CN111678620A - 一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，包括包裹安装在电缆接头上的防爆毯和用于处理并发送来自防爆毯采集的温度信息的电器盒，所述防爆毯内安装有用于采集电缆接头温度的温度采集单元和通过被检测的电缆中的交变电流产生感应电流作为电器盒的供电电源的供电单元，所述供电单元为一个或者多个沿电缆轴向或者周向安装的电磁感应线圈结构。本发明通过电磁感应电流作为供电单元，实现免维护检测，避免现有内置电池寿命短，采用间接性监测盲区大，不精准的问题。

Description

一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器

技术领域

本发明涉及电缆接头温度检测装置领域，尤其涉及地埋式高压电缆接头的温度检测装置，具体涉及一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器。

背景技术

在电力系统的安全运行过程中，电缆中间接头的故障无法提前预判，只有故障发生后导致变电所线路跳闸，才能通过逐级查找进行判断。并且电缆中间接故障引起同通道内或同电缆井内电缆烧损短路跳闸等，造成故障范围扩大。故障发生后，需要通过电缆故障测试仪查找，故障点判断、查找时间较长，导致事故处理时间较长、影响了电网安全稳定运行。

电缆一旦发生中间接头故障，所产生的破坏力不仅会造成本线路的停电停役，还可能对周边运行的电缆线路、电力设施及人员造成伤害，甚至会引发二次事故。

目前，国内和国外的电缆接头温度检测技术主要有以下几种。

1、热敏电阻式测温系统。可以及时显示温度值，但由于连接问题，每个热敏电阻都要单独布线，而且比较复杂，但是其易损坏的特点，需要的维护工作比较多。该传感器不能够进行自检处理，所有经常需要人为操作，对温度传感器校验。

2、电缆感温式测温系统。感温电缆与电缆安放应该平行，当电缆温度大于一个设定的数值时，发送一个用于报警的信号。具有很多如报警时具有破坏、固定的报警温度、不完整的故障信号等缺点的普通型感温电缆，使系统的安装过程很繁琐，而且工作人员对其维护也会有很大的工作量，设备还经常需要好维护和更新，不能完成对电缆接头温度的测量和趋势分析。

3、离子感应测温系统。这种测温系统主要依赖于比较先进的通信技术和以信号处理的微处理器技术及温度传感器的数字化技术和离子传感技术，能够实时的，连续的监测电缆接头处的温度数据，使电力接头故障可以预测出，并通过上位机模拟的界面，显示出电缆当前温度，并显示通过遥感监测到的实际位置和电缆型号等其他相关参数信息，当运行电缆异常，要紧急报警和自动显示在屏幕上，并且通过上位机确定故障的实际位置，但是由于电磁感应的原因，容易受到周围磁场变化的影响。

4、红外测温，它是非接触式测温方式，因而对周围环境和电磁场的影响比较敏感，无法满足所要求的精确度。

5、光纤光栅传感技术具有较高的安全性、较强的抵抗电磁的干扰能力和提交小的特点，已被日本、美国等国家予以高度重视，我国也已经投入大量人力财力运用这种新的测量技术。

基于现有技术的监测现状，有必要提供一种改进型的基于热敏电阻对温度检测的装置，通过对结构的科学布局，利用热敏电阻本身对温度的敏感性原理对电缆接头的温度进行全方位的检测。

发明内容

为了解决背景技术中提及的现有技术存在的弊端和问题，本申请提供一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，利用接触式测温的准确性和可靠性，通过对现有热敏测温传感器存在的测温局限性进行分析，并从新设计适合用于地埋式高压电缆接头温度测量的检测装置结构，使得能够满足对电缆接头温度的准确、全面的监测。

本申请提供的结构方案分别对与电缆接头的接触方式和原理上规避了现有技术中针对电缆接头测温存在盲区的弊端，以及非接触时测温不准确的技术问题。本申请将点温度采集改为面温度采集，对电缆接头进行度包括监测，规避监测盲区，使得监测更加准确。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，包括包裹安装在电缆接头上的防爆毯和用于处理并发送来自防爆毯采集的温度信息的电器盒，所述防爆毯内安装有用于采集电缆接头温度的温度采集单元和通过被检测的电缆中的交变电流产生感应电流作为电器盒的供电电源的供电单元，所述供电单元为一个或者多个沿电缆轴向或者周向安装的电磁感应线圈结构。

优选地，所述电磁感应线圈结构为表面涂覆绝缘介质的铜线采用顺时针或者逆时针缠绕在绕线滚轮上或者胶粘形成的一体式结构。

优选地，所述电磁感应线圈结构还包括沿电磁感应线圈中轴线嵌插的聚磁衔铁。

优选地，所述聚磁衔铁包括单衔铁支柱、双衔铁支柱和多衔铁支柱结构，任一衔铁的至少一个衔铁支柱上设置有一个电磁感应线圈。

优选地，所述电器盒内安装有控制电路板，所述控制电路板包括与电磁感应线圈电连接的整流单元，以及依次连接的滤波单元、温度纠正电路、信号处理电路和用于将处理后的温度信息发送至后台服务器的通信模块；所述温度纠正电路连接有设置在所述防爆毯内的温度采集单元，所述温度采集单元采用靠近电缆接头一侧嵌入有一层用于采集电缆接头温度的热敏电阻层，所述热敏电阻层均匀分布在所述防爆毯靠近电缆接头一侧的检测工作面。

作为本申请的优选技术方案之一：以提高本申请所述防爆毯的安全性，所述防爆毯选用耐高温软质复合材料制成，利于安装，形变能力好，可优选采用聚乙烯系列阻燃材料或者氟橡胶。所述热敏电阻层完全嵌入在所述防爆毯内且热敏电阻层与检测工作面之间设置有第一防爆层。当电缆接头异常升温后，一方面热量能够迅速穿透厚度较低的第一防爆层直达热敏电阻层，通过热敏电阻层能够迅速采集到电缆接头的实际温度；另一方面由于防爆毯是直接接触电缆接头的结构，其阻燃防火防爆能力直接决定防爆毯的实际工作寿命和可靠性；设置第一防爆层能够进一步提升防爆毯的防爆能力，避免因电缆接头高温出现明火现象，从而避免因电缆接头故障导致不必要的二次事故发生。

优选地，所述热敏电阻层远离所述第一防爆层的一侧设置有第二防爆层，所述第二防爆层外还设置有用于防腐防潮的防护层。采用三层设置的防爆毯能够同时兼顾温度的检测和防火防爆的技术效果，使得电缆接头在任何异常情况下都更加安全。

为了进一步的提升第一防爆层的性能，所述第一防爆层为具有陶瓷颗粒、石英颗粒或金属颗粒中一种或者多种的耐高温软质复合材料。

为了进一步提升第二防爆层的防爆性能，所述第二防爆层为具有阻燃颗粒的耐高温软质复合材料。所述阻燃颗粒为红磷、磷化合物、氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或多种颗粒混合物。设置第二防爆层能够使得电缆接头产生的热量都能够集中聚集在第二防爆层内，内部混杂的阻燃颗粒能够有效的避免电缆接头的高温继续蔓延导致二次事故的发生。

作为本申请的另一技术方案：所述热敏电阻层半嵌入在所述防爆毯内，所述防爆毯包括用于包裹所述热敏电阻层的第一防爆层，所述第一防爆层为具有陶瓷颗粒、石英颗粒、红磷颗粒、磷化合物颗粒、氢氧化铝颗粒或氢氧化镁颗粒中的一种或者多种的耐高温软质复合材料。采用半嵌入式的防爆毯相比嵌入式的对温度的敏感性更高，由于热敏电阻层直接的接触到电缆接头外壁，能够第一时间将温度的变化转为电信号处理并发送至后台服务器，使得所检测的温度更加准确，及时和可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明安装后的状态示意图；

图2是图1沿剖切符号A-A的全剖视图；

图3是电磁感应线圈的双衔铁支柱结构；

图4是电磁感应线圈与不同结构聚磁衔铁结构的安装示意图；

图5是电磁感应线圈与不同结构聚磁衔铁结构的安装示意图；

图6是电磁感应线圈与不同结构聚磁衔铁结构的安装示意图；

图7是防爆毯与热敏电阻层平展状态的结构示意图；

图8是图7的主视图；

图9是图8沿剖切符号A-A的全剖视图；

图10是图8沿剖切符号B-B的全剖视图；

图11是本发明的原理框图；

图12是电磁感应线圈及整流滤波电路图；

图13是温度纠正电路图；

图14是通信模块电路图；

图15是信号处理电路图；

图中：1-电缆；2-电器盒；3-防爆毯；31-第一防爆层；32-第二防爆层； 33-防护层；4-卡箍；5-供电单元；6-聚磁衔铁；7-热敏电阻层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

结合说明书附图1-6、图11-15所示的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，包括包裹安装在电缆接头上的防爆毯3和用于处理并发送来自防爆毯3采集的温度信息的电器盒2，所述防爆毯3内安装有用于采集电缆接头温度的温度采集单元和通过被检测的电缆1中的交变电流产生感应电流作为电器盒2的供电电源的供电单元5，所述供电单元5为一个或者多个沿电缆1轴向或者周向安装的电磁感应线圈结构。所述电磁感应线圈结构为表面涂覆绝缘介质的铜线采用顺时针或者逆时针缠绕在绕线滚轮上或者胶粘形成的一体式结构。所述电磁感应线圈结构还包括沿电磁感应线圈中轴线嵌插的聚磁衔铁6。所述聚磁衔铁6包括单衔铁支柱、双衔铁支柱和多衔铁支柱结构，任一衔铁的至少一个衔铁支柱上设置有一个电磁感应线圈。所述电器盒2内安装有控制电路板，所述控制电路板包括与电磁感应线圈电连接的整流单元，以及依次连接的滤波单元、温度纠正电路、信号处理电路和用于将处理后的温度信息发送至后台服务器的通信模块；本实施例具体可采用如图12-15所示电路实现。所述温度纠正电路连接有设置在所述防爆毯3内的温度采集单元，所述温度采集单元采用靠近电缆接头一侧嵌入有一层用于采集电缆接头温度的热敏电阻层7，所述热敏电阻层7均匀分布在所述防爆毯3靠近电缆接头一侧的检测工作面。

工作原理及有益技术效果：本实施例的技术改进点主要在于整个温度检测器的无源供电上，现有的任何检测装置都是必须要内置电池进行供电，为了达到延长寿命的技术效果；通常采用的手段是与内置电池并联设置一个超级电容或者是通过单片机内的数字电路或者定时电路控制整个电路的工作时间；从连续性工作改为间歇性工作模式。但是这种间歇性工作模式和内置电池都有明显的弊端；由于电缆接头的故障时偶发性的，通过间歇性检测很可能不能及时的发现异常情况的发生，出现遗漏，检测时间盲区巨大，电缆接头一旦出现故障，其后果是得不偿失的。然而，如果持续工作，对于采用内置电池供电的方式又会造成内置电池电量消耗大，从而使得有效工作时间短。本实施例采用无源供电，直接利用被检测电缆的电流，利用电磁感应原理产生小电压感应电流，通过整流单元、滤波单元形成稳定的直流电，通过温度纠正电路以及热敏电阻层 7的作用，根据热敏电阻层7电阻与温度变化的系数可以获知实际温度数据，最后通过通信模块与后台服务器实现数据的实时通信或者间歇通信，这部分属于本领域现有技术，亦并非本实施例之发明点所在，不做过多详述。

供电单元5的电磁感应线圈结构可以根据实际被检测电缆1的流通电压或者电流灵活设定一个或者多个，同理，根据实际检测的磁通量亦可以选择多种聚磁衔铁6，这样可以极大的增大本发明的实际实用性和兼容范围。本实施例所述结构在被检测的电缆1无电流通过时，就无法产生感应电流，整个电器盒 2没有电源供应，那么处于不工作状态，通信模块亦无法与后台服务器产生有效数据通信，此时，后台就可以通过安装在该被测电缆1上的多个温度检测器是否都没有实际数据通信，若是，则说明该电缆处于停电状态；若出现个别没有通信状态，那么说明该未发生通信的温度检测器故障。当电缆1处于停电状态时，温度检测器亦处于不工作状态，当电缆1具有流通电流，那么此时随之产生的感应电流驱动温度检测器工作，这样实现实时同步，实现了免维护检测，实用性高。

实施例2：

结合说明书附图7-10所示的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，包括采用接触式采集电缆接头温度的温度采集单元，用于将温度采集单元获取的温度数据进行处理并发送至后台服务器的电器盒，以及为电器盒提供电能的供电单元，所述温度采集单元采用物理包裹在被检测电缆接头圆周上的防爆毯，所述防爆毯靠近电缆接头一侧嵌入或者半嵌入有一层用于采集电缆接头温度的热敏电阻层，所述热敏电阻层均匀分布在所述防爆毯靠近电缆接头一侧的检测工作面。

安装方式：结合说明书附图所示结构，将选取对应尺寸的防爆毯，将防爆毯的检测工作面，即安装有热敏电阻层的一侧贴合在电缆接头上，利用现有的卡箍将防爆毯牢牢固定在电缆接头的外侧圆周上，同时将电器盒固定在电缆上即可。本实施例中所述供电单元可以采用内置电池或者无源感应电流发生单元均可，无源感应电流发生单元可采用带有聚磁衔铁的电磁感应线圈，在电缆中流通的电流作用下产生感应电流，作为电源供电；值得说明的是，感应电流往往都是不稳定的交变电流，可通过现有的整流滤波电路优化，这属于本领域公知常识，在此不做赘述。

工作原理：温度数据的采集，通过热敏电阻将温度变化转换为电流变化并进行处理的方式为现有技术，同时，后端可将温度信息通过增设无线收发模块进行发送的技术已属于现有成熟，在本实施例中，所述电器盒即采用现有技术实现上述功能，该部分亦非本实施例的改进之处，在此不做详述。作为本实施例技术方案的重点，采用嵌入式或者半嵌入式的热敏电阻层置于防爆毯内，并贴合于被检测的电缆接头外圆周上进行固定，当电缆接头温度升高时，温度会迅速传递给包裹在电缆接头外侧的防爆毯上，由于防爆毯内嵌入有对温度非常敏感的热敏电阻层，能够迅速将温度的变化改为电流的变化，然后通过电器盒进行发送，及时的让后台维保人员获知电缆接头的温度变化情况。嵌入式和半嵌入式的工作原理并无区别，提供上述两种方案的目的在于不同的工况可以灵活的选择不同的防爆毯的结构形式。嵌入式热敏电阻层的灵敏度没有半嵌入式的灵敏度高，但嵌入式由于将热敏电阻层全部包裹在防爆毯内，其防护性更好；对于半嵌入式结构，由于热敏电阻层裸露于防爆毯的检测工作面，可以直接接触电缆接头表面，能够更加快速，及时和精准的反应电缆接头的温度变化，因此，半嵌入式的采集精度会更高，采集的温度信息与实际温度会更加接近，省去了温度先穿透部分防爆毯再传递给热敏电阻层的时间，灵敏度更高。在实际应用是，可以根据不同的监测场景选择不同结构的防爆毯的结构。

实施例3：

结合说明书附图7-10所示的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，本实施例作为实施例的改进型技术方案，为了进一步提高本申请所述防爆毯的安全性，所述防爆毯选用耐高温软质复合材料制成，利于安装，形变能力好，可优选采用聚乙烯系列阻燃材料或者氟橡胶。所述热敏电阻层完全嵌入在所述防爆毯内且热敏电阻层与检测工作面之间设置有第一防爆层，所述第一防爆层为具有陶瓷颗粒、石英颗粒或金属颗粒中一种或者多种的耐高温软质复合材料。

所述热敏电阻层远离所述第一防爆层的一侧设置有第二防爆层，所述第二防爆层外还设置有用于防腐防潮的防护层。为了进一步提升第二防爆层的防爆性能，所述第二防爆层为具有阻燃颗粒的耐高温软质复合材料。所述阻燃颗粒为红磷、磷化合物、氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或多种颗粒混合物。设置第二防爆层能够使得电缆接头产生的热量都能够集中聚集在第二防爆层内，内部混杂的阻燃颗粒能够有效的避免电缆接头的高温继续蔓延导致二次事故的发生。

当电缆接头异常升温后，一方面热量能够迅速穿透厚度较低的第一防爆层直达热敏电阻层，通过热敏电阻层能够迅速采集到电缆接头的实际温度；另一方面由于防爆毯是直接接触电缆接头的结构，其阻燃防火防爆能力直接决定防爆毯的实际工作寿命和可靠性；值得说明的是，如图7示出的一种热敏电阻层 7的排布方式采用平行S型排布，相较于防爆毯3的长度方向平行设置，亦可垂直设置；图中曲线箭头代表防爆毯3处于实际安装状态时的弯曲方向；轴线箭头方向代表电缆1的轴向方向。当然，如果在不考虑成本的前提下，亦可以采用其他更加密实的方式进行均匀排列，譬如网状排列，作为本领域技术人员，可预知的均匀排布方式，应当均属本申请公开范围之列，在此不做详述。设置第一防爆层能够进一步提升防爆毯的防爆能力，避免因电缆接头高温出现明火现象，从而避免因电缆接头故障导致不必要的二次事故发生。采用三层设置的防爆毯能够同时兼顾温度的检测和防火防爆的技术效果，使得电缆接头在任何异常情况下都更加安全。

实施例4：

本实施例还提供一种热敏感度更高的温度检测装置，相较于实施例的结构，主要是将热敏电阻层的设置方式从嵌入式改为半嵌入式；所述热敏电阻层半嵌入在所述防爆毯内，保持热敏电阻层表面与防爆毯的检测工作面齐平，但保证热敏电阻层能够直接的接触到被检测的电缆接头。所述防爆毯包括用于包裹所述热敏电阻层的第一防爆层，所述第一防爆层为具有陶瓷颗粒、石英颗粒、红磷颗粒、磷化合物颗粒、氢氧化铝颗粒或氢氧化镁颗粒中的一种或者多种的耐高温软质复合材料。其他结构与实施例所列结构相同，不做赘述。采用半嵌入式的防爆毯相比嵌入式的对温度的敏感性更高，由于热敏电阻层直接的接触到电缆接头外壁，能够第一时间将温度的变化转为电信号处理并发送至后台服务器，使得所检测的温度更加准确，及时和可靠。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，包括包裹安装在电缆接头上的防爆毯(3)和用于处理并发送来自防爆毯(3)采集的温度信息的电器盒(2)，其特征在于：

所述防爆毯(3)内安装有用于采集电缆接头温度的温度采集单元和通过被检测的电缆(1)中的交变电流产生感应电流作为电器盒(2)的供电电源的供电单元(5)，所述供电单元(5)为一个或者多个沿电缆(1)轴向或者周向安装的电磁感应线圈结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述电磁感应线圈结构为表面涂覆绝缘介质的铜线采用顺时针或者逆时针缠绕在绕线滚轮上或者胶粘形成的一体式结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述电磁感应线圈结构还包括沿电磁感应线圈中轴线嵌插的聚磁衔铁(6)。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述聚磁衔铁(6)包括单衔铁支柱、双衔铁支柱和多衔铁支柱结构，任一衔铁的至少一个衔铁支柱上设置有一个电磁感应线圈。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述电器盒(2)内安装有控制电路板，所述控制电路板包括与电磁感应线圈电连接的整流单元，以及依次连接的滤波单元、温度纠正电路、信号处理电路和用于将处理后的温度信息发送至后台服务器的通信模块；所述温度纠正电路连接有设置在所述防爆毯(3)内的温度采集单元，所述温度采集单元采用靠近电缆接头一侧嵌入有一层用于采集电缆接头温度的热敏电阻层(7)，所述热敏电阻层(7)均匀分布在所述防爆毯(3)靠近电缆接头一侧的检测工作面。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述热敏电阻层(7)完全嵌入在所述防爆毯(3)内且热敏电阻层(7)与检测工作面之间设置有第一防爆层(31)；所述热敏电阻层(7)远离所述第一防爆层(31)的一侧设置有第二防爆层(32)，所述第二防爆层(32)外还设置有用于防腐防潮的防护层(33)。

7.根据权利要求6所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述第一防爆层(31)为具有陶瓷颗粒、石英颗粒或金属颗粒中一种或者多种的耐高温软质复合材料。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于磁感应结构的无源电缆接头温度检测器，其特征在于：所述第二防爆层(32)为具有阻燃颗粒的耐高温软质复合材料，所述阻燃颗粒为红磷、磷化合物、氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或多种颗粒混合物，所述耐高温软质复合材料采用氟橡胶制成。

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