CN113629599A - 一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，包括缠绕在电缆本体两端并且缠绕方向相同的高频感应线圈、电磁加热系统、IGBT及其驱动控制电路，所述驱动控制电路与所述IGBT连接，所述IGBT与所述电磁加热系统连接，所述电磁加热系统与所述高频感应线圈连接。本发明还提供了一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的方法。本发明的有益效果是：通过利用电磁感应方式来加热绝缘电缆中的线芯，加热时间较短，受热较均匀，使接头整体均匀受热。
Description
技术领域
本发明涉及电缆中间接头，尤其涉及一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置与方法。
背景技术
高压电缆模注熔接接头是近年来新型的一种电缆中间接头，通过采用与原电缆相溶的绝缘材料和半导电材料，按照电缆的规格、结构，与电缆本体无界面熔融结合，大大提高了电缆系统中间连接的密封性能和电气可靠性。
在制作高压电缆模注熔接接头或工厂软接头的过程中，需要对接头材料进行加热，以实现接头与电缆各层之间的交联，消除材料间隙。传统加热方法是采用安装在接头位置的机械模具通电加热，从接头外部逐渐辐射热量到接头内，来满足电缆接头所需的交联温度。
在制作高压交联电缆模注熔接接头的过程中，通过安装在接头位置的机械模具通电加热，来实现模具内部绝缘料、半导电料的融合交联，然而单一的从接头外部加热，要使得接头内部整体温度达到一定要求时，加热时间过长，且受热很不均匀，靠近模具的接头绝缘由于加热时间过长，容易导致老化发黄，而且靠近电缆内芯导体的半导电层与绝缘层的融合温度无法得到保证，易出现半导电层与绝缘层交联不良的情况。接头交联温度的不均匀导致接头内部半导电层、绝缘层及二者结合面无法良好融合交联，接头内部存在微气隙，通电后会引起接头内部局部放电，甚至发生击穿故障。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置与方法。
本发明提供了一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，包括缠绕在电缆本体两端并且缠绕方向相同的高频感应线圈、电磁加热系统、IGBT及其驱动控制电路，所述驱动控制电路与所述IGBT连接，所述IGBT与所述电磁加热系统连接，所述电磁加热系统与所述高频感应线圈连接。
作为本发明的进一步改进，所述驱动控制电路包括驱动模块、谐振电压检测模块、比较器模块、驱动电压调节模块和控制模块，其中，所述谐振电压检测模块的输出端与所述比较器模块的输入端连接，所述比较器模块的输出端与所述控制模块，所述控制模块的输出端分别与所述驱动模块、驱动电压调节模块连接，所述驱动电压调节模块的输出端与所述驱动模块连接，所述谐振电压检测模块用于检测所述电磁加热系统中的谐振模块工作时的谐振电压，并将所述谐振电压输出至比较器模块；比较器模块用于对谐振电压与预设参考电压进行比较以输出比较信号至所述控制模块；驱动电压调节模块用于根据控制模块输出的电压调节信号调节驱动模块分别输出饱和区驱动电压和放大区驱动电压至所述IGBT，其中，饱和区驱动电压大于放大区驱动电压，控制模块用于输出控制脉冲至驱动模块以通过驱动模块驱动IGBT开通或关断，并通过调节控制脉冲的宽度以使所述电磁加热系统中的谐振模块进行谐振工作。
作为本发明的进一步改进，所述高频感应线圈由软铜线制成，所述软铜线穿设在水管内，所述软铜线的两端分别连接有接口组件，所述接口组件包括接口螺母和铜管，所述铜管的一端插入所述水管、软铜线之间的间隙并压接在所述软铜线的外侧，所述水管的外侧设有锁紧所述水管与铜管的喉箍，所述铜管位于水管的内侧部分设有供冷却水通过的通孔，所述铜管的另一端与所述接口螺母连接。
作为本发明的进一步改进，所述接口螺母为铜螺母，所述铜管的另一端设有贴合所述铜螺母的喇叭口。
作为本发明的进一步改进，所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置还包括冷却水机箱，所述冷却水机箱上设有显示屏和外界控制器，所述冷却水机箱上还设有进水口、出水口和两个电流线圈接口，两个电流线圈接口分别与软铜线两端的接口螺母连接，所述进水口与其中一个电流线圈接口连接，所述出水口与另外一个电流线圈接口连接。
作为本发明的进一步改进，所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置还包括电磁加热系统、IGBT及其驱动控制电路，所述驱动控制电路与所述IGBT连接，所述IGBT与所述电磁加热系统连接，所述电磁加热系统与所述高频感应线圈连接。
本发明还提供了一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的方法，基于上述中任一项所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，利用电磁感应方式来加热电缆本体中的线芯。
作为本发明的进一步改进，在电缆本体的两端分别缠绕高频感应线圈.并且按照相同的方向缠绕，将高频的电流通过缠绕在电缆本体两端的高频感应线圈产生磁场，在磁场中的线芯产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热。
本发明的有益效果是：通过利用电磁感应方式来加热绝缘电缆中的线芯，依靠电流热效应使线芯表面迅速加热升温，并且，利用冷却水来冷却高频感应线圈，将高频感应线圈产生的热量带走，加热时间较短，受热较均匀，使接头整体均匀受热，实现接头与电缆的绝缘层、导体半导电层以及二者结合面的分子级交联。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的方案。
图1是本发明一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置的原理框图。
图2是本发明一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置的冷却水机箱的示意图。
图3是本发明一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置的加热示意图。
图4是本发明一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置的软铜线的装配示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供的一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置与方法，适用于10kV～500kV的高压电缆模注熔接接头或工厂软接头的加热交联过程，目的是从电缆导体内部加热结合外部模具加热，使接头整体均匀受热，实现接头与电缆的绝缘层、导体半导电层以及二者结合面的分子级交联。
如图1至图4所示，一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，包括缠绕在电缆本体8两端并且缠绕方向相同的高频感应线圈7、9，中间的线芯9为加热对象，所述高频感应线圈7、9由软铜线18制成，所述软铜线18穿设在水管19内，所述软铜线18的两端分别连接有接口组件，所述接口组件包括接口螺母12和铜管14，所述铜管14的一端插入所述水管19、软铜线18之间的间隙，所述铜管14的端部17压接在所述软铜线18的外侧，所述水管19的外侧设有锁紧所述水管19与铜管14的喉箍15，所述铜管14位于水管19的内侧部分设有供冷却水通过的通孔16，所述铜管14的另一端与所述接口螺母12连接。
所述接口螺母12为铜螺母，所述铜管14的另一端设有贴合所述铜螺母的喇叭口13。
软铜线18优选为多芯的软铜线。
铜管14优选为紫铜管。
水管19优选外部硅胶管。
本发明通过利用电磁感应方式来加热电缆本体8中的线芯9。加热装置将高频的电流通过缠绕在电缆两端的线圈产生磁场，这时在磁场中的线芯9就会产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热。同时由于铜的电阻低因此，产生的功率大能够在短时间内高效的快速的进行加热。
本发明中高频感应线圈7、9的制作步骤如下：
1、现将多芯的软铜线18剪成适当长度。
2、将铜管14截断并将软铜线18的一端穿入并进行压接，同时在铜管14包在水管19内侧的壁前打孔，形成供冷却水通过的通孔16。
3、做好一端的软铜线18穿进适当长度的水管19中，露出另外一段并用同等长度的铜管14压接，并同样在铜管14包在水管19内侧的壁前打孔，形成另一个形成供冷却水通过的通孔16，两个通孔16一进一出，形成水循环通道。
4、这时将两头露出的铜管14处装上接口螺母12，并用扩口器进行扩口，直至阔成贴合接口螺母12的喇叭口13为止。
5、将水管19两端加上喉箍15并锁紧，制作完成。
本实施例还提供了一种高频感应加热系统中IGBT的驱动控制电路，包括驱动模块24、谐振电压检测模块20、比较器模块21、驱动电压调节模块23和控制模块22，其中，所述谐振电压检测模块20与所述比较器模块21相连，所述谐振电压检测模块20用于检测电磁加热系统中谐振模块工作时的谐振电压，并将所述谐振电压输出至比较器模块21；比较器模块21与控制模块22相连，比较器模块21用于对谐振电压与预设参考电压进行比较以输出比较信号至所述控制模块22。驱动电压调节模块23与控制模块22相连，驱动电压调节模块23用于根据控制模块22输出的电压调节信号调节驱动模块24分别输出饱和区驱动电压和放大区驱动电压至IGBT25，其中，饱和区驱动电压大于放大区驱动电压,控制模块22与所述驱动模块24相连，控制模块22用于输出控制脉冲至驱动模块24以通过驱动模块24驱动IGBT25开通或关断，并通过调节控制脉冲的宽度以使电磁加热系统中谐振模块进行谐振工作。
电磁加热系统具体包括电源模块26、整流模块27、滤波模块28、平滑滤波电容29、谐振电容30和同步检测模块31。
IGBT即绝缘栅双极型晶体管，一种复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率较高，元件容量大。它达到了晶闸管不能达到的频率(50kHz以上)。
本实施例采用高频感应线圈7、9对线芯9进行加热，线圈使用的是多芯软铜线，加以铜管14压接并通过外部硅胶管通水散热。在电缆线芯表面层产生密度很高的感应电流。当高频感应线圈7、9中通过一定频率的交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。将电缆放入感应圈内，在磁场作用下，电缆内部就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。由于感应电流沿电缆线芯表面形成封闭回路，通常称为涡流。此涡流将电能变成热能，将线芯9表面迅速加热。涡流主要分布于线芯表面，线芯内部几乎没有电流通过，这种现象称为表面效应或集肤效应。感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应使线芯表面迅速加热升温。
本实施例还提供了一种冷却水机箱，包括显示屏1、外界控制器2、两个电流线圈接口3、脚垫4、进水口5和出水口6，能够通过显示屏1准确地显示加热状态和输出电流大小，外界控制器2能够跟任何自动化控制设备相接，大大提高了设备运行的准确性，避免了人工操作时的延误等问题。
使用了水冷的方式，通过水泵将冷却水从进水口5进入后，从电流线圈接口（公头）3流出，进入高频感应线圈7、11的铜管14之后进入软铜线18，完成上述工序后，经高频感应线圈7、11另外一段铜管14流出至另一个电流线圈接口（公头）3，最后从出水口6流入水泵，完成一个循环。在这个循环中，冷却水经过了机箱内部将内部线圈的热量带 走，又经过高频感应线圈7、11将外部感应线圈产生的热量也带走。
本发明的使用方法如下：
首先将高频感应线圈7、9如图3所示方式缠绕，在电缆本体8的两端同时缠绕高频感应线圈7、9，并且按照相同的方向缠绕。之后将两个接口螺母12分别与两个电流线圈接口3连接，并拧紧。完成上述工序后将高频后端的进水口5和出水口6用水管连接后接在水泵上，通水验证有无漏水现象。在检测无漏水现象后方可开启高频，这时开始对线芯9进行加热。
本发明提供的一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，采用外部可控制调节组件集成面板和内部双保护双组集成控制主板。
外部可控制调节组件集成面板，内含功能如下：
（1）可实现高频的一键启停功能；
（2）内部含有过热报警、过流报警、过压报警、欠水报警等多种防护措施；
（3）含有液晶显示屏及可调控制旋钮，可实时监测及控制高频输出电流值。
内部双保护双组集成控制主板，内含功能如下：
（1）电流、电压双保护控制元件，在运行过程中瞬时电流增大或过压情况发生时，保护控制元件会及时采集电流、电压数值并给控制主板启停信号，使高频停止工作，进行保护模式。保护过程中，报警指示灯会亮起。
（2）控制主板所有元器件为双组件并联电路，一侧电路中元器件损坏，不用更换整块主板，大大减少了运行中的维修时间。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，其特征在于：包括缠绕在电缆本体两端并且缠绕方向相同的高频感应线圈、电磁加热系统、IGBT及其驱动控制电路，所述驱动控制电路与所述IGBT连接，所述IGBT与所述电磁加热系统连接，所述电磁加热系统与所述高频感应线圈连接。
2.根据权利要求1所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，其特征在于：所述驱动控制电路包括驱动模块、谐振电压检测模块、比较器模块、驱动电压调节模块和控制模块，其中，所述谐振电压检测模块的输出端与所述比较器模块的输入端连接，所述比较器模块的输出端与所述控制模块，所述控制模块的输出端分别与所述驱动模块、驱动电压调节模块连接，所述驱动电压调节模块的输出端与所述驱动模块连接，所述谐振电压检测模块用于检测所述电磁加热系统中的谐振模块工作时的谐振电压，并将所述谐振电压输出至比较器模块；比较器模块用于对谐振电压与预设参考电压进行比较以输出比较信号至所述控制模块；驱动电压调节模块用于根据控制模块输出的电压调节信号调节驱动模块分别输出饱和区驱动电压和放大区驱动电压至所述IGBT，其中，饱和区驱动电压大于放大区驱动电压，控制模块用于输出控制脉冲至驱动模块以通过驱动模块驱动IGBT开通或关断，并通过调节控制脉冲的宽度以使所述电磁加热系统中的谐振模块进行谐振工作。
3.根据权利要求1所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，其特征在于：所述高频感应线圈由软铜线制成，所述软铜线穿设在水管内，所述软铜线的两端分别连接有接口组件，所述接口组件包括接口螺母和铜管，所述铜管的一端插入所述水管、软铜线之间的间隙并压接在所述软铜线的外侧，所述水管的外侧设有锁紧所述水管与铜管的喉箍，所述铜管位于水管的内侧部分设有供冷却水通过的通孔，所述铜管的另一端与所述接口螺母连接。
4.根据权利要求3所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，其特征在于：所述接口螺母为铜螺母，所述铜管的另一端设有贴合所述铜螺母的喇叭口。
5.根据权利要求3所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，其特征在于：所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置还包括冷却水机箱，所述冷却水机箱上设有显示屏和外界控制器，所述冷却水机箱上还设有进水口、出水口和两个电流线圈接口，两个电流线圈接口分别与软铜线两端的接口螺母连接，所述进水口与其中一个电流线圈接口连接，所述出水口与另外一个电流线圈接口连接。
6.一种隔绝电缆绝缘对内芯加热的方法，其特征在于：基于权利要求1至5中任一项所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的装置，利用电磁感应方式来加热电缆本体中的线芯。
7.根据权利要求6所述的隔绝电缆绝缘对内芯加热的方法，其特征在于：在电缆本体的两端分别缠绕高频感应线圈.并且按照相同的方向缠绕，将高频的电流通过缠绕在电缆本体两端的高频感应线圈产生磁场，在磁场中的线芯产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热。
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