CN109324235A - 一种电缆接头电场检测的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电缆接头电场检测的传感器装置，属于电缆检测技术领域，该电场检测的传感器装置包括多个传感器基板，每个传感器基板形状和结构相同，每个传感器基板均呈扇形，每个传感器基板分为顶层和底层，顶层设置有顶层感应电极，底层设置有底层感应电极，每个传感器基板的顶层感应电极相互连接在一起形成第一电极，每个传感器基板的底层感应电极相互连接在一起形成第二电极，多个传感器基板之间通过螺栓锁紧，并叠加安装在一起，每个传感器基板上均设置有传感器安装孔和电极输出接线柱。该电场检测的传感器装置精准测量电缆接头部分电场指标，提高对配电网电缆接头绝缘故障的准确评价。

Description

一种电缆接头电场检测的传感器装置
技术领域
本发明涉及电缆检测技术领域，尤其是涉及一种电缆接头电场检测的传感器装置。
背景技术
目前电力电缆经常使用交联聚乙烯电缆，10kV 输电线路所使用的电力电缆中间接头多数是以硅橡胶（SIR）为主要材料进行制作。电力电缆在线运行的实际经验表明，电缆绝缘层与接头绝缘层之间的交界面最容易发生击穿放电现象。实际运行故障表明交联聚乙烯接头界面发生击穿现象的原因主要是界面间有过多气隙存在以及导电屑的残留，主要体现在安装时在界面上留下的摩擦划伤，残留的半导电层微粒或导电微屑参入绝缘界面，以及导体断面余留的毛刺等等。但是，接头是如何被击穿的，其中击穿发展的规律与过程仍无定论。根据现实情况，需要更深一步地探究界面气隙、界面导电微屑等主要因素对界面击穿过程的影响以及由此导致的电痕破坏特性。需要开发设计一种电缆接头电场检测的传感器装置，对配电网环境下的电缆接头电场分布进行检测，对电缆接头绝缘故障进行准确评价。
公告号为CN 102879655 B的文献公开了一种振动式微机械电场传感器，该振动式微机械电场传感器包括基座、设置在基座上的敏感层和屏蔽层 , 所述屏蔽层包括活动结构、固定梳齿结构，其中活动结构包括一个中心设置有间隙的矩形质量块、设置在质量块四周的梳齿，与质量块四个端角相连接的支撑梁。虽然本文献能够利用平行板电容器加载静电来对屏蔽层中的活动结构的谐振频率进行调谐，通过振动速度信号的差分式反馈来对针对屏蔽层中的活动结构的振动阻尼进行调谐，实现振动式微机械电场传感器的常压封装，能实现大的灵敏度和提高输出信号的稳定性，解决了现存微机械电场传感器中的制造误差补偿和封装及输出信号稳定性等关键问题，但该振动式微机械电场传感器电场强度比较低，在进行电场测量时，传感器的灵敏度比较低。
公开号为CN 108037376 A的文献公开了一种配电网电缆接头电场强度检测装置，包括电场强度传感器、信号幅值调整模块、差分放大滤波模块、AD模块，所述电场强度传感器将采集到的电场强度信号传送给所述信号幅值调整模块进行信号幅值的调整，经过幅值调整后的信号经过所述差分放大滤波模块后进行电平的抬升，最终通过所述AD模块变换为数字信号后，通过天线输出。虽然本发明基于传感器技术，检测配电网中电缆接头的电场强度，给电缆接头的绝缘性能和故障预测提供判定依据，具有重大的实用意义，但该文献中配电网电缆接头电场强度检测装置无法设置一个具体的结构，仅存在一定的电路描述，有待进一步的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种电缆接头电场检测的传感器装置，精准测量电缆接头部分电场指标，提高对配电网电缆接头绝缘故障的准确评价。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电缆接头电场检测的传感器装置，包括多个传感器基板，每个传感器基板形状和结构相同，每个传感器基板均呈扇形，每个传感器基板分为顶层和底层，顶层设置有顶层感应电极，底层设置有底层感应电极，所述每个传感器基板的顶层感应电极相互连接在一起形成第一电极，所述每个传感器基板的底层感应电极相互连接在一起形成第二电极，多个传感器基板之间通过螺栓锁紧，并叠加安装在一起，所述每个传感器基板上均设置有传感器安装孔和电极输出接线柱。
进一步的，所述第一电极和所述第二电极的悬浮电位信号均通过电极输出接线柱与差动放大电路输入端进行连接。
进一步的，所述差动放大电路的输出端与信号调理电路进行连接。
进一步的，所述顶层感应电极和所述底层感应电极的形状均为半环形，并且与被测电缆同轴布置。
进一步的，所述基板采用印制电路板，所述顶层感应电极和所述底层感应电极的材质均为铜。
进一步的，所述顶层感应电极和所述底层感应电极均为若干个，呈交叉式排列在传感器基板上。
进一步的，所述传感器安装孔的数目为1个，所述电极输出接线柱的数目为2个，一个与顶层感应电极连接，一个与底层感应电极连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种电缆接头电场检测的传感器装置,顶层感应电极和底层感应电极的形状均为半环形，并且与被测电缆同轴布置，感应电极相对于被测导体外表面法线方向的电场强度的等效面积最大。
2、沿电缆表面法线方向发出的电力线大部分终结于半环形的感应电极上，此时任意带电导体发出的电力线也部分终结于半环形的感应电极上,临近导体产生的电场强度与电极外表面的高斯面不正交甚至相切时，其对传感器检测信号影响被大幅减小。 因此，采用半环形电极时，其感应信号的主要部分为被测电缆电场强度产生的，有效降低了临近导体对电场检测带来的影响。
3、传感器的顶层感应电极和底层感应电极的形状均为半环形，并且与被测电缆同轴布置，由于其形状与被测线路电缆接头产生的电场等位面相似，因此环形电极上感应出的电荷分布均匀，使得传感器内部电场强度分布均匀，有效避免了局部电场强度过大的现象，有效的提升了传感器的绝缘性能，同时还能够减小感应电极对被测电场产生的畸变；
4、传感器的顶层感应电极和底层感应电极的形状均为半环形，并且与被测电缆同轴布置，能够有效提高感应电极间互电容 。
附图说明
图1为一种电缆接头电场检测的传感器装置的外形结构图；
图2为一种电缆接头电场检测的传感器装置的临近导体对电场检测产生的影响。
附图标记：
1、传感器基板，2、顶层感应电极，3、底层感应电极，4、传感器安装孔，5、电极输出接线柱，6、差动放大电路，7、信号调理电路，8、被测电缆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
电缆接头电场检测过程中，微机械电场传感器产生感应电流的原理是高斯定理，当导体处在电场中时会有感应电荷生成，如果此时该导体接地的话，则当感应电荷传入地时就会有感应电流产生。如果此时电场是可变的，那么感应电流会是持续的，测量该感应电流即可计算得知所需电场值。当待测电场是静电场时，只需加入驱动力从而使感应电极在电场中运动，进而产生持续的感应电流，来实现静电场的测量。
如图1所示，一种电缆接头电场检测的传感器装置，包括多个传感器基板，每个传感器基板形状和结构相同，每个传感器基板1均呈扇形，每个传感器基板分为顶层和底层，顶层设置有顶层感应电极2，底层设置有底层感应电极3，每个传感器基板上的所述顶层感应电极2和所述底层感应电极3均为若干个，呈交叉式排列在传感器基板1上，
其中：所述顶层感应电极和所述底层感应电极的材质均为铜材质，导电性能比较好，便于传感器进行检测。
所述每个传感器基板1的顶层感应电极3相互连接在一起形成第一电极，所述每个传感器基板的底层感应电极相互连接在一起形成第二电极，多个传感器基板之间通过螺栓锁紧，并叠加安装在一起，此处叠加并不是完全叠加在一起，多块相同电极布置的基板1叠加在一起形成一个整体，传感器基板1基板采用印制电路板（ PCB 板）。
所述每个传感器基板1上均设置有传感器安装孔4和电极输出接线柱5，传感器安装孔4位于顶层，其中，传感器安装孔4的形状呈三角形，传感器安装孔4内放置传感器，利用传感器对电场进行检测。
所述每个传感器基板上均设置有电极输出接线柱5。所述电极输出接线柱5的数目为2个，一个与顶层感应电极2连接，一个与底层感应电极3连接，多个顶层感应电极2和多个底层感应电极3的电极输出接线柱5将第一电极、第二电极之间的悬浮电位信号通过电极输出接线柱5与差动放大电路6的输入端进行连接。
所述差动放大电路6的输出端与信号调理电路进行连接，差动放大电路6经过差分放大检测信号中的差模信号被放大，共模干扰信号被有效的去除，经过差分放大的信号进入信号调理电路7进行信号的滤波、A/D转换等。
所述顶层感应电极3和所述底层感应电极4的形状均为半环形，并且与被测电缆8同轴布置，由于传感器的感应信号是由于被测导体表面法线方向电场强度通过感应电极表面高斯面产生的，所以感应电极采用与被测线路同轴布置的方式能够最大化感应电极在被测导体法线方向上的等效面积，使得测量结果准确并提高传感器的灵敏度。
如图2所示，所述顶层感应电极3和所述底层感应电极4的形状均为半环形，并且与被测电缆8同轴布置，传感器在使用时，如果检测区域存在临近导体，会对传感器的检测信号带来干扰，而采用感应电极与被测导线同轴布置的方式会减低临近导体对测量带来的影响，感应电极形状为半环形，并且与被测电缆同轴布置，沿电缆表面法线方向发出的电力线大部分终结于半环形的感应电极上，此时任意带电导体发出的电力线也部分终结于半环形的感应电极上。
本发明提供了一种电缆接头电场检测的传感器装置,通过研究配网电缆接头电场检测技术，精准测量电缆接头部分电场指标，适用于配电网环境下的电缆接头电场分布检测理论及装置，实现配网电缆接头绝缘故障的准确评价，适用于配网电缆接头电场检测。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：包括多个传感器基板，多个传感器基板形状和结构相同，每个传感器基板均呈扇形，每个传感器基板分为顶层和底层，顶层设置有顶层感应电极，底层设置有底层感应电极，所述每个传感器基板的顶层感应电极相互连接在一起形成第一电极，所述每个传感器基板的底层感应电极相互连接在一起形成第二电极，多个传感器基板之间通过螺栓锁紧，并叠加安装在一起，所述每个传感器基板上均设置有传感器安装孔和电极输出接线柱。
2.根据权利要求1所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极的悬浮电位信号均通过电极输出接线柱与差动放大电路输入端进行连接。
3.根据权利要求2所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述差动放大电路的输出端与信号调理电路进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述顶层感应电极和所述底层感应电极的形状均为半环形，并且与被测电缆同轴布置。
5.根据权利要求1所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述基板采用印制电路板，所述顶层感应电极和所述底层感应电极的材质均为铜。
6.根据权利要求1所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述顶层感应电极和所述底层感应电极均为若干个，呈交叉式排列在传感器基板上。
7.根据权利要求1所述的一种电缆接头电场检测的传感器装置，其特征在于：所述传感器安装孔的数目为1个，所述电极输出接线柱的数目为2个，一个与顶层感应电极连接，一个与底层感应电极连接。
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