CN106092367A - 内置于智能电缆的准分布式测温光缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置于智能电缆的准分布式测温光缆，该测温光缆包括外护套、金属铠装层和光栅光纤并带；金属铠装层内置在外护套内，光栅光纤并带置于该金属铠装层内；该光栅光纤并带包括多根传感光纤，各传感光纤上的光栅之间错位排列，以根据需要设置测温点密度。本发明通过光栅光纤并带结构有效增加测温光缆上的测温点密度，有效解决了测温点与发热源偏离过大引起的测温误差。

Description

内置于智能电缆的准分布式测温光缆

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种内置于智能电缆的准分布式测温光缆。

背景技术

随着电力网络和用电行业的飞速发展，对电力网络和用电安全运行也提出了新的要求；具体到电缆来说，其安全运行与维护也不可避免的越来越被电力系统所重视。电缆在运行过程中，因电流过载或电缆老化致电缆处在高温状态下运行，电缆的绝缘性能下降，严重时会被击穿，最后造成电缆火灾、供电系统损毁等严重事故。目前通常采用与电缆兼容较好的光纤测温系统对电缆温度进行监测。电缆温度监测有外表面铺设测温光缆和内置测温光缆两种测温方式。由于电缆厚实的绝缘层具有较差导热性能，外表面测温法往往不能及时准确测量电缆内部温度，内置光缆的测温方式更具优势。目前常规的内置光缆测温技术采用拉曼分布式测温原理，超弱的拉曼信号往往需要一定长度光纤上的信号在一段时间上的累积来提高测温精度和灵敏度，导致该测量方法定位精度差、响应时间慢等技术缺点。随着导体温度升高，导线内阻增加，电流热积聚效应致电缆内部温度快速上升；这种情况下往往要求测温系统作出快速反应，以避免灾难性事故的发生；显然，拉曼测温技术很难满足要求。

光纤光栅测温技术因光栅反射信号远远强于拉曼信号，该检测方法具有响应迅速，测量精度高，定位准确，目前大量应用于各种工程中的高精度测温。波分/时分(WDM/TDM)混合复用的大容量弱光纤光栅测温系统将传统强光栅测温与光纤拉曼测温两种技术思想有机结合，有效克服强光栅单光纤复用数量有限及拉曼测温响应慢、精度差的缺点，充分发挥光栅测温响应速度快、精度高及拉曼测温距离长的优点，实现单纤长距离的成千上万传感点的快速精确测温。

然而，波分/时分(WDM/TDM)混合复用的大容量弱光纤光栅传感阵列中相邻光栅在空间上要求相互间隔一定距离，便于各光栅反射信号在时间上区分开来，因此光纤光栅测温属于点式测温，现有波分/时分(WDM/TDM)混合复用的大容量弱光纤光栅传感阵列中相邻光栅最小间隔通常为1-2m；若光栅与电缆发热点位置发生显著偏离时，会引起测温误差和响应滞后等问题；好在导线属于优良导热体，半米或更小范围内导线上温度能快速均匀分布开来，若光栅能实现半米间隔或更小间隔均匀分布，则内置测温光缆能理想地实现对整个电缆温度的准分布式测量。因此，如何将现有相邻光栅间隔距离较大的测温光栅阵列实施对电缆较密集的点式测温是本发明申请提出的关键所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有大容量、长距离弱光纤光栅传感阵列准分布式测温点间隔较大，用于电缆测温可能出现测点与热源偏离较大，造成测量不准确的缺陷，本发明采用成熟的并带技术将多根传感光纤粘连成一根测温带，多根传感光纤上的光栅相互错位等间距排列，从而提高大容量、长距离弱光纤光栅传感测温的测点密度，用作为电缆内置的测温光缆，确保对全程电缆的快速精确测温。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种内置于智能电缆的准分布式测温光缆，该测温光缆基于在线制备光纤光栅的传感光纤，采用传统的松套式通讯光缆制备工艺实施，然后在电缆制备过程中将测温光缆绞合在电缆中间，实现电缆在使用中输送电力的同时，能实施监测电缆的工作温度。包括外护套、金属铠装层和光栅光纤并带；金属铠装层内置在外护套内，光栅光纤并带置于该金属铠装层内；

该光栅光纤并带包括多根传感光纤，各传感光纤上的光栅之间错位排列，以根据需要设置测温点密度。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，各传感光纤上的光栅之间相互等间距错开。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，所述外护套为一次挤塑成型的整体型外护套。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，每根传感光纤均为一条连续的无熔接点的全同光栅阵列光纤。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，所述传感光纤上的光栅为弱反射布喇格光栅，反射率为1％～0.0001％。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，在外护套和金属铠装层之间设置有非金属加强层。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，所述外护套为SMK石墨烯导热塑料。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，所述外护套中沿周向间隔或在两侧设置有加强件。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，在光栅光纤并带延长方向上相邻传感光纤上最小的光栅间隔小于等于0.5m。

本发明所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆中，光栅光纤并带通过粘连层将多根传感光纤并排固定在一起。

本发明产生的有益效果是：本发明通过光栅光纤并带结构有效增加测温光缆上的测温点密度，有效解决了测温点与发热源偏离过大引起的测温误差。可根据工程对测温光缆的测温点密度要求，设计制备含不同光纤数量、不同光栅密度的光栅光纤并带,来满足工程测温对测温点密度的要求。本发明内置在智能电缆内的准分布式测温光缆可实现长距离、大容量弱光纤光栅测温系统，可将传统强光栅测温与光纤拉曼测温两种技术思想有机结合，有效克服强光栅单光纤复用数量有限及拉曼测温响应慢、精度差的缺点，充分发挥光栅测温响应速度快、精度高及拉曼测温距离长的优点，实现单纤长距离的成千上万传感点的快速精确测温。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例内置于智能电缆的准分布式测温光缆的结构示意图；

图2是本发明实施例的四芯光栅光纤并带结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对大容量弱光纤光栅传感阵列中相邻光栅相互间隔较大，可能出现因单纤上测温点与发热点间距较大引起测温误差大的情况，本发明采用几根传感光纤构成的光纤并带取代单根传感光纤，各传感光纤上的光栅之间相互等间距或不等间距错位排列，从而增加测温点密度，以减少测温点与导体发热点之间的距离偏离，从而减少测量误差。

由于光栅光纤并带中的各光纤截面结构相似，因此并带中的各光纤光栅具有一致的感温系数。因光纤光栅对温度和应力都灵感，为有效避免测温光缆中的光纤光栅并带在制备和施工过程中受外界应力作用而影响测温性能，因此设计了本发明的感温光缆结构。

如图1所示，本发明第一实施例中，内置于智能电缆的准分布式测温光缆包括外护套1、金属铠装层2和光栅光纤并带3；金属铠装层2内置在外护套1内，光栅光纤并带3置于该金属铠装层2内。

该光栅光纤并带3包括多根传感光纤，各传感光纤上的光栅之间错位排列，以根据需要设置测温点密度。通过各个传感光纤上设置的光栅，提高光缆的测温点密度。

光栅光纤并带3通过粘连层将多根传感光纤并排固定在一起。在光栅光纤并带延长方向上相邻传感光纤上最小的光栅间隔小于等于0.5m。

由于常规塑料外护套1导热性较差，为了提高光缆的测温响应性能，外护套1可由聚氯乙烯护套料、阻燃护套料或耐电痕护套料制成，还可采用导热性良好的SMK石墨烯导热塑料。金属铠装层2可由铝塑复合带、钢塑复合带、螺旋钢铠、钢绞线或不锈钢管构成。传感光纤为拉丝时直接在线刻入光栅的、连续的、无熔接点的全同光栅阵列光纤，刻写光栅的数量和间距根据测温密度需要来设置，可为等距或不等距。传感光纤上的光栅为弱反射布喇格光栅，反射率为1％～0.0001％。传感光纤由刻入光栅的裸光纤表面涂覆树脂涂覆层构成，涂覆层为1～2层。外护套1为一次挤塑成型的整体型外护套。

图2为一种四芯光栅光纤并带示意图。该实施例中，该四芯光栅光纤并带包含2m间隔光栅的光纤31，光栅光纤并带粘连32和光纤中的光栅33。光纤上的光栅相邻间隔2米；为实现光缆测温点密度0.5m的要求，采用四根光栅光纤制备光纤并带的方法，四根光纤上的光栅相互等间距错开，形成在光纤并带延长方向上光栅33相互间隔0.5m。光栅光纤并带粘连层32的作用是有效保证测温光缆制备以及智能电缆制备和铺设过程中，所有测温光栅在空间上相互位置等间距固定不变。基于上述思想，可按照工程对测温点密度要求，灵活方便地对单根光纤上相邻光栅间距以及并带中的光纤根数进行优化设计，制备出不同测温点密度的光栅光纤并带，实施对智能电缆工程应用中的温度监测。

第二个实施例中，在外护套中两侧可设置加强件，加强件为钢丝。其他结构与第一个实施例相同。

第三个实施例中，在外护套1中沿周向间隔设置多根加强件，如沿周向间隔90°设置1根加强件，加强件可为钢丝。其他结构与第一个实施例相同。

第四个实施例中，外护套1和金属铠装层2之间设置有非金属加强层，非金属加强层为芳纶纱。其他结构与第一个实施例相同。

内置测温光缆的智能电缆制备需要先将测温光缆制备完成后，再将导线、抗张加强线、测温光缆等一起绞合、挤塑等成缆工艺制备成智能电缆。智能电缆中的内置测温光缆需采用常规的松套成缆工艺实施，以避免智能电缆在制备和使用中因张拉使光纤受到额外应力作用影响光栅测温的一致性。因此，在制备光缆时，需保证光缆中的光纤有合适的余长，让光纤完全处于松弛状态。直观上看，多根传感光纤相互独立、松弛的处于光缆中来提高测温点密度的方案是可行的，光缆制备工艺上也是可行的。但是在后续电缆制备、电缆使用施工中，因拉拽、弯曲或焊接等操作会导致传感光纤之间发生位移，导致原先等间距错位排列的光栅位置发生改变；另外，上述操作会引起传感光纤之间的传感特性出现差异，影响光缆的测温一致性。

光栅光纤并带是将多根光纤在并带机上经排列，入模上胶，固化成型，最后形成表面平整、宽度稳定一致的光纤带。由于其具有光纤密集度高，节约管道资源，以及接续效率高等独特的优势，通讯光缆中光纤并带应用越来越广，使用量也越来越大。由于制备过程中，每根光纤受到的张力大小一致，光纤排列整齐，粘连胶厚度均匀一致，能有效保证并带中各光纤的应力状态一致。单层光纤并带厚度与光纤外径相差不大，光缆中松弛的光纤并带发生弯曲时，具有与光纤独立弯曲时相同的受力特性。因此，光纤并带技术用于增加传感光纤测温点密度时，并不会因结构改变而使光纤测温特性发生改变。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，该测温光缆包括外护套、金属铠装层和光栅光纤并带；金属铠装层内置在外护套内，光栅光纤并带置于该金属铠装层内；

该光栅光纤并带包括多根传感光纤，各传感光纤上的光栅之间错位排列，以根据需要设置测温点密度。

2.根据权利要求1所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，各传感光纤上的光栅之间相互等间距错开。

3.根据权利要求1所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，所述外护套为一次挤塑成型的整体型外护套。

4.根据权利要求1所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，每根传感光纤均为一条连续的无熔接点的全同光栅阵列光纤。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，所述传感光纤上的光栅为弱反射布喇格光栅，反射率为1％～0.0001％。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，在外护套和金属铠装层之间设置有非金属加强层。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，所述外护套为SMK石墨烯导热塑料。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，所述外护套中沿周向间隔或在两侧设置有加强件。

9.根据权利要求6所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆，其特征在于，在光栅光纤并带延长方向上相邻传感光纤上最小的光栅间隔小于等于0.5m。

10.根据权利要求7所述的内置于智能电缆的准分布式测温光缆其特征在于，光栅光纤并带通过粘连层将多根传感光纤并排固定在一起。