CN111103466B - 具有集成空间电荷检测器的电缆接头 - Google Patents

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Abstract

该电力电缆接头(10)包括电力电缆的端部，该电力电缆包括电绝缘材料(122)。该接头(10)包括预定区域，该预定区域包含用于测量该绝缘材料(122)的空间电荷的模块。

Description

具有集成空间电荷检测器的电缆接头
技术领域
本发明涉及一种具有集成空间电荷检测器的电缆接头。
本发明属于电力电缆领域，用于例如配电或传输系统中。这些电力电缆通常是高压直流或HVDC电缆。
更具体地，本发明涉及一种电缆接头，该电缆接头嵌入了使得可以检测包括在电缆中的电绝缘材料中的空间电荷的设备。
背景技术
那些用于配电或传输类型的电力电缆通常包括由导电材料制成的中心部分或芯、一层或多层绝缘材料以及保护性护套。可以提供比如屏蔽层等其它层。
旨在施加高压的电力电缆可以包括附加的内部电绝缘层，其功能是控制电缆中包含的导体周围的电场。
一些电绝缘材料(比如介电材料)可表现出导电性梯度和电荷载流子陷阱，这导致空间电荷增加以及电场的不均匀分布。
现在，如果电场局部地变得太高，则可能引起电绝缘的破裂。
对这些电荷的空间位置的测量使得可以确定电荷累积机制并避免这种绝缘破裂。它还是电缆健康状态的指示器。
存在用于测量这些空间电荷的空间位置的声学技术，其中声学脉冲被激发并在所研究的样本中传播。
这些声学技术之一被称为PEA技术或脉冲电声学技术。该技术包括向样本施加外部电场脉冲，这导致了源自介电材料中包含的电荷的机械脉冲。该外部电场实际上在电荷上引起干扰力，导致这些电荷轻微并且迅速地振荡，通过该振荡在介电材料中产生声振动。这些声压波与样本中的电荷的局部密度成比例。
这些声压波可以由在电介质一侧上的压电型换能器、压力换能器或压力传感器来检测。
通过测量或检测声压波，换能器或传感器的输出信号可以用于由此推导出关于电介质中电荷的幅度和位置的信息。
如文献SE-A-1400395中所描述的，PEA测量通常在放置有所研究的样本的单元或测量隔室中进行，并且可能在压力传感器中进行。
这不仅需要将所研究的样本移动到专用于这些测量的位置，而且需要使用电绝缘材料，该电绝缘材料是空间电荷测量的对象，并且具有产生和施加高压脉冲所必需的装置，以及用于记录来自压力换能器或传感器的信号以对其进行处理而不损害在通常的直流约束下样本的操作所必需的装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决这些需要。
为此，本发明提出了一种包括电力电缆的端部的电力电缆接头，该电缆包括电绝缘材料，值得注意的是，该电绝缘材料包括预定区域，该预定区域包含用于测量绝缘材料的空间电荷的模块。
因此，空间电荷测量模块被集成在接头中。因此，该接头配备有电缆的电绝缘的“健康”指示器。这使得可以简单、容易且快速地诊断电力电缆链路中的电绝缘质量的趋势。
在特定实施例中，该测量模块包括至少两个电极。
根据可能的特定特征，该测量模块可以包括例如六个电极。
在特定实施例中，该测量模块包括压电传感器。
这使得可以通过使用上述PEA技术来测量绝缘材料的空间电荷。
在特定实施例中，该测量模块进一步包括至少一个机械振动阻尼元件。
这使得可以消除干扰空间电荷信号的寄生振动。
在特定实施例中，该测量模块包括声延迟线。
这使得当使用上述PEA技术时，可以将PEA信号与由电脉冲引起的寄生振动暂时地分离。
在特定实施例中，该测量模块包括用于连接高压电脉冲源的模块。
这使得可以容易地将高压电脉冲源连接到该接头，以便实施PEA技术。
为了与上述相同的目的，本发明还提出了一种电力电缆，值得注意的是，该电力电缆配备有至少一个如上简要描述的接头。
根据一个可能的特定特征，该电力电缆是高压直流类型或HVDC类型。
根据一个可能的特定特征，该电缆可以是挤压式。
由于电力电缆的优点和特定特征与接头的优点和特定特征相似，因此在此不再重复。
附图说明
通过阅读以下仅通过非限制性示例给出的并且参照附图作出的描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1是根据本发明的电力电缆接头的示意图，在特定实施例中，该视图限于用于表示本发明的接头的部分；并且
-图2是在特定实施例中对应于根据本发明的空间电荷测量的电路。
具体实施方式
如图1的特定实施例所示，根据本发明的电力电缆接头10链接两根电力电缆，其中仅示出一根电缆12以简化附图。接头10包括电缆12的端部。
电力电缆12是例如高压直流类型或HVDC类型。
如本身已知的，电缆12包括由电绝缘材料层122覆盖的中心导体120，电绝缘材料层本身由半导体材料层124覆盖。电缆12还可以包括内部半导体层(未示出)。
层122的绝缘材料是例如化学地交联的聚乙烯或CXLPE。该绝缘材料还可以是基于聚乙烯或聚丙烯的热塑性绝缘材料。所有这些材料(作为非限制性示例给出的)可以是纯材料或填充材料。
根据本发明，接头10包括预定区域，该预定区域包含用于测量层122的绝缘材料的空间电荷的模块。
接头10的这个预定区域是例如其两端中的一端。
空间电荷测量模块包括至少两个电极14。该空间电荷测量模块例如可以包括其中的六个电极。该空间电荷测量模块还包括与电缆12的筛网的连接点。
在图1所展示的特定实施例中，空间电荷测量模块包括两个电极14，两个电极14之间的距离d1约为50mm，每个电极沿电缆12的纵向轴线的宽度d2约为30mm，并且每个电极14与金属筛网的重构(分别为电缆侧和接头侧)之间的距离d3约为100mm。
空间电荷测量模块进一步包括压电传感器16。
压电传感器16可以是例如基于聚偏二氟乙烯或PVDF的类型。作为一种变体，它还可以是基于钛酸钡(BaTiO3)的类型。
电极14与例如由同轴电缆形成的链路32的中心导体22的连接用于产生与压电传感器16一致的高压等势区域。
电极14有利地由镀锡铜线的编织物制成。作为一种变体，它们可以以铜带的形式制造，可能镀锡或任何其它金属材料。
电极14例如围绕电缆12在其半导体层124上缠绕。
有利的是，从静电的角度看，压电传感器16与外部分开，也就是说，它在接头10的机械保护外壳内的法拉第笼(Faraday cage)中。
有利地，为了消除干扰空间电荷测量信号的寄生机械振动，测量模块包括放置在压电传感器16附近(例如与其接触)的至少一个机械振动阻尼元件18。
阻尼元件18由例如EPDM(三元乙丙橡胶)或橡胶或其它任何吸收机械振动的材料制成。
为了测量电缆12的电绝缘材料122中的空间电荷，测量模块使用在引言中提到的PEA技术。
为此，测量模块包括例如由同轴电缆32形成的链路，其中心导体22链接到电极14，并且其同轴导体链接到电缆12和接头10的金属筛网。该同轴电缆32与其中心导体22是用于连接高压电脉冲源的装置。电脉冲源在接头的外部。
为了将PEA信号与由电脉冲引起的寄生振动短暂地分离，测量模块还包括连接到压电传感器16的声延迟线20。
由高压电脉冲源施加到电缆12的电绝缘材料上的电场通常介于0.2kV和2kV每毫米电缆12的绝缘厚度之间，并且优选地大约等于0.5kV/mm。
在施加该电场时，压电传感器16检测源自电缆12中存在的电荷的声压波。这些电荷的测量可以经由连接到压电传感器16的链路来收集，并且例如由同轴电缆24形成。
图2的示图表示由根据本发明的空间电荷测量模块和高压电脉冲的外部源26形成的电路的特定实施例。
高压电脉冲的外部源26由高压发电器28(通常为10kV)供电，并根据波形30产生高压脉冲。这些脉冲作为输入经由例如由同轴电缆形成的链路32并且经由去耦电容器34被提供给接头10。
为了收集空间电荷的测量，源自压电传感器16的信号经由同轴电缆24被路由到显示设备36(比如示波器)。
显示设备36还可以配备有用于触发高压电脉冲的装置，该装置经由链路38连接到高压电脉冲的外部源26。
因此，根据本发明的配备有至少一个如上所述接头10的电缆12借助于包含在接头中的空间电荷测量模块呈现其电绝缘质量趋势的集成指示器。本发明的主要应用涉及高压直流或HVDC电缆，该电缆例如是挤压式电缆，但是本发明不限于这种类型的电缆。
本发明在此已经描述了其应用于测量由接头链接到另一电缆的电力电缆的电绝缘材料内的空间电荷。然而，本发明类似地应用于测量接头本身的电绝缘材料内的空间电荷。

Claims (7)

1.一种电力电缆接头(10)，包括电力电缆(12)的端部，所述电缆(12)包括电绝缘材料(122)，其特征在于所述电绝缘材料包括预定区域，该预定区域包含用于测量所述电绝缘材料(122)的空间电荷的模块，所述测量模块包括至少两个电极(14)、压电传感器(16)、用于连接高压电脉冲源的装置(22，32)；所述用于连接的装置(22，32)由同轴电缆(32)形成，所述同轴电缆(32)的中心导体(22)链接到所述至少两个电极(14)，并且所述同轴电缆(32)的同轴导体链接到所述电缆(12)和所述接头(10)的金属筛网；所述至少两个电极(14)和与所述装置(22，32)的所述中心导体的连接用于产生与所述压电传感器(16)一致的高压等势区域。
2.根据权利要求1所述的接头(10)，其特征在于所述测量模块包括六个电极(14)。
3.根据权利要求1或2所述的接头(10)，其特征在于所述测量模块进一步包括至少一个机械振动阻尼元件(18)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的接头(10)，其特征在于所述测量模块包括声延迟线(20)。
5.一种电力电缆(12)，其特征在于所述电力电缆配备有至少一个根据前述权利要求中任一项的接头(10)。
6.根据权利要求5所述的电缆(12)，其特征在于所述电缆是高压直流类型或HVDC类型。
7.根据权利要求5或6所述的电缆(12)，其特征在于所述电缆是挤压式。
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