本发明涉及电力传输。
背景技术：
1、众所周知，保险丝和电磁装置用于保护电路免受过电压和过电流的影响。这些是为大多数商用电压和电流提供的，无论是手持设备保险丝中的低压，还是带有断路器的家用电器中的电源，或是带有配电断路器的中高电压网络。
2、对于某些电路中的特定元件，保护装置也是已知的。例如，jph11275872的摘要如下：
3、“待解决的问题：当发生如线间短路或臂短路(arm short circuit)的事故时，在不增加通过非线性电阻元件处理的能量以及功率转换器的过电流负载能力的情况下，保护电容器免受过电压。解决方案：在具有串联电容器31-33(其连接在功率转换器的ac端子和ac电源2之间)、非线性电阻元件41-43、开关装置(51-53)(其将电容器端子彼此短路)以及连接在电容器端子之间的电压检测装置(61-63)(其检测电容器端子之间的电压)的功率转换电路中，设置控制装置200，所述控制装置200在电压检测装置检测到过电压的时间点之后的约一个周期接通短路开关。对于持续一个或多个周期的线间短路电流，短路电流被导流到短路开关，对于一个周期的臂短路，功率变换器的点火脉冲在短路开关接通之前停止，并且电容器31-33抑制短路电流”。
4、正如在wo2019/234449中，与传统的配电网络电缆相同，电容性电缆也受益于保护设备，保护设备不仅用于保护电缆所连接的设备，而且也用于保护电缆自身。正如现在所说明的，电容性电缆受益于额外的保护。电容性电缆包括由电介质材料隔开的两个电容板。无论电容性电缆包括如wo2010/026380中的条形物理板，还是如wo2019/234449中的由多根并置并相连以形成板的线构成的复合板，都是这种情况。电容性电缆不仅将过电压从一端传输到另一端(因此需要传统的保护设备来避免施加这种过电压)，而且如果在它们的电介质材料上施加过电压，还容易损坏它们的电介质材料。这种过量表现为构成其极板的导体两端的电压过高。通过延伸电源电压导体以测量其和负载电压导体之间的电压，可以容易地监控这种电压。表面上看，当此监测电压超过阈值时，这种设备可以断开电缆，以保护其免受超过电介质损坏阈值的监测电压的影响。断开可以通过额定配电电压的保护设备来实现。这种解决方案不仅增加了安装电容性电缆的成本，还抵消了电容性电缆的经济效益，并且容易导致不希望的断开。此外，它可能反应太过迟缓，从而无法保护电容性电缆的电介质材料。
技术实现思路
1、本发明的目的是为电容性电缆提供改进的保护设备，以允许电缆在受到保护的同时继续提供连接。
2、根据本发明的一个方面，提供了一种用于电容性输电电缆的电力传输电缆保护和控制装置，装置包括：
3、在电缆的一端终端
4、·用于负载电缆或供电电缆的负载端子或供电端子，
5、·一对电缆端子，用于电容性电力传输电缆的一对导体，导体在使用中直接或通过延伸导体连接到端子，
6、·一对电缆端子中的其中一个通过导轨或母线连接到负载端子或供电端子，
7、·在导轨或母线和一对电缆端子中的另一个之间的电磁或电子开关，以及
8、在电缆的一端终端或另一端终端：
9、·用于测量一对电缆端子之间的差分电压，即使用中的电容性电缆导体之间的差分电压的装置，以及
10、·在差分电压超过低于电容性电缆的介电击穿的阈值的情况下，用于控制所述开关闭合的装置。
11、优选地，在一个替代方案中：
12、·开关控制装置适于在第二事件或第三事件下控制开关，或者为此提供单独的开关控制装置，
13、·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，以及
14、·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。
15、在另一替代方案中：
16、·第二开关控制装置适于控制导轨或母线与在第二事件或第三事件的一对电缆端子中的另一个之间的第二开关，
17、·第二事件是母线或导轨中的电流低于某个阈值，并且
18、·第三事件是母线或导轨中的电流高于某个阈值。
19、在另一种装置中，设置电容器以提供或增加电容性电缆的导体之间的电容。
20、在优选的替代方案中，装置作为连接和保护装置，容纳在接地或可接地的导电的壳体或机柜中，端子与传输电压绝缘，并且开关的额定电压为差分击穿电压。
21、同样，优选地，测量和控制装置与终端和开关一起容纳在壳体或机柜中。
22、保护和控制装置可以与用于电容性电缆的相对端的第二这样的装置组合提供，装置适用于无线、有线或光纤通信。
23、通常，装置将包括在导轨或母线与一对电缆端子中的另一个之间的自主装置，所述自主装置适于以比开关的闭合更快地传导和降低差分电压，所述自主装置优选地是用作电涌放电器的金属氧化物变阻器、火花隙和晶闸管中的至少一个。更优选地，装置包括所有用作电涌放电器和晶闸管的金属氧化物变阻器。
24、同样，通常提供电磁开关和电子开关，电子开关适于比电磁开关更快地闭合。
25、优选地：
26、·连接装置是两方面
27、·额定电压不超过由电容电缆传输的电压的20％，优选为不超过为15％，以及
28、·适于由较低的电压控制来操作，
29、·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置，所述阈值大于待传输电压的20％，优选为大于15％
30、·装置包括
31、·壳体或机柜中或至壳体或机柜的低压电源，以及
32、·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。
33、我们注意到，壳体或机柜可能位于具有独立的dc电源的变电站内或附近。
34、连接和控制装置可以在装置外部与连接在一对电缆端子之间的一个或多个电容器组合。
35、通常，电缆将包括一对沿其长度呈电容关系的导体。
36、在本发明的另一方面，连接和保护装置与电力传输电缆组合提供，所述电力传输电缆具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆。
37、在这种组合中，电缆可以包括一对传统的高电压电力传输电缆，通过一个或多个传统的电容器在任一端或两端进行电容性连接，所述电容器或者作为连接和保护装置的电路元件容纳，或者单独容纳。可选地，电缆可以包括一对沿其长度成电容关系的导体，并且附加的电容器作为电路元件包括在装置中。
38、根据本发明的第三方面，用于电力传输电缆的连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：
39、·可接地的导电的壳体；
40、·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：
41、·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，
42、·其他的电缆端子是一对中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，
43、·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及
44、·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性连接。
45、优选地，包括事件检测装置，所述事件检测装置包括用于检测一对电缆之间的电压超过阈值的装置。
46、在本发明的第四方面，提供了一种与电力传输电缆组合的连接和保护装置，所述连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：
47、·可接地的导电的外壳；
48、·三个连接端子，每个端子适于提供与壳体绝缘的高电压端接和壳体内的内部连接点：
49、·其中一个连接端子用于供电电缆或负载电缆的绝缘端子和内部连接，
50、·其他的电缆端子是一对中的其中一个，用于各个电容性连接的导体的绝缘端子和内部连接，或者用于从端子到各个导体的电缆互连件，
51、·在装置内连接端子和一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不与连接端子连接，以及
52、·壳体中的装置，用于在一对电缆端子之间的电压超过阈值的情况下，将一对电缆端子中的另一个连接到连接端子，以保护两个导体的电容性：
53、·连接装置的额定电压不超过升高电压的20％，并且
54、·连接装置适于由低电压控制来操作，
55、·事件检测装置，包括用于检测一对电缆之间的电压超过升高电压的20％以上的阈值的装置
56、·壳体中的低压电源，以及
57、·壳体中的低压控制器，用于在检测到所述电压超过阈值的情况下，使连接装置实现所述连接。
58、本发明的一个方面涉及一种电力网络，所述电力网络在电容和常规(电流)操作模式之间切换以供应电力。模式之间的选择涉及网络上的负载或网络区域上的负载——因为网络作为一个整体适当地包括单个部分，并且每个部分可以以常规方式或容性方式运行。可以做出选择以避免对网络设备的损坏，例如对电缆或电缆部件的损坏。
59、模式之间的选择可以手动进行，模式的改变通过手动操作开关来实现。选择可以由自动化设备做出，例如监控负载或网络相关因素的临界状态。网络控制系统也可以既包括手动操作的开关，也包括根据预定触发来操作开关的控制设备。
60、在本发明的第五方面，提供了一种供电网络，包括
61、·电源，其连接到
62、·第一节点，其通过由电介质分隔的两个或多个导体连接到
63、·第二节点，以及
64、·控制系统
65、其中两个或多个导体能够在第一模式下经由电连接在第一节点和第二节点传输电力，或者在第二模式下作为电容性电缆在第一节点和第二节点之间传输电力，并且
66、其中控制系统能够在第一模式和第二模式之间切换两个或多个导体。
67、更具体地，供电网络可以包括
68、(i)电源，其连接到
69、(ii)第一节点，通过两条或多条电缆连接，可选地由电介质隔开，
70、(iii)第二节点，以及
71、(iv)控制系统
72、其中两个或多个电缆能够在第一模式下经由电连接在第一节点和第二节点传输电力，或者在第二模式下作为电容性电缆在第一节点和第二节点之间传输电力，并且
73、其中控制系统能够在第一模式和第二模式之间切换两个或多个电缆。
74、对电容性电缆的引用与本文别处相同，因此在实施例中包括对电容性电缆的引用，所述电容性电缆包括在电容性装置中的两个构成导体或电缆。由电容器在其端部连接的两个传统的电缆也可以用作电容性导电电缆，尽管优选用作包括由电介质分隔的两个或多个内部电缆的电容性电缆。
75、如上所述，两个或多个导体之间的切换可以由操作员手动执行。
76、适当地包括能够响应于触发事件在两个或多个导体之间切换的电介质保护装置。然后，来自此装置的信号可以启动模式之间的切换。示例性触发事件包括当作为电容性导体运行时各个导体之间的电压过高。触发事件的另一个实例是在当前模式下的操作模式不合适的安全警告。触发事件可以包括负载的减少，指示与电容模式相比，电流连接是优选的模式。
77、可以提供外部的监控系统来评估在什么点达到触发阈值。可以设置阈值以避免损坏电容性电缆中的电介质。另一个合适的阈值是当较低负载下的电力传输以常规方式更有效地传输时。另一个阈值可以是当恶劣的天气条件表明需要模式之间的切换时。因此，切换可能会因风力过小而发生。
78、监控系统适当地包括人工智能，以在网络级别或网络子部分级别做出关于操作模式的决定。
79、在本发明的实施例中，两个或多个导体包括第一导体和第二导体，其中
80、在第一模式中，第一导体的第一端连接到第一节点，以及第一导体的第二端连接到第二节点，和/或第二导体的第一端连接到第一节点，以及第二导体的第二端连接到第二节点，并且
81、在第二模式中，第一导体在第一端连接到第一节点，但在其第二端不连接到第二节点，并且第二导体在第一端不连接到第一节点，但在其第二端连接到第二节点。
82、优选地，控制系统包括位于第一节点和第二节点处的控制电路，由此在第一模式和第二模式之间的切换包括同时操作两个节点处的继电器。
83、应该注意的是，本发明适用于传输电压范围内的电力传输电缆，并且涉及电力传输电缆中两个电容性连接的导体之间的电压。此电压低于传输的电压。这种传输的电压在下文中被称为“高电压”，无论它们是被称为低、中、高还是(用各种术语)甚至更高的电压。简而言之，“高电压”和“低”电压是有区别的。只要升高的电压是设备整体额定连接到输电网络的电压，则术语“额定电压”可适当地代替传输和升高的电压。
84、通过连接和保护装置连接到电源和/或负载的电容性连接的导体也可以是
85、·如在wo2019/234449中所述的沿其长度呈电容关系的一对电缆，或者
86、·它们可以是一对传统的电力传输电缆，在一端或两端电容性连接，并且可选地在中间通过一个或多个传统的电容器连接。
87、这种电容器可以作为连接和保护装置的电路元件容纳，或者单独容纳。在第一替代方案中，将阈值电压设置为保护呈电容关系的电缆之间的电介质；在后一种替代方案中，将阈值电压设置为保护电容器的极板之间的电介质，无论其位于何处。在这两种替代方案中，两个电容性连接的电缆被方便地描述为“电容性电缆”。应当注意，存在另一种情况，其中本发明是适用的，并且“电容性电缆”的描述是适当的。这是一对电缆沿其长度呈电容关系的情况，但长度较短，并且它们之间的电容很方便地由附加的电容器增大的，所述附加电容器作为电路元件包含在连接和保护装置中或实际在其外部。
88、连接和保护装置可以连接在电容性电缆的负载端或电源端。通常，在长电缆的两端都会连接一个。在相应的端部，电源/负载连接端子通过一对端子中的其中一个连接到电容性电缆的导体，所述导体在另一端没有连接到电源或负载电缆。在一端的供电电缆通过电容性电缆和/或独立的电容器的导体电容性地连接到另一端的负载电缆。
89、在一长串电容性电缆的两端都设置连接和保护装置的情况下，它们通常调整为相互通信，从而可以一起操作。
90、在正常使用中，连接和保护装置仅提供从电源或负载到电容性电缆的相应导体的直通连接。
91、通常，连接和保护装置将包括两条导轨/汇流条。在一端具有电源/负载连接端子，另一端具有一对电缆端子中的其中一个，这将构成装置中的直接连接件。另一个导轨/汇流条在一端被隔离，并且一对电缆端子中的另一个在另一端被连接。所述连接装置排列在导轨之间。可以设想，虽然这种导轨/母线布置很方便，但是其他配置也很方便。
92、一般来说，导致超过电压或电流阈值的事件是瞬态事件，例如闪电，或更长的持续时间的事件，例如与电缆损坏有关的事件，可能是由于树木倒在网络中其他地方的线路上。闪电会产生脉冲，这种脉冲容易因电压过高而损坏电介质。电缆损坏会导致电流浪涌，以欧姆方式加热电缆导体，并以这种方式损坏电介质。其他异常事件或正常事件，如切换，导致电压或电流阈值被超过也是可能的。
93、在负载电缆或供电电缆中的任何一个或者是可以想象的其中一个电容性电缆上出现电压浪涌(如因为闪电)的情况下，一对端子之间的电压以及电容性电缆的极板之间的电压将升高。如果连接装置检测到超过阈值，则三个端子通过连接装置直接连接在一起，通过将导轨/汇流条连接在一起(如果提供了导轨/汇流条的话)。
94、就电压上升而言，如闪电之类的脉冲是非常陡峭的前沿事件，方便地，连接装置包括一对端子之间的火花隙部件，所述火花隙部件方便地通过导轨。一旦其间隙上的电压超过阈值，此部件就会导通，从而限制导体之间的电压。
95、为了适应可能导致超过火花隙部件能力的高能脉冲，电涌放电器部件可以与火花隙并联连接。电涌放电器通过其半导体材料的暂时传导允许更多的电流流动，同时保持其两端的电压低于电介质损坏水平。
96、除了火花隙和电涌放电器之外，装置可以包括作为另一个无源部件(即不由控制器操作的部件)的金属氧化物变阻器，所述金属氧化物变阻器方便地通过导轨位于一对端子之间。
97、同样，脉冲可以持续很长时间，以这样的电流，它们之间的电压可能太高。为了适应这种端子，连接装置可以包括有源部件，例如一个或多个开关，其方便地通过导轨位于一对端子之间。开关可以是物理的，如继电器，也可以是电子的，如晶闸管。
98、结果是电容性电缆的导体一起短路，直接将供电电缆连接到负载电缆，导体之间没有电压，其电容器的极板之间的电介质材料上没有电压。这保护了电介质材料免受在其上的潜在破坏性电压。
99、在负载电缆或供电电缆或者可以想象的电容性电缆中出现电流浪涌的情况下，装置内连接端子与一对电缆端子的其中一个之间的直接连接件中的电流将上升。如果连接装置检测到超过阈值，则三个端子通过连接装置直接连接在一起，方便地通过开关连接在一起。同样，其结果是，电容性电缆的导体一起短路，直接将供电电缆连接到负载电缆，电流在两个电容性连接的导体之间共享。
100、只要其它电缆端子到连接端子的连接装置通常包括开关，并且开关通常在闭合之前针对它们的触点之间的电压进行额定，连接装置就可以针对连接和保护装置所连接到的网络的额定电压进行额定。然而，我们惊讶地意识到，待一起切换的端子之间的实际电压通常比额定电压低一个数量级。这是因为导轨之间的电压取决于作用于电容器的极板元件之间的电容的电缆电流。因此，仅与电容和电流而不是与额定电压成比例的电压是低于额定电压的。
101、在实践中，只要保持适用的安全标准，这可以使包括开关在内的连接装置的部件能够在比装置本身的额定电压更低的电压下额定地工作。
102、因此，考虑到额定电压实际上是绝缘对地额定值，优选地，进行连接的电压阈值小于连接和保护装置的绝缘对地额定值电压的20％，并且连接装置包括额定电压低于绝缘对地额定电压20％的部件。通常，在这两种情况下，数字20％可以是15％。
103、工作电流额定值(由于损耗最小化、较低的趋肤/邻近效应)等于或略高于同等尺寸的铜或铝导体的横截面积的传统的电缆的额定电流的5％至10％。因此，进行连接的电流阈值比同等尺寸的铜导体的横截面积的传统的电缆的额定电流高20％。
104、通常，在如wo2019/234449中所述的电容性电缆的情况下，它将包括几层导电的负载和供电线，通过层内或层间的交替呈电容关系。本发明的实施例保护的是负载和供电线和/或它们的层之间的电介质。电介质的选择不是基本发明的一部分。典型地，电介质是作为所谓的磁线漆的漆，或者是非漆包线层之间的非导电聚合材料。在电缆的端部，可以将各个导体的线捆扎并引向保护装置。然而，优选的是将它们捆扎在一起，并连接到上述引向保护装置的传统的电缆上。供电电缆和负载电缆可能是相同类型的传统的电缆。优选地，这些电缆或其部件在其距离保护装置的范围内具有接地护套。
105、对于连接和保护装置将与短长度的电容性电缆或两个电缆之间的电容可以忽略不计的的电缆一起使用的安装，装置可以在其内部容纳电容，以提供电容性电缆或使两个电缆具有电容性电缆的优点。可选地，连接和保护装置可以安装外部的电容来提供这些优点。
106、优选地，保护设备具有导电的壳体，所述壳体中连接装置和三个导体到连接装置的接头被包围。优选地，连接装置和三个导体都相对于导电的壳体电绝缘，所述导电的壳体在使用中提供接地，这可以通过接地的电缆护套或通过单独的接地连接来实现。
107、在使用中，供电导体上的电压在电容性电缆的负载导体上感应出电压。在某些网络条件下，如低负载，电缆的电容特性几乎没有优势，并且开关可以闭合，将装置的所有端子都连接在一起。为此，装置方便地设置有有线接口或无线接口，用于远程控制开关闭合。这种接口可以与在长电缆线路的另一端的另一个这种设备的通信接口相同。
108、随着负载和电流的增加，负载导体和供电导体之间的电压差将增加。虽然导体都承载其电缆相对于地的额定电压，但是电容性电缆的导体之间的相对电压往往至少比额定电压低一个数量级。因此，电容性电缆的导体之间的电介质材料可以额定设为满载时的相对电压。
109、出于类似的原因，将保护设备的连接装置额定设为在低一个数量级的电压(而不是额定电压)下进行反应和接触。事实上，如果其额定为在额定电压下反应，则在连接装置反应之前，电介质已经被破坏了。换言之，优选地将阈值设置为基本上比额定电压低一个数量级，或者甚至更小。
110、连接装置优选地包括作为电路元件的单独的电压检测装置，如在电压测量电路中，以及在检测到电压阈值时闭合的元件，如开关。
111、电容性电缆的导体之间的电压会受到各种因素的干扰，并且连接装置可以包括相应的各种装置。
112、连接装置可以包括其自身对是否已经超过电压阈值的检测，例如在电路元件中，如火花隙装置，其在超过间隙跳动的电压时传导。可选地，可以提供单独的电压检测装置，如在电压测量电路中，连接装置包括电路元件，例如开关，在达到电压阈值时闭合。
113、虽然上述描述设想了在两个电容性连接的电缆之间的电压超过阈值的情况下连接这两个电容性连接的电缆，但是存在可能希望进行连接的另一种情况，即在对电缆的电流需求较低的情况下。在这种情况下，作为电容性电缆的电缆的优点容易被忽略或者甚至是不利的。因此，装置可以包含用于在电流低于这种阈值的情况下连接两个导体的装置。通常，对于导体之间的电压超过阈值，连接装置是相同的，即，优选地是受控的有源部件，例如开关。可选地，可以提供单独的有源受控部件。
114、我们倾向于设备在启动时默认将电缆导线连接在一起。在这种情况下，一个部件通常是闭合的，并且在达到电流阈值时被控制打开，而另一个元件在电压过高的情况下被控制关闭。
115、根据本发明的另一方面，提供了一种与电力传输电缆组合的连接和保护装置，所述连接和保护装置具有两个电容性连接的导体，在使用中所述两个电容性连接的导体分别在一端连接到供电电缆，在另一端连接到负载电缆，连接和保护装置包括：
116、·用于连接到供电电缆或负载电缆的供电/负载连接端子，
117、·用于连接到各个电容性连接的导体的一对电缆端子，或者从端子到各个导体的电缆互连件，
118、·在装置内，电源/负载连接端子和一对电缆端子中的其中一个之间直接连接件，一对电缆端子中的另一个通常不连接到电源/负载连接端子，以及
119、·用于将一对电缆端子中的另一个连接到电源/负载连接端子以保护两个导体的电容性连接的装置，如果
120、·一对电缆端子之间的电压超过阈值或者
121、·直接连接件中的电流超过阈值。
122、通常，具有两个电容性连接的导体的电力传输电缆与两个这样的连接和保护装置组合，一个在一端，另一个在另一端。
123、连接和保护装置可以包括电容器，用于增强导体的电容性连接。
124、在本发明的实施例中，使用两个或更多个继电器可以简化控制。在这些实施例中，装置/系统包括
125、供夜间使用的常闭继电器，当电流超过阈值时断开，以及
126、常开继电器，当差分电压上升到阈值以上时闭合。
127、这可选地是完全自动的，不需要控制电路，例如，如果nc继电器的线圈由主母线周围的感应回路激励，而no继电器由母线之间的欧姆线激励。
1.一种供电网络，其包括
2.根据权利要求1所述的供电网络，其中两个或多个导体之间的切换可以由操作员手动执行。
3.根据权利要求1所述的供电网络，还包括能够响应于触发事件在两个或多个导体之间切换的电介质装置。
4.根据权利要求3所述的供电网络，其中，触发事件包括当导体作为电容电缆操作时，各个导体之间的电压过高。
5.根据权利要求3所述的供电网络，其中，触发事件包括导体在当前模式下的操作模式不合适的安全警告。
6.根据权利要求3所述的供电网络，其中，触发事件包括负载的减少，其指示与电容模式相比，电流连接是优选的模式。
7.根据权利要求1所述的供电网络，其中，两个或多个导体包括第一导体和第二导体，其中
8.根据权利要求1所述的供电网络，其中，控制系统包括位于第一节点和第二节点处的控制电路，由此在第一模式和第二模式之间的切换包括同时操作两个节点处的继电器。
9.根据权利要求1所述的供电网络，其中，控制系统包括连接和保护装置，所述连接和保护装置包括：
10.根据权利要求9所述的供电网络，其中，在所述连接和保护装置中：
11.根据权利要求9所述的供电网络，其中，在所述连接和保护装置中：
