CN103682862B - 一种环网柜电缆插接件 - Google Patents

Abstract

一种环网柜电缆插接件，包括绝缘体及位于绝缘体内部的电解铜棒，绝缘体一端位于环网柜内部，用于插接可与电解铜棒电连接的内部线缆，绝缘体另一端朝向环网柜的外部，用于插接可与电解铜棒电连接的电缆，所述绝缘子内部还设有第一采集单元，第二采集单元，第三采集单元及第四采集单元；还包括分别与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元及第四采集单元电连接的处理单元，所述处理单元根据采集的电流信号、第一电压信号、第二电压及第三电压信号计算并输出所述电缆的电流值Ip、电压值U1、温度值T及带电指示电流值A。本方案不仅简化了环网柜的结构、减少内部一次设备数量，提高设备的使用效率，也提高了设备的可靠性。

Description

一种环网柜电缆插接件

技术领域

本发明涉及一种环网柜电缆插接件。

背景技术

现有的环网柜，尤其是SF6气体绝缘环网柜一般都采用电缆插接件，用于安装电缆插头，该电缆插接件固定安装在环网柜下部，电缆插接件后半部分密封于环网柜箱体内，前半部分伸出环网柜用于安装电缆插头，电缆插接件外部用绝缘子浇注，内部设有电容，用于绝缘子上插接电缆的带电监测。

现有的环网柜绝缘子，仅有带电监测功能，电流、电压量的测量均需另外安装电磁式电流互感器及电压互感器。电流互感器安装方式为穿在三芯电缆上，如互感器变比需更改时，需拆卸电缆才能进行更换，极为不便；电压互感器因体积较大，造成在环网柜中电流、电压互感器安装成本高，占地面积大。且随着智能电网的不断发展，对电力设备的检测提出更多要求，电缆头因温度升高而引起的一次侧事故为环网柜最常见及多发故障，故而电力设备工作时部件的温度是衡量其是否正常工作的一个重要参数之一。现有的电缆头测温有多种方式，如红外测温、光纤测温、无线测温等，一般均采用在电缆头绝缘护套外捆扎安装温度传感器的方式，不能测量电缆头自身的实际温度，是换算后的结果，准确度大大降低。且独立装设的测温装置没有和一次设备很好的融合，安装不便，装后存在电力设备绝缘耐压及信号引线不方便等诸多问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中环网柜电缆插接件只能进行单一的带电监测而不能综合监测的技术问题，提供一种集温度监测、电流监测及电压监测于一体的环网柜电缆插接件。

本发明提供一种环网柜电缆插接件，包括绝缘体及位于绝缘体内部的电解铜棒，绝缘体一端位于环网柜内部，用于插接可与电解铜棒电连接的内部线缆，绝缘体另一端朝向环网柜的外部，用于插接可与电解铜棒电连接的电缆，所述绝缘子内部还设有用于采集电流信号的第一采集单元，用于采集第一电压信号的第二采集单元，用于采集第二电压信号的第三采集单元及用于采集第三电压信号的第四采集单元；

还包括分别与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元及第四采集单元电连接的处理单元，所述处理单元根据所述电流信号、第一电压信号、第二电压及第三电压信号计算并输出所述电缆的电流值Ip、电压值U1、温度值T及带电指示电流值A。

进一步地，所述第一采集单元包括环绕电解铜棒设置的罗氏线圈S1，罗氏线圈S1的一端通过第一电阻R1与第一运放D1的负极输入端相连接，罗氏线圈S1的另一端接地并与第一运放D1的正极输入端相连接，第一运放D1的输出端通过第三电阻R3与第二运放的正极输入端相连接，第二运放的负极输入端接地，第二运放D2的输出端用于输出所述电流信号给所述处理单元，其中，所述第一运放的负极输入端与输出端之间还连接有第二电阻R2，所述第二运放的正极输入端与输出端之间还连接有第一电容C1。

进一步地，所述输出的电流值Ip满足处理单元输出所述电流值Ip；其中Us为罗氏线圈S1的输出电压，电流值Ip为电缆中的电流，M为互感系数。

进一步地，所述第二采集单元包括环绕电解铜棒设置第四电容C4、第二电容C2、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第三运放D3；

所述第四电容C4与第五电容C5一端相连接，第四电容C4与第五电容C5的连接点还通过第四电阻R4与第三运放D3的正极输入端相连接，第三运放D3的负极输入端通过第六电阻R6接地，第四电容C4与第五电容C5的连接点还与第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端与第五电容C5的另一端接地，所述第三运放D3的正极输入端与输出端之间还并接有第二电容C2及第七电阻R7，所述第三运放D3的输出端用于输出所述第一电压信号给所述处理单元。

进一步地，处理单元通过计算所述电缆中的电压值U1，其中，s=jw，j²=-1，w=2πf，f为频率，U0为第一电压信号。

进一步地，所述第三采集单元包括贴靠电解铜棒设置的热敏电阻RT、第八电阻R8、第三电容C3、第四运放D4、第九电阻R9及第十电阻R10，所述热敏电阻RT一端与电解铜棒电连接；

所述热敏电阻另一端分别与第八电阻R8一端、第三电容C3的一端及第四运放D4的正极输入端电连接，所述第八电阻R8的另一端及第三电容C3的另一端接地，所述第四运放D4的输出端还通过串接的第九电阻R9和第十电阻R10接地，第四运放D4的负极输入端与第九电阻R9和第十电阻R10连接点电连接，所述第四运放D4的输出端用于输出所述第二电压信号给所述处理单元。

进一步地，所述第二电压信号满足处理单元根据预存的第二电压信号与热敏电阻的温度曲线关系计算所述电缆接头的温度值T；其中，V2为第二电压信号，Vref为输入热敏电阻的电压。

进一步地，所述绝缘体上还设有分别与处理单元电连接的第一输出端子、第二输出端子及第三输出端子；

所述第一输出端子用于输出所述电缆的电流值Ip及电压值U1；

所述第二输出端子用于输出所述电缆的温度值T；

所述第三输出端子用于输出所述电缆的带电指示电流值A。

进一步地，所述电缆插接件还包括一个氖灯，所述第三输出端子输出的带电指示电流用于给所述氖灯供电，所述氖灯用于显示电缆的高压带电工作情况。

以上技术方案中，通过在绝缘体内部设置第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元及第四采集单元分别用于采集电流信号、第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号，并根据采集的电流信号、第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号计算所述电缆的电流值Ip、电压值U1、温度值T及带电指示电流值A。实现了将电子组合互感器、温度传感器及电压监测传感器浇注在电缆插接件内部，在不改变绝缘插接件安装位置、安装尺寸及无需增加电流、电压互感器的前提下，实现对电缆电流、电压、温度及是否高压带电的监测，不仅简化了环网柜的结构、减少内部一次设备数量，提高设备的使用效率，也提高了设备的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的环网柜电缆插接件的电路结构框图；

图2是本发明环网柜电缆插接件的结构剖视图；

图3是本发明环网柜电缆插接件的轴向视图；

图4是本发明环网柜电缆插接件中第一采集单元的电路结构图；

图5是本发明环网柜电缆插接件中第二采集单元的电路结构图；

图6是本发明环网柜电缆插接件中第三采集单元的电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供一种环网柜电缆插接件，包括绝缘体10及位于绝缘体10内部的电解铜棒20，绝缘体10一端位于环网柜内部，用于插接可与电解铜棒20电连接的内部线缆，绝缘体10另一端朝向环网柜的外部，用于插接可与电解铜棒20电连接的电缆。

所述绝缘体10内部还设有用于采集电流信号的第一采集单元100，用于采集第一电压信号的第二采集单元200，用于采集第二电压信号的第三采集单元300及用于采集第三电压信号的第四采集单元400；

还包括分别与第一采集单元100、第二采集单元200、第三采集单元300及第四采集单元400电连接的处理单元500，所述处理单元500根据所述电流信号、第一电压信号、第二电压及第三电压信号计算并输出所述电缆的电流值Ip、电压值U1、温度值T及带电指示电流值A。

进一步地，结合图4所示，所述第一信号采集单元100包括罗氏线圈S1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运放D1及第二运放D2。所述罗氏线圈环绕所述电解铜棒20设置，罗氏线圈S1的一端通过第一电阻R1与第一运放D1的负极输入端相连接，罗氏线圈S1的另一端接地并与第一运放D1的正极输入端相连接，第一运放D1的输出端通过第三电阻R3与第二运放的正极输入端相连接，第二运放的负极输入端接地，第二运放D2的输出端用于输出所述电流信号给所述处理单元，其中，所述第一运放D1的负极输入端与输出端之间还连接有第二电阻R2，所述第二运放D2的正极输入端与输出端之间还连接有第一电容C1。

所述罗氏线圈S1，即罗哥夫斯基（Rogowski）线圈。Rogowski线圈是一个环形线圈，无铁芯，采用与二次绕组相同的方式围绕在一次绕组周围。Rogowski线圈由于采用非磁性的骨架，不存在磁饱和现象，一次电流通过Rogowski线圈得到了与一次电流的时间微分成比例的二次电压，将该二次电压进行积分处理，获得与一次电流成比例的电压信号，通过微处理器将该信号进行变换、处理，即可将一次电流信息变成模拟量和数字量输出。并且从一个Rogowski线圈输出的二次信号不是一个电流信号，而是一个毫伏级的小电压信号，如一次电流为80A，则输出一个150mV的电压信号。该信号进入处理单元处理后进行输出。

结合图4所示，这里假设电缆中的电流为Ip，罗氏线圈两端的输出电压为Us，那么经过第一采集单元100处理后可输出所述电流信号值Ip，具体计算公式为：

$\left(t\right)=M\frac{\mathrm{dIp}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

Us:Rogowski线圈输出电压；

Ip:Rogowski线圈中心通过的电流，即电缆中流过的电流Ip；

M：互感系数，由线圈面积及匝数等决定，线圈一定时M为定值；

t：时间。

根据上述公式，即可得到电流信号值Ip，并将该信号输出给处理单元500，处理单元500输出所述电流信号值Ip。

在上述实施例中，因罗氏线圈S1感应出的电压Us很小,为了准确还原测量的交流电流信号值Ip,所以必须加一个反相积分电路，并在积分器前面加一放大电路以放大该感应电压Us，放大倍数K＝R2/R1。另一方面，因第一电容C1的存在可以过滤掉不必要的干扰信号，通过对罗氏线圈S1感应电压的放大和积分处理，可还原出所测量的交流电流信号值Ip。

进一步地，结合图5所示，所述第二信号采集单元200包括环绕电解铜棒20设置第四电容C4、第二电容C2、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第三运放D3；

所述第四电容C4与第五电容C5一端相连接，第四电容C4与第五电容C5的连接点还通过第四电阻R4与第三运放D3的正极输入端相连接，第三运放D3的负极输入端通过第六电阻R6接地，第四电容C4与第五电容C5的连接点还与第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端与第五电容C5的另一端接地，所述第三运放D3的正极输入端与输出端之间还并接有第二电容C2及第七电阻R7，所述第三运放D3的输出端用于输出所述第一电压信号U0给所述处理单元。

理想情况下，一次电压，即电缆中的电压U1与二次输出电压Up是简单的C4与C5电容间比例关系，即有以下关系式：

$U_1=\frac{C_4}{C_4-C_5}\mathrm{Up};$

U1：第四电容C4上端电压，即电缆中的电压；

Up：第五电容C5上端电压；

C4：第四电容，也即高压臂电容；

C5：第五电容，也即低压臂电容。

但分压比的稳定取决于高、低压臂电容值的稳定，且实际情况下，电容本身存在绝缘电阻，所以电压的传递不再是简单的比例关系，存在一定的误差。因此这里采用分压器以得到稳定的电压输出，加入积分电路对电缆中的电压值U1进行还原，因此通过第二采集单元200后可输出一个第一电压信号U0，所述电缆中的电压值U1与第一电压信号U0的关系式满足：

$U_1=\frac{R_4(1+s{\mathrm{CR}}_7)}{R_7}\frac{s(C_4+C_5)+1/R_5}{s{C}_4}{U}_0$

其中，s=jw，j²=-1，w=2πf，f为频率。

处理单元500得到第一电压信号U0后，通过上式可以得到所述电缆中的电压值U1。

进一步地，结合图6所示，所述第三采集单元300包括贴靠电解铜棒设置的热敏电阻RT、第八电阻R8、第三电容C3、第四运放D4、第九电阻R9及第十电阻R10，所述热敏电阻RT一端与电解铜棒电连接；

所述热敏电阻另一端分别与第八电阻R8一端、第三电容C3的一端及第四运放D4的正极输入端电连接，所述第八电阻R8的另一端及第三电容C3的另一端接地，所述第四运放D4的输出端还通过串接的第九电阻R9和第十电阻R10接地，第四运放D4的负极输入端与第九电阻R9和第十电阻R10连接点电连接，所述第四运放D4的输出端用于输出所述第二电压信号V2给所述处理单元500。

热敏电阻RT感应到一次导体，即电解铜棒20的温度，电阻信号进入处理单元的第三采集单元300进行处理后输出一个第二电压信号V2给所述处理单元500。热敏电阻RT有电阻值随温度升高而升高的正温度系数,并基于相对应的精确的R-T曲线，对温度进行精确的测量。R－T曲线的非线性变化给热敏电阻的测量带来困难，需要一个电路对其进行实现线性化，图6中热敏电阻RT和测量电阻R1（精密电阻）组成一个简单的串联分压电路，参考电压Vref经过分压可以得到一个电压值随着温度值变化而变化的数值，这个电压的大小将反映出RT的大小，从而也就是相应温度值T的反映。同时在后面加一放大电路以放大该电压信号，放大倍数K＝R9/R10+1，通过欧姆定律可以得到输出第二电压信号V2和热敏电阻RT电阻值的一个关系表达式：

$({}_{}\frac{R_9}{R_{10}}+1)\mathrm{Vref}\frac{R_8}{\mathrm{RT}+R_8}$

处理单元500，接收到所述第二电压信号V2，根据上式可计算得到热敏电阻RT的电阻值，再根据内设的R-T曲线计算并得到电缆的温度值T。

进一步地，在电缆通过高压时，第四采集单元400通过内设的电容感应出较低的电压，该电压经过第四采集单元400后输出第三电压信号，处理单元500处理后输出带电指示电流值A，所述电缆插接件还包括一个氖灯，电流值A可输出到氖灯作为主要显示器件的，所述氖灯用于显示电缆的高压带电工作情况，其需要的电流很小，

结合图3所示，作为本发实施例的进一步改进，所述绝缘体上还设有分别与处理单元500电连接的第一输出端子51、第二输出端子52及第三输出端子53。所述第一输出端51子用于输出所述电缆的电流值Ip及电压值U1；所述第二输出端子52用于输出所述电缆的温度值T；所述第三输出端子53用于输出所述电缆的带电指示电流值A，第三输出端子输出的带电指示电流用于给所述氖灯供电，所述氖灯用于显示电缆的高压带电工作情况。

结合图2所示，所述第一采集单元100、第二采集单元200、第三采集单元300、第四采集单元400及处理单元500设置在电解铜棒20附近不浇注在绝缘体10内部，所述罗氏线圈S1环绕所述电解铜棒20设置，所述第四电容C4及第五电容C5构成电容分压器40。所述第一采集单元100、第二采集单元200、第三采集单元300、第四采集单元400及处理单元500可设置在同一个芯片50上，该芯片也浇注在绝缘体10内部。

本发明上述实施例提供的环网柜电缆绝缘子集电压、电流监测、温度监测及高压带电监测于一体，且不用改变电缆插接件的安装位置及安装尺寸，应用在环网柜内也不必破环网柜的柜内结构，无需增加电流、电压互感器安装位置，不仅简化了环网柜的结构、减少内部一次设备数量，同时有效提高了设备的使用效率，也有效提高了设备的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环网柜电缆插接件，包括绝缘体及位于绝缘体内部的电解铜棒，绝缘体一端位于环网柜内部，用于插接可与电解铜棒电连接的内部线缆，绝缘体另一端朝向环网柜的外部，用于插接可与电解铜棒电连接的电缆，其特征在于：

所述绝缘体内部还设有用于采集电流信号的第一采集单元，用于采集第一电压信号的第二采集单元，用于采集第二电压信号的第三采集单元及用于采集第三电压信号的第四采集单元；

还包括分别与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元及第四采集单元电连接的处理单元，所述处理单元根据所述电流信号、第一电压信号、第二电压及第三电压信号计算并输出所述电缆的电流值Ip、电压值U1、温度值T及带电指示电流值A；

所述第三采集单元包括贴靠电解铜棒设置的热敏电阻RT、第八电阻R8、第三电容C3、第四运放D4、第九电阻R9及第十电阻R10，所述热敏电阻RT一端与电解铜棒电连接；

所述热敏电阻另一端分别与第八电阻R8一端、第三电容C3的一端及第四运放D4的正极输入端电连接，所述第八电阻R8的另一端及第三电容C3的另一端接地，所述第四运放D4的输出端还通过串接的第九电阻R9和第十电阻R10接地，第四运放D4的负极输入端与第九电阻R9和第十电阻R10连接点电连接，所述第四运放D4的输出端用于输出所述第二电压信号给所述处理单元；

所述第二电压信号满足处理单元根据预存的第二电压信号与热敏电阻的温度曲线关系计算所述电缆的温度值T；其中，V2为第二电压信号，Vref为输入热敏电阻的电压。

2.根据权利要求1所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：所述第一采集单元包括环绕电解铜棒设置的罗氏线圈S1，罗氏线圈S1的一端通过第一电阻R1与第一运放D1的负极输入端相连接，罗氏线圈S1的另一端接地并与第一运放D1的正极输入端相连接，第一运放D1的输出端通过第三电阻R3与第二运放的正极输入端相连接，第二运放的负极输入端接地，第二运放D2的输出端用于输出所述电流信号给所述处理单元，其中，所述第一运放的负极输入端与输出端之间还连接有第二电阻R2，所述第二运放的正极输入端与输出端之间还连接有第一电容C1。

3.根据权利要求2所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：所述输出的电流值Ip满足处理单元输出所述电流值Ip；其中Us为罗氏线圈S1的输出电压，电流值Ip为电缆中的电流，M为互感系数。

4.根据权利要求1所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：所述第二采集单元包括环绕电解铜棒设置的第四电容C4、第二电容C2、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第三运放D3；

所述第四电容C4与第五电容C5一端相连接，第四电容C4与第五电容C5的连接点还通过第四电阻R4与第三运放D3的正极输入端相连接，第三运放D3的负极输入端通过第六电阻R6接地，第四电容C4与第五电容C5的连接点还与第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端与第五电容C5的另一端接地，所述第三运放D3的正极输入端与输出端之间还并接有第二电容C2及第七电阻R7，所述第三运放D3的输出端用于输出所述第一电压信号给所述处理单元。

5.根据权利要求4所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：处理单元通过计算所述电缆中的电压值U1，其中，s＝jw，j²＝－1，w＝2πf，f为频率，U0为第一电压信号。

6.根据权利要求1所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：所述绝缘体上还设有分别与处理单元电连接的第一输出端子、第二输出端子及第三输出端子；

所述第一输出端子用于输出所述电缆的电流值Ip及电压值U1；

所述第二输出端子用于输出所述电缆的温度值T；

所述第三输出端子用于输出所述电缆的带电指示电流值A。

7.根据权利要求6所述的环网柜电缆插接件，其特征在于：所述电缆插接件还包括一个氖灯，所述第三输出端子输出的带电指示电流用于给所述氖灯供电，所述氖灯用于显示电缆的高压带电工作情况。