專利名稱：用于高壓線路的由體電容電場激勵的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可操作為耦接至高壓電力線路的裝置。
背景技術：
一般而言，當電力公司需要將電力傳輸很遠距離時，電力以相對較高的電壓傳輸。這些高電壓通常比電力用戶使用的電壓高得多。當某電力線路使用大于1千伏(kv)且小于40kv的電壓時，這種電力線路一般稱為配電線路。當使用大于40kv的電壓時，這種電力線路一般稱為傳輸線路。與配電線路相比，傳輸線路通常用于在更遠的距離上傳輸更大量的電力。
當發(fā)電商想要連接至電網(wǎng)時，可根據(jù)發(fā)電商的發(fā)電廠的容量而在配電線路級別或傳輸線路級別進行連接。越來越常見的是，由于電力工業(yè)解除了管制，發(fā)電商的發(fā)電廠與該發(fā)電廠將要連接的傳輸和配電線路并不屬于同一家公司。這些類型的發(fā)電商常被稱為獨立發(fā)電商(IPP)。由于電力線路和發(fā)電廠不屬于同一家公司，所以精確確定發(fā)電廠通過傳輸或配電線路提供給電網(wǎng)的電量變得尤為重要。即使發(fā)電廠和電力線路屬于同一家公司，精確監(jiān)視(monitor)提供給電網(wǎng)的電量通常也是有利的。
IPP常常僅在對電的需求旺盛使得發(fā)電很劃算時才發(fā)電。因此一些IPP可能僅在一年中的小部分時間內發(fā)電。當IPP不提供電力給電網(wǎng)時，其發(fā)電機通常關閉，從而IPP實際上從電網(wǎng)取電。這種情況下從電網(wǎng)取得的電量通常比IPP發(fā)電時的電量小得多。當發(fā)電廠閑置時，IPP的用電很可能僅僅是其發(fā)電能力的1/1000或更少。通常希望對IPP在閑置期間消耗的能量精確地計費并對在生產(chǎn)期間所產(chǎn)生的能量精確地補償。
希望用能量計和其他儀器來監(jiān)視至/自發(fā)電商的電力流量，以精確測量發(fā)電商空閑時的用電和發(fā)電商工作時的發(fā)電量。這意味著可能需要在例如1000倍的較寬動態(tài)范圍內進行精確的能量計量和監(jiān)視。通常以電網(wǎng)級電壓進行能量計量和監(jiān)視。因此，電壓不會大幅度改變(也許改變其標稱值的+/-10％)。這意味著能量計量和監(jiān)視裝置所見的電力流量的較寬范圍變化主要是由電流的變化所引起。
在Hyatt等人的美國專利申請No.10/341,079-“在電流讀數(shù)上具有擴展的動態(tài)范圍的能量裝置”中，描述了能在較寬的動態(tài)電流范圍內進行測量的能量計，通過參考將該申請援引于此。
使用電流的動態(tài)范圍容量較寬的能量計可以部分解決精確監(jiān)視至/自發(fā)電商的電力流量的問題。此種應用的多個能量計一般通過多個外部電流和電壓傳感器而連接起來。電流傳感器本身至少也應具有較寬的動態(tài)范圍。例如Electricity Today的2003年第2期刊印的作者為Klimek的“光學技術新一代儀表變壓器”一文所述的那些光學電流傳感器通常都已經(jīng)能夠提供最大的動態(tài)范圍。這些傳感器通常安裝在較大的絕緣體堆(insulator stack)上，并且重達數(shù)百千克。
將傳感器安裝到高壓傳輸線路的安裝費用通常是高昂的。事實上，在某些情況下，安裝費用可能比傳感器本身的費用高。安裝費用高的一些原因包括傳感器體積大、重量重，以及在安裝、重裝或替換有缺陷的傳感器時所要經(jīng)歷的停工期。這些傳感器中許多傳感器的絕大部分重量和體積在于用于使傳感器與地絕緣并支撐傳感器的絕緣體。
在對發(fā)電商生產(chǎn)和消耗的能量精確記賬時，還必須考慮需要定期校準儀表以確保精度。這意味著傳感器要被定期卸下并送往校準，同時安裝替換的傳感器。這樣就產(chǎn)生了安裝/重裝的費用以及由于傳感器的重量大而導致的可觀的運輸費用。再校準間隔大約為三年，單個傳感器的安裝和重裝費用約為$100,000。
以下這種傳感器也可以得到，這種傳感器使用流經(jīng)被它們監(jiān)視的線路的電流所產(chǎn)生的磁場來激勵傳感器本身。在Fernandes的美國專利No.4,799,005-“包含小型線路安裝模塊(line-mounted module)的電力線路參數(shù)測量裝置和系統(tǒng)”中，描述了這樣的一種裝置。盡管這種裝置可以降低安裝和重裝費用，但是由于它由流經(jīng)被它測量的線路的電流產(chǎn)生的磁場所激勵，所以當線路電流在較寬的動態(tài)范圍內變化時，它并不適用。這是因為低電流產(chǎn)生的磁場不足以產(chǎn)生足夠的電力來激勵這種裝置，或者用于激勵這種裝置的變流器(“CT”)及相關電路太復雜或昂貴而不實用。
高壓電力線路在各種地形上縱橫交錯。這些線路通過水路、山谷、公路，穿過或圍繞城市，等等。有時，人們從地面上可以看到它們。有時從飛機上不能明顯看到它們。當它們穿過支撐塔之間的距離很長的山谷或水路上方等遼闊區(qū)域時，這尤其是個問題。通常，通過使用由聯(lián)邦適航通報150/5345-43E規(guī)定的低壓AC電力網(wǎng)輸配電裝置和標準紅色熾光障礙物燈固定器，以障礙物燈對傳輸線路支撐結構進行照明。對實際的傳輸線路懸鏈線的識別通常局限于懸掛無源的、明亮涂色的球體。這些方法在夜間或能見度降低的情況下僅能提供微弱的航空識別。
近來的技術進步已經(jīng)具有將障礙物照明裝置通過許多不需要連接至外部電源的自激勵裝置而直接連接到高壓傳輸線路電線的能力。現(xiàn)在，聯(lián)邦適航通報AC 70/7460-1K提供了將直接式懸鏈線障礙物照明裝置的用法細化的指南。美國專利No.5,448,138-“航空障礙物燈”描述了能夠直接進行障礙物照明的裝置，其使用安裝在電力線路附近的耦合線圈通過磁耦合取電。俄勒岡州的“P and R Technologies of Beaverton”公司提供了許多自激勵傳輸線路障礙物標志器。它們的SpanFlashTM系列的傳輸線路標志器使用磁場電源，其最小需要50安培電流用于結合有氣體放電照明方案的校正操作。當傳輸線路電流低于一個導致磁場不足以支持充足發(fā)電的下限時，這種技術不起作用。許多傳輸線路、尤其是那些來自獨立發(fā)電商的傳輸線路，根據(jù)負載情況而經(jīng)歷較寬的工作電流范圍。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的許多方案中的一個方案，提供一種耦接于帶有高的交流線路電壓的電力線路的裝置。該裝置具有帶有體電容的電導體(conductivebody)。該裝置還具有帶有至少兩個輸入端子的電源，包括耦接至電導體的第一輸入端子和耦接至電力線路的第二輸入端子。電源與電子電路耦接，將電導體與電力線路之間的電力流量轉換為用于運行所述電子電路的電力供應，該電力供應的電壓充分低于所述高的交流線路電壓。
這里還將進一步描述，本發(fā)明還提供了將電導體與電力線路之間的電力流量轉換為用于運行所述電子電路的電力供應的其他多個方案。本發(fā)明由所附的權利要求書限定，而此簡要說明的任何部分均不是對權利要求的限制。下面結合優(yōu)選實施例論述本發(fā)明的進一步的方案和優(yōu)點。


請注意，附圖僅描述本發(fā)明的典型實施例，因此不應被視為對本發(fā)明范圍的限制。通過使用附圖，將描述和說明本發(fā)明實施例的附加特性和細節(jié)，在附圖中圖1示出本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的一個示例的截面，并且既示出機械元件又示出電子元件；圖2示出耦接于電力線路的本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的第二個示例；圖3示出本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的第二個示例的截面；圖4示出本發(fā)明的電源模塊的第二個示例的示意圖；圖5示出本發(fā)明的電源模塊的第三個示例的示意圖；圖6示出本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的第二個示例的一部分的示意圖；圖7示出耦接于電力線路的本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的第三個示例；圖8示出本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的第三個示例的示意圖；圖9示出利用本發(fā)明的高壓傳輸線路連接裝置的系統(tǒng)；圖10示出本發(fā)明的電場傳感器；圖11示出圖10的電場傳感器的截面；圖12示出圖10的電場傳感器的組合物理/電子視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及這樣的一種裝置，其可連接至高壓傳輸線路，通過從高壓線路與該裝置的元件的體電容之間流動的電流產(chǎn)生相對較低的電壓來激勵它們自身。一類裝置是傳感器。所感測的參數(shù)可以包括電流、線路溫度、振動(由電弧、電暈或其他作用引起)、應變/張力(由冰、風荷載、導體破裂、電力塔倒塌等引起)、電場(其指示線路上的穩(wěn)態(tài)和瞬時電壓)、雷電檢測(瞬時或光學的)等。另一類裝置是指示器。指示器可以包括航空器警報燈、信息牌等。其它裝置包括RF發(fā)射/接收或中繼器器件(例如與無線電話一起使用)、雷達器件、網(wǎng)狀網(wǎng)絡節(jié)點、視頻/音頻監(jiān)視器(surveillance)、用于恐嚇動物的的發(fā)聲器件、橫貫電力線路的靶標(drone)等。所有這些裝置的共同組件涉及一種電源能源裝置，其用于產(chǎn)生運行裝置所需的相對較低的電壓。
如這里所詳細描述的，運行裝置所需的電壓充分低于高的交流線路電壓。例如，與運行裝置相關的較低電壓一般小于100Vdc。在許多示例中，不超過12Vdc的電壓用于運行這里描述的裝置中使用的傳感器、指示器或其它電子組件。相對照的，高的交流線路電壓的范圍能夠從例如10kVac到1000kVac以上。典型的傳輸線路具有230kVac線到線(三相)的高壓或132.8kVac線到地的高壓。
現(xiàn)有的自激勵傳輸線路傳感器，尤其是用于電流測量的傳感器，如上所述形式多樣，采用各種換能器拓撲和數(shù)據(jù)傳輸方法。從安裝和高壓(“HV”)絕緣的立場來講，自激勵顯然是有益的。在許多情況下，激勵能量來自多種磁場方法，通過這些磁場方法，電力通過磁感應取得，典型地是通過使用軸向夾在傳輸線路導體上的磁芯和次級繞組。這些方法的主要困難是依賴于在某些限定的和較寬的動態(tài)范圍內產(chǎn)生足夠的磁場強度所需的足夠的線路電流。以低的線路電流，例如閑置的IPP發(fā)電廠的線路磁化電流，將難以提供激勵傳感器及其相關電子元件(微處理器、RF鏈路等)所需的能量。如果線路電流低于臨界閾值，那么傳感器可能會完全停止運行。一個恒量是線路電壓，其通?？偸强傻玫?。一般而言，當電壓在與持續(xù)時間短的瞬態(tài)事件相關的情況不同的情況下消失時，線路激勵電流也消失，因此不再需要測量許多參數(shù)。
本發(fā)明的示例利用以下事實，即金屬性或其他導電體(任意形狀)具有電流可以流過的體-地電容。電流和所得的電壓可以電轉換為適用于電子裝置能量需求的電流和電壓級，而不需在兩個高壓電位之間進行物理連接，這會破壞理想的電絕緣狀態(tài)。
以下的描述和

了各種示例性的裝置，它們可以安裝至或形成部分電子傳輸線路，并從該線路獲得運行電力。每個示例性的裝置包含通常稱為元件108的電源模塊，并且該電源模塊的每個變型稱為元件108a、108b、108c等。理解以下這一點是很重要的，即，在各種示例性的裝置中，電源模塊108的每個變型均可以互換，并且仍能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
下面，參照圖1描述可以安裝作為高壓傳輸線路的一部分的高壓傳輸線路連接裝置(“HVTLAD”)100。HVTLAD 100包括柱形傳感器體1，其由導電材料(例如鋁)殼體形成，具有環(huán)繞位于中心的傳輸導體10徑向和軸向地分布的多個導電端片5，傳輸導體10穿過柱形傳感器體1延伸而超過導電端片5。傳輸導體10由兩個電絕緣的支撐套管15支撐并穿過這兩個支撐套管延伸，從而被機械地連接，但與電連接的柱形傳感器體1和導電端片5電絕緣(galvanically isolated)。
傳輸導體10還包括端片電纜夾具20或其他裝置，用于將HVTLAD 100與電力線路導體對齊地夾住，從而允許電力傳輸線路系統(tǒng)中的機械和電連接。應當理解，傳輸導體10和電纜夾具20的尺寸適于特定傳輸線路安裝的線路電流、張力和接口要求。包括在關鍵位置定位和定尺寸的導電環(huán)形電暈環(huán)30可以在小曲率半徑規(guī)定了它們的放置的區(qū)域內防止發(fā)生不希望的電暈放電。電暈環(huán)30的尺寸由傳輸線路工作電壓確定，并且它們一般包括在約100kVac以上的傳輸線路電壓處。這些環(huán)形電暈環(huán)30可以電性地和機械地與柱形傳感器體1和導電端片5接觸，并且除它們的電暈縮減效果之外，還提供額外的體電容。額外的電暈罩35可以裝配到傳輸導體10的兩端。應當理解，整個傳感器體的通常的幾何形狀不限于上述的柱形，而可以是其它形狀。應當理解，體電容是形狀和表面面積的函數(shù)，給定應用的優(yōu)選形狀主要由AC線路工作電壓和間隔要求所規(guī)定?？梢允褂萌缦旅枋龅耐耆蛐蔚慕饘賯鞲衅黧w，它們具有相似的性能，且不脫離已描述的通常操作。
柱形傳感器體1容納電源模塊108a。在電源模塊108a內，變壓器T1 36具有Np匝的初級連接，其連接在傳輸導體10和柱形傳感器體1之間。柱形傳感器體1電連接至導電端片5和環(huán)形電暈罩30。應當理解，傳輸導體10通過絕緣體套管15與HVTLAD 100的剩余部分電絕緣，且傳輸導體10相對于地以高的AC電壓級工作。由于整個HVTLAD 100總的體電容和傳輸導體10上的高電壓，小的AC初級電流Ip 37通過初級繞組流入柱形傳感器體1。一般的高的AC線路電壓值范圍是從10kV到1000kVac以上，且此處討論的一般傳輸線路值為線到線(三相)230kVac或線到地132.8kVac。
相對于傳輸線路高度處的地表面，體電容在皮法(“pF”)范圍內，當柱形傳感器體1長約1m直徑約30cm時，此處討論的一般值是50pF。HVLTAD 100的幾何形狀、地面上的傳感器高度、以及其它導體例如電力塔和其它傳輸導體(其它相位導體)的接近度(proximity)組合起來以確定確切的體電容。注意到以下這點很重要如果體電容足夠高而能建立足夠的工作初級電流Ip 37，并且由于電源加載引起的在變壓器T1 36的初級繞組處呈現(xiàn)的反射負載阻抗的值足夠高，而使得在初級繞組和有效體電容的串聯(lián)連接上獲得足夠的分壓，那么確切的體電容并不重要。
初級電流Ip 37的大小由施加到傳輸導體10的傳輸線路電壓和在所使用的特定線路頻率(對于世界上部署的絕大多數(shù)傳輸線路一般為50或60Hz)處總的體電容的電抗性阻抗確定。為說明目的，將50pF的體電容轉化成60Hz處53兆歐姆的電抗性阻抗。這導致132.8kVac/53e6(等同于2.5mA RMS)的電抗性初級電流Ip 37。變壓器T1 36的初級繞組兩端的電勢差比傳輸導體10相對于地的電勢(＞132kVac)小，而在計算初級電流Ip 37流量時可以忽略。由于有源器件例如以下描述的齊納二極管D1和D2 41的箝位作用，變壓器T1 36的初級繞組兩端的電勢差(因此是傳輸導體10與HVTLAD 100本體之間的電勢)保持為小于傳輸導體10的電勢。
變壓器T1 36可以使用帶子纏繞的環(huán)形設計來構建，并且可以使用損耗非常低的芯材料，以將初級磁化電流減少到低于可得的驅動初級電流Ip 37的水平，來獲得可用的變壓器作用(transformer action)。也可以設計將繞組間電容保持在最小水平。變壓器T1 36起到降壓(step down)變壓器的作用，即Np/Ns的比值大于1。例如，使用的匝數(shù)比為80，但應當理解也可以使用其它匝數(shù)比。初級電流Ip 37感應出次級電流Is 40，后者通過二極管橋DB142整流，并對電容器C1 44充電。二極管橋DB1 42的負輸出連接至系統(tǒng)地(system ground)43，系統(tǒng)地43電接合至屏蔽式電子器件機架60，機架60也電連接至柱形傳感器體1。這形成了所有電子電路的“系統(tǒng)”地。以此方式，傳輸導體10相對于柱形傳感器體1維持一個電壓差，其等于變壓器T1 36兩端的初級繞組電壓。電容器C1 44的電壓增大到+12Vdc的水平，在此點，次級齊納二極管D1和D2 41箝位次級電壓，以并聯(lián)調節(jié)(shunt regulation)+12Vdc的電源電壓45。齊納二極管的箝位作用將變壓器T1 36的次級電壓限制為峰峰值約12.7伏。變壓器T1 36通過匝數(shù)比Np/Ns，將被箝位的次級電壓轉換為在初級繞組處峰峰值約為1200伏。以此方式，變壓器T1 36的高的初級電壓和低的初級電流轉換為低電壓和較高的電流，可用于向傳感器的電子器件供能。
可以設置逆變器/轉換器塊46，以提供傳感器的電子器件所需的多種輸出。其通過單個的12Vdc電源電壓45工作。應當理解，對于特定的感測應用，也會需要其它的電壓電平和組合，而不會脫離本發(fā)明的精神。還應當理解，其它次級繞組和整流器電路能夠加到變壓器T1 36上，以減少對電子開關模式電壓轉換電路的依賴。
可以設置氣體放電管50，以在因可能的雷擊或其它持續(xù)時間短的線路事件引起的瞬時線路情況下限制變壓器T1 36的初級電壓。氣體放電管50的特征是具有低的極間電容(一般1pF)，這有利于防止體電容性電流從變壓器初級繞組轉移。還應當理解，其它類型的瞬時抑制器件也可以使用。
如所示，電流傳感器(current transducer)65耦接至傳輸導體10。電流傳感器65可以具有較寬的動態(tài)范圍，從100mA RMS到超過2000Arms(雖然在該示例中也可以用許多其它的電流范圍)。適當?shù)碾娏鞲袦y拓撲包括傳統(tǒng)的環(huán)形磁芯類型、有源補償?shù)牧阃款愋?有源CT)、霍耳效應、光學電流傳感器(光學CT的組件)以及Rogowski線圈，在精度、成本、重量、動態(tài)范圍以及可用帶寬方面，上述每個類型各有優(yōu)劣。當收益應用要求高精度時，可以使用有源補償芯的類型。當某些防護應用要求高的電流動態(tài)范圍和/或高的帶寬時，可以使用Rogowski線圈。
電流傳感器65的輸出是可能需要由模擬電路66進行放大和信號調節(jié)的模擬信號。此模塊可以包括由自動調節(jié)范圍的處理器控制的可選擇的模擬增益塊。模擬電路66的模擬輸出可以連接至Alias濾波和A/D轉換模塊67，后者除掉高于1/2采樣速率或奈奎斯特速率的頻率成分。A/D轉換器以一定的采樣速率(例如，256個采樣點/秒)將模擬信號數(shù)字化，再提供數(shù)字信息給處理器模塊68。處理器模塊68控制模擬電路66以及Alias濾波和A/D轉換模塊67，同時處理并打包A/D采樣點流。處理器模塊68與RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69通信，后者用于發(fā)送所獲得的電流波形至所耦接的地面接收機(未示出)，在地面接收機處可以處理波形用于電力測量或電力質量信息。RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69可以在特高頻VHF或更高的頻率工作，并使用魯棒調制和誤差校正方法，以實時提供可靠而安全的遙測數(shù)據(jù)。另外，RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69和/或處理器模塊68可以實施加密和/或認證機制，以便使所發(fā)送和/或接收的數(shù)據(jù)難以被篡改。
RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69通過由LI和C2形成的無功匹配網(wǎng)絡75耦接至天線76。匹配網(wǎng)絡75的目的是將RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69的輸出有效地阻抗匹配至天線76，并將暴露在外的天線76的DC或低頻電勢維持在屏蔽式電子器件機架60的電勢。其它電感、電容、傳輸線路短截線和/或變壓器匹配電路可用于獲得相似的功能。所示出的電路75實際上是具有電感器LI 75的高通濾波器，相對于屏蔽式電子器件機架60的公共電勢維持天線76的0DC和低頻(50/60Hz)電勢。
柱形傳感器體1可以垂直分為兩個互相絕緣的分離的部分。如前所述，第一部分可用于獲得器件的工作電力。第二部分可用于通過監(jiān)視從傳輸導體10到第二部分的體電容的電流，來感測傳輸導體10上的電壓。因此，可以設置第二傳感器以提供表示傳輸導體的電壓的模擬信號給模擬電路66。以此方式，在傳輸數(shù)據(jù)前，由于可以本地獲得電流和電壓信號信息，所以處理器68可以直接計算電力參數(shù)，例如流經(jīng)傳輸導體的瓦特數(shù)。另外，通過監(jiān)視初級電流Ip 37并利用適當?shù)男盘柼幚?，也可以獲得傳輸導體10上的電壓，而不需要增加第二部分。
額外的傳感器也可以接口連接到處理器68，并由逆變器/轉換器塊46激勵。這些額外的傳感器可以包括振動、張力、溫度(導體的溫度和環(huán)境溫度)、雷電檢測器和其它類型的傳感器。
可以使用RF發(fā)射機來取代RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69。另外，RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69可以用激光、光纖、或其它光學數(shù)據(jù)收發(fā)機或發(fā)射機來代替。這有利于極端的方向化，因此信號堵塞或被篡改將極為困難。RF的優(yōu)點是不容易受到障礙物例如空中懸浮微粒、煙霧或物理地阻礙信號路徑的物體的影響。
可配置處理器68，使其接收精確的時基(time base)。此時基可來自RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69或來自分離的時源例如全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機。這些可以包括規(guī)定(disciplined)相鎖主時鐘振蕩器。這允許處理器68對A/D采樣數(shù)據(jù)(將通過RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69發(fā)送)的轉換時間進行精確的時間標記。另外，可以將A/D采樣與時源同步，從而例如采樣可以在給定時間邊沿(例如偶數(shù)秒)開始。這允許地面收發(fā)機或與之相連的計算/智能電子器件精確計算功率參數(shù)(例如kW、kVAR、kVA、功率因子、對稱分量等)。它也允許比較從多個HVTLAD 100的采樣獲得的相位計算值。GPS接收機也可以提供HVTLAD 100的位置給處理器68。HVTLAD 100的位置可以通過RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69傳輸至遠程器件，例如與HVTLAD 100沒有物理連接的計算機。該位置可以包括傳感器的海拔高度，在檢測因絕緣體破裂、導體過熱等引起的傳輸線路下垂(sag)時可能有用?？商鎿Q的，該HVTLAD可包括雷達或其它高度計，用于確定海拔高度。另外，該位置可以包括經(jīng)度和緯度信息，這些信息有助于減少營運成本(commissioning cost)，因為可在遠程器件使HVTLAD的位置與期望位置相關。例如，由于HVTLAD能傳輸其位置和其它配置信息給遠程器件，所以不必嚴格地記錄任一給定的HVTLAD所安裝的位置。如下所述，這對于確定電網(wǎng)穩(wěn)定性來講是很有價值的。
HVTLAD 100可以構建成“夾持(clamp-on)”形式。在此情況下，傳輸導體10是電力系統(tǒng)的傳輸線路。柱形傳感器體1可以構建為可操作為如圖1所示方向水平地分開，并可以放置在傳輸線路上而夾持在一起。在此情況下，可不設置電纜夾具20和額外的電暈罩35。
現(xiàn)在參照圖2，示出HVTLAD 100的第二個示例。HVTLAD 100的這個示例包括三個組成部分電場能源102、高架線導電支撐管107以及電子障礙物燈導航模塊104。
電場能源102包括導電球體106，優(yōu)選由鋁或其它導電材料制成；管形導電支撐管107，穿過導電球體106延伸，并通過絕緣體188耦接至導電球體106的兩端。因此，導電支撐管107與導電球體106電絕緣。應當理解，導電支撐管107處在傳輸線路105的高電勢處，整個HVTLAD 100通過夾具110或電子及機械地與傳輸線路105接觸的其它連接裝置連接至該傳輸線路?？赡苄枰獖A具110的各種變型，如圖2、圖3和圖8所示，用于將HVTLAD100附著在不同的傳輸線路電纜尺寸和配置上，所述配置包括單根、雙根和四根的高壓線路配置。導電支撐管107的彎曲件114可以將HVTLAD 100直接定位到傳輸線路105的電線上，并定位在其中心，以減小夾具110施加的轉動扭矩。
現(xiàn)在參照圖3，電場能源102還包括電源模塊108，安裝到導電球體106內的導電支撐管107。對電源模塊的輸入連接由連接線112(連接至電絕緣的導電球體106)和第二連接線109(連接至導電支撐管107)提供，以允許電源模塊通過導電支撐管107和夾具110耦接至傳輸線路105。電源模塊108的公共或有效的“地”連接通過第二連接線109實現(xiàn)。正的DC輸出提供給多導體線電纜111，后者通過導電支撐管107到達電子障礙物燈導航模塊104。多導體線電纜111可以額外承擔電源微控制器U1 130與障礙物燈控制器150之間的串行通信鏈路連接138。導電支撐管107通過第二連接線109提供負的或電路共“地”的回路。
應當理解，在HVTLAD 100中的各種組件的位置可以有許多改型，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，在此示例中，電源模塊108可以放置在電子障礙物燈導航模塊104內，并具有通過導電支撐管107到導電球體106的適當?shù)倪B接線。
提出導電球體106內的電源模塊108b、108c的兩個示例。第一實施例利用磁性耦接技術，而第二實施例使用開關模式返馳(flyback)拓撲。在這兩個示例中，電源模塊108用于將低電容性無功AC電流(在高壓傳輸線路105與電絕緣的導電球體106之間流動)轉換為高電流、低壓+12Vdc的電源電壓45，適用于激勵電子障礙物燈導航模塊104和電源模塊108的電子器件。當連接至230kVac傳輸線路時，電源模塊108可以提供+12Vdc和1.3w的連續(xù)功率。更高的線路電壓將獲得增加的功率利用率。當利用直徑1m、自由空間電容約50pF的導電球體106時，740kVac傳輸線路可以額外產(chǎn)生4w的連續(xù)功率利用率，自由空間電容由以下方程式定義C＝4×π×Eo×r，其中C＝單位為法拉的電容，Eo＝8.85×10-12C2/(N×m2)，r＝單位為米的球體半徑。
現(xiàn)在參照圖4，示出電源模塊108b的第二個示例。變壓器T1 36具有初級連接，該初級連接的Np匝連接在導電支撐管107和電絕緣的導電球體106之間。應當理解，導電支撐管107另外通過夾具110電耦接至傳輸線路105。由于導電球體106的總的體電容或“自由空間”電容和高壓傳輸線路105的電勢，小的AC初級電流Ip 37通過初級繞組流入導電球體106。一般高的交流線路電壓值范圍從10kV到超過1000kVac，而此處討論的一般傳輸線路值是線到線230kVac或線到中性點(地)電勢132.8kVac。在傳輸線路高度處的導電球體106的電容在皮法量級，對于直徑3英尺的導電球體106，此處討論的一般值約50pF。導電球體的“自由空間”電容的下限值由上述方程確定，并且電容與導電球體的半徑成正比。如傳輸線路105和所連接并供能的導電支撐管107所“看到”的，導電球體106的電容具有由該方程建立的較低的“自由空間”限制，但它也受到在地面上的高度以及其它導體例如電力塔和其它傳輸導體的接近度的影響。
注意到以下這點很重要如果導電球體106的電容足夠高而能建立足夠的工作初級電流Ip 37，并且由于電源加載引起的在變壓器T1 36的初級繞組處呈現(xiàn)的反射負載阻抗的值足夠高，而使得變壓器T1 36的初級繞組和導電球體106的有效電容的串聯(lián)連接上獲得足夠的分壓，那么導電球體106的確切電容不是特別重要。通過調節(jié)導電球體106的大小并因此調節(jié)其電容，可以很簡單地獲得更高或更低的電力級別。
電場能源102本體的幾何形狀不限于球形，而可以包括其它幾何形狀，例如環(huán)形、柱形以及平面拓撲或它們的組合。在圖2中，示出將電場能源102懸掛在傳輸線路105電線下方的情況，但電場能源102也可以位于其它位置，或與其它導電體并聯(lián)地電性組合，以提高總的體電容和發(fā)電能力。電場能源102也可以為管形，整個或部分地環(huán)繞傳輸線路105電線同軸地放置，但與傳輸線路105電線絕緣，如圖1所示。通過使用足夠的曲率半徑來試圖防止電暈放電和無線電干擾以將電場強度減少到非電離水平，一般更加影響對處在高的傳輸線路電勢的電場能源102的幾何形狀的選擇。如圖2所示，安裝在懸鏈傳輸線路電線下方的直徑3英尺的導電球體106可以為最大500kV的線到線電勢提供足夠的電容和電暈抑制，并且額外地提供無源可視的按聯(lián)邦航空總署規(guī)定噴涂的(橙色和白色)障礙物標志器。
初級電流Ip 37的大小由在所使用的特定的線路頻率(一般50或60Hz)處施加到導電支撐管107的傳輸線路電壓和導電球體106的總的體電容所提供的電抗性阻抗確定。為說明目的，將50pF的體電容轉換成60Hz處-j 53MΩ的電抗性阻抗。這導致電抗性初級電流Ip 21為132.8kVac/-j53e6，等于j 2.5mA RMS。變壓器T1 36的初級繞組兩端的電勢差比導電支撐管107的電勢(＞132kVac)小，因此在估算初級電流Ip 37時可以忽略。由于有源器件例如以下描述的齊納二極管D1和D241的箝位作用，變壓器T1 36的初級繞組兩端的電勢差(因此是導電球體106與HVTLAD 100本體的其余部分之間的電勢)保持為比傳輸線路105的電勢小。
為了將初級磁化電流減少到明顯低于可用的驅動初級電流Ip 37的水平，有必要使用具有環(huán)形纏繞設計的帶子、并采用低損耗磁芯材料的變壓器T136，來獲得可用的變壓器作用。傳統(tǒng)的硅鋼電力變壓器具有芯損耗，可能導致磁化電流高于可用的驅動初級電流Ip 37。典型的變壓器可以纏繞在具有磁性的50100-4F SupermalloyTM的環(huán)形帶子纏繞芯上。可以使用其它低損耗的芯材料，例如MetGlasTM和PermalloyTM，尤其在能轉變成更高的驅動初級電流Ip 37的更高的傳輸線路電壓處。變壓器T1 36在Np/Ns的比值大于1的降壓結構中起作用。例如，可以使用初級匝為10,000而次級匝為125的匝數(shù)比80，但應當理解也可以使用其它匝數(shù)比，以獲得不同的輸出電壓和電流。在變壓器T1 36的初級繞組使用數(shù)目很大的初級匝，從而同時支持高的初級電壓，優(yōu)化較低芯損耗的的通量，并獲得較小的磁芯截面。
初級電流Ip 37感應出次級電流Is 40，后者通過二極管橋DB1 42整流，并對電容器C1 44充電。二極管橋DB1 42的負輸出端連接至系統(tǒng)地43，系統(tǒng)地43通過第二連接線109電接合至導電支撐管107。這在電源模塊108b和電子障礙物燈導航模塊104中形成了所有電子電路的“系統(tǒng)”地。以此方式，導電支撐管107相對于導電球體106維持一個電壓差，其等于變壓器T136兩端的初級繞組電壓。電容器C1 44的電壓增大到+12.7Vdc的水平，在此點，12V的次級齊納二極管D1和D2 41箝位次級AC電壓，以并聯(lián)調節(jié)+12Vdc的電源電壓45。齊納二極管的箝位作用將變壓器T1 36的次級AC電壓限制為峰峰值約12.7伏的限幅(clipped)正弦波形。變壓器T1 36通過匝數(shù)比Np/Ns將被箝位的次級電壓轉換為初級繞組上峰峰值約1016伏的電壓。以此方式，變壓器T1 36的高的初級電壓和低的初級電流Ip 37，通過變壓器作用轉換為較低的次級電壓和較高的次級電流Is 40，可用于激勵另外的電源模塊108b和電子障礙物燈導航模塊104的電子器件。齊納二極管D1和D2 41具有變化的功率，因為它們必須能夠在電源模塊108b為空負載時耗盡全部電源輸出。二極管橋DB1 42采用肖特基二極管，以最小化二極管電位降并最大化系統(tǒng)效率。可以設置氣體放電管50，以在因可能的雷擊或其它持續(xù)時間短的線路事件引起的瞬時線路情況下限制變壓器T1 36的初級電壓?？商鎿Q的，可以使用其它類型的瞬時抑制器件。應當理解，可以用其它電源配置，包括使用不同的匝數(shù)比、箝位電壓裝置、多個次級輸出繞組和配置、以及各種其它替換組件，而不會脫離本發(fā)明的精神。
設置電源模塊108b的其余電路用于儲存能量，并進行能量數(shù)據(jù)到電子障礙物燈導航模塊104的通信。+12Vdc的電源電壓45通過調節(jié)器127降低到5Vdc，以激勵內置RAM、ROM、A/D、數(shù)字I/O以及通信端口的微控制器U1 130。二極管D3和1F(或其它值)的電容器C2 128向微控制器U1 130提供+12Vdc電源電壓45的斷電“過渡”(outage“ride-through”)能力，允許在負載故障或與高能電容器組132和電池135的充電相關聯(lián)的瞬時事件期間進行連續(xù)的控制操作?；舳蚱渌麯C電流傳感器129提供電源電流數(shù)據(jù)給微控制器U1 130。電阻分壓器R1和R2 131將+12Vdc電源電壓45分壓，提供電壓電平信息給微控制器U1 130的A/D輸入通道。電源模塊108b還設有備用電池135、充電控制器133以及觸發(fā)開關136，所有這些器件均在微控制器U1 130的管理下工作。在傳輸線路105的電壓下降或故障的情況下，備用電池135為電子障礙物燈導航模塊104提供連續(xù)的電力?？商鎿Q的，可用超級電容器(super capacitor)或其它儲能器件來代替?zhèn)溆秒姵?35。
電源模塊108b可另外包括高能電容器組132，其具有8.3F組合的總電容，在+12Vdc的電源電壓45的電源電位下能轉變成600焦耳儲能。此高的儲能在傳輸線路105的電壓下降或故障的情況下可用作短期備用電力。高能電容器組132所具有的低阻抗還提供高峰蓄電能力，適用于間歇(例如閃光LED信標陣列所需要的)高峰電力需求應用。值在0.1F到50F范圍內且組合有適用于高能放電速率的低的有效串聯(lián)電阻的電容器是一種相對較新的技術。典型的類型包括Cooper Industries AerogelTM50F、2.5v的電容器，元件號(part number)B1840-2R5506，和用于更高儲能的Maxwell TechnologiesBCAP0013 450F、2.5v的電容器。
微控制器U1 130通過場效應晶體管(“FET”)組134的場效應晶體管開關Q1、Q2和Q3提供對高能電容器組132的充電控制。當未充電時，高能電容器組132呈低阻抗短路，尤其在驅動+12Vdc的電源電壓45具有有限的電流容量時可能需要受控的充電。微控制器U1 130通過測量電流(由DC電流傳感器129獲得)和電壓(由電阻分壓器R1和R2 131獲得)，實時確定可以安全地引導對高能電容器組132充電的可用的電源電流，其不會在+12Vdc電源電壓45或有害的瞬時狀態(tài)下引起明顯的電壓損耗。電阻器R3和R4 140通過FET組134的FET開關Q1和Q2提供取決于計算所得的可用的電源電流的變速充電裝置。在高能電容器組有效地充滿電、而在電容器組132和系統(tǒng)地43之間呈低阻抗后，F(xiàn)ET組134的FET開關Q3導通。然后，電容器組能提供短期的高峰電力。設置串行通信鏈路138，以使能量數(shù)據(jù)和控制信息在電源模塊微控制器U1 130和障礙物燈微控制器U2 171(圖6)之間通過。電池135充電信息、電源電流(由DC電流傳感器129測量)、+12Vdc的電源電壓45、以及來自溫度傳感器141的電源模塊溫度可以經(jīng)RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69發(fā)送到遠處，用于警報和診斷目的。通過監(jiān)視電源電流Isense(經(jīng)DC電流傳感器129)，也可以檢測傳輸線路105的電壓故障。如果由于用于微控制器U1 130的激勵電流從儲能裝置而不是從變壓器T1 36流出以致Isense降為0或反向，則表示發(fā)生傳輸電壓故障，且此狀況可以經(jīng)RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69轉發(fā)。
現(xiàn)在參照圖5，示出電源模塊108c的第三個示例。較小的AC初級電流Ip 37流經(jīng)二極管橋整流器DB2 150，對電容器C3 151充電。由于電絕緣的導電球體106的總的體電容或“自由空間”電容和高壓傳輸線路105的電勢，AC初級電流Ip 37以與電源模塊108的前述示例中的詳細描述類似的方式流動。在高壓dc電源153，電容器C3 151兩端的DC電壓增加至大約+1000Vdc，此時高壓齊納二極管D4和D5 152有效箝位AC輸入電壓，將最大dc開關模式電源輸入電壓限制為+1000Vdc。由于高壓齊納二極管D4和D5 152的箝位作用，高壓齊納二極管D4和D5 152兩端的電勢差(因此是導電球體106和HVTLAD 100本體的其余部分之間的電勢)保持為小于傳輸線路105的電勢。
自舉電路154先提供啟動電力給開關模式控制器155，在變壓器切換作用(switching action)成功地開始提供低電壓輸出163后，回復到高阻抗狀態(tài)。MOSFET Q4通過齊納二極管D6和電阻器R6提供的正的柵源電勢，先偏置成導通。開關模式控制器155使濾波電容器C4 156通過Q4和R5充電，直到達到低電壓閾值為止，在該低電壓閾值點，開關模式控制器155開始切換作用。電容器C4 156儲存能量以提供足夠的啟動時間，直到開關模式作用通過返馳式變壓器T2 158的輔助電力繞組157和整流器D7 159提供工作電壓為止。
在有限的啟動時間后，低電壓輸出163得以穩(wěn)定，開關模式控制器155將MOSFET Q4的柵電壓拉低，這有效地免除自舉電路154加載高壓dc電源153線路。電阻器R6保留在電路中，但仍是高值，以限制電力消耗。所示出的拓撲表示直流到直流轉換的返弛式開關模式方法。高壓MOSFET Q5 160響應于電壓和電流反饋信號以高的切換頻率(大于10KHz)完全導通或截止，以調節(jié)+12Vdc電源電壓45。當高壓MOSFET Q5 160導通時，返馳式變壓器T2 158的初級繞組161直接切換到高壓輸入上。在初級繞組中電流線性地斜坡向上，該初級繞組在每個周期儲存的磁能由以下方程限定E＝1/2×Lp×Ipk2，其中Lp是初級電感，Ipk是峰值初級電流。
當高壓MOSFET Q5 160截止時，次級繞組(輔助電力繞組157和次級繞組162)變換流向或“返弛”，而通過整流器D7和D6 168，分別將所儲存的能量返回到濾波電容器C4 156和電容器C1 44。此開關模式作用以高頻率重復，而允許返馳式變壓器T2 158采用體積小、成本低的低損耗鐵氧體芯。切換作用基于一個接一個的周期(cycle-by-cycle)來調節(jié)，并由開關模式控制器155進行控制，以使+12Vdc電源電壓45維持在恒定值。通過將反饋線路164與內部參考比較，同時監(jiān)視Ipk 165，基于一個接一個的周期進行切換作用控制。如果反饋線路164超過內部閾值，則終止切換作用。由輔助電力繞組157整流后的輸出提供反饋。如果初級繞組161的Ipk 165超過從電阻器R7 166兩端電壓所得的預設水平，則切換作用也基于一個接一個的周期終止。設置緩沖(snubber)RC二極管網(wǎng)絡167以減小變壓器T2初級繞組161的電壓切換峰值，以防止高電壓MOSFET Q5 160損壞。所述的開關模式電源代表“返弛式”拓撲。應當理解，也可以使用其它開關模式拓撲，以將高dc電壓電源153減小到與固態(tài)電子器件兼容的較低的+12Vdc電源電壓45，所述固態(tài)電子器件包括前向式補償(buck)、推挽、半橋以及全橋轉換電路。電源模塊108c的剩余電路包括微控制器、儲能裝置以及通信裝置，其功能與前面描述的第二個示例的電源模塊108b相同。
現(xiàn)在參照圖6，示出電子障礙物燈導航模塊104。電子障礙物燈導航模塊104的電子器件容納在導電金屬性封裝176中，后者電性地和機械地耦接于導電支撐管107，并接合器件181至系統(tǒng)地43。電子障礙物燈導航模塊104的電力由電源模塊108通過多導體線電纜111提供。多導體線電纜111通過導電支撐管107前行。低壓+12Vdc電源電壓45提供電子障礙物燈導航模塊104的電力。微控制器U2 171工作在通過+12Vdc電源電壓45和5V調節(jié)器180獲得的+5Vdc電壓上。這使得在傳輸線路105電壓損耗引起的+12Vdc電源電壓45電平減小的情況下能夠持續(xù)工作。請注意，在傳輸線路105損耗的情況下，通過高能電容器組132和/或電池135的組合來維持+12Vdc電源電壓45電平。應當理解，在傳輸線路105損耗的情況下，+12Vdc電源電壓45電平以高能電容器組132和/或電池135組合的有效負載阻抗和能量確定的速率衰減。
一串串聯(lián)的發(fā)光二極管(LED)182提供了強度高、壽命長的固態(tài)光源，其輸出通過使用聚碳酸酯透鏡系統(tǒng)170而可以光學地擴散?？商鎿Q的，可以使用其它類型的發(fā)光器件，例如白熾燈、熒光燈等。聚碳酸酯透鏡系統(tǒng)在大約360度方位角和仰角(從地平線)90度基本均勻地發(fā)光，以提供從所有進入航向的航空可見性。LED 182的串聯(lián)設置用于提供相匹配的各LED電流，后者轉變成均勻的各LED亮度。所示出的串聯(lián)的LED 182每組具有5個獨立的LED 182。應當理解，通過調節(jié)驅動電勢源電位，可以容易地容納(accommodate)具有更多或更少LED 182的配置。兩個相似的高效開關模式恒流升壓轉換器183用于驅動每串串聯(lián)的LED 182，同時通過微控制器U2171的數(shù)字輸出185以開關方式控制輸出驅動184。電阻器R8和R9 186提供給微控制器U2 171表示每串串聯(lián)的LED 182中單獨電流的模擬信號，后者依次提供LED性能的指示信息，用于診斷和警報目的。如果單串串聯(lián)的LED 182或恒流升壓轉換器183發(fā)生故障，具有兩個分離的LED光源則提供了冗余度。
環(huán)境光傳感器177提供給微控制器U2 171環(huán)境光狀態(tài)數(shù)據(jù)，以進行程序控制的光閃和強度能見度調節(jié)。
組合有GPS天線172的GPS接收機模塊173通過串行數(shù)據(jù)通道199提供精確的時間日期信息給微控制器U2 171。微控制器U2 171可使用此信息使多個電子障礙物燈導航模塊104達到精確的時間同步閃光，以對所照亮的傳輸線路部分提供增強的能見度。時間日期同步也可用于改變閃光圖形和/或強度，以包含白天或夜晚的情況。GPS接收機模塊173也可提供精確的高頻率時鐘193給微控制器U2 171。這可用作微控制器U2 171的工作時鐘?？商鎿Q的，其它類型的時間同步接收電路可用于提供時基給微控制器U2171，用于閃光同步。
RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69與天線76在微控制器U2 171和控制/監(jiān)視站或其它障礙物燈之間提供完整的雙向通信鏈路。RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69可以是例如900MHz的安全數(shù)據(jù)收發(fā)機。此通信鏈路提供了遠程警報和診斷監(jiān)視裝置，其具有程序上傳能力。其還在多個電子障礙物燈導航模塊104之間提供通信，用于閃光同步目的。
多個障礙物燈的閃光時間同步可以完全由用戶規(guī)定，以允許結合有分別編程的閃光速率和占空比的唯一的同步或順序的頻閃(strobe)閃光。
高通濾波器元件189和190用于保護GPS接收機模塊173的輸入電路和RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69免受DC和低頻信號(例如50或60Hz)影響，這些信號會因存在于天線元件附近的高電場電勢產(chǎn)生。低頻DC成分被有效地“分流(shunted)”到導電金屬性封裝176，后者反過來連接至系統(tǒng)地43而允許需要的信道頻率成分小衰減地通過。高通濾波器元件189和190可采用無源的電感性、電容性以及傳輸線路組件。
導電環(huán)形環(huán)191(圖2)用于使導電金屬性封裝176和周圍附件(包括GPS天線172、天線76、聚碳酸酯透鏡系統(tǒng)170以及環(huán)境光傳感器177)的電場強度減小和發(fā)生位移。
現(xiàn)在參照圖7，示出HVTLAD 100的另一示例。此示例包括測量模塊750和電流傳感器805。電流傳感器可以是有源CT、無源CT、Rogowski線圈、光學CT以及霍耳效應器件等。電流傳感器805感測在高壓電流運送導體810(例如傳輸線路)中流動的電流。測量模塊750包括用于測量如電壓、電流和溫度等參數(shù)的電子器件。HVTLAD 100的此示例包括前面參照HVTLAD100的其它示例所述的其它組件。
現(xiàn)在參照圖8，示出測量模塊750的組合電子/機械方框圖。測量模塊750的一些元件與電子障礙物燈導航模塊104的一些元件相似，因此以下僅描述不同之處。
測量模塊750包括金屬(或其它導電材料)板740，其通過多個絕緣體735與導電金屬性封裝176絕緣。在該示例中，金屬板740為拱形，但這不是必要的。第一固有電容710形成在金屬板740與導電金屬性封裝176之間。第二固有電容705以與前述導電球體106相似的方式形成在金屬板740與外界環(huán)境之間。電阻器R20 720連接至金屬板740，并與電阻器R21 715聯(lián)合形成電阻分壓器，后者能提供表示金屬板740的電壓的模擬信號給放大電路730。放大電路730提供一定比例的此電壓給微控制器U2 171的A/D輸入端。由于固有電容705和710在導電金屬性封裝176和外部參照物例如地或其它相位導體之間形成電容分壓器，所以此電壓表示高壓電流運送導體810的電壓?？梢栽O置與導電金屬性封裝176接觸的金屬(或其它導電材料)電場罩755，以將金屬板740屏蔽于雜散電場。
通過經(jīng)過多導體線電纜111的線路745，表示高壓電流運送導體中電流的信號從電流傳感器805提供給放大電路725。放大電路725的輸出提供給微控制器U2 171的A/D輸入端。
微控制器U2 171對來自放大電路725和730的信號進行采樣。這些信號表示高壓電流運送導體810中的電壓和電流。微控制器U2 171可以使用接收自GPS接收機模塊173的時間指示給這些采樣點加上時間標記，并通過RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69將加上時間標記的信號發(fā)送至接收器件。另外，微控制器U2 171可以使用這些采樣點直接進行電力計算，并通過RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69發(fā)送這些計算結果。一些電力計算結果可以包括功率參數(shù)，例如rms電流、rms電壓、瓦特、乏(VAR)、伏安(VA)、頻率、諧波、相位矢量等。
在初始化期間，微控制器也通過RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69發(fā)送適當?shù)男食?shù)給接收器件。這樣，如果這些采樣點沒有被微控制器U2 171分別進行校準，該接收器件也可以基于這些采樣點進行精確的電力計算。
現(xiàn)在參照圖9，示出包含HVTLAD 100的電網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)視系統(tǒng)的示例。各種傳輸線路905形成電網(wǎng)900的一部分。如本領域所知，電網(wǎng)910的剩余部分由許多傳輸線路、配電線路、變壓器、變電站、發(fā)電機、負載和其它電子器件(未示出)組成。傳輸線路905用于使電網(wǎng)的各部分互聯(lián)。各種HVTLAD 100安裝在不同的傳輸線路905上以及相同的傳輸線路905的不同點處。HVTLAD 100通過無線鏈路921傳輸電壓和/或電流信息給本地接收站920。本地接收站920通過通信鏈路931將電壓、電壓相位信息、電流、電流相位信息、功率、頻率等中的至少一個通信給監(jiān)視站930。
當分析電網(wǎng)的穩(wěn)定性時，可以考慮許多因素。一個因素是電壓。一般而言，在電網(wǎng)中每個給定點處的電壓距期望的標稱電壓越近，電網(wǎng)越穩(wěn)定。第二個因素是電壓相位。一般而言，希望將傳輸電網(wǎng)中的所有點的相對電壓相位保持在相互之間約60-70度內。另外，如果檢測到電壓相位不連續(xù)，則可能表示電網(wǎng)不穩(wěn)定。第三個因素是頻率。一般而言，傳輸電網(wǎng)中的給定點處的頻率距電網(wǎng)中其它點越近，電網(wǎng)越穩(wěn)定。在圖9所示的系統(tǒng)中，如上所述，由于監(jiān)視站930能夠從各種HVTLAD 100接收這些指示信息的至少一種，并且這些指示信息被加上精確的時間標記或被時間同步，所以監(jiān)視站930中的用戶或計算機系統(tǒng)可以分析電網(wǎng)穩(wěn)定性。可以通過將來自HVTLAD 100的信息顯示在監(jiān)視站930中的顯示器上和/或在計算機系統(tǒng)中進行分析來完成這項工作。因此獲得電網(wǎng)穩(wěn)定性的表示信息，如果電網(wǎng)不夠穩(wěn)定，可以手動或自動地進行緩解。如上所述，每個HVTLAD 100可以具有提供位置信息的GPS接收機模塊173?？商鎿Q的，HVTLAD 100可以具有其它類型的基于RF的定位和/或時間同步接收機。通過使此位置信息與電網(wǎng)900的特定元件的位置信息相關聯(lián)，可以確定任何給定HVTLAD 100的安裝位置，而不需在安裝期間記錄HVTLAD 100的位置。另外，使用來自電網(wǎng)中多個HVTLAD 100的位置信息，包括電壓、電流、頻率、相位等的電網(wǎng)地圖能夠展現(xiàn)和/或顯示在監(jiān)視站930中。監(jiān)視站930可以不必由自己擁有傳輸電網(wǎng)的同一家公司或機構來運作。
傳輸線路905上的多個HVTLAD 100也可用于故障檢測和/或定位。使用由每個HVTLAD 100采集的電壓和電流采樣點，HVTLAD 100、本地接收站920或監(jiān)視站930能夠計算傳輸線路905的每個點處的HVTLAD 100所見的線路阻抗。此信息能用于對故障位置進行三角測量或確定電力正流經(jīng)不希望的路徑?？商鎿Q的，或者另外，對每個HVTLAD 100所見的電壓和/或電流波形的分析能用于故障檢測和/或定位。
在電網(wǎng)900的傳輸線路905的不同點處具有多個HVTLAD 100可以檢測電網(wǎng)900中的堵塞。例如，如果傳輸線路905接近其容量，對電力生產(chǎn)者或消費者所使用的傳輸線路905的收費可以增加?？商鎿Q的，或者另外，此信息可用于將電力流量變更到電網(wǎng)中的不同路徑。以相似的方式，如果電力流量比給定傳輸線路905的容量低了給定量，對所使用的傳輸線路905的收費可以降低，或者另外的流量可以途徑這條傳輸線路905。此功能在解除管制的實用環(huán)境(傳輸線路905的所有者與連接至傳輸線路905的發(fā)電設備的所有者可能不同)下尤其有價值。
HVTLAD 100上的天線76和/或本地接收站920中的天線可以是定向型，以降低二者之間的RF鏈路被干擾或被篡改的可能性。定向天線將發(fā)自所述射頻發(fā)射機的射頻能聚焦。另外，HVTLAD 100的形狀和/或HVTLAD的電暈環(huán)30、191的位置也可用于將天線76屏蔽于外來的RF能，并防止來自天線76的RF能在某些方向上傳播。
圖10示出能夠精確測量高壓電流運送導體810電壓的電場傳感器1006。電場傳感器1006可用于替代圖8的元件705、710、715、720、730、735、740以及755，且可單獨安裝在高壓電流運送導體810上。電場傳感器1006由導電柱體1002形成，導電柱體1002在其兩端附接有兩個導電環(huán)形環(huán)1003。導電柱體1002和導電環(huán)形環(huán)1003都可以由輕質材料例如鋁形成。導電環(huán)形環(huán)1003與導電柱體1002電接觸，其大小可以防止在運行中遇到的高壓電流運送導體810電壓的本地電暈放電的形成。傳輸線路夾具1005提供對傳輸線路810的機械和電連接，并可以機械地調節(jié)以在海拔和方位上完全定位電場傳感器1006。此特征提供有效“瞄準”電場傳感器1006的能力，以避免例如由另外的導體相位產(chǎn)生的不希望的電場源的效應。在電場傳感器1006一端的介電蓋1001(由例如聚碳酸酯的材料形成)用于保護內部電子器件的環(huán)境，同時允許電場與內部導電感測盤1101(圖11)電容性相互作用。
圖11示出電場傳感器1006的截面圖。導電感測盤1101(或板)被絕緣體套管1102機械地支撐及電絕緣。軸向對齊的連接線1103支撐在絕緣體套管1102中，用于在導電感測盤1101與電場傳感器的電子器件1200(圖12)之間提供低阻抗連接。電場傳感器1006可以由導電隔板1104分成兩個隔間(compartment)，導電隔板1104用于防止內部產(chǎn)生的電場不希望地耦接至導電感測盤1101?？梢瞥龑щ姸税?106(其可由鋁形成)提供通往傳感器的電子器件1200的通路。因此，整個電場傳感器1006相對于外部環(huán)境密封，因為需要它長期在室外、安裝于傳輸線路上工作。連接器J1 1004在電場傳感器1006和測量模塊750(圖7)之間提供傳感器電力、控制輸入以及模擬信號輸出，且將在本質上替代固定位置的電場傳感器740。應當理解，電場傳感器1006被描述為分離的感測單元，具有獨立于電場能源102(圖7)和測量模塊750(圖7)被定位或“瞄準”的能力。將電場傳感器1006直接集成在組合有電流測量、電場測量、信號處理、數(shù)據(jù)傳輸以及發(fā)電能力的單個結構中也是切實可行的。
圖12組合了電場傳感器1006的物理和電子的表示法。導電感測盤1101位于導電柱體1002內，從而有效地屏蔽掉從基本偏離傳感器縱軸的方向上發(fā)射的電場。以此方式，電場傳感器1006獲得到電場向量的物理方向性，并可被有效瞄準，以減少不需要的電場源的耦合效應。在實際使用中，電場傳感器1006可以“指向”地，以提供與實際的線到地電勢成比例的且同相位的信號，同時抑制發(fā)射自其它源的電場向量?？商鎿Q的，可設想電場傳感器1006可以在三相傳輸設置中的第二導體處被“瞄準”，以感測線到線電勢，盡管其尚未被場驗證(field proven)。
示意性地示出環(huán)境電容器Ce 1107，其代表在導電感測盤1101與在地表面、附近的物體以及“自由空間”電容中的有效物之間的有效耦合電容。電容器Ce 1107表示未知變量，并且依賴于導電感測盤1101的特定安裝、大小，導電柱體1002中的導電感測盤1101的位置，以及電場傳感器幾何形狀引起的一般的場失真。電容器Ce 1107的典型值顯著小于皮法。寄生電容器Cp 1108示意性地表示在電場傳感器1006的導電感測盤1101、連接線1103與內部導電表面之間總的旁路電容。導電柱體1002接合至為所有內部電子器件1200提供公共參考點的電路共地端1211。
電容Ce 1107本質上形成電容性、高電壓分壓器，由Cp 1108和二進制加權的電容器組CB1 1201的并聯(lián)組合所控制。求和點S1 1202代表該分壓器的輸出，并提供到運算放大器U5 1205的輸入端。運算放大器U5 1205可以是超高輸入阻抗類型，在求和點S1 1202處提供最小dc和電抗性加載。運算放大器U5 1205作為高阻抗單位增益緩沖器(unity gain buffer)工作，其輸出提供給接口連接器J1 1004，用于隨后的數(shù)字轉換和處理。典型的運算放大器類型包括美國得克薩斯州達拉斯市的Texas Instruments制造的OPA340。高阻抗電阻器R30 1204提供+2.5Vdc偏壓給放大器U5 1205的輸出端。應當理解，其它放大器配置例如雙極電源地參考(bipolar supplyground-referenced)類型可以使用并可獲得相似的結果。電阻器R31 1206限制瞬態(tài)電流事件損壞運算放大器U5 1205，另外其與電容器C34 1207合作而提供低通濾波極(filter pole)，可用于將高頻信號成分從模擬輸出信號1208移除。可以設置氣體放電避雷器(arrester)GR1 1203，用于在雷電或故障引發(fā)電場瞬態(tài)事件的情況下快速保護電路?？焖僮饔玫臍怏w放電避雷器GR11203具有非常低的電容(＜1pF)和低于箝位觸發(fā)點(clamping trigger point)的高阻抗。可以以相似的方式使用固態(tài)瞬時抑制器，例如MOV、瞬態(tài)吸收器(Transorb)以及固體放電管(Sidactor)，但也可以改變特定的保護電路拓撲以容納這些器件。
所示出的電容器組CB1 1201具有4位的分辨率(resolution)，包括電容器C30、C31、C32以及C33。這些電容器值以二進制方式加權。例如，C33可以是2nF，C32將是4nF，C31將是8nF，而C30將是16nF。這提供了30nF的最大電容值和2nF的LSB分辨率。所示出的電容器組CB1 1201由各電-機繼電觸點1299控制，并由串行外圍驅動接口1209驅動。應當理解，可以使用包括有源固態(tài)模擬開關的其它方法而獲得相似的結果。通過使用互補MOSFET晶體管可以提供固態(tài)切換系統(tǒng)的一個示例，例如由TexasInstruments制造的模件SN74HC4066D來提供。連接至電場傳感器1006的測量模塊750通過發(fā)送至串行外圍驅動接口1209的指令能夠控制特定的電容分壓器比率。這允許測量模塊750響應于變化的電場輸入水平控制電場傳感器1006的增益。這允許通過調整電容分壓器比率而使單個的電場傳感器1006工作在所安裝的傳輸線路電壓(電場)電平的較寬范圍(自動范圍)，從而求和點S1 1202的電壓保持在模擬到數(shù)字轉換處理的最優(yōu)動態(tài)范圍內。
數(shù)字控制二進制加權的電容器組CB1 1201可用于校準電場傳感器1006，從而可以精確確定高壓電流運送導體810到地(電中性)的RMS AC電勢。電容器C30到C33是高精度且溫度穩(wěn)定的種類?？赡艿念愋桶ň郾揭蚁┗蚓郾┑姆N類。為獲得最高的精度，對導電柱體1002提供的導電感測盤1101與電路共地端1211之間的電容進行出廠測量。在軟件控制下通過串行外圍驅動接口1209分別切換電容器C30到C33 1210而進行該測量。因此，能夠在軟件控制下量化和精確選擇在求和點S1 1202與電路共地端1211之間組合的總的分壓器電容，包括寄生電容Cp 1108。由Ce 1107示意性表示的環(huán)境電容可以使用以下方法解決，該方法也公開在一起在審查中的2004年6月15日遞交的美國專利申請?zhí)朜o.10/868,374-“非指示性電力監(jiān)視器”中，該申請的內容通過參考援引在此。
以下討論假設電場傳感器1006安裝并工作在被給予高電壓的導體上。二進制加權的電容器組1201可以切換到第一已知電容C1，然后在運算放大器U5 1205的輸出端測量所得到的V1rms電壓。然后，二進制加權的電容器組1201切換到第二電容C2，并記錄在運算放大器U5 1205的輸出端所得到的電壓V2rms。當高壓電流運送導體810的電壓大約是常數(shù)時，環(huán)境電容Ce1107能夠從以下公式計算Ce=[V1rms×C1-V2rms×C2V2rms-V1rms]]]>其中，當電容器組1201的值為C1時，V1rms是電容器組1201兩端測量的電壓。在運算放大器U5 1205的輸出端(Vout 1208)，再現(xiàn)求和點S1 1202處的電容器組1211兩端的電壓。
當電容器組1201的值為C2時，V2rms是電容器組1201兩端測量的電壓。
之后，使用以下公式能夠確定傳輸線路810與地電勢之間的電壓
V=Vout[1+CcbCe]]]>其中，V是傳輸線路810的電壓；Vout 1208是運算放大器U5 1205的輸出，并且本質上是在求和點S1 1202處的電容器組CB1 1201兩端的電壓的緩沖形式(buffered version)；Ccb是電容器組CB1 1201的電容，包括寄生電容Cp 1108，可以通過出廠校準裝置確定；Ce是如前所述通過校準周期建立的環(huán)境電容。
應當理解，盡管已介紹和描述本發(fā)明的含有電源模塊108的一些示例，HVTLAD 100器件的更多示例也是可以的。以下部分討論已經(jīng)設想到的另外的示例。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡通過沿一條傳輸線路并在附近的多條不同的傳輸線路上安裝多個HVTLAD 100，能夠形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡。每個HVTLAD 100具有RF數(shù)據(jù)鏈路收發(fā)機69，后者能夠與相鄰的HVTLAD 100通信。使用通向其它網(wǎng)絡例如因特網(wǎng)(Internet)或內網(wǎng)(intranet)的適當網(wǎng)關，HVTLAD 100可以提供通信鏈路跨越可能還沒有這種鏈路的地方。
靶標通過安裝適當?shù)臋C械和/或機器人硬件(robotic hardware)給HVTLAD100，可以使HVTLAD 100可操作為橫貫電力線路。例如，條輪(poweredwheel)可以安裝到HVTLAD 100上，從而HVTLAD 100可以不再被夾到電力線路上。這些條輪可以適當?shù)馗浇拥诫娏€路上，且使用電源模塊108提供的電力，可以驅動電動馬達沿著電力線路移動HVTLAD 100。靶標HVTLAD 100可以配備攝像機，從而用于橫貫電力線路尋找線路、絕緣體、電力塔等中的故障，或用于一般的視頻監(jiān)視?？商鎿Q的，靶標HVTLAD 100也可以配備振動馬達、電驅錘等，可操作為振動或撞擊電力線路的給定點以除冰。
顯示器HVTLAD 100可以配備顯示器，例如LED、LCD等。顯示器可以由電源模塊108激勵。顯示器可以用于顯示廣告給HVTLAD 100附近的人。其它顯示包括高速公路信息指示、“橙色”警報信息等。HVTLAD 100的顯示功能可以組合有靶標功能以建立移動顯示器。
其它電源作為對電源模塊108的補充，HVTLAD 100可以具有補助電源，例如太陽能面板、風力渦輪等。當從這些電源可得到附加電力時，可以激活HVTLAD100的附加功能。
人造衛(wèi)星/PLC鏈路除了GPS接收機，HVTLAD 100可以另外包括人造衛(wèi)星通信收發(fā)機。另外或可替換的，HVTLAD 100可以包括電力線路載波收發(fā)機。這些可以激活傳感器或其它數(shù)據(jù)(例如廣告內容或靶標移動方向)的發(fā)送或接受。
雷達警告HVTLAD 100可以包括發(fā)射機或收發(fā)機，可操作為觸發(fā)飛行器的雷達。這在霧或其它障礙物阻止飛行器的飛行員看到HVTLAD 100發(fā)出的光時是有用的。另外，為同一目的，HVTLAD 100可以以各種RF頻率發(fā)送警告音。
模擬無線通信盡管如上所述，表示電壓、電流、功率等的數(shù)據(jù)可以以數(shù)字形式發(fā)送，但此類數(shù)據(jù)也可以以模擬形式從HVTLAD 100發(fā)送到本地接收站920。
光纖中繼器在新的安裝中，很普通的是傳輸線路中具有光纖電纜。HVTLAD 100可以用作光纖中繼器。光纖信號可以進入圖1所示的HVTLAD 100的傳輸導體10中，并且在離開HVTLAD 100前被HVTLAD內的適當電路放大。
附加傳感器可替換的或者另外，HVTLAD 100可以設有其它傳感器。附加傳感器的第一個示例是溫度傳感器，可操作為確定電力線路的溫度。此傳感器可以使用紅外技術，并可以提供電力線路的過熱指示。附加傳感器的第二個示例是振動或加速度傳感器。此傳感器可以提供電力線路所受風、冰、地震、撞擊等的壓力指示。附加傳感器的第三個示例是應變或張力傳感器，可操作為感測電力線路內的張力。其也可以指示電力線路上的壓力。附加傳感器的第四個示例是濕度傳感器。在確定電力線路的電流運送能力時，濕度可用作參數(shù)。附加傳感器的第五個示例是空氣質量傳感器。此傳感器通?？捎糜谔峁┬畔⒔o遠方，或可用于評估電力線路上的空氣雜質的影響(由于腐蝕等引起)。附加傳感器的第六個示例是聲音傳感器。此傳感器可用于提供信息給本地聲音級(local sound level)的遠方。附加傳感器的第七個示例是大氣壓力傳感器，可操作為提供這種信息給遠方，用于各種目的。
因此，前面的詳細描述用來說明而非限制本發(fā)明，并且應當理解所附的權利要求書包括等同物用于限定本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種安裝耦接于電力線路的裝置，該電力線路運送高的交流線路電壓，該裝置包括電導體，具有體電容；電源，包括至少兩個輸入端子；所述至少兩個輸入端子的第一個耦接至所述電導體，所述至少兩個輸入端子的第二個可操作為耦接至所述電力線路；電子電路，耦接至所述電源；其中，所述電源可操作為將所述電導體與所述電力線路之間的電力流量轉換為電力供應，該電力供應的電壓充分低于所述高的交流線路電壓，以便來運行所述電子電路。
2.如權利要求1所述的裝置，其中充分低于所述高的交流線路電壓的所述電壓低于直流100伏。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路包括傳感器，可操作為感測至少一個參數(shù)。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述至少一個參數(shù)包括環(huán)境溫度、內部溫度、所述電力線路的溫度、應變、濕度、海拔高度、位置、環(huán)境光級、空氣質量、振動、加速度、聲音級以及大氣壓力中的至少一個。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻發(fā)射機，可操作為發(fā)送所述參數(shù)至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
6.如權利要求5所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
7.如權利要求5所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
8.如權利要求3所述的裝置，其中所述電子電路還包括無線發(fā)射機，可操作為發(fā)送所述參數(shù)至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述無線發(fā)射機是射頻發(fā)射機。
10.如權利要求8所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述無線發(fā)射機，可操作為將所述無線發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
11.如權利要求8所述的裝置，其中所述電子電路還包括處理器，可操作為使含有所述參數(shù)的數(shù)據(jù)更安全；以及所述無線發(fā)射機可操作為發(fā)送所述數(shù)據(jù)。
12.如權利要求8所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
13.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路包括電流傳感器，可操作為感測所述電力線路中的電流。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所述電流傳感器包括霍耳效應傳感器、Rogowski線圈、磁芯變流器以及光學電流傳感器中的至少一個。
15.如權利要求13所述的裝置，其中所述電流傳感器包括有源變流器。
16.如權利要求13所述的裝置，還包括至少一個模數(shù)轉換器，耦接于所述電流傳感器；處理器，耦接于所述至少一個模數(shù)轉換器，可操作為從所述模數(shù)轉換器接收表示所述電力線路中的電流的數(shù)字采樣點；以及無線發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述數(shù)字采樣點至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
17.如權利要求16所述的裝置，其中所述無線發(fā)射機是射頻發(fā)射機。
18.如權利要求17所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
19.如權利要求16所述的裝置，其中所述無線發(fā)射機是激光器。
20.如權利要求16所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，耦接于所述處理器，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
21.如權利要求13所述的裝置，還包括至少一個模數(shù)轉換器，耦接于所述電流傳感器；處理器，耦接于所述至少一個模數(shù)轉換器，可操作為從所述模數(shù)轉換器接收表示所述電力線路中的電流的數(shù)字采樣點；時間同步接收機，耦接于所述處理器；以及其中所述處理器可操作為將來自所述時間同步接收機的至少一個時間標記與所述數(shù)字采樣點相關聯(lián)。
22.如權利要求21所述的裝置，還包括射頻發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述數(shù)字采樣點至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
23.如權利要求22所述的裝置，其中所述時間同步接收機還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
24.如權利要求22所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
25.如權利要求13所述的裝置，其中所述電子電路包括電壓傳感器，可操作為感測所述電力線路上的電壓。
26.如權利要求25所述的裝置，其中所述電子電路包括至少一個模數(shù)轉換器，耦接于所述電壓傳感器和所述電流傳感器；以及處理器，耦接于所述至少一個模數(shù)轉換器，可操作為從所述模數(shù)轉換器接收表示所述電力線路中的電流和所述電力線路上的電壓的數(shù)字采樣點。
27.如權利要求26所述的裝置，其中所述電流傳感器包括霍耳效應傳感器、Rogowski線圈、變流器以及光學電流傳感器中的至少一個。
28.如權利要求26所述的裝置，其中所述電流傳感器包括有源變流器。
29.如權利要求26所述的裝置，其中所述處理器可操作為使用所述數(shù)字采樣點計算所述電力線路中的電力流量。
30.如權利要求29所述的裝置，還包括射頻發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述電力流量計算結果至遠程器件。
31.如權利要求30所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，耦接于所述處理器，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
32.如權利要求30所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
33.如權利要求26所述的裝置，還包括射頻發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述數(shù)字采樣點至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
34.如權利要求33所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，耦接于所述處理器，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
35.如權利要求33所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
36.如權利要求26所述的裝置，還包括時間同步接收機，耦接于所述處理器；以及其中所述處理器可操作為將來自所述時間同步接收機的至少一個時間標記與所述數(shù)字采樣點相關聯(lián)。
37.如權利要求36所述的裝置，還包括射頻發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述數(shù)字采樣點至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
38.如權利要求37所述的裝置，其中所述時間同步接收機還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
39.如權利要求37所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
40.如權利要求36所述的裝置，其中所述處理器可操作為使用所述數(shù)字采樣點產(chǎn)生表示所述電力線路中的電力流量的電力流量數(shù)據(jù)。
41.如權利要求40所述的裝置，還包括射頻發(fā)射機，耦接于所述處理器，可操作為發(fā)送所述電力流量數(shù)據(jù)至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
42.如權利要求41所述的裝置，其中所述射頻發(fā)射機還可操作為發(fā)送至少一個所述數(shù)字采樣點至所述遠程器件。
43.如權利要求41所述的裝置，其中所述時間同步接收機還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
41.如權利要求41所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
42.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路包括電壓傳感器，可操作為感測所述電力線路上的電壓。
43.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路包括至少一個光源。
44.如權利要求43所述的裝置，其中所述電導體包括球體。
45.如權利要求44所述的裝置，其中所述至少兩個輸入端子的第二個包括夾具，可操作為嚙合所述電力線路。
46.如權利要求43所述的裝置，其中所述電導體包括柱體。
47.如權利要求43所述的裝置，其中所述電子電路包括至少一個處理器，可操作為控制所述光源的照明。
48.如權利要求47所述的裝置，其中所述電子電路包括時間同步接收電路，可操作為提供時間指示給所述處理器；所述處理器可操作為基于所述時間指示控制所述照明。
49.如權利要求48所述的裝置，其中所述時間同步接收電路包括GPS接收機。
50.如權利要求48所述的裝置，其中所述電子電路還包括光傳感器，可操作為感測所述裝置附近的環(huán)境照明條件。
51.如權利要求50所述的裝置，其中所述處理器耦接于所述光傳感器和所述光源；所述處理器可操作為當所述光傳感器表示所述環(huán)境照明條件低于閾值時點亮所述光源。
52.如權利要求43所述的裝置，還包括儲能器件，耦接于所述電源，可操作為在所述電子電路需要的電力比所述電源能產(chǎn)生的電力更多的情況下提供電力給所述電子電路。
53.如權利要求52所述的裝置，其中所述情況是所述光源的照明。
54.如權利要求52所述的裝置，其中所述情況是所述高的交流線路電壓的故障。
55.如權利要求52所述的裝置，還包括處理器，可操作為控制對所述儲能器件的充電。
56.如權利要求43所述的裝置，其中所述電子電路還包括光傳感器，可操作為感測所述裝置附近的環(huán)境照明條件。
57.如權利要求56所述的裝置，其中所述電子電路還包括處理器，耦接于所述光傳感器和所述光源；所述處理器可操作為當所述光傳感器表示所述環(huán)境照明條件低于閾值時點亮所述光源。
58.如權利要求1所述的裝置，其中所述電源包括變壓器，至少具有初級繞組和次級繞組，其中所述初級繞組的匝數(shù)大于所述次級繞組的匝數(shù)。
59.如權利要求58所述的裝置，其中所述電源包括電容器；整流電路，耦接于所述電容器，可操作為允許所述電容器從所述電力流量被充以直流電壓；控制器，可操作為防止或允許電流從所述電容器通過所述初級繞組；濾波器電路，耦接于所述次級繞組，可操作為產(chǎn)生比所述高的交流線路電壓充分低的所述電壓；以及反饋電路，耦接于所述濾波器電路和所述控制器，其中所述控制器使用所述反饋電路的輸出，來調制對電流的所述防止和允許，以將所述電壓調節(jié)為比所述高的交流線路電壓充分低。
60.如權利要求59所述的裝置，還包括儲能器件，耦接于比所述高的交流線路電壓充分低的所述直流電壓，可操作為在所述高的交流線路電壓發(fā)生故障期間提供電力給所述電子電路。
61.如權利要求60所述的裝置，還包括處理器，可操作為控制對所述儲能器件的充電。
62.如權利要求59所述的裝置，其中所述電子電路包括傳感器，可操作為感測至少一個參數(shù)。
63.如權利要求59所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻發(fā)射機，可操作為發(fā)送數(shù)據(jù)至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
64.如權利要求63所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
65.如權利要求63所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
66.如權利要求59所述的裝置，其中所述電子電路包括至少一個光源。
67.如權利要求59所述的裝置，其中所述電子電路還包括電動馬達，可操作為沿所述電力線路推進所述裝置。
68.如權利要求59所述的裝置，其中所述電子電路包括雷達發(fā)射機、光纖發(fā)射機、電力線路載波收發(fā)機、顯示器、網(wǎng)狀網(wǎng)絡收發(fā)機、發(fā)聲器件、視頻監(jiān)視器件、音頻監(jiān)視器件、射頻中繼器、信息牌以及廣告牌中的至少一個。
69.如權利要求59所述的裝置，其中所述電源還包括太陽能面板和風力渦輪中的至少一個。
70.如權利要求58所述的裝置，其中所述電源包括整流電路，耦接在所述次級繞組兩端；電容器，耦接于所述整流電路的輸出，可操作為產(chǎn)生比所述高的交流線路電壓充分低的直流電壓；調節(jié)器，耦接于所述電容器，可操作為將所述直流電壓調節(jié)為比所述高的交流線路電壓充分低；以及其中所述初級繞組串聯(lián)耦接在所述電導體與所述電力線路之間。
71.如權利要求70所述的裝置，還包括儲能器件，耦接于比所述高的交流線路電壓充分低的所述直流電壓，可操作為在所述高的交流線路電壓發(fā)生故障期間提供電力給所述電子電路。
72.如權利要求71所述的裝置，還包括處理器，可操作為控制對所述儲能器件的充電。
73.如權利要求70所述的裝置，其中所述電子電路包括傳感器，可操作為感測至少一個參數(shù)。
74.如權利要求70所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻發(fā)射機，可操作為發(fā)送數(shù)據(jù)至并未物理地耦接所述裝置的遠程器件。
75.如權利要求74所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻定位接收機，可操作為接收位置信息并確定所述裝置的位置。
76.如權利要求74所述的裝置，還包括定向天線，耦接于所述射頻發(fā)射機，可操作為將所述射頻發(fā)射機發(fā)出的射頻能量聚焦。
77.如權利要求70所述的裝置，其中所述電子電路包括至少一個光源。
78.如權利要求77所述的裝置，其中所述電子電路還包括光傳感器，可操作為感測所述裝置附近的環(huán)境照明條件。
79.如權利要求78所述的裝置，其中所述電子電路還包括處理器，耦接于所述光傳感器和所述光源；所述處理器可操作為當所述光傳感器表示所述環(huán)境照明條件低于閾值時點亮所述光源。
80.如權利要求77所述的裝置，其中所述電子電路包括時間同步接收電路，可操作為提供時間指示給所述處理器；所述處理器可操作為基于所述時間指示控制所述照明。
81.如權利要求70所述的裝置，其中所述電子電路還包括電動馬達，可操作為沿所述電力線路推進所述裝置。
82.如權利要求70所述的裝置，其中所述電子電路包括雷達發(fā)射機、光纖發(fā)射機、電力線路載波收發(fā)機、顯示器、網(wǎng)狀網(wǎng)絡收發(fā)機、發(fā)聲器件、視頻監(jiān)視器件、音頻監(jiān)視器件、射頻中繼器、信息牌以及廣告牌中的至少一個。
83.如權利要求70所述的裝置，其中所述電源還包括太陽能面板和風力渦輪中的至少一個。
84.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路包括雷達發(fā)射機、光纖發(fā)射機、電力線路載波收發(fā)機、顯示器、網(wǎng)狀網(wǎng)絡收發(fā)機、發(fā)聲器件、視頻監(jiān)視器件、音頻監(jiān)視器件、射頻中繼器、信息牌以及廣告牌中的至少一個。
85.如權利要求1所述的裝置，其中所述電源還包括太陽能面板和風力渦輪中的至少一個。
86.如權利要求1所述的裝置，其中所述電子電路還包括電動馬達，可操作為沿所述電力線路推進所述裝置。
87.如權利要求86所述的裝置，還包括耦接于所述電子電路的攝像機、振動馬達和電驅錘中的至少一個。
88.如權利要求1、5、8、16、22、30、33、37、41、43、48、63、74或84中任一項所述的裝置，其中所述電導體包括球體。
89.如權利要求88所述的裝置，其中所述至少兩個輸入端子的第二個包括夾具，可操作為嚙合所述電力線路。
90.如權利要求1、5、8、16、22、30、33、37、41、43、48、63、74或84中任一項所述的裝置，其中所述電導體包括柱體。
91.如權利要求8或16所述的裝置，其中所述電子電路還包括無線接收機；以及處理器，耦接于所述無線接收機和所述無線發(fā)射機；所述處理器可操作為將所述裝置集成到網(wǎng)狀網(wǎng)絡中。
92.如權利要求5、22、30、33、37、41、63或74中任一項所述的裝置，其中所述電子電路還包括射頻接收機；處理器，耦接于所述射頻接收機和所述射頻發(fā)射機；所述處理器可操作為將所述裝置集成到網(wǎng)狀網(wǎng)絡中。
93.一種激勵可安裝耦接于電力線路的裝置的方法，該電力線路運送高的交流線路電壓，該方法包括安裝所述裝置，使得所述電力線路和所述裝置的導電部分的體電容之間出現(xiàn)電流；將所述電流轉換為電力供應，該電力供應的電壓比所述高的交流線路電壓充分低；以及提供所述電力供應給耦接于所述裝置的電子電路。
94.如權利要求93所述的方法，其中所述高的交流線路電壓大于10000伏。
95.如權利要求93所述的方法，其中所述電子電路包括電壓傳感器和電流傳感器中的至少一個。
96.一種電力網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)，包括至少兩個如權利要求36至41中任一項所述的裝置，該系統(tǒng)還包括至少兩個接收器件，每個接收器件可操作為從所述至少兩個裝置中的至少一個接收表示電壓的數(shù)據(jù)；以及至少一個監(jiān)視器件，可操作為從所述至少兩個接收器件和至少一個顯示器接收表示電壓的所述數(shù)據(jù)，并分析來自所述電力網(wǎng)內一個以上位置的表示電壓的所述數(shù)據(jù)。
97.一種電力網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)，包括至少兩個如權利要求38或43所述的裝置，該系統(tǒng)還包括至少兩個接收器件，每個接收器件可操作為從所述至少兩個裝置中的至少一個接收表示電壓的數(shù)據(jù)；以及至少一個監(jiān)視器件，可操作為從所述至少兩個接收器件接收表示電壓的所述數(shù)據(jù)，并顯示和/或分析來自所述電力網(wǎng)內一個以上位置的表示電壓的所述數(shù)據(jù)；其中所述至少兩個接收器件還可操作為從所述至少兩個裝置中的至少一個接收所述位置信息；以及其中所述至少一個監(jiān)視器件可操作為從所述至少兩個接收器件接收所述位置信息，并顯示所述至少兩個裝置的位置。
98.一種安裝耦接于電力線路的裝置，該電力線路運送高的交流線路電壓，該裝置包括電導體，具有體電容；第一裝置，耦接于所述電導體，可操作為耦接于所述電力線路，用于將所述電力線路與所述電導體之間的電流轉換為電力供應，該電力供應的電壓比所述高的交流線路電壓充分低；第二裝置，耦接于所述電力供應，用于執(zhí)行電子功能。
99.如權利要求98所述的裝置，其中所述第二裝置包括監(jiān)視裝置，用于監(jiān)視所述高的交流線路電壓和所述電力線路中的電流中的至少一個；比所述高的交流線路電壓充分低的所述電壓小于100伏；以及所述高的交流線路電壓大于10000伏。
100.如權利要求25所述的裝置，其中電壓傳感器包括金屬板，可操作為與外部參照物形成第一電容；第二電容，耦接在所述金屬板和系統(tǒng)參照物之間；以及檢測電路，可操作為檢測所述金屬板的電壓電平。
101.如權利要求100所述的裝置，其中所述檢測電路包括放大器，可操作為緩沖所述電壓電平；以及模數(shù)轉換器，可操作為產(chǎn)生所述電壓電平的數(shù)字表示。
102.如權利要求100所述的裝置，還包括高值電阻器，耦接在所述金屬板和直流電壓線軌之間，可操作為將所述金屬板相對于所述系統(tǒng)參照物維持在一個固定的直流電壓。
103.如權利要求102所述的裝置，其中所述高值電阻器的值大于10兆歐姆。
104.如權利要求102所述的裝置，還包括電泳避雷器，耦接于所述金屬板。
105.如權利要求100所述的裝置，還包括導電體，從所述金屬板延伸至所述第二電容；以及絕緣體，圍繞所述導電體的至少一部分，支撐所述金屬板，并阻止在所述金屬板和所述電導體之間導電。
106.如權利要求100至105中任一項所述的裝置，其中所述第二電容包括并聯(lián)電容器組，每個所述電容器可操作為在所述金屬板和所述系統(tǒng)參照物之間進行動態(tài)電耦接或去耦，以形成可變的電容分壓器；以及處理器，可操作為控制所述并聯(lián)電容器組的耦接，當所述第二電容被切換至多個值時，使用多個所述電壓電平計算所述電力線路上的電壓。
107.如權利要求106所述的裝置，還包括導電分隔板，可操作為防止所述裝置內產(chǎn)生的電場影響所述金屬板的電壓，將所述裝置至少分為第一室和第二室，所述第一室至少容納所述金屬板，所述第二室至少容納所述電子電路的一部分；以及介電蓋，形成在所述第二室的外端部，可操作為保護所述金屬板不受環(huán)境影響。
108.如權利要求100所述的裝置，其中所述外部參照物包括地。
109.如權利要求100所述的裝置，其中所述外部參照物包括第二電力線路。
110.如權利要求42所述的裝置，其中電壓傳感器包括金屬板，可操作為與外部參照物形成第一電容；第二電容，耦接在所述金屬板和系統(tǒng)參照物之間；以及檢測電路，可操作為檢測所述金屬板的電壓電平。
111.如權利要求110所述的裝置，其中所述檢測電路包括放大器，可操作為緩沖所述電壓電平；以及模數(shù)轉換器，可操作為產(chǎn)生所述電壓電平的數(shù)字表示。
112.如權利要求110所述的裝置，還包括高值電阻器，耦接在所述金屬板和直流電壓線軌之間，可操作為將所述金屬板相對于所述系統(tǒng)參照物維持在一個固定的直流電壓。
113.如權利要求112所述的裝置，其中所述高值電阻器的值大于10兆歐姆。
114.如權利要求112所述的裝置，還包括電涌避雷器，耦接于所述金屬板。
115.如權利要求110所述的裝置，還包括導電體，從所述金屬板延伸至所述第二電容；以及絕緣體，圍繞所述導電體的至少一部分，支撐所述金屬板，并阻止在所述金屬板和所述電導體之間導電。
116.如權利要求110至115中任一項所述的裝置，其中所述第二電容包括并聯(lián)電容器組，每個所述電容器可操作為在所述金屬板和所述系統(tǒng)參照物之間進行動態(tài)電耦接或去耦，以形成可變的電容分壓器；以及處理器，可操作為控制所述并聯(lián)電容器組的耦接，當所述第二電容被切換至多個值時，使用多個所述電壓電平計算所述電力線路上的電壓。
117.如權利要求116所述的裝置，還包括導電分隔板，可操作為防止所述裝置內產(chǎn)生的電場影響所述金屬板的電壓，將所述裝置至少分為第一室和第二室，所述第一室至少容納所述金屬板，所述第二室至少容納所述電子電路的一部分；以及介電蓋，形成在所述第二室的外端部，可操作為保護所述金屬板不受環(huán)境影響。
118.如權利要求110所述的裝置，其中所述外部參照物包括地。
119.如權利要求110所述的裝置，其中所述外部參照物包括第二電力線路。
120.如權利要求110所述的裝置，其中所述金屬板包括導電盤。
全文摘要
耦接于高壓傳輸線路的裝置使用這種裝置中的元件的體電容獲得對于自身的激勵。這種裝置通過在高壓線路與裝置的產(chǎn)生體電容的元件之間流動的電流產(chǎn)生相對較低的電壓。這種裝置可用于操作那些監(jiān)視配電系統(tǒng)的傳輸線路或參數(shù)例如電流、線路溫度、振動等的傳感器。這種裝置也可用作指示器，例如航空警報燈、信息牌等。另外，這種裝置可用作RF發(fā)射/接收或中繼器器件、雷達器件、網(wǎng)狀網(wǎng)絡節(jié)點、視頻/音頻監(jiān)視器、用于恐嚇動物的發(fā)聲器件、橫貫電力線路的靶標等。由于這種裝置是響應于線路電壓而不是電流來工作，所以即使在低電流情況下這種裝置也是可靠的。
文檔編號G01R31/02GK1842713SQ200480024595
公開日2006年10月4日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權日2003年7月25日
發(fā)明者科林·N.·岡恩, 西蒙·H.·萊特博迪, 布拉德福德·J.·福思, 馬丁·A.·漢考克, 杰弗里·T.·海厄特 申請人:功率測量有限公司