Сильно изолированные индуктивные элементы информационной связи

007883 Предпосылки создания изобретения Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к коммуникациям питающих линий, а более конкретно - к элементу информационной связи, изолируемому способом, который минимизирует электрические пробои. Уровень техники Индуктивный элемент связи для коммуникаций питающих линий обеспечивает передачу информационного сигнала между линией питания и устройством связи, таким как модем. Индуктивный элемент связи может страдать от пробоя изоляции или частичного разряда при неудовлетворительно низких напряжениях питающей линии. Пробой или частичный разряд в общем случае будет возникать в том месте внутри элемента связи, где электрическое поле концентрируется в изолирующем материале или где в воздушном промежутке создается слишком сильное поле. На фиг. 1 показано поперечное сечение известного индуктивного элемента связи. Питающая линия 800, например фазовый провод, служит первичной обмоткой для индуктивного элемента связи, и в этом качестве проходит сквозь отверстие магнитопровода с сердечником, конфигурация которого предусматривает верхнюю часть сердечника, которая включает в себя участок 805 сердечника, и нижнюю часть сердечника, которая включает в себя участок 810 сердечника, и воздушные зазоры 830 и 835. Сквозь упомянутое отверстие также проходит вторичная обмотка, окруженная изолирующим материалом 825. Питающая линия 800 касается участка 805 сердечника в точке 855 контакта, а вторичная обмотка 820 заземлена. Участки 805 и 810 сердечника выполнены из магнитного материала сердечника. Электрическое поле внутри участков 805 и 810 сердечников зависит от удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости материала сердечника. В случае, когда питающая линия 800 не изолирована, все фазное напряжение прикладывается к элементу связи, в частности, между точкой 855 контакта и вторичной обмоткой 820. Обращаясь к фиг. 2, отмечаем, что для случая, когда питающая линия 800 покрыта изоляцией, эта питающая линия 800 показана имеющей изоляцию 860, которая контактирует с участком 805 сердечника в точке 865 контакта. Между (а) конденсатором, образованным между питающей линией 800, изоляцией 860 и участком 805 контакта, и (б) емкостью между точкой 865 и вторичной обмоткой 820 образуется емкостной делитель напряжения. Тогда градиент напряжения между точкой 865 контакта и землей оказывается меньшим, чем полное фазное напряжение. Плоскость, в которой вторичная обмотка 820 выходит из участка 810 сечения, образует острый угол с этим участком 810 сечения. В общем случае могут существовать два места, подверженные ионизации и электрическому пробою: (1) воздушный тракт 840 между питающей линией 800 и изолирующим материалом 825 и (2) область между углами участка 810 сердечника и выходом вторичной обмотки 820 из участка 810 сердечника. Воздушный тракт 840 подвержен ионизации и электрическому пробою ввиду следующих причин. Изолирующий материал 825 обычно представляет собой пластмассу или другой материал с диэлектрической проницаемостью 2,5-3,5. Емкостное деление напряжения, осуществляемое над разностью напряжений между питающей линией 800 и вторичной обмоткой 820, обеспечит приложение наибольшей доли разности напряжений в воздушном тракте 840, а сравнительно малой доли этой разности напряжений - в тракте 850 изоляции. Изолирующая способность воздуха является второстепенной по отношению к изолирующей способности пластмассы или другого изолирующего материала, так что при возрастании напряжения в питающей линии 800 пробой наиболее вероятен через тракт 840. На фиг. 3 показано горизонтальное поперечное сечение, проведенное через вторичную обмотку 820,такую как показанная на фиг. 1. Нижний участок сердечника показан имеющим конфигурацию, предусматривающую наличие совокупности участков сердечника, а именно участков 810, 811, 812 и 813 сердечника. Сквозь участки 810, 811, 812 и 813 сердечника проходит вторичная обмотка 820. Области 1000,1005, 1010 и 1015 представляют собой области концентрации электрического поля и могут вызывать пробой изоляции при напряжении в питающей линии 800, которое значительно меньше желаемого. Сущность изобретения Настоящее изобретение относится к элементу информационной связи, изолируемому способом, который минимизирует электрические пробои. Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой индуктивный элемент связи для подключения сигнала к питающей линии. Этот индуктивный элемент связи включает в себя магнитный сердечник для установки вокруг питающей линии, катушку,намотанную вокруг части магнитного сердечника, и полупроводящее покрытие, в котором заключен сердечник и которое контактирует с питающей линией. Сигнал подключен к катушке. Еще один вариант осуществления индуктивного элемента связи для подключения сигнала к питающей линии включает в себя магнитный сердечник для установки вокруг питающей линии и катушку,намотанную вокруг части магнитного сердечника. Эта катушка включает в себя коаксиальный кабель,имеющий внешний провод, находящийся под потенциалом питающей линии, и этот кабель включает в себя конец с конусом, снимающим напряжение. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показано поперечное сечение известного индуктивного элемента связи, проведенное пер-1 007883 пендикулярно питающей линии. На фиг. 2 показано поперечное сечение еще одного варианта осуществления известного индуктивного элемента связи. На фиг. 3 показано горизонтальное поперечное сечение, проведенное через вторичную обмотку индуктивного элемента связи, такого как тот, который показан на фиг. 1. На фиг. 4 показано поперечное сечение сильно изолированного индуктивного элемента информационной связи, проведенное перпендикулярно питающей линии. На фиг. 5 показано горизонтальное поперечное сечение, проведенное через нижнюю часть сердечника сильно изолированного индуктивного элемента связи, такого как тот, который показан на фиг. 4. На фиг. 6 показано вертикальное поперечное сечение через устройство, в котором применяется индуктивный элемент связи, имеющий полупроводящее покрытие. На фиг. 7 показано поперечное сечение высоковольтного индуктивного элемента информационной связи, который включает в себя кабель в качестве вторичной обмотки. Осуществление изобретения Сильно изолированный индуктивный элемент информационной связи в соответствии с настоящим изобретением фактически исключает сильные электрические поля в воздушных трактах и ограничивает эти поля местами, заполненными диэлектрическим материалом. Для всех тел, находящихся под напряжением, предусматриваются закругленные геометрии, чтобы исключить любые признаки острых углов,которые могли бы привести к генерированию сильного локального поля. Кроме того, нижняя и верхняя части сердечника находятся внутри единственной общей эквипотенциальной оболочки, что делает элемент связи индифферентным к диэлектрическим свойствам магнитных сердечников, а также исключает электрические поля внутри сердечников и между верхней и нижней частями сердечника. На фиг. 4 представлено поперечное сечение сильно изолированного индуктивного элемента информационной связи в соответствии с настоящим изобретением. Этот элемент связи включает в себя магнитный сердечник для установки вокруг питающей линии 800. Магнитному сердечнику придана конфигурация с верхней частью сердечника, которая включает в себя участок 805 сердечника, и нижней частью сердечника, которая включает в себя участок 810 сердечника. Название частей сердечника как верхней и нижней относится лишь к их соответствующим положениям на чертежах данного описания, и такое название необязательно характеризует действительную физическую взаимосвязь частей сердечника. Вторичная обмотка 820 соединена с устройством связи (не показано), таким как модем, и поэтому элемент связи обеспечивает передачу информационного сигнала между питающей линией 800 и устройством связи. Каждый из участка 805 сердечника и участка 810 сердечника заключен в оболочки или покрытия 900 и 905, выполненные из полупроводящего материала. Примерами подходящих полупроводящих материалов являются пластмассы или резины, импрегнированные графитом или карбидом кремния для обеспечения желаемого объемного удельного сопротивления. Между покрытием 900 и покрытием 905 создан электрический контакт 910. Таким образом, участки 805 и 810 сердечника и покрытия 900 и 905 становятся единым, по существу, эквипотенциальным телом. Поверхность 915 изолирующего материала 825 покрыта полупроводящим покрытием 945, которое перекрывается с покрытием 945 и создает электрический контакт с покрытием 905. Таким образом, потенциал покрытия 945 оказывается, по существу, равным потенциалу, имеющемуся на поверхности питающей линии 800, что исключает или значительно уменьшает падение напряжения в воздушном тракте 940. Это позволяет получить индуктивный элемент связи, который включает в себя вторичную обмотку 820 и участки 805 и 810 сердечника, а также использует питающую линию 800 как первичную обмотку,так что этот элемент может быть безопасно использован при более высоких напряжениях первичной обмотки, чем те, которые были бы возможны без полупроводящего покрытия 945. На фиг. 5 показано горизонтальное поперечное сечение, проведенное через нижнюю часть сердечника сильно изолированного индуктивного элемента информационной связи, такого как показанный на фиг. 4. Нижняя часть сердечника, в свою очередь, имеет конфигурацию с совокупностью участков сердечника, а именно участков 810, 811, 812 и 813 сердечника. По сравнению с индуктивным элементом информационной связи согласно фиг. 3, индуктивный элемент информационной связи согласно фиг. 5 подвергается воздействию меньшей концентрации поля в области 1105 - по сравнению с областью 1000 на выходе вторичной обмотки 820 из участка 813 сердечника. Покрытие 905 имеет закругленный профиль 1100, который обеспечивает закругленное продолжение к стороне участка 813 сердечника. Закругление форм находящихся под напряжением тел, таких как участок 813 сердечника, уменьшает максимальное электрическое поле в области 1105 при заданном напряжении, подаваемом по питающей линии 800 (фиг. 1). И наоборот, при заданном изолирующем материале 825 (фиг. 1), имеющем максимальный номинал напряжения электрического пробоя, напряжение, прикладываемое в питающей линии 800, может быть повышенным по сравнению с допустимым в присутствии острых углов. Вторичная обмотка 820 показана на фиг. 5 посредством единственного витка, проходящего сквозь сердечник. На практике вторичной обмотке 820 можно придать конфигурацию катушки, намотанной вокруг части сердечника.-2 007883 Таким образом, предложен индуктивный элемент связи для подключения сигнала к питающей линии. Этот индуктивный элемент связи включает в себя: (а) магнитный сердечник для расположения вокруг питающей линии, (б) катушку, намотанную вокруг части магнитного сердечника, причем сигнал подключен к катушке, и (в) полупроводящее покрытие, в котором заключен сердечник и которое контактирует с питающей линией. Сердечник имеет продольный конец, и поэтому индуктивный элемент связи также включает в себя закругленное полупроводящее тело, которое покрывает упомянутый продольный конец и находится в электрическом контакте с полупроводящим покрытием. Катушка имеет вывод, идущий от сердечника, и поэтому индуктивный элемент связи также включает в себя полупроводящий слой поверх упомянутого конца для уменьшения электрического напряжения между питающей линией и поверхностью изоляции, покрывающей катушку. На фиг. 6 представлено вертикальное поперечное сечение через устройство, воплощающее индуктивный элемент связи, имеющий полупроводящее покрытие. Воздушный тракт 1200, находящийся между силовой линией 800 и поверхностью 1210 изолирующего слоя 1225, окружающего заземленную вторичную обмотку 1220, подвержен ионизации и пробою. Разность потенциалов между питающей линией 800 и вторичной обмоткой 1220 подвергается емкостному делению между воздушным трактом 1200 и изолирующим слоем 1225. Доля этой разности потенциалов, возникающая в воздушном тракте 1220, является большей по сравнению с долей разности потенциалов в изолирующем слое 1225, да и воздушный тракт 1200 является изолятором похуже. Чтобы смягчить эту ситуацию, применяют способ, аналогичный тому, который применяется в конусах, снимающих напряжение. В концевой заделке двух проводящих кабелей используют конус, снимающий напряжение, и он обеспечивает постепенное уменьшение электрического потенциала с тем,чтобы уменьшить концентрацию поля, которая могла бы привести к пробою изоляции. Это иллюстрируется в правой половине фиг. 6. В изолирующем слое 1225 заделан полупроводящий слой 1230, заключенный между вторичной обмоткой 1200 и поверхностью 1215 изолирующего слоя 1225 и соединенный с покрытием 905 участков 805 и 810 сердечника. Полупроводящий слой 1230 предусматривает сочетание последовательного сопротивления и паразитной емкости, которое обеспечивает уменьшение потенциала с расстоянием от продольного конца полупроводящего покрытия 905 сердечника, что позволяет избежать любой избыточной концентрации электрического напряжения на дистальном краю полупроводящего слоя 1230. Таким образом, полупроводящий слой 1230 увеличивает потенциал поверхности 1215 до величины, близкой к первичному потенциалу питающей линии 800, значительно уменьшая разность потенциалов в воздушном тракте 1205 и предотвращая пробой при неприемлемо низких первичных напряжениях в питающей линии 800. Вторичная обмотка 1220 показана на фиг. 6 посредством единственного витка, проходящего сквозь сердечник. На практике вторичной обмотке 1220 можно придать конфигурацию катушки, намотанной вокруг части сердечника. Исключения больших разностей потенциалов в воздушных трактах и исключения точки высокого электрического напряжения можно добиться с помощью совокупности способов. При осуществлении одного способа сердечники покрывают полупроводящим слоем, как описано выше в связи с фиг. 4 и 5. В случае другого способа используют или специально формуют для соединителя участок высоковольтного кабеля. Кабель имеет внешний полупроводящий слой, который получает электропитание посредством проводящего или емкостного контакта с покрытыми магнитными сердечниками. Кабель имеет центральный провод, который заземлен. На обоих концах вторичной обмотки конусы, снимающие напряжение,обеспечивают концевую заделку кабеля. Если вторичная обмотка заделана в изоляции, можно использовать конусы, снимающие напряжение и предназначенные для установки внутри помещений без юбок изоляторов. В противном случае для увеличения тракта пробоя можно использовать конусы, снимающие напряжение и предназначенные для установки на открытом воздухе с юбками изоляторов. На фиг. 7 представлено поперечное сечение еще одного варианта осуществления высоковольтного индуктивного элемента 1345 информационной связи в соответствии с настоящим изобретением. В элементе 1345 связи в качестве вторичной обмотки используется высоковольтный кабель. Питающая линия 800 проходит сквозь участок 805 сердечника, который покрыт полупроводящим слоем 900. Вторичная обмотка 1300, т.е. внутренний провод вторичного кабеля 1305, заземлена посредством дросселей (не показаны) и проходит сквозь участок 810 сердечника, который заключен в полупроводящем слое 905. Вторичный кабель 1305 покрыт полупроводящим слоем 1310, который соединен с полупроводящей частью 1315 конуса 1320, снимающего напряжение. Вся нижняя часть элемента 1345 связи заключена в изолирующем теле 1325, снабженном юбками 1330 изоляторов для создания длинного тракта утечки между питающей линией 800 и заземленной вторичной обмоткой 1300. Функционально, питающая линия 800 или ее тонкая изоляция контактирует с полупроводящим слоем 900 и делает потенциал полупроводящего слоя 900 близким к потенциалу питающей линии 900. Термины зазор и воздушный зазор употребляются для указания немагнитной прослойки или немагнитной области между частями сердечника, предназначенной для того, чтобы увеличить емкость и максимальную магнитодвижущую силу перед насыщением. Полупроводящий слой 900 контактирует с полупроводящим слоем 905 в зазоре 1350 между участками 805 и 810 сердечника, соответственно, приводя-3 007883 полупроводящий слой 905 к потенциалу, близкому к потенциалу питающей линии 800. Вторичный кабель 1305 имеет свой полупроводящий слой 1310 в непосредственном контакте с полупроводящим слоем 905, тем самым также приводя полупроводящий слой 1310 к потенциалу, близкому к потенциалу питающей линии 800. На каждом конце вторичного кабеля 1305 имеется конус 1320, снимающий напряжение и служащий для заделки вторичного кабеля 1305, обеспечивая выход вторичной обмотки 1300 из элемента 1345 связи без нежелательного локального электрического напряжения. Воздушный тракт 1340 не служит средством переноса высокого потенциала, поскольку потенциал поверхности элемента 1345 связи близок к потенциалу питающей линии 800 благодаря нижележащему полупроводящему слою 1310, находящемуся под напряжением. Вторичный кабель 1305 показан на фиг. 7 посредством единственного витка, проходящего сквозь сердечник. На практике вторичному кабелю 1305 можно придать конфигурацию катушки, намотанной вокруг части сердечника. Таким образом, предложен еще один вариант осуществления индуктивного элемента связи для подключения сигнала к питающей линии. Этот индуктивный элемент связи включает в себя: (а) магнитный сердечник для расположения вокруг питающей линии, (б) катушку, намотанную вокруг части магнитного сердечника, причем сигнал подключен к катушке, и (в) полупроводящее покрытие, в котором заключен сердечник и которое контактирует с питающей линией. Кроме того, катушка имеет высоковольтный кабель, покрытый полупроводящим материалом, причем этот полупроводящий материал находится в проводящем или емкостном контакте с полупроводящим покрытием, а индуктивный элемент связи также включает в себя конус, снимающий напряжение, на конце катушки. Следует понять, что специалисты в данной области техники смогут разработать различные альтернативы, комбинации и модификации положений, описанных выше. Настоящее изобретение следует считать охватывающим все такие альтернативы, модификации и изменения, которые находятся в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Индуктивный элемент связи для подключения сигнала к питающей линии, содержащий магнитный сердечник для установки вокруг упомянутой питающей линии,катушку, намотанную вокруг части упомянутого магнитного сердечника, причем упомянутый сигнал подключен к упомянутой катушке, и полупроводящее покрытие, в котором заключен сердечник и которое контактирует с питающей линией. 2. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутый сердечник имеет продольный конец, и при этом упомянутый индуктивный элемент связи дополнительно содержит закругленное полупроводящее тело, которое покрывает упомянутый продольный конец и находится в электрическом контакте с упомянутым полупроводящим покрытием. 3. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутый сердечник имеет закругленный продольный конец, и при этом упомянутое полупроводящее покрытие покрывает упомянутый закругленный продольный конец. 4. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутая катушка имеет вывод, идущий от упомянутого сердечника, при этом упомянутый вывод покрыт слоем изоляции, и при этом упомянутый индуктивный элемент связи дополнительно содержит полупроводящий слой поверх упомянутого слоя изоляции. 5. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутая катушка имеет вывод, идущий от упомянутого сердечника, и при этом упомянутый индуктивный элемент связи дополнительно содержит полупроводящий слой поверх упомянутого вывода. 6. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутая катушка имеет участок высоковольтного кабеля, покрытый полупроводящим материалом, при этом упомянутый полупроводящий материал находится в проводящем или емкостном контакте с упомянутым полупроводящим покрытием, и при этом упомянутый индуктивный элемент связи дополнительно содержит конус, снимающий напряжение,на конце упомянутой катушки. 7. Индуктивный элемент связи для подключения сигнала к питающей линии, содержащий магнитный сердечник для установки вокруг упомянутой питающей линии и катушку, намотанную вокруг части упомянутого магнитного сердечника,причем упомянутая катушка включает в себя коаксиальный кабель, имеющий внешний провод под потенциалом питающей линии, и при этом упомянутый кабель включает в себя конец с конусом, снимающим напряжение. 8. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутый магнитный сердечник содержит первую часть и вторую часть с воздушным промежутком между ними. 9. Индуктивный элемент связи по п.1, в котором упомянутое полупроводящее покрытие обладает-4 007883 электрическим потенциалом, примерно равным потенциалу упомянутой питающей линии. 10. Индуктивный элемент связи, содержащий магнитный сердечник, имеющий первую часть и вторую часть с воздушным промежутком между ними, выполненный таким образом, что образует апертуру, сквозь которую проходит упомянутая питающая линия, причем упомянутая питающая линия расположена смежно с указанной первой частью; катушку, намотанную вокруг упомянутой второй части, и полупроводящее покрытие, расположенное на поверхности каждой из указанных первой и второй частей и поперек указанного воздушного промежутка, причем указанное полупроводящее покрытие находится в контакте с упомянутой питающей линией,причем упомянутый индуктивный элемент связи служит для передачи сигнала данных между упомянутой катушкой и упомянутой питающей линией через упомянутый магнитный сердечник. 11. Индуктивный элемент связи по п.10, в котором упомянутое полупроводящее покрытие обладает электрическим потенциалом, примерно равным потенциалу упомянутой питающей линии.