CN102735994A - 一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置，包含被测电缆、交流信号发生器（1）、电容耦合传感器（5）、电流互感器（6）、信号接收器和连接导线。交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆源端的金属层，在被测电缆的远端分别通过电容耦合传感器（5）或电流互感器（6）耦合出电缆内部金属层上的电流。耦合输出的交流信号的相位与输入端交流信号相位相同的输出交流信号所在电缆即为目标电缆。本发明很好地解决了电缆单端接地、接地缺失和不良情况下的电缆识别和寻踪探测，应用于电缆在线运行和断电的条件下，而且接线方便、以低成本实现电缆准确识别，提高了电缆识别效率和准确度。

Description

一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统检测技术，特别涉及一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置。适用于电线电缆运行或断电状态下进行电缆寻踪探测或检测识别的技术领域，尤其适合在电力配电或输电电缆在接地缺失或不良或单端接地的情况下对电缆进行寻踪探测和检测识别。

背景技术

电力电缆在现在的社会中起着越来越重要的作用，它常用于传输和分配电能。在城市中，电缆的探测和检测是开展有效管理的重要技术手段。但由于城市建设中大量地表建筑物体的改变，以及电力电缆接地缺失或不良等恶劣的工况，给电缆的探测和检测识别带来了较大的困难。

现有电力电缆识别方法，脉冲极性法、音频信号法、电压法及电阻法均只能识别停运电缆或电缆二端接地良好的电缆，授权公告号为：CN 101603995 B的发明专利提出一种电缆检测装置及其实现检测的方法。该发明采用可控开关元件，通过在动力线路的用户端或末端连续瞬间接通后关掉，在线路中产生一个连续的瞬间脉冲电流，并通过追踪这个脉冲电流实现电缆检测。公开号为：CN 1564006A的发明专利提出一种电力电缆的识别方法。该发明将待识别的电缆一端外接低压交流电源、开关和电流表，电缆的另一端接地，将一电流检测仪的感应装置套装或贴合在工作位置的电缆上，通过拉、合接在电缆一端的开关，观察电流检测仪上是否有与电流表同时流过的、且大小相等的电流信号，判断与外接电流的电缆是否与工作位置的电缆为同一根电缆，该发明专利要求电缆的线芯或外保护层至少有一样是一端接地的。虽然申请公布号为：CN 102331545A 的发明专利提出的一种采用注入非对称方波信号实现电缆在线识别的方法可以实现在不停运的工作条件下安全、可靠地检测目标电缆，但是要求电缆两端接地良好。在实际工况中,大量存在接地不良,无接地等情况,对依赖完整回路注入信号和检测识别的上述技术方法,存在无法检测和识别的缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置。按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置，采用电容传感非接触信号的输入或检出的方法实现了电缆的在线运行且电缆单端或两端接地缺失或不良情况下的准确识别和寻踪探测，提高了各种工况的适应性。并且本发明接线方便、设备小巧、操作简单，以低成本实现电缆准确识别，节约大量人力物力，提高了电缆识别的效率和准确度。

按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，包括被测电缆、交流信号发生器、电容耦合传感器、电流互感器、信号接收器和连接导线。电容器装置与被测电缆紧贴且接近被识别目标电缆的源端(也称信号输入端)或远端（也称信号检测端）。交流信号源、电容耦合传感器、电流互感器、电缆内部金属层、信号接收器和大地构成一回路，此回路与各设备先后顺序或交流信号输入形式（交流信号与电容器串联输入或先通过互感器耦合再通过电容器耦合输入到目标电缆源端的金属层。）无关。

优选的是：所述电容耦合传感器由金属装置和电缆里面的金属层组成，电缆里面的金属层和外面的金属装置构成电容器。

优选的是：所述电容装置靠近电缆面的结构为曲面结构。

优选的是：所述电容器装置材质为金属材质。

优选的是：所述电容器装置材质为铜。

优选的是：外加电容器装置的面积与电缆的离开距离是可调节的。

优选的是：组成电容器装置的材料绕电缆圆周外层护套局部包围。

优选的是：组成电容器装置的材料绕电缆圆周外层护套全包围。

优选的是：所述的电流互感器是钳形电流互感器。

优选的是：所述电流互感器采用矽钢片材料。

优选的是：所述电流互感器采用坡莫合金材料。

优选的是：所述被测电缆为一根或一根以上电缆。

优选的是：所述的电缆内部金属层为金属导线。

按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法，交流信号发生器产生交流信号，交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆的源端，通过该电缆内部金属层传递到电缆的远端。在电缆的另外一端分别通过电容耦合传感器或电流互感器耦合出电缆内部金属层上的交流信号，并通过接收器检测出的各耦合输出交流信号的相位和强度来识别和探测目标电缆。耦合输出的交流信号与源端的交流信号同相位且强度最大的输出交流信号所在的电缆既是目标电缆，其他非目标电缆的交流信号均为反相且信号强度比目标电缆的信号强度弱。

优选的是：通过设定不同的电容器参数，实现阻断直流信号，导通交流信号的检测目的。

优选的是：在高电压部位需要非接触的情况下，实现交流信号的有效输入或检出。

优选的是：检测的目标电缆为单端或二端接地良好，两端接地缺失或不良的状态或者单端接地、缺少、不良任意情况。

优选的是：不需要改变原来电缆状态，不需要断开电缆二端与输配电设备间的连接，简单输入交流信号源，形成电路检测闭合回路，适用于目标电缆正常运行和断电的状态。

优选的是：一组电缆中目标电缆以外的其他电缆处于任何接地状态不影响检测结果。

优选的是：一组电缆中目标电缆以外的其他电缆处于带电运行状态或停电状态不影响检测结果。

优选的是：交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入到目标电缆源端的金属层。

优选的是：本发明应用于电缆寻踪探测和检测寻踪模式的强度寻踪探测和均分寻踪探测。

一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置，应用于电缆识别和寻踪探测，尤其适合运行电缆且单端接地或接地缺失或不良的状态，该装置包含信号发生器、电容耦合传感器、电流互感器、信号接收器、连接导线等。通过以下几个步骤实现识别：

1、           将电容装置紧贴在目标被测电缆源端表面，电缆里面的金属层和外面金属装置形成一个电容器。组成电容器装置的材料可以根据实际现场工况选择合适宽度并绕电缆圆周外层护套全包围或局部包围电缆。

2、           外部交流信号源一端接电容器装置，另外一端接大地或电容通过导线直接接大地，交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆的源端，通过该电缆内部金属层传递到远端。

3、           在远端通过互感器或电容器装置或这二种设备兼用和信号接收器检测各电缆的输出交流信号，按相位和信号强度综合识别被测目标电缆，按照电路原理可得同相位和信号最大即为目标电缆的远端，其他电缆如有信号则是反相信号。

本方法的理论依据如下：

A.电容器的电容容量与极板的面积S成正比，与极板间的距离d成反比；容抗与电容器容量、频率成反比。适当改变外加电容器装置的面积就会改变电容容量，随之改变容抗，也就改变了远端信号强度。

B. 基尔霍夫电流定律：对于任意一个集中参数电路中的任意一个结点或闭合面，在任何时刻，通过该结点或闭合面的所有支路电流代数和等于零。

有上述方案可见，交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆源端的金属层。在该组电缆的远端分别通过电容器或互感器耦合出电缆内部金属层上的电流，并通过接收器检测出各耦合输出的交流信号的相位和强度，选择一个相位与其他相位相反的或与输入端交流信号同相位的耦合输出信号所在的电缆即为目标电缆。同时本发明还应用于电缆寻踪探测和检测寻踪模式的强度寻踪探测和均分寻踪探测。

本发明通过电容非接触耦合很好地解决电缆单端接地或接地缺失或不良的情况下的电缆识别和电缆的寻踪探测，而且不需要断开电缆二端与输配电设备间的连接。简化了电缆识别的操作，提高准确性。本发明方法同样适合目标电缆处于断电状态下的识别，本发明不仅适合多根电缆的识别和寻踪探测，而且也适用于单根电缆的识别和寻踪探测。

与现有技术相比，本发明具有设计简单合理、复杂工况适应性强、准确率高，对电缆识别和寻踪探测领域具有良好的使用价值。

附图说明

图1是按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置在电缆单端接地情况下的测试装置的一优选实施例的示意图。

图2是按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置在电缆二端接地缺失情况下的测试装置的一优选实施例的示意图。

图3是图1所示一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置在电缆单端接地情况下的测试装置的一优选实施例的电路模型示意图。

图 4 是图2所示一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置在电缆二端接地缺失情况下的测试装置的一优选实施例的电路模型示意图。

图5是按照本发明一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置二根以上电缆单端接地情况测试装置的一优选实施例的接线示意图。

图6是图5所示一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置二根以上电缆单端接地情况测试装置的一优选实施例的原理示意图。

图7是按照本发明一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置二根以上电缆二端接地缺失情况测试装置的一优选实施例的接线示意图。

图8是图7所示一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置二根以上电缆二端接地缺失情况测试装置的一优选实施例的原理示意图。

图9是按照本发明一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置的信号源多次耦合输入情况示意图。

图中，1.交流信号发生器、2.电缆线芯、3.电缆铠装、4.外护套、5.电容耦合传感器、6.电流互感器、7.电容装置连接导线、AC.交流信号发生器、C.电容耦合传感器、R.线路电阻和接地电阻的和、CT.电流互感器、L1.电缆1、L2.电缆2、L3.电缆3、R1. 电缆L1线路电阻、R2. 电缆L2线路电阻、R3电缆L3线路电阻、R4.大地电阻。

具体实施方式

实施例1：    

如图5所示，一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置2根以上电缆单端接地情况下的测试装置。把交流信号发生器（1）的一端接大地，接地电阻小于4欧姆，另外一端接电容器装置，电容器装置包裹或接近目标电缆的源端。交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆源端的金属层，该组电缆的远端用电流互感器（6）采样，电流互感器（6）采样输出二端连接信号接收器。信号接收器显示的输出交流信号的相位与源端交流信号的相位相同就是目标电缆，反之不是目标电缆。

实施例2：

如图7所示，一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置2根以上电缆二端接地缺失情况下的测试装置。把交流信号发生器（1）的一端接大地，接地电阻小于4欧姆，另外一端接电容器装置，电容器装置包裹或接近目标电缆的源端。交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆源端的金属层。该组电缆的远端用电容器装置包裹或接近电缆进行感应采样，电容器装置连接信号接收器，信号接收器另外一端接大地，接地电阻小于4欧姆。信号接收器显示的相位与源端交流信号的相位相同就是目标电缆，反之不是目标电缆。

按照本发明的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法和装置的技术方案包括以上所述各部分的任意组合。

Claims (10)

1.一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，包含被测电缆、信号接收器和连接导线，其特征在于：还包含交流信号发生器、电容耦合传感器和电流互感器，电容器装置与被测电缆紧贴且接近被识别目标电缆的源端（信号输入端）或远端（检测端），交流信号源、电容耦合传感器、电流互感器、电缆内部金属层、信号接收器和大地构成一回路，此回路与各设备先后顺序无关，交流信号与电容器串联输入或先通过互感器耦合再通过电容器耦合输入到目标电缆源端的金属层。

2.如权利要求1所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：所述电容耦合传感器由金属装置和电缆里面的金属层组成，电缆里面的金属层和外面的金属装置构成电容器。

3.如权利要求2所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：所述电容装置靠近电缆面处的结构为曲面结构。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：所述电容器装置材质为金属材质。

5.如权利要求4所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：所述电容器装置材质为铜。

6.如权利要求1-3中任一项或5所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：外加电容器装置的面积与电缆的离开距离是可调节的。

7.如权利要求6所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：组成电容器装置的材料绕电缆圆周外层护套局部包围电缆。

8.如权利要求6所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：组成电容器装置的材料绕电缆圆周外层护套全包围电缆。

9.如权利要求1-3中任一项或5或7或8所述的一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的装置，其特征在于：所述的电流互感器是钳形电流互感器。

10.一种基于电容传感非接触信号的输入或检出的方法，其特征在于：交流信号发生器产生交流信号，交流信号与电容器串联输入或通过互感器二次或多次耦合感应输入进一组电缆中目标电缆的源端，通过该电缆内部金属层传递到另外一端，在电缆的另外一端分别通过电容耦合传感器或电流互感器耦合出电缆内部金属层上的电流，并通过信号接收器检测出各耦合输出的交流信号的相位和强度，远端被检测的电缆的交流信号与源端的交流信号同相位且强度最大的既是目标电缆，其他非目标电缆的交流信号均为反相且信号强度比目标电缆的信号强度弱。

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