CN104458037A - 电缆导体温度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缆导体温度测量装置，包括包覆在电缆外表面上的热阻件，所述热阻件的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器，所述热阻件的外表面设有一外层温度传感器，所述内层温度传感器和外层温度传感器位于电缆的同一径向直线上。该电缆导体温度测量装置中，电缆导体发热，通过绝缘护套向外侧散热，并趋向于热平衡状态，在热阻件和绝缘护套内根据热阻的分布形成相应的温度梯度，再通过内层温度传感器和外层温度传感器的测量值得到热阻件的温度梯度数值，利用电缆热平衡数学模型计算出电缆导体的温度，从而提高电缆温度的测量准确性，保证电缆的安全运行。

Description

电缆导体温度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种温度测量设备，特别是涉及一种电缆导体温度测量装置及其测量方法。

背景技术

高压电缆的电力输送是确保国民经济生活的命脉，如何在保证电缆安全运行的基础上最大限度用好高压电缆输送电流电量、以及电流优化输送方案是电力管理部门目前重点关注的课题。电缆的实际负荷能力主要通过电缆导体的温度反映，只要电缆导体温度不超过额定的温度，电缆的负荷就在安全负荷范围以内。目前，解决电缆载流量监测有效办法是在线监测电缆导体温度。

高压电缆包括电缆导体1、以及包覆电缆导体1的绝缘护套2，如图1所示，因此电缆导体1的温度不能被直接测量。目前一般采用光纤分布式测温系统监测绝缘护套2的表面温度，然后应用数学模型推算电缆导体1的温度，进而计算电缆线路的实际负载率。但是，绝缘护套2的表皮到电缆导体1之间的温度差并不是一个固定的差值，且实际应用中绝缘护套2的表面温度受环境温度影响，其变化较大，且环境温度是一个随机变化的温度场，所以只通过测量绝缘护套2的表面温度来推算电缆导体1的温度会导致测量不准确的情况；而且，光纤分布式测温系统的温度精度在1～2℃左右，即使对环境温度进行修正，基本也不能满足实际测量要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测量精度高的电缆导体温度测量装置。

为实现上述目的，本发明提供一种电缆导体温度测量装置，包括包覆在电缆外表面上的热阻件，所述热阻件的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器，所述热阻件的外表面设有一外层温度传感器，所述内层温度传感器和外层温度传感器位于电缆的同一径向直线上。

进一步地，所述外层温度传感器的外表面覆盖有一隔热件。

优选地，所述热阻件的横截面为一扇形，且热阻件包覆电缆的角度α为0～180°。

优选地，所述热阻件通过导热硅胶粘接在电缆的外表面。

进一步地，所述热阻件捆扎在电缆外表面。

如上所述，本发明涉及的电缆导体温度测量装置，具有以下有益效果：

该电缆导体温度测量装置中，电缆中的电缆导体发热，通过电缆的绝缘护套向外侧散热，并趋向于热平衡状态，在热阻件和绝缘护套内根据热阻的分布形成相应的温度梯度，再通过内层温度传感器和外层温度传感器的测量值得到热阻件的温度梯度数值，利用电缆热平衡数学模型计算出电缆导体的温度，从而提高电缆温度的测量准确性，保证电缆的安全运行。

本发明的另一目的在于提供一种计算准确度高的电缆导体温度测量装置的测量方法。

为实现上述目的，本发明提供一种电缆导体温度测量装置的测量方法，所述内层温度传感器（4）的测量值为T₁，所述外层温度传感器的测量值为T₂，则电缆导体的温度计算公式为： $T=T_2+(T_2-T_1)*k_1+(\frac{d{T}_2}{\mathrm{dt}}-\frac{d{T}_1}{\mathrm{dt}})*k_2,$ 其中，k₁为静态系数，为电缆外表面的温度对时间的一阶导数，为热阻件（3）的外表面温度对时间的一阶导数，k₂为动态系数。

如上所述，本发明涉及的测量方法，具有以下有益效果：

该测量方法在计算电缆导体温度时，利用内层温度传感器和外层温度传感器的不同相应速度对电缆导体温度进行修正，进而提高计算准确度。

附图说明

图1为电缆的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视图。

元件标号说明

1          电缆导体

2          绝缘护套

3          热阻件

4          内层温度传感器

5          外层温度传感器

6          隔热件

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2和图3所示，本发明提供一种电缆导体温度测量装置，包括包覆在电缆外表面上的热阻件3，所述热阻件3的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器4，所述热阻件3的外表面设有一外层温度传感器5，所述内层温度传感器4和外层温度传感器5位于电缆的同一径向直线上；所述电缆包括电缆导体1和包覆在电缆导体1外周的绝缘护套2，所述热阻件3固定在绝缘护套2的外表面，即内层温度传感器4位于绝缘护套2与热阻件3之间，本实施例中，所述内层温度传感器4和外层温度传感器5均嵌在热阻件3中。

电缆的热阻为其固定的物理属性之一，且电缆的热阻值可以通过标定测量等方式得到，也可以通过理论计算的方式推算出。在热平衡状态下，即散热等于发热时，任意两点之间的热阻值之比与该两点之间的温差之比相等。所以，本发明涉及的电缆导体温度测量装置中，所述热阻件3的热阻值是已知的，通过外层温度传感器5和内层温度传感器4分别测量热阻件3的外表面温度T2和内表面温度T1（T1也为电缆的表面温度），即可得到热阻件3内外两点之间的温度差，再根据热阻件3的热阻值与绝缘护套2外表层到电缆导体1的热阻值之间的对应关系计算得出电缆导体1的温度。也就是说，通过外层温度传感器5和内层温度传感器4的测量值得到位于电缆外部的热阻件3所形成额外的温度梯度，根据该额外的温度梯度与电缆内部的温度梯度对应的关系计算出电缆内部的温度梯度曲线（即：斜率），即建立电缆导体1、电缆表面（热阻件3内表面）、热阻件3外表面的温度梯度，再通过建立有限元模型精确推算电缆导体1的温度。

在实际测量中，将该测量装置安装在电缆上后，电缆的载荷会发生变化，电缆载荷的变化会引起电缆导体1发热量变化；当发热量变化时，电缆内部通过改变温度梯度的分布重新达到热平衡状态，一般这个热平衡过程需要10小时左右。为了能及时测量电缆导体1的温度，所以采用动态测量方法，即在热平衡形成的过程中，热阻件3的内外两侧在散热和发热出现差异的情况下，由于内层温度传感器4和外层温度传感器5距电缆导体1的距离不相同，所以内层温度传感器4感应电缆导体1温度变化的速度快，外层温度传感器5感应电缆导体1温度变化的速度慢。内层温度传感器4和外层温度传感器5的响应速度与电缆导体1温度的变化速度有对应关系，故利用内层温度传感器4和外层温度传感器5不同的响应速度，通过标定或理论推导的方式对热平衡过程中的电缆导体1温度进行修正，即基于静态的数据推导计算动态的电缆导体1温度，进一步提高测量精度。

本实施例中，电缆导体1的温度的基本计算公式为：

$T=T_2+(T_2-T_1)*k_1+(\frac{d{T}_2}{\mathrm{dt}}-\frac{d{T}_1}{\mathrm{dt}})*k_2$

式中：T为被测电缆导体1的温度；T₁为内层温度传感器4的测量值，也就是电缆表层温度或热阻件3的内层温度；T₂为外层温度传感器5的测量值，也就是热阻件3的外层温度；为电缆表层温度对时间的一阶导数；为热阻件3的外层温度对时间的一阶导数；k₁为静态系数；k₂为动态系数。

进一步地，所述外层温度传感器5的外表面覆盖有一隔热件6，所述隔热件6将外层温度传感器5与环境温度隔离，有效避免环境温度快速波动变化对外层温度传感器5的干扰，且隔热件6还能够缓冲环境温度对外层温度传感器5的温度冲击，使测量数据不受环境温度快速波动变化的影响，最终提高测量精度。本实施例中，隔热件6以粘接的方式附着在热阻件3的外表面，以将外层温度传感器5密封在热阻件3与隔热件6之间，所述隔热件6的隔热材料可以为：硅橡胶板、聚四氟乙烯、硅橡胶等。

优选地，所述热阻件3通过导热硅胶粘接在电缆的绝缘护套2的外表面，也可以直接捆扎在电缆表皮上，所述热阻件3的热阻材料可以为：聚四氟乙烯、硅橡胶发泡板、聚四氟乙烯泡沫板、硅橡胶板、石英棉、石英布等。

优选地，所述电缆为圆柱形，包覆在电缆表皮的热阻件3的横截面为一扇形，见图3，且热阻件3包覆电缆的角度α为0～180°；优选地，所述热阻件3的周长可以为电缆周长的1/2、1/3或者更小。当然，所述热阻件3的横截面也可以为方形或其他形状，以适应不同形状的电缆。

综上所述，该电缆导体温度测量装置采用温度梯度法测温，且内层温度传感器4和外层温度传感器5的分辨率为0.001℃，相对精度高达0.01℃，进而大大提高电缆导体1的温度测量的精确度，且该装置结构简单、成本低，从而适于推广应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种电缆导体温度测量装置，其特征在于：包括包覆在电缆外表面上的热阻件（3），所述热阻件（3）的内表面设有一与电缆外表面相接触的内层温度传感器（4），所述热阻件（3）的外表面设有一外层温度传感器（5），所述内层温度传感器（4）和外层温度传感器（5）位于电缆的同一径向直线上。

2.根据权利要求1所述的电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述外层温度传感器（5）的外表面覆盖有一隔热件（6）。

3.根据权利要求1所述的电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件（3）的横截面为一扇形，且热阻件（3）包覆电缆的角度α为0～180°。

4.根据权利要求1所述的电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件（3）通过导热硅胶粘接在电缆的外表面。

5.根据权利要求1所述的电缆导体温度测量装置，其特征在于：所述热阻件（3）捆扎在电缆外表面。

6.一种根据权利要求1所述的电缆导体温度测量装置的测量方法，其特征在于：所述内层温度传感器（4）的测量值为T₁，所述外层温度传感器的测量值为T₂，则电缆导体的温度计算公式为： $T=T_2+(T_2-T_1)*k_1+(\frac{d{T}_2}{\mathrm{dt}}-\frac{d{T}_1}{\mathrm{dt}})*k_2,$ 其中，k₁为静态系数，为电缆外表面的温度对时间的一阶导数，为热阻件（3）的外表面温度对时间的一阶导数，k₂为动态系数。