CN113113174A - 具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，包括电缆主体以及安装在电缆主体内部的测温光纤，该测温光纤通过纤芯内光子散射和反射光波测得纤芯表面温度；该电缆主体为单芯或多芯设置，在所述电缆主体的中部设置有容纳测温光纤的光缆通道，所述的测温光纤包括从内至外依次设置的纤芯、包层、涂覆层和金属套管。本发明的优点是：可提供电缆运行温度分布数据，并对运行智能电缆系统故障提供数据支撑；具有良好的电气绝缘性能和机械性能，提高了电缆的屏蔽性能，避免了线路中谐波对供电网络的影响，同时保持柔软性。

Description

具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆
技术领域
本发明涉及一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，涉及电力电缆领域。
背景技术
电力电缆是电力系统的最重要电力设备之一，是输电网和配电网应用最为广泛覆盖范围最大的部件。我国普通中高压电力电缆设计寿命在30年以上，但电缆在敷设和运行阶段受多种因素影响电缆寿命，如敷设不规范，外力破坏、绝缘受潮、载流量超负荷等。电力电缆的严重故障有可能会造成电力供应的中断，影响居民用电和工厂生产，因此对于电力电缆早期和潜伏故障的及时发现对预防严重事故具有重大意义。但是，现有电力电缆尚缺乏有效的在线的状态监测手段，不能有效评估运行电缆的状况。缺乏有效电缆线路故障检测方法的一个重要原因是电缆具有的敷设路径长而复杂的特点，利用常规的传感器进行故障信息的探测面临着诸多问题，如电磁干扰、信号传输、很难覆盖全电缆空间范围等。如能制造具有状态监测功能的电力电缆，将有效解决电缆运行状态难以检测的问题，为电网运行维护提供突破性的技术。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，本发明的技术方案是：
一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，包括电缆主体以及安装在电缆主体导体线芯内部的测温光纤，该测温光纤通过纤芯内光子散射和反射光波测得纤芯表面温度；该电缆主体为单芯或多芯设置，在所述电缆主体的中部设置有容纳测温光纤的光缆通道，该光缆通道设置在电缆导体线芯内任意位置，所述的测温光纤包括从内至外依次设置的纤芯、包层、耐高温涂覆层和金属铠装套管；当电缆主体出现故障时，引发故障点周围的热损耗变大，在电缆主体的轴向温度分布曲线将出现凸起。
位于所述电缆主体两端的光纤尾纤长度均不小于10米，分别与智能电缆接头以及智能电缆终端尾纤熔接使用。
所述的涂覆层为两层，每一层所述的涂覆层均为聚酰亚胺层。
所述的涂覆层为一层，该涂覆层为金属涂层。
所述的电缆主体呈单芯设置，该电缆主体包括从内至外依次设置的导电线芯、导体包带、内屏蔽层、交联聚乙烯层、外屏蔽层、半导电阻水带层、护套层、隔离套层和外护套，该测温光纤分布在导电线芯的任意位置。
所述的电缆主体呈多芯设置，包括至少三个电缆导体，在每一导体的外围依次设置有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和金属带屏蔽层；在所有金属带屏蔽层的外围设置有成缆填充，该成缆填充的外围依次设置有包带层、隔离套、钢带铠装层和外护套；在所述的导体上设置有光缆通道。
所述的纤芯采用掺杂离子的石英材料制作，掺杂离子是镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种任意组合；所述包层采用耐高温涂覆材料制作。
所述的内屏蔽层和外屏蔽层均采用铜丝或镀锡铜丝；所述的护套层和外护套均采用高强度氯化聚乙烯橡胶材料。
所述的述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层均由过氧化物交联型半导电屏蔽料挤包而成，所述绝缘层由过氧化物交联聚乙烯绝缘料挤包而成。
当输电线路电流通过导体因交流电阻热效应产生温升，由于电缆主体范围介质均匀，测温光纤的温度呈平直状态；在接头和终端位置处因附件绝缘材料与本电缆主体的不同热容和热阻发生改变，在接近尾纤及尾纤段光纤的温度将出现降低。
本发明的优点是：可提供电缆运行温度分布数据，并对运行智能电缆系统故障提供数据支撑；具有良好的电气绝缘性能和机械性能，提高了电缆的屏蔽性能，避免了线路中谐波对供电网络的影响，同时保持柔软性。
附图说明
图1是本发明的第一种实施例的主体结构示意图。
图2是本发明的第二种实施例的主体结构示意图。
图3是本发明的测温光纤的结构示意图。
图4是本发明的尾纤与电缆主体的连接关系示意图。
图5是本发明尾纤部分温度分布曲线图。
图6是本发明电缆本体故障温度分布曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
参见图1至图6，本发明涉及一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，包括电缆主体以及安装在电缆主体P导体线芯内部的测温光纤1，该测温光纤通过纤芯内光子散射和反射光波测得纤芯表面温度；该电缆主体为单芯或多芯设置，在所述电缆主体的中部设置有容纳测温光纤1的光缆通道2，该光缆通道设置在电缆导体线芯内任意位置，所述的测温光纤包括从内至外依次设置的纤芯41、包层42、耐高温涂覆层43和金属铠装套管44（如铜管）。所述的耐高温涂覆层为双层聚酰亚胺层或金属涂覆层。
位于所述电缆主体两端的光纤尾纤长度（图中的l1和l2）均不小于10米，分别与智能电缆接头以及智能电缆终端尾纤熔接使用。
所述的涂覆层43为两层，每一层所述的涂覆层均为聚酰亚胺层。
所述的涂覆层43为一层，该涂覆层为金属涂层。
所述的电缆主体呈单芯设置，该电缆主体包括从内至外依次设置的导电线芯3、导体包带4、内屏蔽层5、交联聚乙烯层6、外屏蔽层7、半导电阻水带层8、护套层9、隔离套层10和外护套11，该测温光纤1分布在导电线芯3的任意位置。
所述的电缆主体呈多芯设置，包括至少三个电缆导体21，在每一导体21的外围依次设置有导体屏蔽层23、绝缘层24、绝缘屏蔽层25和金属带屏蔽层26；在所有金属带屏蔽层26的外围设置有成缆填充28，该成缆填充28的外围依次设置有包带层29、隔离套30、钢带铠装层31和外护套11；在所述的导体21上设置有光缆通道。
所述的纤芯采用掺杂离子的石英材料制作，掺杂离子是镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种任意组合；所述包层采用耐高温涂覆材料制作，如聚酰亚胺或金属等耐高温材料。
所述的内屏蔽层和外屏蔽层均采用铜丝或镀锡铜丝；所述的护套层和外护套均采用高强度氯化聚乙烯橡胶材料。
所述的述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层均由过氧化物交联型半导电屏蔽料挤包而成，所述绝缘层由过氧化物交联聚乙烯绝缘料挤包而成。
当输电线路电流通过导体因交流电阻热效应产生温升，由于电缆主体范围介质均匀，测温光纤的温度呈平直状态；在接头和终端位置处因附件绝缘材料与本电缆主体的不同热容和热阻发生改变，在接近尾纤及尾纤段光纤的温度将出现降低。
本发明的工作原理是：电缆本体与测温光纤结合后，可以提供温度分布图谱，并根据温度图谱分析电缆的故障和安全载流量等信息。输电线路电流通过导体因交流电阻热效应产生温升，整个电缆本体范围介质均匀，智能电缆光纤温度呈平直状态，在接头和终端等附件位置因附件处面积增大，附件绝缘材料与本体的不同热容和热阻发生改变，即在图4中的电缆本体在接近尾纤及尾纤段光纤的温度将出现降低。图5为智能电缆本体包括尾纤部分在系统中的典型温度分布趋势图，可见在本体中间位置温度较高，0米处位置为接头内部的尾纤，50米处为终端内的尾纤。当电缆主体出现故障时，往往会引发故障点周围的热损耗变大，在电缆主体的轴向温度分布曲线将出现凸起，典型图谱如图6所示，凸起高温分布区域大概覆盖5米范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，包括电缆主体以及安装在电缆主体导体线芯内部的测温光纤，该测温光纤通过纤芯内光子散射和反射光波测得纤芯表面温度；该电缆主体为单芯或多芯设置，在所述电缆主体的中部设置有容纳测温光纤的光缆通道，该光缆通道设置在电缆导体线芯内任意位置，所述的测温光纤包括从内至外依次设置的纤芯、包层、耐高温涂覆层和金属铠装套管；当电缆主体出现故障时，引发故障点周围的热损耗变大，在电缆主体的轴向温度分布曲线将出现凸起。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，位于所述电缆主体两端的光纤尾纤长度均不小于10米，分别与智能电缆接头以及智能电缆终端尾纤熔接使用。
3.根据权利要求2所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的涂覆层为两层，每一层所述的涂覆层均为聚酰亚胺层。
4.根据权利要求2所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的涂覆层为一层，该涂覆层为金属涂层。
5.根据权利要求3或4所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的电缆主体呈单芯设置，该电缆主体包括从内至外依次设置的导电线芯、导体包带、内屏蔽层、交联聚乙烯层、外屏蔽层、半导电阻水带层、护套层、隔离套层和外护套，该测温光纤分布在导电线芯的任意位置。
6.根据权利要求3或4所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的电缆主体呈多芯设置，包括至少三个电缆导体，在每一导体的外围依次设置有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和金属带屏蔽层；在所有金属带屏蔽层的外围设置有成缆填充，该成缆填充的外围依次设置有包带层、隔离套、钢带铠装层和外护套；在所述的导体上设置有光缆通道。
7.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的纤芯采用掺杂离子的石英材料制作，掺杂离子是镱离子、铥离子、铒离子、钬离子中的一种或多种任意组合；所述包层采用耐高温涂覆材料制作。
8.根据权利要求5所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的内屏蔽层和外屏蔽层均采用铜丝或镀锡铜丝；所述的护套层和外护套均采用高强度氯化聚乙烯橡胶材料。
9.根据权利要求6所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，所述的述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层均由过氧化物交联型半导电屏蔽料挤包而成，所述绝缘层由过氧化物交联聚乙烯绝缘料挤包而成。
10.根据权利要求1所述的一种具有故障自诊断功能的智能电缆系统用电缆，其特征在于，当输电线路电流通过导体因交流电阻热效应产生温升，由于电缆主体范围介质均匀，测温光纤的温度呈平直状态；在接头和终端位置处因附件绝缘材料与本电缆主体的不同热容和热阻发生改变，在接近尾纤及尾纤段光纤的温度将出现降低。
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