架空線路故障指示器的感應取電系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了架空線路故障指示器的感應取電系統，包括感應電路、蓄能處理電路及電壓控制電路，所述感應電路連接蓄能處理電路，所述蓄能處理電路連接電壓控制電路，所述感應電路包括高導磁鐵芯及設置在高導磁鐵芯上的線圈，所述線圈與蓄能處理電路相連接；所述高導磁鐵芯為坡莫合金基帶所制成的高導磁鐵芯，所述線圈的匝數≥10000匝；利用高壓配電線路自身的電流進行感應取電，能夠給架空線路故障指示器提供更穩定長久的電能供給，突破了依靠電池供電的壽命限制、某些地區使用太陽能的自然條件的限制。
【專利說明】
架空線路故障指示器的感應取電系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及電力系統智能化技術領域，具體的說，是架空線路故障指示器的感應取電系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的發展，城市和農村的1kV配電線路也隨之越來越密集，因其環境和氣候條件惡劣，加上外破、設備故障和雷電等自然災害很容易造成線路故障率較高。配電線路一旦出現故障會導致停電，部分故障會很難查找。首先給人民群眾生活帶來不便，干擾企業的正常生產經營；其次給供電公司造成較大損失。為了在高壓線路出現故障后能夠得到及時解決，提高供電的穩定性，在我國配電網中廣泛使用了架空線路故障指示器。
[0003]架空線路故障指示器安裝于1kV饋線上，實時監測過流、短路、接地故障。具有成本低廉、效果明顯的優點。該故障指示器工作需要電能供給，現在設備能源供給主要通過電池和太陽能方式解決。
[0004]電池方式是在故障指示器里加裝一塊高能量的聚合物鋰電池，在理論的環境條件下能夠支持故指示器工作5年以上。
[0005]太陽能供電方式是通過太陽能電池板對電池進行充電，設備再通過電池提供的能量進行工作，夜間設備通過存儲在電池里的能源進行工作。
[0006]但電池和太陽能這兩種方式存在部分的缺陷:電池供電主要是具有工作壽命的限制，電池的壽命限制了設備的工作時間，特別是戶外的惡劣環境(冬天的低溫和夏日的爆曬)會極大的降低電池的使用壽命;太陽能供電方式在日照條件和空氣質量好的地區比較實用，但是到了四川等日照條件不足或則空氣灰塵導致太陽能電池板污穢，就會出現能量供給不足的現象。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的在于設計出架空線路故障指示器的感應取電系統，利用高壓配電線路自身的電流進行感應取電，能夠給架空線路故障指示器提供更穩定長久的電能供給，突破了依靠電池供電的壽命限制、某些地區使用太陽能的自然條件的限制。
[0008]本實用新型通過下述技術方案實現:架空線路故障指示器的感應取電系統，包括感應電路、蓄能處理電路及電壓控制電路，所述感應電路連接蓄能處理電路，所述蓄能處理電路連接電壓控制電路，所述感應電路包括高導磁鐵芯及設置在高導磁鐵芯上的線圈，所述線圈與蓄能處理電路相連接。
[0009]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:所述高導磁鐵芯為坡莫合金基帶所制成的高導磁鐵芯，所述線圈的匝數多10000匝。
[0010]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:所述蓄能處理電路內設置有整流電路、脈沖寬度調制器、至少一級用于蓄能處理的電能儲存電路，所述線圈與整流電路相連接，所述整流電路與電能儲存電路的輸入端相連接，所述電能儲存電路的輸出端與脈沖寬度調制器相連接，所述脈沖寬度調制器與電壓控制電路相連接。
[0011]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:所述電能儲存電路設置有兩級，且兩級電能儲存電路分別設置在脈沖寬度調制器的輸入端和輸出端。
[0012]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:第一級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的一級儲能保護單元和一級儲能電路，且整流電路的輸出端并聯在一級儲能保護單元上，所述一級儲能電路分別與脈沖寬度調制器的Vref腳和1-sense腳連接。
[0013]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:第二級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的二級儲能保護單元和二級儲能電路，所述二級儲能保護單元分別與脈沖寬度調制器的Drain腳和gnd腳相連接;所述二級儲能電路還與電壓控制電路的輸入端相連接。
[0014]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:還包括電感L，所述電感L分別與脈沖寬度調制器的FB腳和Drain腳相連接。
[0015]進一步的為更好的實現本實用新型，特別采用下述設置結構:所述電壓控制電路內設置有二極管Dl、二極管D2、電壓檢測芯片U3、控制芯片LDO，所述二極管Dl的負極與二極管D2的負極相連接，所述二極管Dl的正極分別與控制芯片LDO的輸入端和蓄能處理電路的輸出端連接，所述控制芯片LDO的控制腳與電壓檢測芯片U3的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的輸入端與二極管D2的負極相連接，所述二極管D2的正極和控制芯片LDO的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的接地端接地。
[0016]本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:
[0017](I)本實用新型所述感應取電系統利用高壓配電線路自身的電流進行感應取電，能夠給架空線路故障指示器提供更穩定長久的電能供給，突破了依靠電池供電的壽命限制、某些地區使用太陽能的自然條件的限制；在1kV高壓線路上通過小型化的電流感應技術來獲取支持架空線路故障指示器工作的電能。
[0018](2)本實用新型相比較于太陽能供電，該供電方式裝置的造價更為低廉。
[0019](3)本實用新型所述的感應取電系統不需要進行維護，可以長期穩定的運行。
[0020](4)本實用新型相對于其他的傳統互感器方式，該取電裝置體積小、重量輕、造價省。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實用新型所述感應取電系統結構圖。
[0022]圖2為本實用新型的所述電能儲存電路圖。
[0023]圖3為本實用新型所述電壓控制電路圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0025]實施例1:
[0026]本實用新型提出了架空線路故障指示器的感應取電系統，如圖1、圖2、圖3所示，包括感應電路、蓄能處理電路及電壓控制電路，所述感應電路連接蓄能處理電路，所述蓄能處理電路連接電壓控制電路，所述感應電路包括高導磁鐵芯及設置在高導磁鐵芯上的線圈，所述線圈與蓄能處理電路相連接。
[0027]所述感應電路利用高壓配電線路自身的電流完成感應取電，而后在蓄能處理電路內進行整流、儲能保護、儲能等操作，而后利用電壓控制電路向架空線路故障指示器進行供電，所述感應電路內設置有高導磁鐵芯及設置在高導磁鐵芯上的線圈。
[0028]所述電源控制電路內設置有二極管Dl、二極管D2、電壓檢測芯片U3、控制芯片LD0，所述二極管Dl的負極與二極管D2的負極相連接，所述二極管Dl的正極分別與控制芯片LDO的輸入端和脈沖寬度調制器的Drain腳相連接，所述控制芯片LDO的控制腳與電壓檢測芯片U3的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的輸入端與二極管D2的負極相連接，所述二極管D2的正極和控制芯片LDO的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的接地端接地，優選的，二極管Dl和二極管D2皆采用發光二極管。
[0029]由于本實用新型提供的能量有限，且存在儲能元件。儲能元件的電壓從“零”慢慢上升到負荷負載工作電壓需要一個比較久的時間過程。如果不進行電壓控制會造成負載震蕩工作。造成儲能元件的電壓一直標準值上下浮動。負載無法正常工作。因此需要一個控制電路來確保負載得到足夠的能量。該控制電路控制LDO芯片，當電壓儲備到較高值時，打開LDO芯片，讓架空線路磁指示器得到電源。當儲備元件能量不足時關閉LDO芯片，所述LDO芯片優選型號為NCP698。
[0030]利用成熟的電壓檢測芯片U3，輔以必要的元器件構成大回差控制電路(電壓控制電路)。傳統的電壓芯片只能實現0.3V的電壓回差，而本實用新型能夠實現3.2V以上的電壓回差控制;該設計電路元器件少，利用成熟的芯片，所以可靠性極高；
[0031 ]當輸入電壓達到4.7V后，電壓經過發光二極管Dl降壓后，電壓變成3.3V，電壓檢測芯片U3的輸出端輸出高電平，LDO開通工作。輸出3.3V電壓。由于消耗電量造成Vin電壓慢慢變低。當低于4.7V后，如果沒有二極管D2反饋輸出極的電壓，電壓檢測芯片U3將截至，造成后續電路無法正常工作。但此時由于二極管D2的存在，可以在低于4.7V后電路繼續工作一段時間，直到Vin低于4V后電路截止工作。如果繼續在發光二極管Dl后面串聯二極管，可以繼續提高輸入電壓，以提高存儲的電量，實現大電壓回差控制。
[0032]實施例2:
[0033]本實施例是在上述實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:所述高導磁鐵芯為坡莫合金基帶所制成的高導磁鐵芯，所述線圈的匝數彡10000匝。
[0034]所述高導磁鐵芯的選擇為:采用特殊鐵磁材料制作柔性鐵芯，采用坡莫合金基帶作為磁基帶，該材料是柔性材料，柔軟程度和塑料類似，可以方便的纏繞在設備上。同時該材料具備良好的磁通特性，是傳統硅鋼的1000倍，也可以快速飽和。我們實驗發現采用20層坡莫合金帶制作的鐵芯厚度只有1.5mm 12A即可快速飽和;為了更多地獲取電磁能量，本實用新型利用坡莫合金基帶制作特殊的鐵芯，厚度達到100層。
[0035]高導磁鐵芯的制作為:
[0036]1、將坡莫合金基帶疊繞100層，層與層之間用高分子樹脂膠粘結并通過高壓強手段壓合后干燥，成型后用CNC機床對開形成C型鐵芯，斷面進行磨合以確保平整、光潔；
[0037]2、采用特殊外殼扣件，插合后通過扣件鎖定鐵芯，將不銹鋼彈簧片，折疊成10度坡度，而后插入卡槽，當不銹鋼彈簧片插過卡槽后，彈起確保鎖止在卡槽內；
[0038]3、采用硅橡膠外殼確保結合部包裹在硅橡膠的保護下。
[0039]線圈的選擇:為了在低電流情況下，獲取更高的電壓，以確保相關電子元件能夠順利導通，選擇大于1000Ei線圈。
[0040]實施例3:
[0041]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:所述蓄能處理電路內設置有整流電路、脈沖寬度調制器、至少一級用于蓄能處理的電能儲存電路，所述線圈與整流電路相連接，所述整流電路與電能儲存電路的輸入端相連接，所述電能儲存電路的輸出端與脈沖寬度調制器相連接，所述脈沖寬度調制器與電壓控制電路相連接。
[0042]脈沖寬度調制器(PWM(脈沖寬度調制)開關電源):由于線路一次側電流很小的時候，架空線路磁指示器也要可靠工作就需要將低電壓提升到足夠高的電壓以確保后續電路的集成芯片能夠工作，所述脈沖寬度調制器的型號為TPS61040-Q1，其中，脈沖寬度調制器的Vref 腳為TPS61040-Q1 的Vin腳，1-sense腳為TPS61040-Q1 的EN腳，Drain腳為TPS61040-Ql的SW腳。
[0043]所述電壓檢測芯片U1、電壓檢測芯片U2及電壓檢測芯片U3優選型號為HT7027的電壓檢測芯片。
[0044]實施例4:
[0045]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:所述電能儲存電路設置有兩級，且兩級電能儲存電路分別設置在脈沖寬度調制器的輸入端和輸出端。
[0046]實施例5:
[0047]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:第一級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的一級儲能保護單元和一級儲能電路，且整流電路的輸出端并聯在一級儲能保護單元上，所述一級儲能電路分別與脈沖寬度調制器的Vref腳和1-sense腳連接。
[0048]實施例6:
[0049]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:第二級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的二級儲能保護單元和二級儲能電路，所述二級儲能保護單元分別與脈沖寬度調制器的Drain腳和gnd腳相連接;所述二級儲能電路還與電壓控制電路的輸入端相連接。
[0050]兩級電能儲存電路的結構相同，所述電能儲存電路內設置有儲能電容Cl、儲能電容C2、電壓檢測芯片U1、電壓檢測芯片U2、可控硅Q1、可控硅Q2、電阻R1、電阻R2，所述儲能電容Cl的第二端與儲能電容C2連接，所述儲能電容Cl的第一端分別與電壓檢測芯片Ul的輸入端和可控硅Ql的源極相連接，所述電壓檢測芯片Ul的輸出端與可控硅Ql的柵極相連接，所述儲能電容Cl的第二端還分別與電壓檢測芯片Ul的接地端、電壓檢測芯片U2的輸入端和可控硅Q2的源極相連接，所述電壓檢測芯片U2的輸出端與可控硅Q2的柵極相連接，所述電壓檢測芯片U2的接地端分別與儲能電容C2的第二端和地相連接，所述可控硅Ql的漏極通過電阻Rl接地，所述可控硅Q2的漏極通過電阻R2接地;第一級的所述電能儲存電路的儲能電容Cl的第一端與脈沖寬度調制器的Vref腳相連接，第一級的所述電能儲存電路的儲能電容C2的第二端與脈沖寬度調制器的1-sense腳相連接;第二級的所述電能儲存電路的儲能電容Cl的第一端與脈沖寬度調制器的Drain腳相連接，第二級的所述電能儲存電路的儲能電容C2的第二端與脈沖寬度調制器的gnd腳相連接。
[0051 ]儲能電容Cl和儲能電容C2皆選用耐壓值為2.8v的超級電容，某個儲能電容電壓超過2.7V后，電壓檢測芯片(Ul或U2)將輸出高電平，導通可控硅(Ql或Q2)讓可控硅(Ql或Q2)泄流以保護電容安全。電阻Rl和電阻R2是限流保護電阻。
[0052]實施例7:
[0053]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，進一步的為更好的實現本實用新型所述感應取電系統，特別采用下述設置結構:還包括電感L，所述電感L分別與脈沖寬度調制器的FB腳和Drain腳相連接。
[0054]實施例8:
[0055]本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，如圖1、圖2、圖3所示，架空線路故障指示器的感應取電方法，利用架空線路故障指示器的感應取電系統采用感應取能的方式對架空線路故障指示器進行供電，包括以下步驟:
[0056]I)利用感應電路從電場中獲取電荷；
[0057]2)通過整流電路將交流電壓進行整流變換成直流電壓；
[0058]3)利用脈沖寬度調制器來實現電壓的轉換，將5?ISv的輸入電壓轉換為5v的穩壓輸出；
[0059]4)將整流后的直流電壓輸送至電能儲存電路內進行蓄能；
[0000]5)進行電量高低的判斷；
[0061]5-1)經步驟4)后，電能儲存電路內所存儲的電能將輸送至電壓控制電路內，利用電壓控制電路內所設置的電壓檢測芯片檢測電量是否達到高限值，若為是，則執行步驟5-2);若為否，則執行步驟5-4);
[0062]5-2)若電量已經達到高限值，則電壓控制電路內的電壓檢測芯片控制電壓控制電路內的LDO開啟，執行步驟6);
[0063]5_3)LD0開啟并向架空線路故障指示器供電時，電壓控制電路內的電壓檢測芯片持續對電量進行檢測，檢測電量是否低于底限值，若為否，則持續進行步驟5-2);若為是，則執行步驟5-4)；
[0064]5-4)電壓控制電路內的電壓檢測芯片控制電壓控制電路內的LDO關閉。
[0065]6)將電能儲存電路內的電能供給與所述感應取電系統相連接的架空線路故障指示器。
[0066]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型做任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:包括感應電路、蓄能處理電路及電壓控制電路，所述感應電路連接蓄能處理電路，所述蓄能處理電路連接電壓控制電路，所述感應電路包括高導磁鐵芯及設置在高導磁鐵芯上的線圈，所述線圈與蓄能處理電路相連接;所述蓄能處理電路內設置有整流電路、脈沖寬度調制器、至少一級用于蓄能處理的電能儲存電路，所述線圈與整流電路相連接，所述整流電路與電能儲存電路的輸入端相連接，所述電能儲存電路的輸出端與脈沖寬度調制器相連接，所述脈沖寬度調制器與電壓控制電路相連接。2.根據權利要求1所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:所述高導磁鐵芯為坡莫合金基帶所制成的高導磁鐵芯，所述線圈的匝數多10000匝。3.根據權利要求1所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:所述電能儲存電路設置有兩級，且兩級電能儲存電路分別設置在脈沖寬度調制器的輸入端和輸出端。4.根據權利要求3所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:第一級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的一級儲能保護單元和一級儲能電路，且整流電路的輸出端并聯在一級儲能保護單元上，所述一級儲能電路分別與脈沖寬度調制器的Vref腳和1-sense腳連接。5.根據權利要求3或4所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:第二級的所述電能儲存電路內設置有相互并聯的二級儲能保護單元和二級儲能電路，所述二級儲能保護單元分別與脈沖寬度調制器的Drain腳和gnd腳相連接;所述二級儲能電路還與電壓控制電路的輸入端相連接。6.根據權利要求1所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:還包括電感L，所述電感L分別與脈沖寬度調制器的FB腳和Drain腳相連接。7.根據權利要求1或2或3或4或6所述的架空線路故障指示器的感應取電系統，其特征在于:所述電壓控制電路內設置有二極管D1、二極管D2、電壓檢測芯片U3、控制芯片LDO，所述二極管DI的負極與二極管D2的負極相連接，所述二極管Dl的正極分別與控制芯片LDO的輸入端和蓄能處理電路的輸出端連接，所述控制芯片LDO的控制腳與電壓檢測芯片U3的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的輸入端與二極管D2的負極相連接，所述二極管D2的正極和控制芯片LDO的輸出端相連接，所述電壓檢測芯片U3的接地端接地。
【文檔編號】H02M3/07GK205666632SQ201620375251
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】陳輝, 鄒家義
【申請人】四川瑞霆電力科技有限公司