[发明专利]一种用于漏电监测的自取能装置及方法

权利要求书

1.一种用于漏电监测的自取能方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：确定电极形状以及电极的电阻和长度；所选电极需要具有较好的抗腐蚀性、导电性能、抗压强度，以及具有优良的焊接性能；电极长度的选择公式如下:

其中，l为电极长度，I为电力设备或输电线路的漏电流，R_S和X_S为隔离变压器短路阻抗，R_L为监测装置电阻，P₁为漏电监测系统取出的能量，ρ₁为电极的电阻率；

漏电流I以漏电点为中心，在平面介质上向四周扩散，当系统需要电极采集到的电流为I'时，电极形状的确定如下关系式：

其中，S'为电极与介质的接触面积，S为漏电流的扩散面积，I为漏电流；

可得电极与介质的接触面积:

步骤二：确定电极Ⅰ和电极Ⅱ的安放位置；当电力设备或输电线路发生漏电时，漏电流从带电体向周围介质扩散时会形成一定的电位分布，电能采集装置的电极Ⅰ和电极Ⅱ处于不同的电位分布下，形成电位差，用于采集漏电流信号，提取监测装置启动所需的能量；

电极Ⅰ与漏电点距离为r₁，电极Ⅱ与漏电点距离为r₂，根据电流扩散原理，为保证两电极取出的电能足够大，布置两电极时，r₁应尽量靠近漏电点，r₂尽量远离漏电点，先固定r₁的位置，r₂的确定公式如下：

其中，ρ为电流扩散介质的电阻率；I为漏电流；

步骤三：计算所述电能采集装置两电极采集到的电压U₁₂；U₁₂的计算公式如下：

电极Ⅰ与漏电点距离为r₁，此时电极Ⅰ上的电位为：

电极Ⅱ与漏电点距离为r₂，此时电极Ⅱ上的电位为：

两电极间电压U₁₂为：

其中，ρ为电流扩散介质的电阻率；I为漏电流；

步骤四：选择调谐电感；

负载侧阻抗为：

谐振状态下，即

式中，X_S为隔离变压器的短路感抗，可由短路试验求出，电容C1已知，通过选择调谐电感L1的大小，实现谐振；

谐振时，阻抗Z为最小值，有Z＝R_S+R_L

其中，R_S和X_S为隔离变压器短路阻抗，R_L为监测装置电阻；

步骤五：计算自取能漏电监测系统取出的能量P；

谐振时，流入负载的电流为最大值，即：

取能装置输出功率为：

漏电流扩散介质的电阻率ρ，漏电流I，两电极间电阻R，电极距漏电点距离r₁和r₂，负载R_L已知，短路电阻R_s可由短路试验求出，通过以上公式可以得到自取能漏电监测系统的输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种用于漏电监测的自取能方法，其特征在于，所述电极Ⅱ的选择与布置，具体为：

根据电流扩散原理，求得两电极间电压为：

根据欧姆定律，求得两电极间电压为：

由式(1)(2)可得：

系统取出的能量为：

系统取出的能量用以启动监测装置，令P＝5W，有：

由式(3)(4)得：

其中，Z为系统侧阻抗，Z＝R_S+R_L，若r₁已知，则r₂的表达式如下：

式中，电极Ⅰ与漏电点距离为r₁，电极Ⅱ与漏电点距离为r₂，根据电流扩散原理，为保证两电极取出的电能足够大，布置两电极时r₁应尽量靠近漏电点，r₂尽量远离漏电点；ρ为电流扩散介质的电阻率；I为电力设备或输电线路的漏电流，R_S和X_S为隔离变压器短路阻抗，R_L为监测装置电阻；

同时，由式(3)(4)可得电极Ⅱ的电阻为：

电阻表达式为：其中ρ₁为电极的电阻率，l为电极长度，S为电极的横截面积；

采集电流时，电极越长，能够采集到的能量越多，所以这里电极的横截面积S取值远小于电极长度值，可以忽略不计，R近似等于ρ₁l；

可得电极Ⅱ长度为：

其中，l为电极Ⅱ长度，I为电力设备或输电线路的漏电流，R_S和X_S为隔离变压器短路阻抗，R_L为监测装置电阻，ρ₁为电极的电阻率。