專利名稱：中壓電力線寬帶耦合裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備，具體地說是一種中壓電力線寬帶耦合裝置。
背景技術(shù)：
中低壓電力線寬帶通信(PLC)技術(shù)是本世紀(jì)以來在西方發(fā)達(dá)國家剛剛興起 的一種技術(shù)，這種技術(shù)利用現(xiàn)有的10KV電壓電網(wǎng)和380伏/220伏低壓電力線 作為傳輸語音、數(shù)據(jù)和視頻信號的通信載體，在建設(shè)高速寬帶電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、互 聯(lián)網(wǎng)寬帶接入以及其它有線通信領(lǐng)域有著極廣泛的應(yīng)用前景。通過對上述相關(guān) (PLC)基礎(chǔ)性產(chǎn)品和組合應(yīng)用性產(chǎn)品的研發(fā)和推廣應(yīng)用，必將為供電公司在推 動電力通信、信息網(wǎng)絡(luò)、電力需求側(cè)管理以及營銷技術(shù)現(xiàn)代化等諸多方面作出 較大的貢獻(xiàn)；同時還會產(chǎn)生諸如居民小區(qū)電力線上網(wǎng)、智能家居、智能樓宇等 高附加值的科技項(xiàng)目，使供電公司從龐大的互聯(lián)網(wǎng)市場和智能化市場中獲取豐 厚的利潤。
目前我國關(guān)于電力線載波結(jié)合設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7329-2008 (最新標(biāo)準(zhǔn)) 是采用電容耦合，而載波頻率范圍在該標(biāo)準(zhǔn)的第5丄6中標(biāo)明是40 500KHz，在 這個頻率范圍內(nèi)已經(jīng)不能滿足我國科技領(lǐng)域的高速發(fā)展，特別是西方發(fā)達(dá)國家
的先進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種中壓電力線寬帶耦合裝置，利用這種裝置后， 無需布線，即可建立起包括遠(yuǎn)程抄表、負(fù)荷控制、配變監(jiān)測等功能的電力需求 側(cè)之統(tǒng)一的寬帶數(shù)據(jù)傳輸平臺。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在環(huán)形筒體的內(nèi)疊放多層環(huán)形電感材料，在 相鄰兩層環(huán)形電感材料之間有隔離片，在環(huán)形筒體內(nèi)填充用于固定環(huán)形電感材 料及隔離片的環(huán)氧樹脂；在環(huán)形筒體的中央有通孔。
所述環(huán)形筒體呈對開式結(jié)構(gòu)，在環(huán)形筒體的外面設(shè)置用于當(dāng)對開式的環(huán)形 筒體閉合時，將對開式的環(huán)形筒體連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。在所述環(huán)形筒體上 設(shè)置接線端子。在所述環(huán)形筒體上設(shè)置接地線。
所述環(huán)形電感材料的成分為Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、 Nb4.9~2.1%、 Mol.4~1.6%、 Si 14.5~16.5%和B7~9%;單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
在所述夾緊機(jī)構(gòu)中，抱箍抱在環(huán)形筒體的外面，在抱箍的一端設(shè)置活絡(luò)扣， 在抱箍的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣的卡扣，在所述活絡(luò)扣扣入所述卡扣內(nèi)后， 利用螺栓將活絡(luò)扣與卡扣固定在一起。所述環(huán)形筒體包括位于內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈與位 于外側(cè)的外圈，所述內(nèi)圈與所述接線端子的內(nèi)芯電連接，所述外圈與所述接線 端子的外套電連接。
制備所述中壓電力線寬帶耦合裝置的方法，其特征是
先準(zhǔn)備環(huán)形筒體，利用非導(dǎo)磁的導(dǎo)電材料(如鋁合金、銅合金等材料)形成一個圓環(huán)形的環(huán)形筒體；
準(zhǔn)備電感材料，把鐵、銅、鈮、鉬、硅和硼放入熔煉爐內(nèi)混合在一起，熔 化成液體，再將熔融態(tài)的液體噴射到旋轉(zhuǎn)著的冷卻輥上，使所述金屬液從 1280 130(TC下降到180~200°C，形成電感材料帶；所述電感材料帶的成分為 Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、 Nb4.9~2.1%、 Mol.4~1.6%、 Si 14.5~16.5%和B7~9%; 單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；
再按照環(huán)形筒體的形狀大小，將所述電感材料帶進(jìn)行巻繞，巻好后的電感 材料帶送入退火爐內(nèi)，在溫度570 58(TC下退火5~6小時，然后冷卻到100~150°C 時從退火爐中取出，形成環(huán)形電感材料；
把幾個巻繞好的環(huán)形電感材料依次疊放入環(huán)形筒體中，并在相鄰兩層環(huán)形 電感材料間放一層隔離片；再將環(huán)形筒體的內(nèi)圈與接線端子的內(nèi)芯電連接，將 環(huán)形筒體的外圈與接線端子的外殼電連接；然后在環(huán)形筒體內(nèi)灌入環(huán)氧樹脂， 經(jīng)固化46-50小時后，形成耦合器半成品；再將耦合器半成品裝在機(jī)床上切割 成兩個半圓形；
再在兩個半圓形的外面設(shè)置用于將兩個半圓形連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。在 所述夾緊機(jī)構(gòu)中，抱箍抱在環(huán)形筒體的外面，在抱箍的一端設(shè)置活絡(luò)扣，在抱 箍的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣的卡扣，在所述活絡(luò)扣扣入所述卡扣內(nèi)后，利 用螺栓將活絡(luò)扣與卡扣固定在一起。所述電感材料帶的厚度小于22um，均勻 度小于2um。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用這種裝置后，無需布線，即可建立起包括遠(yuǎn)程抄表、 負(fù)荷控制、配變監(jiān)測等功能的電力需求側(cè)之統(tǒng)一的寬帶數(shù)據(jù)傳輸平臺。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的俯視圖。
圖3是本發(fā)明的頻率與增益-曲線圖。
具體實(shí)施例方式
如圖所示在環(huán)形筒體l的內(nèi)疊放多層環(huán)形電感材料2，在相鄰兩層環(huán)形電 感材料2之間有隔離片3，在環(huán)形筒體1內(nèi)填充用于固定環(huán)形電感材料2及隔離 片3的環(huán)氧樹脂4;在環(huán)形筒體1的中央有通孔10。在使用時，可以利用所述 通孔10套在相關(guān)的導(dǎo)線外。
所述環(huán)形筒體1呈對開式結(jié)構(gòu)，在環(huán)形筒體1的外面設(shè)置用于當(dāng)對開式的 環(huán)形筒體1閉合時，將對開式的環(huán)形筒體1連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。以便于將 所述環(huán)形筒體套在導(dǎo)線上，在套的時候，先將兩個半圓形的筒體扳開，套在導(dǎo) 線上后再合攏，然后用夾緊機(jī)構(gòu)鎖緊。
在所述環(huán)形筒體1上設(shè)置接線端子9。在所述環(huán)形筒體1上設(shè)置接地線8。
所述環(huán)形電感材料的成分為Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、 Nb4.9~2.1%、 Mol.4~1.6%、 Si 14.5~16.5%和B7~9%;單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
在所述夾緊機(jī)構(gòu)中，抱箍5抱在環(huán)形筒體1的外面，在抱箍5的一端設(shè)置 活絡(luò)扣6，在抱箍5的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣6的卡扣，在所述活絡(luò)扣6扣
5入所述卡扣內(nèi)后，利用螺栓將活絡(luò)扣6與卡扣固定在一起。
所述環(huán)形筒體1包括位于內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈與位于外側(cè)的外圈，所述內(nèi)圈與所述
接線端子9的內(nèi)芯電連接，所述外圈與所述接線端子9的外套電連接。
制備所述中壓電力線寬帶耦合裝置時，先準(zhǔn)備環(huán)形筒體l，利用非導(dǎo)磁的導(dǎo) 電材料形成一個圓環(huán)形的環(huán)形筒體l;所述非導(dǎo)磁的導(dǎo)電材料可以是鋁合金、銅 合金等具有良好導(dǎo)電性能，又不能導(dǎo)磁的材料。
準(zhǔn)備電感材料，把鐵、銅、鈮、鉬、硅和硼放入熔煉爐內(nèi)混合在一起，熔 化成液體，再將熔融態(tài)的液體噴射到旋轉(zhuǎn)著的冷卻輥上，使所述金屬液從 1280 130(TC下降到180 200°C，形成電感材料帶；所述電感材料帶的成分為 Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、固.9 2.1%、 Mol.4~1.6%、 Si 14.5~16.50/0和B7~9%; 單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
再按照環(huán)形筒體1的形狀大小，將所述電感材料帶進(jìn)行巻繞，巻好后的電 感材料帶送入退火爐內(nèi)，在溫度570 58(TC下退火5~6小時，然后冷卻到 100 15(TC時從退火爐中取出，形成環(huán)形電感材料2;
把幾個巻繞好的環(huán)形電感材料2依次疊放入環(huán)形筒體1中，并在相鄰兩層 環(huán)形電感材料2間放一層隔離片3;再將環(huán)形筒體l的內(nèi)圈與接線端子9的內(nèi)芯 電連接，將環(huán)形筒體1的外圈與接線端子9的外殼電連接；然后在環(huán)形筒體1 內(nèi)灌入環(huán)氧樹脂4，經(jīng)固化46 50小時后，形成耦合器半成品；再將耦合器半成 品裝在機(jī)床上切割成兩個半圓形；
再在兩個半圓形的外面設(shè)置用于將兩個半圓形連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。
在所述夾緊機(jī)構(gòu)中，抱箍5抱在環(huán)形筒體1的外面，在抱箍5的一端設(shè)置 活絡(luò)扣6，在抱箍5的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣6的卡扣，在所述活絡(luò)扣6扣 入所述卡扣內(nèi)后，利用螺栓將活絡(luò)扣6與卡扣固定在一起。所述電感材料帶的 厚度小于22um，均勻度小于2um;所述電感材料帶的寬度可以根據(jù)環(huán)形筒體 的高度來設(shè)定， 一般是將環(huán)形筒體的高度等分成幾段，每一段的高度即為環(huán)形 電感材料帶的寬度與隔離片3的厚度之和。
本發(fā)明的電感耦合器基于200MHz PLC調(diào)制解調(diào)器線路通信頻帶在 2~34MHz之間，通過MV電感耦合器耦合到10KV電力線上。MV (指中壓) 電感耦合器性能將對我們多關(guān)心的OFDM信號幅頻特性及其PLC的通信速率性 能指標(biāo)產(chǎn)生重要的影響。整個PLC調(diào)制解調(diào)器中，耦合裝置的優(yōu)劣不僅決定著 PLC通信的可靠性，還決定著系統(tǒng)一的安全可靠性。
OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)實(shí)際上是MCM (Multi-CarrierModulation,多載 波調(diào)制)的一種。其主要思想是，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信 號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可 以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾 (ICI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上可以 看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅 是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。
耦合器的電感耦合器應(yīng)用如圖1， MV電感耦合器將PLC調(diào)制解調(diào)器線路通信頻帶在2~34MHz之間耦合到10KV電力線上，使10KV電力線既傳送電力 電源，又作為通信電纜應(yīng)用。
MV電感耦合器技術(shù)指標(biāo)頻率范圍2 34MHZ;標(biāo)準(zhǔn)阻尼4士2dB;氣 候等級25/100/21-C;絕緣電阻、額定電壓和額定直流耐壓都依賴于電纜的絕 緣等級；
當(dāng)應(yīng)用于中高壓通過電纜時，材料非鐵氧體，具有高導(dǎo)性的軟磁； 尺寸》25X63X35 100A
* 42X80X65 200A
* 55X107X70 300A 4)85X128X65 300A
應(yīng)用于低壓入室電纜時，材料特殊鐵氧體；標(biāo)準(zhǔn)電流36A 60A;
尺寸* 10X30X30 36A 4 25X50X30 60A
MV-H58電感耦合器結(jié)構(gòu)見圖3、 4，其中1、環(huán)形筒體，2、納米晶，3、 隔離片，4、環(huán)氧樹脂，5、抱箍，6、活絡(luò)扣，7、蝶形螺栓，8、接地線，9、 接線端子。因原來的高壓電纜和低壓電纜均已架好，本耦合器根據(jù)使用的特殊 要求，制作成開合式的。在不破壞原來的設(shè)備和結(jié)構(gòu)的前提下，能方便的合上 和不借助任何工具，僅利用抱箍5、活絡(luò)扣6、蝶形螺栓7等結(jié)構(gòu)來固定，用很 短的時間即可夾緊。環(huán)形筒體1采用純鋁壓制而成，不僅作為裝置的殼體，而 且還是輸入與取出傳輸信號的耦合線圈，其內(nèi)、外圈連接同軸電纜端子。內(nèi)圈 與外圈作為輸入與輸出的連接端子，在耦合器的兩個半圓的環(huán)形筒體1上連接 兩個接地螺絲，以防止信號的干擾。
本耦合器的電感材料是非軟磁鐵氧體。在滿足電感耦合器的工作要求和特 性的前提下，選擇了能滿足性能穩(wěn)定的高頻段低損耗的高磁導(dǎo)率和價格比較低 廉的Fe、 Cu、 Nb、 Mo、 Si和B的電感材料來傳輸2~34MHz的高頻信號。電感 材料是把鐵、銅、鈮、鉬、硅和硼等多種元素研磨成平均晶粒直徑10~20nm的 粉末，按比例進(jìn)行混合均勻，經(jīng)專用設(shè)備進(jìn)行噴制成電感材料帶。
經(jīng)多次試驗(yàn)和調(diào)整比例，為了獲得高的起始磁率和很好的表面光亮，選擇 了所述比例。這樣的材料在噴20mm寬的電感材料帶時，要求電感材料帶的厚 度小于22um (微米)均勻度小于2um (微米)。這樣的電感材料帶按電感耦合 器的尺寸要求進(jìn)行巻繞，巻好后根據(jù)產(chǎn)品的大小進(jìn)行無磁退火(熱處理)約5~6 小時，等冷卻到10(TC時從爐子中取出，這樣就完成了環(huán)形電感材料2的制作。
把巻繞好的4個整圓的環(huán)形電感材料2放入環(huán)形筒體1中，每塊環(huán)形電感 材料2與環(huán)形筒體1間加一層隔離片3，對齊平整好，再在環(huán)形筒體l的內(nèi)圈上 焊接接線端子9的內(nèi)芯，在環(huán)形筒體1的外圈上焊接接線端子9的外殼，然后 環(huán)形筒體1內(nèi)、隔離片3與環(huán)形電感材料2間灌入環(huán)氧樹脂4，經(jīng)固化48小時 后將已固化好的電感耦合器裝入專用工裝夾具上，以萬能銑床進(jìn)行切割?？紤] 到該電感耦合器由三種不同的材料組成，經(jīng)過采用多種刀具的多次切割試驗(yàn)， 最后用切削鋒利的金剛石刀具，解決了該電感耦合器的切割，解決兩個半圓平整對合的問題。再調(diào)整兩個半圓對合的氣隙和電感量，要求電感耦合器在電力
線在300A以下電流通過時不能飽和，降低電感量，影響信號的傳輸。
如圖3所示，虛線表示只要所測產(chǎn)品的頻率-增益曲線位于虛線上方，就表 示能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖中所示的兩條曲線是測試了兩個產(chǎn)品后獲得的 頻率-增益曲線，可見均位于虛線上方，因此是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的。
權(quán)利要求
1、中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是在環(huán)形筒體(1)的內(nèi)疊放多層環(huán)形電感材料(2)，在相鄰兩層環(huán)形電感材料(2)之間有隔離片(3)，在環(huán)形筒體(1)內(nèi)填充用于固定環(huán)形電感材料(2)及隔離片(3)的環(huán)氧樹脂(4)；在環(huán)形筒體(1)的中央有通孔(10)。
2、 如權(quán)利要求1所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是所述環(huán)形筒體(1)呈對開式結(jié)構(gòu)，在環(huán)形筒體(1)的外面設(shè)置用于當(dāng)對開式的環(huán)形筒體 (1)閉合時，將對開式的環(huán)形筒體(1)連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求l所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是在所述環(huán)形 筒體(1)上設(shè)置接線端子(9)。
4、 如權(quán)利要求l所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是在所述環(huán)形 筒體(1)上設(shè)置接地線(8)。
5、 如權(quán)利要求l所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征在于，所述環(huán)形 電感材料的成分為Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、 Nb4.9~2.1%、 Mol.4 1.6%、 Si 14.5~16.5%和87~9%;單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
6、 如權(quán)利要求l所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是在所述夾緊 機(jī)構(gòu)中，抱箍(5)抱在環(huán)形筒體(1)的外面，在抱箍(5)的一端設(shè)置活絡(luò)扣(6)，在抱箍(5)的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣(6)的卡扣，在所述活絡(luò)扣 (6)扣入所述卡扣內(nèi)后，利用螺栓將活絡(luò)扣(6)與卡扣固定在一起。
7、 如權(quán)利要求4所述的中壓電力線寬帶耦合裝置，其特征是所述環(huán)形筒 體(1)包括位于內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈與位于外側(cè)的外圈，所述內(nèi)圈與所述接線端子(9) 的內(nèi)芯電連接，所述外圈與所述接線端子(9)的外套電連接。
8、 制備權(quán)利要求1 7之一所述中壓電力線寬帶耦合裝置的方法，其特征是 先準(zhǔn)備環(huán)形筒體(1)，利用非導(dǎo)磁的導(dǎo)電材料形成一個圓環(huán)形的環(huán)形筒體(1);準(zhǔn)備電感材料，把鐵、銅、鈮、鉬、硅和硼放入熔煉爐內(nèi)混合在一起，熔 化成液體，再將熔融態(tài)的液體噴射到旋轉(zhuǎn)著的冷卻輥上，使所述金屬液從 1280 130(TC下降到180~200°C，形成電感材料帶；所述電感材料帶的成分為 Fe70~74%、 Cu0.8~l.l%、 Nb4.9~2.1%、 Mol.4~1.6%、 Si 14.5~16.5%和B7~9%;單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。再按照環(huán)形筒體(1)的形狀大小，將所述電感材料帶進(jìn)行巻繞，巻好后的 電感材料帶送入退火爐內(nèi)，在溫度570 58(TC下退火5~6小時，然后冷卻到 100 150。C時從退火爐中取出，形成環(huán)形電感材料(2);把幾個巻繞好的環(huán)形電感材料(2)依次疊放入環(huán)形筒體(1)中，并在相 鄰兩層環(huán)形電感材料(2)間放一層隔離片(3);再將環(huán)形筒體(1)的內(nèi)圈與 接線端子(9)的內(nèi)芯電連接，將環(huán)形筒體(1)的外圈與接線端子(9)的外殼電連接；然后在環(huán)形筒體(1)內(nèi)灌入環(huán)氧樹脂(4)，經(jīng)固化46-50小時后，形 成耦合器半成品；再將耦合器半成品裝在機(jī)床上切割成兩個半圓形；再在兩個半圓形的外面設(shè)置用于將兩個半圓形連接在一起的夾緊機(jī)構(gòu)。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是在所述夾緊機(jī)構(gòu)中，抱箍(5) 抱在環(huán)形筒體(1)的外面，在抱箍(5)的一端設(shè)置活絡(luò)扣(6)，在抱箍(5) 的另一端設(shè)置用于扣住活絡(luò)扣(6)的卡扣，在所述活絡(luò)扣(6)扣入所述卡扣 內(nèi)后，利用螺栓將活絡(luò)扣(6)與卡扣固定在一起。
10、 如權(quán)利要求8所述中壓電力線寬帶耦合裝置的方法，其特征是所述 電感材料帶的厚度小于22"m，均勻度小于2um。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備，具體地說是一種中壓電力線寬帶耦合裝置。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在環(huán)形筒體的內(nèi)疊放多層環(huán)形電感材料，在相鄰兩層環(huán)形電感材料之間有隔離片，在環(huán)形筒體內(nèi)填充用于固定環(huán)形電感材料及隔離片的環(huán)氧樹脂；在環(huán)形筒體的中央有通孔。利用這種裝置后，無需布線，即可建立起包括遠(yuǎn)程抄表、負(fù)荷控制、配變監(jiān)測等功能的電力需求側(cè)之統(tǒng)一的寬帶數(shù)據(jù)傳輸平臺。
文檔編號C22C38/16GK101562356SQ20091002752
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者朱振凡 申請人:朱振凡