在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置、方法以及供電裝置與流程

2023-05-09 01:15:31

本發明涉及鐵路管理中的供電技術，特別是涉及一種在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置、方法以及供電裝置。

背景技術：

鐵路運輸管理過程中，在軌道兩側及軌面有許多電子設備，用於列車監測、信號指示、作業調度等等。目前對這些設備供電普遍採用有線工頻交流電壓供電，這種供電方式必須沿鐵路沿線鋪設供電線路及隔一定距離設置電壓轉換中繼站點，用於補償低壓線路傳輸的電能損耗。現有的這種供電方式的供電成本較高，同時在線路施工上具有一定的複雜性，而且後期線路維護的工作量較大。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置、方法以及供電裝置，用於解決現有鐵路線上供電成本較高、供電施工複雜以及後期線路維護工作難度較大的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供以下技術方案：

一種在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置，包括：導電體，設置於第一位置，所述第一位置對應在與鐵路架空接觸網通電所產生的電場接觸而產生靜電的位置；放電模塊，通過導線連接在所述導電體上來對所述導電體上的靜電做放電輸出，取得脈衝放電信號。

優選地，所述導電體為為金屬導體。

優選地，所述導電體為金屬平板。

優選地，所述導電體為金屬棒。

優選地，所述導電體的表面覆蓋有一絕緣層。

優選地，所述放電模塊為放電管。

本發明還提供了一種在鐵路架空接觸網環境下的供電裝置，包括如權利要求1-6中任一項所述的取電裝置，以及用於對所述取電裝置輸出的脈衝放電信號進行變壓、整流及濾波處理後輸出有用直流電源的電源適配輸出裝置，所述電源適配輸出裝置連接於所述取電裝置。

優選地，所述電源適配輸出裝置為至少由變壓器模塊、整流電路模塊及濾波電路模塊依次連接構成的電流多級處理電路。

優選地，所述電源適配輸出裝置還包括一DC/DC電源模塊，連接於所述濾波電路模塊。

此外，本發明還提供了一種在鐵路架空接觸網環境下的取電方法，所述方法包括：提供一與鐵路架空接觸網通電所產生的電場接觸的導電體，在所述導電體上產生靜電；通過導線連接在所述導電體上來接收所述靜電，對所述靜電做放電輸出，得到脈衝放電信號。

如上所述，本發明具有以下有益效果：本發明具有安裝方便，結構簡單，效率高等特點，通過直接從鐵路接觸網上面感應取電的方式為其他設備提供持續穩定電流，以往鐵路自供電通常採用太陽能電池，但太陽能供電有許多弱點，比如若連續幾天陰雨天及灰塵、太陽能電池老化等影響，因此本發明提供了一個擁有軌面設備持續供電的方法，填補了該領域的空白。

附圖說明

圖1顯示為本發明一種在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置的原理圖。

圖2顯示為本發明在鐵路接觸網的模型中的技術原理圖。

圖3顯示為本發明中放電模塊在一種實施方式中的原理圖。

圖4顯示為本發明一種在鐵路架空接觸網環境下的供電裝置的原理圖。

圖5顯示為本發明中電源適配輸出裝置的原理圖。

圖6為本發明一種在鐵路架空接觸網環境下的供電裝置的一種應用效果原理圖。

附圖標號說明

10 取電裝置

101 導電體

102 放電模塊

1021 第一尖針

1022 第二尖針

20 供電裝置

201 電源適配輸出裝置

2011 變壓器模塊

2012 整流電路模塊

2013 濾波電路模

2014 DC/DC電源模塊

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，以下實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

實施例1

本實施例提供一種在鐵路架空接觸網環境下的取電裝置，如圖所示，該取電裝置10包括：導電體101和放電模塊102，所述導電體101設置於第一位置，所述第一位置對應在與鐵路架空接觸網通電所產生的電場接觸而產生靜電的位置；所述放電模塊102通過導線連接在所述導電體101上來對所述導電體101上的靜電做放電輸出，取得脈衝放電信號。

下面對上述取電裝置10的技術原理進行說明。

如圖2，給出了鐵路接觸網的模型原理圖，當鐵路架空接觸網所在帶電線路有交變電壓時，其周圍空間有電場存在，這時空間各點具有一定的電位差存在，使位於該電場中的導體出現帶電現象。如圖所示，在鐵路接觸網下存在一導電體，具體可以為一塊金屬板，金屬板與接觸網之間就相當於存在一個耦合電容(CL)，在電場作用下，金屬板中的自由電子就要作有規則的移動，引起電荷的重新分布，使該金屬板導體呈現帶電狀態，即產生靜電感應。

此時，金屬板與鐵路接觸網之間存在容性耦合電流IL，靜電感應電壓比例模型Uo為：

同時，根據平板電容容量計算模型:C＝εδS/d，其中，ε為介質介電電常數(相對介電常數)，δ為真空中的絕對介電常數＝8.86×F/m，S為兩極板正對面積，d為兩極板間垂直距離。

通過上述公式分析推導，可得到靜電感應電壓Uo與靜電感應電流Io計算公式為：

其中，ω為交流電角頻率，一般為314；r為平行導體半徑。因此可知，帶電線路對附近停電線路的靜電感應影響的具有以下特點：1、平行導體上產生的靜電感應電壓的大小，與接近距離a的平方成反比；2、靜電電流的大小與接近段平行導體的長度成正比。

上述取電裝置利用鐵路線上現成的鐵路架空接觸網在通電時所產生的電場，使放置在該電場內的導體帶電，即在電場作用下使導電體帶靜電，然後再用放電裝模塊來將所述靜電做放電處理，來取得脈衝放電信號，一般情況下這個脈衝放電信號的電壓可以達到幾十伏，通過一定的電路處理後即可實現對鐵路線上各種電子設備供電，這種取電方式相對現有的供電方式成本更低，省去了複雜的線路布設，同時後期維護也相對較為容易。

在一具體實施例中，該導電體101可以優選為金屬導體，金屬導體在電場中更容易帶電形成靜電，且可以滿足供電的效率。具體地，該金屬導體可以為金屬平板或者金屬棒，較優的選用金屬平板，採用金屬平板更容易形成靜電，從而可以形成更高頻率的放電效果，滿足供電效率的要求。

在一具體實施例中，在金屬導體表面覆蓋有一絕緣層，用於防止金屬導體對外放電，同時也可以提高靜電放電的效率。

在一具體實施例中，所述放電模塊102可以採用放電管來實現，放電管可以通過購買來得到，不過這種方式的成本較高，具有一定的使用壽命。更好的可以採用兩根正對設置的尖針來實現，如圖3，可以包括第一尖針1021和第二尖針1022，第一尖針1021和第二尖針1022的尖端正對間隔設置，其中一根尖針用於電連接在導電體101上來收集從導電體101上轉移過來的電荷，當電荷累積到一定量以後由另一根尖針來放電，形成脈衝放電信號。第二種實施方式的使用壽命更短，而且還可以將其設置在後期的電源處理電路(下文將詳細說明)中，來形成一體式的裝置。

實施例2

見圖4，本實施例提供一種在鐵路架空接觸網環境下的供電裝置，該供電裝置20包括上述實施例1中的取電裝置10(包括任一優選方案)，以及用於對所述取電裝置10輸出的脈衝放電信號進行變壓、整流及濾波處理後輸出有用直流電源的電源適配輸出裝置201，所述電源適配輸出裝置201連接於所述取電裝置10。

在具體實施中，該電源適配輸出裝置201的作用是對脈衝放電信號進行處理以使其能夠被正常使用，其所採用的處理電路都可以採用現有的處理電路或處理電路模塊來實現。

例如，在一具體實施例中，見圖5，該電源適配輸出裝置201採用由變壓器模塊2011、整流電路模塊2012及濾波電路模塊2013依次連接構成的電流多級處理電路來實現，其中，變壓器模塊2011的輸入端連接於所述取電裝置10中的放電模塊102，所述變壓器模塊2011的輸出端連接整流電路模塊2012，所述濾波電路模塊2013連接於所述整流電路模塊，變壓器模塊2011、整流電路模塊2012及濾波電路模塊2013形成多級處理電路來對脈衝放電信號依次進行變壓、整流及濾波處理，然後輸出直流電信號。更優的，該變壓器模塊可以為降壓變壓器，因為通過對脈衝放電信號進行降壓處理後可以得到低壓高電流的交流信號，這樣更利於後級電路進行處理得到有用的電源信號。

在另一具體實施例中，電源適配輸出裝置201還可以包括DC/DC電源模塊2014，該DC/DC電源模塊2014連接在濾波電路模塊末端，用於對直流信號進行升壓穩壓處理，得到有效的直流電平輸出。

例如，在一實施例中，見圖6，可以這樣來實施上述供電裝置20，如圖所示，在設置在鐵路軌道旁的機箱上安裝一導電體101，該導電體101為一金屬平板，該金屬平板置於鐵路架空接觸網所形成的電場中，然後將該金屬平板通過導線連接在一電源適配輸出裝置201，其中，電源適配輸出裝置201中設置有放電模塊102，及放電模塊102與電源適配輸出裝置201被製成一個一體式裝置。然後利用電源適配輸出裝置201輸出的電源為機箱內的各種電子設備供電。

結合上述實施例1和2來看，本發明提供了一種在鐵路架空接觸網環境下的取電方法，該取電方法可以通過以下步驟來實現：

S1，提供一與鐵路架空接觸網通電所產生的電場接觸的導電體，在所述導電體上產生靜電；

S2，通過導線連接在所述導電體上來接收所述靜電，以對所述靜電做放電輸出，得到脈衝放電信號。

綜上所述，本發明具有安裝方便，結構簡單，效率高等特點，通過直接從鐵路接觸網上面感應取電的方式為其他設備提供持續穩定電流，以往鐵路自供電通常採用太陽能電池，但太陽能供電有許多弱點，比如若連續幾天陰雨天及灰塵、太陽能電池老化等影響，因此本發明提供了一個擁有軌面設備持續供電的方法，填補了該領域的空白。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。