Устройство накопления энергии для питания датчиков и индикаторов, имеющих контакт с шинами переменного напряжения от 6 кВ и выше

Полезная модель относится к области диагностики энергетического оборудования.
Из предшествующего известны устройства контроля температуры, использующие независимые источники энергии, например, описанные в патенте RU 2408120 С1.
Описанная в этом патенте конструкция использует источник питания в виде токовой катушки на высоковольтной шине.
Похожие задачи и вопросы, связанные с ними, отражены в патентах:
RU 2408120 С1 27.12.2010
RU 2269190 С1 27.01.2006
US 6061221 А1 09.05.2000
US 20040071185 17.08.2004
US 20060202820 А1 14.09.2006
SU 564547 А1 05.07.1977
SU 469898 А1 05.05.1975
RU 22264682 C1 20.11.2005
Задача, решаемая описываемой полезной моделью, заключается в реализации изделий, отвечающих современным требованиям по безопасности, удобству использования, простоте монтажа, таких как датчики и индикаторы, устанавливаемые непосредственно на шины или другие элементы арматуры высоковольтной сети переменного напряжения от 6 кВ и выше, в которых она используется в качестве источника энергии. Под «переменным напряжением» понимается напряжение с частотой 50 Гц и выше.
Контролируемые процессы, например, изменение температуры, являются инерционными и не требуют высокой частоты измерения и передачи информации. Информацию можно накапливать и передавать с промежутками от нескольких секунд до десятков минут и даже часов, например, по радиоканалу или иным способом. Вырабатываемая Устройством накопления энергии (в дальнейшем УНЭ) энергия достаточна для передачи электромагнитного импульса, несущего информацию с датчика контроля или периодического включения современных электронных устройств.
Устройства контроля температуры или иные устройства могут располагаться непосредственно внутри УНЭ и измерять, например, температуру в месте крепления УНЭ к высоковольтной шине.
Накопление энергии осуществляется на конденсаторе с малым током утечки, с последующим разрядом при помощи токового ключа, также с малым током утечки, реализованного на миниатюрном газовом разряднике или КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник-набор полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем) ключе, динисторе, ином элементе, обеспечивающим требуемую функциональность.
Газовые разрядники обеспечивают минимальный ток утечки при максимальном напряжении и работают в температурном диапазоне до 90°С при токах до нескольких сотен мили Ампер для тлеющего разряда (зависит от типа разрядника).
На Фиг. 1 изображено УНЭ, в качестве примера, в виде металлического полого шарика, установленное на высоковольтной шине 01 Фиг. 1 и состоящее из шарика 02 Фиг. 1 диаметром 30 мм, толщина стенки шарика 1 мм; ножки 03 Фиг. 1 высотой 10 мм и диаметром 10 мм, толщиной стенки 2 мм, изготовленной из изоляционного материала; металлических болта 04 Фиг. 1 и гайки 05 Фиг. 1, посредством которых УНЭ крепится на высоковольтную шину.
Расстояние между поверхностью шарика 02 Фиг. 1 и Заземленной поверхностью 06 Фиг. 1 регламентируются ПУЭ (Правила устройства электроустановок).
В зависимости от места установки и уровня напряжения высоковольтной шины, размеры УНЭ могут отличаться от описанных выше. Вместо шарика может быть использована форма цилиндра, диска или другого геометрического объекта, в том числе покрытого слоем изоляционного материала.
Функциональная схема УНЭ изображена на Фиг. 2.
Принцип работы УНЭ основан на использовании заряда паразитной емкости 09 Фиг. 2, которая формируется между Внешней поверхностью УНЭ 12 Фиг. 2 и, например, заземленной поверхностью стенки шкафа или каркасом опоры 06 Фиг. 2. Значение паразитной емкости 09 Фиг. 2, при описанной геометрии УНЭ в большинстве устройств не менее чем 0,5 пФ. Диодный мост 15 Фиг. 2, с малым током утечки, имеет соединения 07 Фиг. 2 одной стороной с Внешней поверхностью УНЭ 12 Фиг. 2, а другой 13 Фиг. 2 с высоковольтной шиной 01 Фиг. 2 и формирует на своем выходе напряжение положительной полярности, которое заряжает конденсатор 14 Фиг. 2 до напряжения срабатывания токового ключа 08 Фиг. 2. Соединения 07 Фиг. 2 и 13 Фиг. 2, полные сопротивления Z1 и Z2 состоят из активного и реактивного - емкостного, сопротивлений: Z1=R1активное+R1емкостное и Z2=R2активное+R2емкостное. В рассматриваемом примере значение реактивной составляющей равно нулю - R2емкостное=R1емкостное=0.
При достижении уровня напряжения на конденсаторе 14 Фиг. 2, например, в 10 Вольт, ключ 08 Фиг. 2 замыкает контакты 10, 11 Фиг. 2 и разряжает конденсатор 14 Фиг. 2.
Напряжение на конденсаторе 14 Фиг. 2, при котором срабатывает ключ 08 Фиг. 2, зависит от типа ключа.
При разряде емкости 10 мкФ через сопротивление 1000 Ом и начальном напряжении 10 вольт, в течение 10 мс можно обеспечить мощность не менее 3 мВт. Постоянная времени t=RC=10 мс.
Описание не исчерпывает все возможные области применения описываемой полезной модели, а также все возможные варианты ее реализации.