔架上，通过导线与极板连接。

根据电场感应的原理，极板产生的位移电流与极板对地的寄生电容的大小直接相关，其满足以下公式：

式中：——输电线电压峰值/v；ω＝2πf＝314rad/s，——仿真得到的极板与塔架(地板)间的寄生电容/f。

因而，通过ansoftmaxwell有限元仿真软件，对模型运行仿真分析，计算得到极板对地的寄生电容，在通过极板应用环境下的传输线电场等级，即可计算出极板在此环境下的感应电流。在设计极板外形尺寸时，考虑到现在运行的电力杆塔悬臂梁宽度约为1米，为了尽可能大的扩大极板的感应取能能力，将环形极板的外径设计为1米，与悬臂梁宽度等宽，本设计主要对内径进行了设计，在上述模型的基础上，改变圆环内径，运行仿真分析，得到不同内径下环形极板的对地寄生电容，进一步得到极板在110kv环境下的感应电流。为了验证仿真模型的准确性，设计了实际高压实验。

对比了仿真结果与实际实验结果，可以看出，内径0.7米的感应极板，感应电流相比全尺寸(内径0.1米)极板，感应电流仅下降10％，但其面积仅为全尺寸的一般，权衡极板取能能力和极板重量，因此本发明选用外径1米，内径0.7米的圆环形极板。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种高压电场感应取能装置。其特点是：包括固定在电力杆塔悬臂梁上的绝缘顶板(1)，该绝缘顶板(1)通过连接件与圆环状的金属感应极板(2)连接。本发明装置通过大量的仿真分析对比与试验，在此尺寸下极板重量较小且能获得较大的感应电流，并通过实际实验进行了验证，该极板能够获得相应的感应电流。本发明装置利用高压电力传输线附近的交变电场，根据电磁感应原理，在传输线附近的金属极板上获取感应电流，借助此电流和相应的充电电路，实现对大电容的充电并储存利用。

技术研发人员：何宁辉;吴旭涛;高强;刘正阳;郭飞;亓亮;沙伟燕;张静;肖黎;刘齐;潘佳玉;钟丹田;曾翔君;熊帆
受保护的技术使用者：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司;国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院;国家电网公司;西安交通大学
技术研发日：2018.10.10
技术公布日：2019.01.11