[发明专利]高频铁芯互感器使低压供电智能化

说明书

技术背景

低压供电网中运行开关操作信号、短路事故跳闸信号、短路事故电流值及工作电流和电压等参数不能沿低压电路传输给计算机，而计算机也不能将开关操作信号和查询电路运行参数信号传输给开关、电能表和其它测量仪表，目前操作开关和对电能表计量抄表及三相电流平衡状态等参数不能与计算机联网通讯，只能由人工完成，因此低压供电仍处于人工运行管理的落后状态。若实现低压供电智能化运行方式需要解决以下三个技术难题。

一.低压保护电器普遍采用断路器不能远距离控制操作，仍是人工操作，另外接通和分断短路电流寿命次数低，应将现有断路器接通分断短路电流的寿命次数提高10倍以上，需要解决远距离计算机控制断路器操作技术难题。

二.现有断路器运行出现短路电流时由电磁继电器带动脱扣器使电路分断，而无法测出短路电流值，不知道短路电流值就无法确定断路器电寿命还有几次，如果是极限短路电流，电寿命只有一次，该开关不能继续运行，因此必须测出每次分断的电流值，由计算机记录并储存电寿命次数，特别是分断短路电流值和次数都要累加到电寿命中，这样计算机才能判定开关是否完好，这样在不检查断路器的情况下，控制断路器强送电运行，因此解决短路电流的测量技术后才能使低压供电网实现智能化操作。

三.低压供电网输送大电流、高电压，而计算机弱电通讯信号沿电路传输，不被强电干扰，弱电信号不被损耗掉是最大的技术难题，因此只有解决好低压供电智能化通讯滤波器，才能使弱电通讯信号顺利双向传输，实现计算机、维修电工手机、电网管理人员的联网运行，成为真正的智能电网。

为解决上述技术难题，我在1997年申请了《快速控制保护开关》专利，该专利使交流接触器像断路器一样具备接通分断短路电流能力，2002年在正泰公司工作期间又申请了《交流接触器的控制器》和《电流电压传感器》专利，提高了接触器的接通分断能力，使之超过空气开关分断短路电流能力，该产品则能由计算机远距离控制。由于该产品开距大，分断速度大，合闸时冲击力大，机械寿命低，改进后，冲击力小了，但是动铁芯重而分断速度小，电寿命很低，由于有芯片测量系统，产品成本又高，因此没能顺利进入市场。2004年我退休后，继续研究这个课题，采用直角力矩臂连接动铁芯和动触头的结构方式，使触头开距比铁芯开距大1倍以上，这不但提高了分断能力和电寿命，而且合闸撞击力小，大幅度提高了机械寿命，2010年2月申请《倍比力矩交流接触器》发明专利。又研究出了大电流(也就是各种短路电流)的测量方法，找到了开关采用手机芯片上网的通讯方法，于是可以与计算机和电工手机联网，于是3月份申请《人机网双通供电器》发明专利。又继续研究出了低压供电网的智能化通讯滤波器，可在电路上顺利传输计算机通讯信号，于是可以取代开关内置入手机芯片的通讯方式，使产品成本降低，也节省运行中无线上网通讯运行的费用，只有一台计算机即可管理一台变压器构成的供电网，计算机上网可与维修电工和供电局通讯，该技术同时解决了电能表和家电的通讯难题。

实质性技术内容

低压供电网有电感、电容、电阻三类负载，容性负载对高频通讯电流有强烈的吸收，因此不可能将高频信号电压加在火线和零线间传输。如果在电路中接入串联器件，又会对50周波的电流产生很大损耗，因此在电路上传输高频通讯技术，目前还没有实现。强电系统中的电流互感器接入电路时只将电线穿过铁芯而没有串联器件，只是一匝线圈的电压非常小。而对于50千周的高频信号，当铁芯截面为1cm²时一匝可达25v电压。我们知道供电工作电流有数百安培，如果互感器二次线圈开路铁芯会饱和，但三相电流平衡时零线电流为零，所以将高频互感器穿过零线工作时出现的强电电流值不会很大，另外让计算机控制高频通讯信号在零线电流过零处前后1.5毫秒内工作，零线上出现的强电电流值会更小，这样不会使铁芯饱和。高频电流使铁芯发热升温，但高频通讯在10毫秒可传输20个以上的汉字，因此计算机控制每次通讯时间不超过10毫秒，铁芯温升不会超过10度。