ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ОТБОРОМ МОЩНОСТИ ОТ ФАЗНОГО ПРОВОДА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02H3/00 H02H3/08 H02J3/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания.

Известен вторичный источник питания с отбором мощности от тока фазного провода, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между источником питания и его нагрузкой, а вторичная обмотка через выпрямитель каскадно соединена с параллельно включенным конденсатором и нагрузкой преобразователя (патент РФ №2326479, МПК Н02Н 03/08 (2006/01), опубл. 10.06.2008 г.).

Недостатком вторичного источника питания является сложность конструкции ввиду выполнения первичной обмотки в виде фазного провода внутри кольцевой катушки трансформатора тока.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от тока фазного провода, содержащий первичный преобразователь в виде незамкнутого магнитопровода, на котором размещена многовитковая проводящая обмотка, выходные зажимы которой через последовательно с ней включенный неполярный конденсатор подключены к входным зажимам выпрямительного диодного моста, причем емкость неполярного конденсатора определяет реактивное сопротивление на частоте фазного тока равное по модулю реактивному сопротивлению многовитковой проводящей обмотки, незамкнутый магнитопровод размещен на удалении h от фазного провода, а направление его продольной оси совпадает с направлением касательной к окружности, которая проходит через точку положения центра симметрии незамкнутого магнитопровода, а центр которой на оси провода и которая лежит в плоскости, перпендикулярной оси провода (патент РФ №2414034. МПК H02J 3/00; Н02Н 3/08; опубл. 10.03.11 г.).

Недостатком вторичного источника питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения является сложность конструкции первичного преобразователя в виде магнитопровода, на котором размещена многовитковая проводящая обмотка.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции вторичного источника питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения.

Решение этой задачи достигается тем, что известный вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения, содержащий фазный провод, первичный преобразователь с выходными зажимами, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, первичный преобразователь выполнен в виде металлической сетки, лежащей на земле и протяженной вдоль направления фазного провода, и размещенными над металлической сеткой с помощью изоляторов с высотой h, n отрезков изолированного провода, где n - целое число и n≥1, которые параллельны направлению фазного провода, причем один из концов каждого отрезка изолированного провода присоединен к контактной точке на металлической сетке, а второй его конец служит первым выходным зажимом первичного преобразователя, вторым выходным зажимом первичного преобразователя является контактная точка на металлической сетке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема вторичного источника питании с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения с одним отрезком изолированного провода, на фиг.2 показан вторичный источник питания с n отрезками изолированного провода.

Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода 1 линии передачи высокого напряжения содержит первичный преобразователь 2 с выходными зажимами 3 и 4, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 5, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 6, металлическую сетку 7 из проводящего материала, n, где n - целое число, большее единицы, отрезков изолированного провода 8 и изолятор 9 с высотой h.

Один из концов 10 отрезка изолированного провода 8 присоединен к контактной точке 11 на металлической сетке 7, а второй его конец 12 служит первым выходным зажимом 4 первичного преобразователя 2, вторым выходным зажимом 3 первичного преобразователя 2 является контактная точка 13 на металлической сетке.

При размещении над металлической сеткой 7 параллельно направлению фазного провода 1 нескольких отрезков изолированного провода 8, они включены параллельно между контактной точкой 13 на металлической сетке 7 и первым выходным зажимом 4 первичного преобразователя 2.

Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения работает следующим образом.

Размещение отрезка изолированного провода 8 на изоляторе 9 с высотой h под фазным проводом 1 линии электропередачи высокого напряжения приводит к наведению на изолированном проводе 8 потенциала, пропорционального при (фиксированной высоте Н подвеса фазного провода 1 и напряжению фазы U_ф) высоте h изолятора 9, смещению продольной оси изолированного провода 8 в поперечном направлении сечения линии электропередачи от проекции фазного провода 1 на поверхность земли и проводимости земли. В случае высокой проводимости поверхности земли (теоретически стремящейся к бесконечности), в приближении H>>r₀, где r₀ - радиус фазного провода, малой высоте h изолятора 9, что следует из требуемого низкого (относительно фазного) напряжения U_вых вторичного источника, которую можно считать соответствующей неравенству Н>>h, напряжение, возникающее на единичной длине изолированного провода относительно земли, будет пропорционально отношению погонных поперечных емкостей фазного провода и выразится формулой

$$U_{вых}=\frac{U_{ф}\ln \frac{2h}{r_{ИП}}}{\ln \frac{2H}{r_0}}\left[В/м\right],\left(1\right)$$

где r_ип - радиус отрезка изолированного провода 8.

Выходное напряжение вторичного источника определяется произведением напряжения U_вых на единице длины отрезка изолированного провода 8 на длину отрезка l.

Реально выходное напряжение U_вых меньше, чем расчетное по формуле (1) и тем ближе к нему, чем выше проводимость поверхности земли. Для повышения проводимости поверхности земли под отрезком изолированного провода 8 размещена металлическая сетка 7.

Геометрические размеры первичного преобразователя 2 с требуемой величиной U_вых·l выбираются по формуле (1) в результате расчета требуемой высоты h изолятора 9 (при условии заданных параметров фазного провода: высоте подвеса, радиусе провода, фазному напряжению на нем).

Преобразователь-регулятор напряжения 5, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 6, служит для преобразования переменного напряжения с промышленной частотой, возникающего на выходных зажимах 3 и 4 первичного преобразователя 2, в напряжение определенного уровня и временной формы, необходимого для снабжения энергией питания конкретной полезной нагрузки.

Увеличение выходной мощности вторичного источника питания достигается простым увеличением числа включенных параллельно отрезков изолированного провода 8. Число включенных параллельно отрезков изолированного провода 8 ограничено допустимым для обеспечения работы первичного преобразователя их взаимным влиянием и на практике ограничено числом 100 при условии диаметров проводников до 0,5 мм. Увеличение числа отрезков изолированного провода 8 не усложняет конструкцию вторичного источника.

Поставленная техническая задача - упрощение конструкции вторичного источника питания с отбором мощности от фазного провода 1 линии электропередачи высокого напряжения достигнута за счет конструкции первичного преобразователя 2, которая реализована на основе дешевой комплектации в виде проводящей сетки и проводов малого сечения, рассчитана на размещение на удалении от фазного провода и без механического воздействия на него.

Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода 1 линии электропередачи высокого напряжения 220 кВ, круговой промышленной частоте ω=314 рад/с, высоте подвеса фазного провода 1 Н≈10 м, в приближении Н>>r₀, где r₀ - радиус фазного провода, высоте изолятора 9h ≈ r₀ ≈ 2 мм и одном отрезке изолированного провода 8 длиной 60 м позволяет снять с выходных зажимов 3 и 4 первичного преобразователя 2 мощность не меньше 0,5 Вт при напряжении 20 В. Десять включенных параллельно отрезков изолированного провода 8 обеспечат на выходных зажимах 3 и 4 первичного преобразователя 2 мощность 5 Вт при напряжении 20 В.

Этой мощности достаточно для обеспечения работы, например, маломощных первичных датчиков и систем радиоканальной передачи данных.

Применение вторичного источника бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения позволяет обеспечить устойчивый режим питания автономных автоматических измерительных устройств, размещенных под потенциалом земли вблизи проводов высоковольтных линий.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в осуществлении устойчивого режима питания автономных автоматических измерительных устройств, размещенных под потенциалом земли вблизи проводов высоковольтных линий. Для этого заявленное устройство содержит фазный провод 1, первичный преобразователь 2 с выходными зажимами 3 и 4, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 5, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 6, металлическую сетку 7 из проводящего материала, n отрезков изолированного провода 8, где n - целое число, большее единицы, и изолятор 9 с высотой h, при этом один из концов 10 отрезка изолированного провода 8 присоединен к контактной точке 11 на металлической сетке 7, а второй его конец 12 служит первым выходным зажимом 4 первичного преобразователя 2, вторым выходным зажимом 3 первичного преобразователя 2 является контактная точка 13 на металлической сетке. 2 ил.

Вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения, содержащий фазный провод, первичный преобразователь с выходными зажимами, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, отличающийся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде металлической сетки, лежащей на земле и протяженной вдоль направления фазного провода, и размещенного над металлической сеткой с помощью изоляторов с высотой h, n отрезков изолированного провода, где n - целое число и n≥1, которые параллельны направлению фазного провода, причем один из концов каждого отрезка изолированного провода присоединен к контактной точке на металлической сетке, а второй его конец служит первым выходным зажимом первичного преобразователя, вторым выходным зажимом первичного преобразователя является контактная точка на металлической сетке.