[发明专利]一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电工技术领域，采用复合磁芯材料的电流互感器，通过输电线路感应获取电能的装置和电路，特别适用高压输电线路监控设备提供电源。

背景技术

高压电缆是我国电力网架的主要组成部分，对其运行状况进行在线监控成为提高电网可靠性的重要环节，但是对这些安置于输电线路周边的监控设备的供电很不方便，如在野外或地下一般不能提供220V交流市电，而采用光伏电池板或蓄电池供电的稳定性和免维护性较差。只有采用电流互感器通过电磁感应直接从高压输电线路取电是一种较为安全稳定、可长期免维护的供电方式。然而，高压输电线路的电流波动很大，传统的电流互感器取电装置在输电线路电流小时，不能从输电线路上获得足够的输出电压和功率，难以维持对监控设备的正常供电；在输电线路电流较大时，传统电流互感器的磁芯将进入饱和状态，引起磁芯发热，影响电缆绝缘层的寿命。因此，解决取电电路在小电流状况下输出合适功率、在大电流情况下满足负载要求情况下，互感器不发热者两个问题，成为取电装置设计的关键。

专利号200910045470.9的中国发明专利，公开了一种基于电流互感器的高压输电线路取电装置，其电路原理图如图1所示，电流互感器(1)的输出端经二极管整流滤波单元(2)后得到为负载供电的直流电压。设穿过电流互感器的输电线路交变电流的角频率为ω₀，有效值为I_s；电流互感器的副边匝数为n，副边励磁电感为L_m；负载为阻值等于R_L的电阻。则该取电装置获得的直流输出电压U_o完全由上述输电线路、取电装置、负载等的参数决定，不可人为控制。随R_L增大，U_o也逐渐增大，在R_L =∞时该取电装置获得最高的直流输出电压

                                                                           

在I_s较小时，即使是U_om也较小。此时在不改变电流互感器副边匝数n的条件下，为通过该取电装置获得足够大的输出电压和功率，只能采用增大电流互感器的励磁电感L_m的方法；亦即，该取电装置必须配合大励磁电感、大体积的电流互感器使用，才能在输入小电流时获得足够的输出电压和功率，带来电流互感器成本的增加和安装的不便。在输电线路电流大时，该取电装置获得的输出电压和功率过大，该专利添加能量泄放电路将获得的过量功率通过泄放电阻消耗，造成能量的浪费。

       为增大互感器输出阻抗，专利号201310206669.1的中国发明专利，公开了一种基于电流互感器谐振取电的直流源，如图2所示，其采用外部并联电容的方法，使外部并联电容与互感器电感谐振，以达到增大设备输出阻抗的效果。但是，该方法在大电流情况下的稳压控制方法比较复杂，容易产生失控现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器、谐振电容C_r、整流滤波单元、负载R_L。电流互感器采用复合磁芯材料，在输电线路电流较小时，该取电装置具有很高的取电效率；输电线路电流较大时，该取电装置在输出稳定电压的同时，避免电流互感器发热。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种采用复合磁芯材料的电流互感器获取电能的装置，包括电流互感器、谐振电容C_r、整流滤波单元、负载R_L，电流互感器(1)与谐振电容（C_r）、整流滤波单元（2）、负载（R_L）连接；电流互感器采用复合磁芯材料，电流互感器用于获取穿过其磁芯的电缆上的感应电流；电流互感器副边激磁电感值L_m与C_r满足谐振条件，即，其f为互感器原边电流频率。

优选的是，所述电流互感器套在高压输电线路上，输电线路交变电流穿过电流互感器磁芯，并在其副边绕组上产生感应电流。