CN105044516A - 基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，包括：在待检测电缆的一端连接一个信号发生器，令其发出一个入射波，该入射波在待测电缆中传播时遇到电缆接头会反射回来一个反射波，采集该反射波，并根据反射波的幅值得到电缆接头的波阻抗；将当前波阻抗与新生产电缆接头的波阻抗相比对，即得到当前电缆接头的老化程度。本发明方法能够简单有效地检测出电缆接头的运行状态，确定其老化程度，从而判断是否需要更换，防止故障的发生。

Description

基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法

技术领域

本发明涉及电缆接头检测研究领域，特别涉及一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法。

背景技术

目前单独对电缆接头老化程度进行检测的方法比较少，大多是对一整段电缆本体或包括接头的电缆进行剩余寿命的预测。就目前来说，电缆剩余寿命评估试验方法有以下几种：击穿电压对比法、介质损耗因素法、直流泄漏电流法等。但是，这些方法需要的设备比较笨重，现场检测比较麻烦，而且也只能对一段电缆进行测量，对电缆接头没有针对性。

因此，研究一种能够对电缆接头老化程度进行测试、且设备简单，容易操作的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，该方法能够简单有效地检测出电缆接头的运行状态，进而可以在故障发生之前发出预警，提醒用户及时更换新的电缆中间接头，防止故障的发生。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，包括：在待检测电缆的一端连接一个信号发生器，令其发出一个入射波，该入射波在待测电缆中传播时遇到电缆接头会反射回来一个反射波，采集该反射波，并根据反射波的幅值得到电缆接头的波阻抗；将当前波阻抗与新生产电缆接头的波阻抗相比对，即得到当前电缆接头的老化程度。

具体的，包括步骤：

(1)信号发生器发出一个已知幅值为U_max的入射波u_1f，入射波在经过电缆接头的两端时形成两个阻抗变化面A和B，其中A点在靠近信号发生器的一端；

(2)采集A点第一次折射的信号u_3f、第一次反射的信号u_1b和B点第一次反射的信号u_2b；

(3)设待测线路中的电缆本体的波阻抗为Z₁，电缆接头的波阻抗为Z₂，则：

$Z_2=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}{Z}_1=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}\sqrt{\frac{L_0}{C_0}};$

其中，U′_max为接收到的反射波u_b的幅值，u_b＝u_1b+u_3f；L₀、C₀分别为单位长度电缆的电感和电容；

(4)将计算得到的电缆接头的波阻抗Z₂与新生产电缆接头的波阻抗相比对，得到当前电缆接头的老化程度。

作为一种优选，所述步骤(3)中，根据公式得到：

$\frac{Z_2}{Z_1}=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}};$

进而得到Z₂/Z₁与k的关系方程；

设新生产电缆接头的波阻抗为Z₀，计算Z₀/Z₁，然后比对Z₂/Z₁和Z₀/Z₁，建立一老化程度对照表；

根据Z₂/Z₁与k的关系，即得到k与老化程度的对照表。

采用上述的方式，则可以事前就建立一个k与老化程度的对照表，在时间测量中，只要检测到反射波u_b的幅值，即可以得到k值，进而直接得到当前电缆接头的老化程度，无需每次都再进行计算。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明提出了一种利用波阻抗检测电缆接头老化程度，能够简单有效地检测出电缆接头的运行状态，得到当前的老化程度，对其剩余寿命进行评估，可以在故障发生之前发出预警，提醒用户及时更换新的电缆接头，防止故障的发生，避免损失。

附图说明

图1是实施例1所采用的装置结构示意图。

图2是实施例1所述方法的原理示意图。

图3是实施例1中Z₂/Z₁与k的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在本实施例中，为了进行电缆接头老化程度的检测，在待检测电缆的一端连接一个信号发生器，该信号发生器用于发射一个入射波，同时在待检测电缆的同一端还连接一计算机，该计算机用于采集电缆接头反射回来反射波，并根据反射波的幅值得到电缆接头的波阻抗，将当前波阻抗与新生产电缆接头的波阻抗相比对，即得到当前电缆接头的老化程度。

根据行波理论的分析，入射行波会在不同波阻抗的节点处发生反射和折射，如图2所示。另外，由于信号发生器接入点到电缆接头之间的距离l₀较短，所以本方法中忽略信号波的衰减和波形的变化，即看成无损耗线路。

设待测线路中的电缆本体的波阻抗为Z₁，电缆接头的波阻抗为Z₂，入射波为u_1f。

由于电缆接头和电缆本体的波阻抗不相同，所以在接头的两端会形成两个阻抗变化面A和B，参见图2，在A点有：

折射波： $u_{2f}\frac{2Z_2}{Z_1+Z_2}{u}_{1f},$ 令折射系数 ${\mathrm{\α}}_1=\frac{2Z_2}{Z_1+Z_2}$

$u_{3f}\frac{2Z_1}{Z_1+Z_2}{u}_{2b},$ 令折射系数 ${\mathrm{\α}}_2=\frac{2Z_1}{Z_1+Z_2}$

反射波： $u_{1b}\frac{Z_2-Z_1}{Z_1+Z_2}{u}_{1f},$ 令反射系数 ${\mathrm{\β}}_1=\frac{Z_2-Z_1}{Z_1+Z_2}$

而B点有：

反射波： $u_{2b}=\frac{Z_1-Z_2}{Z_1+Z_2}{u}_{2f},$ 令反射系数 ${\mathrm{\β}}_2=\frac{Z_1-Z_2}{Z_1+Z_2}$

B点反射回来的反射波u_2b在A点又发生折射和反射，这样，A、B两点之间就会发生多次折反射。这里只考虑A点的第一次折、反射和第二次折射以及B点的第一次反射。

电缆本体的波阻抗为L₀、C₀分别为单位长度电缆的电感和电容，其除了与电缆所用介质材料、介电系数与导磁系数有关外，还与电缆芯线的截面积和芯线与外皮之间的距离有关。所以，不同规格和种类的电缆，其波阻抗也不同。电缆芯线截面积越大，波阻抗值越小。

由于接头的尺寸太短，所以忽略u_1b和u_3f的时间差，即所接受到的反射信号为：

u_b＝u_1b+u_3f

＝β₁u_1f+α₁β₂α₂u_1f

＝(β₁+α₁β₂α₂)u_1f

设入射波u_1f的幅值为U_max,接收到的反射波u_b的幅值为U′_max，则

$\begin{array}{c}\frac{U_{\max }^{\′}}{U_{\max }}={\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\β}}_2{\mathrm{\α}}_2\\ =\frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}+\frac{2Z_2}{Z_2+Z_1}*\frac{Z_1-Z_2}{Z_2+Z_1}*\frac{2Z_1}{Z_2+Z_1}\\ ={\left(\frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}\right)}^3\end{array}$

令 $k=\frac{U_{\max }^{\′}}{U_{\max }},$ 得

$\frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}=\sqrt[3]{k}$

所以，

$Z_2=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}{Z}_1=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}\sqrt{\frac{L_0}{C_0}}$

可得到Z₂/Z₁与k的关系曲线图，参见图3.

由行波理论计算及图3可知，电缆接头波阻抗越大，反射信号的幅值就越大，越接近入射信号的幅值。因此，可以根据反射信号的幅值来得知电缆接头的波阻抗，再与新生产电缆接头的波阻抗相对比就能知道接头的老化程度，并且可以得出一个类似于表1的表格。由此可以根据得到的反射波与入射波的幅值比k，对比表1中对应于不同老化程度的k值的范围便可知道接头的老化程度。

表1幅值比k与接头的老化程度的对应表

幅值比k	老化程度
		0～k1	很低
k1～k2	较低
		k2～k3	一般
k3～k4	较严重
		k4～1	非常严重

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于，包括：在待检测电缆的一端连接一个信号发生器，令其发出一个入射波，该入射波在待测电缆中传播时遇到电缆接头会反射回来一个反射波，采集该反射波，并根据反射波的幅值得到电缆接头的波阻抗；将当前波阻抗与新生产电缆接头的波阻抗相比对，即得到当前电缆接头的老化程度。

2.根据权利要求1所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)信号发生器发出一个已知幅值为U_max的入射波u_1f，入射波在经过电缆接头的两端时形成两个阻抗变化面A和B，其中A点在靠近信号发生器的一端；

(2)采集A点第一次折射的信号u_3f、第一次反射的信号u_1b和B点第一次反射的信号u_2b；

(3)设待测线路中的电缆本体的波阻抗为Z₁，电缆接头的波阻抗为Z₂，则：

$Z_2=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}{Z}_1=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}}\sqrt{\frac{L_0}{C_0}};$

其中，U′_max为接收到的反射波u_b的幅值，u_b＝u_1b+u_3f；L₀、C₀分别为单位长度电缆的电感和电容；

(4)将计算得到的电缆接头的波阻抗Z₂与新生产电缆接头的波阻抗相比对，得到当前电缆接头的老化程度。

3.根据权利要求2所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据公式得到：

$\frac{Z_2}{Z_1}=\frac{1+\sqrt[3]{k}}{1-\sqrt[3]{k}};$

进而得到Z₂/Z₁与k的关系方程；

设新生产电缆接头的波阻抗为Z₀，计算Z₀/Z₁，然后比对Z₂/Z₁和Z₀/Z₁，建立一老化程度对照表；

根据Z₂/Z₁与k的关系，即得到一k与老化程度的对照表。