CN105191031A - 用于电力线束的防止其劣化的防护套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由多个电缆连接形成的线束中的故障的预测装置，所述电缆尤其是电力电缆，所述装置包括用于包围所述线束的防护套(10)，所述护套(10)包括多个编织元件(100)，所述编织元件(100)编织在一起以形成管状护套，每个编织元件(100)包括被布置形成网状物的多个纵向编织股线(101)，其特征在于，所述护套(100)包括至少一个导电检测股线(102)，布置所述检测股线(102)与编织元件(100)的所述编织股线(101)以结合到形成所述编织元件(100)的网状物中，所述检测股线(102)与所述编织元件(100)的编织股线(100)电绝缘。

Description

用于电力线束的防止其劣化的防护套

技术领域

本发明涉及电缆劣化的预防，特别是电力电缆，以及尤其涉及一种监测装置和用于检测电缆可能劣化(deterioration)的方法。

背景技术

现在仍然有很多需要使用电缆以确保其运行的应用和设施，尤其是电力电缆。这些电缆或多或少承受相当大的应力，当加上自然磨损，这些应力可使电缆劣化导致引起失效，甚至妨碍它们运行。

在一些特定的应用中，例如汽车，航空，海上业务，多个电力电缆一般合并成束以形成线束。因此，结合了一组电导体的线束用于将复杂的电力设施的各种设备电连接，以必须保证电力设施的正常运行。

通常，形成所述线束的这组电缆由防护套包围。除了将电缆保持在一起的事实以外，这些护套可以提供机械防护，火灾防护和/或电磁防护。在电磁防护的情况下，例如在飞机上或船舶上，所述电力设施通过电力线束的作用正确的互相连接是必不可少的，即使在电磁干扰如雷击的情况下。即使每个电导体一般包括其自身的绝缘护套，所述电导体还可以包括抵抗电磁干扰的额外防护屏蔽，优选的是，所述线束自身包括抵抗电磁干扰的防护套。这种护套尤其在当线束太靠近另一敏感线束时或者当目的在于确保闪电或强电场防护时是很需要的。在这种方式中，这组电力电缆形成线束可以例如通过金属屏蔽的护套所包围，所述护套通常可通过编织的金属线获得，其通过屏蔽连接至位于线束端部的连接器保证了设备壳体之间的电力连续性。

然而尽管有这些护套，所述线束根据它们被放置的环境可能经受不同的袭击。形成线束的电力电缆的劣化例如可以是由于机械应力，如压破，夹紧，伸长，震动或者任何摩擦磨损。劣化也可起因于外部现象如由流体袭击，化学侵蚀或者火。

这种应力或袭击会导致绝缘体和/或包含在线束里的电导体芯的劣化，以及电力设施的一般操作的或多或少的相当大的后果。除了在导体中的轻微劣化产生故障导致失效以外，这些劣化可以产生更加严重的故障以及主要相关的后果。

例如，随着时间的推移这类故障可以产生引起电弧的开路，如果电路处于功能性阶段并且取决于所连接的系统，当电路断开时，取决于相关的电缆是数据电缆还是电源电缆，在所有情况下都会产生数据的丢失或设备电源的损失。主要的故障还可造成两个或多个系统或者同一系统的两个或多个导体之间的间接短路，并可能引起电弧。

在开路的情况下，该连接系统是有故障的。通常起初会更换有故障的设备。如果设备仍然无法工作，那么故障出在电缆上。系统停机时间可能是耗时的并且成本很高。

在短路的情况下，所产生的电弧的能量可能是巨大的，特别是在电源电缆的情况下。相邻的电缆和附近的结构可能会被依次损坏。不仅有必要更换发生第一故障的电缆，而且那些由于温度的上升(热等离子体)，电磁辐射(紫外线(UV)到红外线)，材料突起(液化材料遭受拉普拉斯力(LAPLACS))而在电弧演化过程中产生的经受劣化的电缆也有必要更换。邻近的结构也将经受严重的劣化而需要更换或维修。

为了减少这种后果出现的风险，例如有人提出使用设置有电弧监测的断路器以在导体短路并产生电弧时切断电源线。它们的使用确实会造成一定数量的问题。实际上它们只是部分地保护邻近的电缆和结构，因为电弧仅在发生时被检测到，并且故障无法预料，在这种情况下，不再能够防止结构和邻近的电缆的劣化。此外，断路器可检测短路但由于它们不与放电相关联，因此并不开路。如果邻近结构上的摩擦导致导体的断裂，则该故障将不会由断路器检测到。最后，如果断路器安装在电源电缆上，则它不能被用于数据电缆。

因此，能够在这些形成线束的电缆上预测故障的出现以防止任何大的失效是很重要的。此外，这种电缆上故障出现的预测可大大降低维护成本并且保证了更大的可用率。实际上防护/检测装置的维修相比更换一个或多个导体更易于操作。

美国专利US6,265,880提出了在电力电缆中预测故障出现的解决方案。该解决方案包括位于导体上的围绕在导体周围的检测元件(例如导线或光缆)，从而可在导体之前先被损坏例如通过摩擦损坏，并且可检测来自导体的潜在的劣化。然而这种解决方案带来了几个问题。实际上，除了这种检测元件以外，有必要在这种检测元件的位置上提供保持元件以使它不能相对于导体移动，尤其在过度振动的情况下。在这种方式中，待检测的电缆的重量大幅度增加，并且这将是主要的缺点。此外，这样的保持元件并不能保证检测元件绝对不会移动。现在，如果检测元件相对于导体移动，将不能监测导体的某些部分，因而该解决方案的效力减弱。由于元件或多或少是柔软的，它可以被引起故障的动作推回，例如摩擦或者到达峰值的动作，并且相应地停止以确保在优选的位点的保护。最后，这样的解决方案的实施是相当复杂的，需要特定的装置用于在电缆周围放置检测元件并且用于将保持元件放置在合适的位置。这种解决方案尤其将难以实施以防止包括数个连接的电缆的线束中的故障的出现。事实上，应用专利US6,265,880中提出的在多线束的情况下解决方案将相当于必须在特定的检测元件中单独围绕每个形成的线束的电导体。这在有效载荷和成本方面的后果，特别是制造方面的后果，是不可接受的。

因此本发明的目的在于提出一种装置以及多个电缆连接形成的线束中的故障的预测方法，尤其是电力电缆，解决了上述至少一个缺点。

尤其地，本发明的目的在于提出一种装置以及线束中可简单实施的故障的预测方法，尤其是相对于线束中电缆的位置不会使所述线束的制造复杂化。

然而，本发明的另一目的在于提出一种装置和线束中的故障的预测方法，不修改或仅轻微修改所述线束的固有特征，尤其不影响其操作或增加其重量。

发明内容

为了这个目的，本发明提出了由多个电缆连接形成的线束中的故障的预测装置，所述电缆尤其是电力电缆，所述装置包括用于包围线束的防护套，所述护套包括多个编织元件，所述编织元件编织在一起以形成管状护套，每个编织元件包括被布置形成网状物的多个纵向编织股线，其特征在于，所述护套包括至少一个检测股线，布置所述检测股线与编织元件的所述编织股线以结合到形成所述编织元件的网状物中，所述检测股线与所述编织元件的编织股线电绝缘。

这种防护套的优选的但非限制性的各方面，采取单独或组合，有以下几种：

-所述护套包括多个检测股线，所述检测股线互相电绝缘。

-所述检测股线被结合至形成所述护套的不同编织元件中。

-所述护套包括与编织元件数量一致的检测股线。

-所述多个检测股线的数个检测股线被结合至在第一旋转方向上编织的编织元件，并且所述多个检测股线的其他检测股线被结合至在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上编织的编织元件。

-所述多个检测股线的所有检测股线被结合至在相同的旋转方向上编织的所述护套的编织元件。

-每个检测股线是由电绝缘的管状元件包围的导电线。

-所述护套的编织元件的编织股线是导电线，不同的编织元件被编织形成所述电缆的电磁防护套。

-所述护套的编织元件的编织股线是纺织纱线，不同的编织元件被编织形成所述电缆的机械防护套。

根据另一方面，提出了上文的所述预测装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括卷绕步骤，在所述卷绕步骤中，布置至少一个检测股线与多个编织股线以形成卷绕的编织网状物，然后在编织步骤中展开所述编织网状物以形成围绕由多个电缆连接形成的线束的防护套。

根据另一方面，提出了电缆劣化的预测方法，所述电缆尤其是电力电缆，所述电缆组合以形成线束并且由上文的所述预测装置所包围，所述方法包括：在所述防护套的至少一个检测股线中施加电流，并且监测所述检测股线的电力性能。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过下述说明来呈现，下述说明仅仅是说明性而非限制性的，并且有必要参照附图来阅读，在附图中：

-图1是根据本发明的用于包围线束并形成预测装置的防护套的示意图；

-图2是根据本发明第一实施例的用于防护套的编织模式的示意图；

-图3是根据本发明第二实施例的防护套的编织模式的示意图；

-图4是根据本发明第三实施例的防护套的编织模式的示意图。

具体实施方式

如上所述，线束包括一组电缆，尤其是一组电力电缆，所述电缆是单独的或者是由电缆的子集中组合的所谓多股绞合线。

线束优选一般由防护套包围，并且可以具有例如机械防护功能，和/或火灾防护功能，和/或电磁防护功能。

提出的预测线束中出现的故障的解决方案包括在所述防护套内结合的故障检测系统。因此，当所述护套被施压达到触发结合在其中的检测系统的程度时，它显然是有必要采取行动以避免所检测到的应力损坏形成所述线束的电缆。

在所述防护套内结合的所述检测系统的优点在于提供故障的预测装置，该预测装置基本上不改变线束及其防护套，尤其在重量或操作方面。此外，由电缆的护套包围的线束在使用中不施加特别的改变，或在其设想中对线束没有特别的改变。

如图1所示，用于包围所述线束的防护套10一般通过多个编织元件100(也称为锭轴)所形成，所述编织元件编织在一起形成管状护套，围绕用于防护的所述线束。

每个编织元件100包括布置在彼此旁边的连接形成网状物的数个编织股线101。

这些编织股线101一般都是相同的类型，彼此相同，选择为用于所述防护套所需目的的功能。

例如，如果所述防护套具有机械防护功能或者火灾防护功能，或者甚至机械加固，所述编织股线101可以是所谓的纺织线，单纤维或多纤维聚合物，由矿物材料制成的线(陶瓷，非晶玻璃或者晶化玻璃)，或者由金属线制成如不锈钢线制成。

当优选电磁防护时，所述编织元件100优选通过导电线形式的编织股线所形成，所述编织股线布置并且编织以提供这种电磁防护的功能。这种导线可以例如是金属线，如镀镍铜线，镀银铜线，漆包铜线，不锈钢线。这些导线布置在网状物中以形成不同的锭轴100，这些锭轴被编织以确保位于由护套保护的线束的两端部的电缆之间的电连续性。

为能够预测形成线束的电缆出现的故障，所述防护套包括至少一个导电的检测股线102，并且所述检测股线具有所述护套10的至少一个所述锭轴100的所述编织股线101的特定的特征，以便能够完全结合在形成所述锭轴100的网状物上。

监测所述检测股线102的运行状态验证了所述护套不经受过度的应力，这可能会影响到所述线束的电缆并引起故障的出现。

事实上，当应力(例如摩擦)施加到所述护套10时，并且当该应力损坏了所述护套10的检测线102时，这种损坏的检测可推断出线束的电缆在应力持续时也被损坏的风险，并且可因此推断出必须执行的动作。

监测所述检测股线102的导电状态可以例如作为所述检测股线102的损坏检测的基础。为能够通过检测股线预测或检测，所述检测股线102优选与相关的锭轴100的编织股线101电绝缘。更优选地，所述检测股线102也可与所述网状物10的其他锭轴100的其他编织股线101电绝缘。

所述检测股线102可以例如是由电绝缘的管状元件包围的导电线，例如搪瓷金属线，例如漆包铜线。相对于所述编织股线101，或甚至相对于在所述护套中提供的其它检测股线，这确保了所述检测股线102的绝缘，下文将明显看到。

所述检测股线102还可以简单地包括导电线，没有互补绝缘体，但相对于其它的编织股线所述检测股线的绝缘是有效的，例如因为这些编织股线是纺织纱线，和/或是通过所述编织锭轴中的检测股线的特定布置。

所述检测股线102还可以是同轴电缆，其提高了故障的检测，可更加精确的检测这种故障的位置，尤其是在利用反射测量的情况下，如在下文的详细说明。

检测所述检测股线102的损坏可以例如包括由电流穿过该检测股线102，并且监测所述检测股线的电力性能。

所述检测股线102的电力性能的这种监测可以使用本领域技术人员已知的方法，例如阻抗的测量，容量的测量，切削试验，或者其他方法。对于通过阻抗测量的测定，位于所述线束的一端的所述检测股线102可以例如被短路并且所述阻抗测量装置可连接至测量股线的另一端。

另一优选的监测所述检测股线102的电力性能的方法包括进行反射测量。例如可以使用时间反射时域反射(TimeDomainReflectometry，TDR)或者频率反射频域反射(FrequencyDomainReflectometry，FDR)。

通过反射使用监测进程是非常有利的，因为它不仅检测出所述检测股线102被破坏，而且还定位所述检测股线102被损坏的位置。因此可以推断，如果应力被维持，所述线束可能被损坏，并且因此在所述线束上采取更准确的行动。当所述线束被置于到达困难到达的地方，这是尤其有利的。

通过反射使用监测进程的另一优点是，它们可以不受所述线束的电磁性能的干扰以及电磁保护的影响而被使用。一些反射进程能够控制电压的电平，频谱的扩展，或者使它们在高应力条件下可用的其它参数，尤其用于使用中的车辆，例如用于飞机或船舶，其中的电磁应力十分可观。

根据优选的实施例，所述护套包括多个检测股线102，所述检测股线之间彼此电绝缘。所述护套10中的所述检测股线102的倍增的事实允许了所述护套10上的更大量的损伤检测区域，并且因此为所述线束上的出现故障的预测提供了更大的概率。然而结合到编织网状物中的检测线102的数量不应更改或者仅稍微更改所述护套10的防护性能，或者增加所述护套10的重量。另外，可增加被平行或者扭曲的布置的至少两个检测股线，以通过不同的检测执行监控。

不同的检测股线102被优选地结合到不同的编织元件100中。这实际上更均匀并且一致地在所述护套10分布检测区域。

例如，可提供一种护套10，所述护套包括与所述编织元件100数量一致的检测股线102，这种护套提供了增强的检测。根据该示例，每个编织元件100结合了形成待编织网状物的编织股线101之间的检测股线102。

如果所述护套10包括的检测股线102的数量大于所述编织元件100的数量，就会有一些编织元件结合到一些检测股线102中。这种配置允许增强的检测，但不能认为仅在所述护套10的防护操作未被这种大量检测股线102的整合所冲击的情况下允许增强的检测。

当所述护套10包括数个检测股线102，优选的这些检测股线102被定位以使所述管状护套的一般均衡不失去平衡。

因此，检测股线102优选地通过分布结合，两者位于在相对于编织方向的旋转方向上(例如向右)用于编织的所述锭轴100中以及位于在相对于编织方向相反的旋转方向上(例如向左)用于编织的锭轴100中。

更优选地，所述检测股线102被结合至用于与所述防护套10的大体对称编织的锭轴100。这有助于所述护套10相对于所述线束的适当平衡。

还可以认为所有的检测股线102被结合至编织在相同的旋转方向上的所述编织护套的编织元件。例如这在由织物编织的护套的情况下是可行的，即由具有纺织纱线的锭轴100形成，在护套中，没有绝缘护套的作为导电线的检测股线102被结合。由于所述检测股线102被结合至在相同的旋转方向上编织的锭轴中，所述检测股线102彼此之间不接触，并且故障检测可以运行。这还使用重量减小的检测股线，避免了较重的防护套。

所使用的所述检测股线102的数量以及它们在所述防护套的布置适于作为一种函数，尤其是所述护套的使用条件的函数，以及所述护套所需的性能水平的函数。

例如，当制成电磁防护套即电磁屏蔽，其转移阻抗定义为电磁应力的函数。这个转移阻抗取决于不同的参数例如待防护线束的直径、所述护套10的锭轴100的编织角度、所述锭轴100的数量、每个锭轴100的所述编织股线101的数量、所述编织股线101的直径以及所述编织股线的材料。由于所述线束的直径由包含在所述线束中的电缆限制，因此可选择其它参数以获得优选的转移阻抗。这产生了特定的编织护套，在护套中一定数量的编织股线101可以通过检测股线102被更换或添加。

一般而言，电磁防护编织护套相比用于线束的不超过的样板具有更高的实际性能。因为这点，在所述编织物的实际性能以及用于通过检测股线以替换一些编织股线的样板之间的这种边缘中获利是有可能的。与此相反的是，增加(多个)检测股线将是足够的。这要求控制编织物的性能预测，以保证应用于防护套的主要功能的相关样板，以及增加了监测功能。

编织护套还可以不仅考虑它的防护性能例如电磁防护，还可考虑损坏预测性能来设计。例如，它可能值得由包括所述线束的易损表面形成所述编织护套，所述易损表面必须不能大于1cm²，因此在这种情况下至少每1cm²具有检测股线的部分。

图2，图3和图4示出了具有越来越小的检测表面的编织护套的不同模式，并且因此不断增强预测性能。

在图2，图3和图4中所示的模式所对应的编织护套包括它们之间的32个编织锭轴，具体地，16个锭轴在第一旋转方向S1中旋转，并且16个锭轴在与S1相反的第二旋转方向S2中旋转。在图中，在S1方向中旋转的所述16个第一锭轴相对于图中的基线向右旋转，并且在S2方向中旋转的所述16个其他锭轴相对于图中的基线向左旋转。

在图2，图3和图4中，每个锭轴100包括8个编织股线101。

图2所示的所述编织护套的模式包括8个检测股线102，每个检测股线可更换具体锭轴100的编织股线101。分布为所述锭轴中的4个检测股线向右旋转以及锭轴中的4个检测股线向左旋转，每个锭轴100最多有一个检测股线102。作为优选地，如图2所示，检测股线102在旋转方向上结合至每4个锭轴100中，这确保了所述编织护套的对称以及均衡。

图3所示的所述编织护套的模式包括16个检测股线102，每个检测股线可更换具体锭轴100的编织股线101。分布为所述锭轴中的8个检测股线向右旋转以及锭轴中的8个检测股线向左旋转，每个锭轴100最多有一个检测股线102。作为优选地，如图3所示，检测股线102在旋转方向上结合至每第二个锭轴100中，这确保了所述编织护套的对称以及均衡。

图4所示的所述编织护套的模式包括32个检测股线102，每个检测股线可更换具体锭轴100的编织股线101。分布为所述锭轴中的16个检测股线向右旋转以及锭轴中的16个检测股线向左旋转，每个锭轴100最多有一个检测股线102。这种布置完全对称，并确保了所述编织护套的均衡。

使用所提出的预测装置的非限制性示例涉及无位置的故障检测。这可以是线束放置在起落架支柱的情况，其中所述线束未修复但在劣化的情况下改变。在这种情况下，测量所述检测股线的电阻就足够了。所述检测股线被连接至电磁防护套的一端，并且在另一端连接至用于测量电阻的系统。测得的电阻取决于检测股线的数量、检测股线的长度、其横截面、其电阻率、连接的质量。电阻在开路中的所述检测股线发生断裂时可以向上变化，并且在所述检测股线发生短路时向下变化。

使用所提出的预测装置的另一个非限制性示例涉及有位置的故障检测。这可以是可修复线束难以到达的情况。使用位置可直接拆开后面的面板即故障所处的位置。在这种情况下，检测股线不需要在所述线束的端部连接至所述编织护套，并且所述检测股线的劣化监测是通过反射进程完成的。这样的监测优选通过仅在有限数量的检测股线上同时反射，以避免由所述检测股线的并联产生反射现象。

如从上述明显看出，所提出的预测设备在其使用中是尤其有利的。它还具有非常便于生产的优点，仅通过稍微改变现有的防护套的制造方法。尤其地，它足以适应在卷绕阶段期间所述编织股线通常聚集以形成编织网状物以构成所述锭轴，然后将其卷绕。事实上，在该卷绕步骤中，只须通过检测股线更换编织股线中的一个，并形成编织网状物就足够了。

不管是否结合检测股线，不同的编织网状物然后在编织步骤期间被展开以形成围绕待保护线束的防护套。

读者将理解，在实质上不脱离这里所描述的新颖的想法和优点，均可以做出许多修改。因此，这种类型的所有的修改本文所述的防护套的范围内意在结合它的生产方法以及其使用。

Claims (11)

1.一种用于由多个电缆连接形成的线束中的故障的预测装置，所述电缆尤其是电力电缆，所述装置包括用于包围所述线束的防护套(10)，所述护套(10)包括多个编织元件(100)，所述编织元件(100)编织在一起以形成管状护套，每个编织元件(100)包括被布置形成网状物的多个纵向编织股线(101)，其特征在于，所述护套(100)包括至少一个导电检测股线(102)，布置所述检测股线(102)与编织元件(100)的所述编织股线(101)以结合到形成所述编织元件(100)的网状物中，所述检测股线(102)与所述编织元件(100)的编织股线(100)电绝缘。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述护套(10)包括多个检测股线(102)，所述检测股线(102)互相电绝缘。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述检测股线(102)被结合至形成所述护套(10)的不同编织元件(100)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述护套(10)包括与编织元件(100)数量一致的检测股线(102)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述多个检测股线(102)的数个检测股线(102)被结合至在第一旋转方向(S1)编织的编织元件(100)，并且所述多个检测股线(102)的其他检测股线(102)被结合至在与所述第一旋转方向(S1)相反的第二旋转方向(S2)编织的编织元件(100)。

6.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述多个检测股线(102)的所有检测股线(102)被结合至在相同的旋转方向上编织的所述护套的编织元件(100)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，每个检测股线(102)是由电绝缘的管状元件包围的导电线。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述护套(10)的编织元件(100)的编织股线(101)是导电线，不同的编织元件(100)被编织形成所述电缆的电磁防护套。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述护套(10)的编织元件(100)的编织股线(101)是纺织纱线，不同的编织元件(100)被编织形成所述电缆的机械防护套。

10.一种权利要求1至9中任一项所述的预测装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括：卷绕步骤，在所述卷绕步骤中，布置至少一个检测股线(102)与多个编织股线(101)以形成卷绕的编织网状物(100)，然后在编织步骤中展开所述编织网状物(100)以形成围绕由多个电缆连接形成的线束的防护套。

11.一种电缆劣化的预测方法，所述电缆尤其是电力电缆，所述电缆组合以形成线束并且由权利要求1至9中任一项所述的预测装置所包围，所述方法包括：在所述防护套(10)的至少一个检测股线(102)中施加电流，并且监测所述检测股线(102)的电力性能。