CN113629652B - 高压感应取电测温绝缘塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆终端头组件，具体说是高压感应取电测温绝缘塞。它包括由绝缘材料制备而成的塞体，该塞体中埋入有用于与电缆终端头的高压带电体相连的内金属筒。其特点是所述内金属筒的外侧套有绝缘筒，绝缘筒的外侧套有外金属筒，内金属筒、绝缘筒和外金属筒的口部朝向均一致。所述绝缘筒与外金属筒间有空腔，该空腔中有测温模块。所述内金属筒、绝缘筒和外金属筒形成取电电容，取电电容与测温模块呈电连接，以便利用电容分压原理从高压带电体取能、输送到测温模块中，为测温模块提供电能。该绝缘塞具备测温功能，无需外接电源，无需外接辐射源，无需安装外部天线，不易受外部影响，测温精度高。

Description

高压感应取电测温绝缘塞

技术领域

本发明涉及一种电缆终端头组件，具体说是套在电缆终端头的高压带电体上的高压感应取电测温绝缘塞。特别适用于10-35千伏的中压柜上。

背景技术

电缆终端头集防水、应力控制、屏蔽、绝缘于一体，具有良好的电气性能和机械性能，能在各种恶劣的环境条件下长期使用。具有重量轻、安装方便等优点。电缆终端头广泛应用于电力、石油化工、冶金、铁路港口和建筑等各个领域。绝缘塞是电缆终端头的必备部件，用于套在电缆终端头的高压带电体(电缆接头)上。绝缘塞主要包括由绝缘材料制备而成的塞体，塞体中埋入有用于与电缆终端头的高压带电体相连的金属筒。据电力运行部门统计，电缆终端头因发热引起的故障占配电事故的50％以上，对电缆终端头的高压带电体温度监控是主要预防手段。因而，使绝缘塞具备测温功能是电气行业内急需解决的问题。

目前，现有技术中有三种对绝缘塞的改进方式，使其具备测温功能。第一种改进方式是将普通温度传感器捆绑在绝缘塞外部，用普通的温度传感器测量绝缘塞外表面的温度，再根据温度梯度推算出高压带电体的温度。然而，这种改进方式需要外接电源，绝缘塞体一般较厚，热传导效果差，且安装在绝缘塞外，受外界环境影响大，温度变化严重滞后实际温度，精度低。第二种改进方式将声表面波测温传感器安装到绝缘塞外表面上，利用叉指型陶瓷声表面波元件随温度变化频率偏移的特性，由临近传感器外部空间向传感器发射固定频率电磁波，传感器接收到电磁波后转换成声表面机械波，通过叉指型反射器返回经过温度调制的机械波，此反射波再逆向转换成电磁波，高灵敏接收机接收解调此电磁波，计算出温度值。然而，声表面波测温传感器需要近距离的安装外部收发天线，而中压柜的电缆室空间十分有限，不适合安装外部天线。而且，机械波在柜体金属和绝缘介质等固体中极易受到外部干扰，导致温度测量精度很低。第三种改进方式在绝缘塞外侧集成射频标签RFID，即由主机通过天线向RFID测温电路及芯片辐射射频功率，RFID测温电路及芯片以此作为工作能源，完成测温和无线发射。然而，这种改进方式同样需要外部天线向传感器辐射能量，而且外部天线和传感器之间不能有金属阻挡，否则电磁衰减强烈，其次RFID测温电路及芯片并不是直接与高压带电体金属接触，而是集成在绝缘塞外侧，所以测量到的温度仍是绝缘塞靠近外侧的内部温度，与高压带电体的温度仍有梯度，测量精度仍较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高压感应取电测温绝缘塞，该绝缘塞具备测温功能，无需外接电源，无需外接辐射源，无需安装外部天线，不易受外部影响，测温精度高。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

本发明的高压感应取电测温绝缘塞包括由绝缘材料制备而成的塞体，该塞体中埋入有用于与电缆终端头的高压带电体相连的内金属筒。其特点是所述内金属筒的外侧套有绝缘筒，绝缘筒的外侧套有外金属筒，内金属筒、绝缘筒和外金属筒的口部朝向均一致。所述绝缘筒与外金属筒间有空腔，该空腔中有测温模块。所述内金属筒、绝缘筒和外金属筒形成取电电容，取电电容与测温模块呈电连接，以便利用电容分压原理从高压带电体取能、输送到测温模块中，为测温模块提供电能。

其中，所述测温模块包括整流电路、滤波储能电路、电源阀值开关、中央处理器和温度传感器，所述取电电容与整流电路呈电连接，整流电路与滤波储能电路呈电连接，滤波储能电路与电源阀值开关相连，电源阀值开关与中央处理器和温度传感器相连。

所述外金属筒的筒底外侧有射频天线，射频天线包覆在塞体内，所述中央处理器有天线接口，中央处理器的天线接口通过导线与射频天线相连。

所述电源阀值开关有电源输入口、电源输出口和第一接地口；所述中央处理器有数据线接口、时钟线接口、第一电源接口和第二接地口；所述温度传感器有时钟接口、数据接口、第二电源接口、地址设置端口和第三接地口。所述取电电容有两个接线端子，一个接线端子接地，另一个接线端子通过导线与所述电源阀值开关的电源输入口相连。所述整流电路含有整流二级管，该整流二级管串联在取电电容与电源阀值开关间的那段导线上。所述滤波储能电路含有第一电容，第一电容的一端和整流二级管与电源阀值开关间的那段导线相连，第一电容的另一端接地。所述电源阀值开关的电源输出口通过导线分别与中央处理器的第一电源接口和温度传感器的第二电源接口相连，电源阀值开关的第一接地口接地。所述温度传感器的数据接口通过第一上拉电阻与电源阀值开关的电源输出口相连，温度传感器的时钟接口通过第二上拉电阻与电源阀值开关的电源输出口相连。所述与中央处理器的数据线接口通过导线与温度传感器的数据接口相连，中央处理器的时钟线接口通过导线与温度传感器的时钟接口相连，中央处理器的第二接地口接地。所述温度传感器的地址设置端口和第三接地口均接地。

所述滤波储能电路中有不少于两个第一电容，第一电容间互相并联，滤波储能电路中所有第一电容的总电容量在900微法以上。

所述测温模块还包括保护电路，该保护电路包括保护二极管，保护二极管的一端与靠近电源阀值开关的整流二级管一侧相连，保护二极管的另一端接地。

所述测温模块还包括电源电压采样电路，电源电压采样电路含有第二电容、第三电阻和第四电阻。所述中央处理器有ADC输入口。所述电源阀值开关的电源输出口通过导线串联第二电容接地，电源阀值开关的电源输出口通过导线依次串联第三电阻和第四电阻后接地，第三电阻与第四电阻间的那段导线与所述中央处理器的ADC输入口相连。

所述中央处理器有程序烧写口，所述电源阀值开关的电源输出口通过导线与中央处理器的程序烧写口相连。

所述外金属筒内侧壁上邻近其筒底的位置处有环形内凸缘，环形内凸缘与外金属筒的筒底间有间距，该间距即为所述空腔；所述绝缘筒的筒底与环形内凸缘相抵。

所述空腔对应的外金属筒外侧壁上有径向向外伸出的环形外凸缘，环形外凸缘一端与外金属筒的筒底外端面齐平，环形外凸缘与外金属筒的外侧壁和筒底外端面间均呈圆弧过渡。

采取以上方案，具有以下优点；

由于本发明的高压感应取电测温绝缘塞的内金属筒的外侧套有绝缘筒，绝缘筒的外侧套有外金属筒，内金属筒、绝缘筒和外金属筒的口部朝向均一致，绝缘筒与外金属筒间有空腔，该空腔中有测温模块，内金属筒、绝缘筒和外金属筒形成取电电容，取电电容与测温模块呈电连接，以便采用电容分压原理从电缆终端头的高压带电体取能、输送到测温模块中，为测温模块提供电能。这种高压感应取电测温绝缘塞利用内金属筒、绝缘筒和外金属筒形成取电电容，该电容与高压带电体与外壳接地层之间的分布电容串联，采用电容分压原理，从具有高压电场的高压带电体取能为测温模块提供电能，且，取电电容的导体(内金属筒和外金属筒)和绝缘介质(绝缘筒)间采用筒套筒的方式安装，大大增加了取电电容与高压带电体的接触面积，确保取电电容可取到足够多的电能供测温模块使用。这种高压感应取电测温绝缘塞的测温模块安装在绝缘筒内，与内金属筒间仅隔绝缘筒，而绝缘筒作为取电电容的绝缘介质，厚度较薄，几乎不会影响热传递，而内金属筒与高压带电体直接相连，金属的热传导效果及佳，因此，测温模块相当于直接对高压带电体进行测温，没有温度梯度，测温的精度较高。而且，采用电容分压原理进行取电，无需外接电源，无需外接辐射源，也无需外接提供能量的天线。另外，测温模块位于外金属筒内，外金属筒和内金属筒即形成屏蔽空间，从而避免了外部电磁波的影响。同时，这种高压感应取电测温绝缘塞的各个部件均集成在塞体内，不会额外占用电缆室空间，安装方便。

附图说明

图1是本发明的高压感应取电测温绝缘塞的结构示意图；

图2是是本发明的高压感应取电测温绝缘塞的控制原理图；

图3是本发明的高压感应取电测温绝缘塞的电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1～3所示，本发明的高压感应取电测温绝缘塞包括由绝缘材料制备而成的塞体1，该塞体1中埋入有用于与电缆终端头的高压带电体相连的内金属筒2。所述内金属筒2的外侧套有绝缘筒4，绝缘筒4的外侧套有外金属筒3，内金属筒2、绝缘筒4和外金属筒3的口部朝向均一致。所述绝缘筒4与外金属筒3间有空腔7，该空腔7中有测温模块。所述外金属筒3内侧壁上邻近其筒底的位置处有环形内凸缘9，环形内凸缘9与外金属筒3的筒底间有间距，该间距即为所述空腔7。所述绝缘筒4的筒底与环形内凸缘9相抵。所述内金属筒2、绝缘筒4和外金属筒3形成取电电容，取电电容与测温模块呈电连接，以便利用电容分压原理从高压带电体取能、输送到测温模块中，为测温模块提供电能。所述测温模块包括整流电路、滤波储能电路、电源阀值开关U3、中央处理器U1和温度传感器U2，所述取电电容与整流电路呈电连接，整流电路与滤波储能电路呈电连接，滤波储能电路与电源阀值开关U3相连，电源阀值开关U3与中央处理器U1和温度传感器U2相连。所述电源阀值开关U3有电源输入口VI、电源输出口VO和第一接地口G1。所述中央处理器U1有数据线接口SDA1、时钟线接口SCL1、第一电源接口V1和第二接地口G2。所述温度传感器U2有时钟接口SCL2、数据接口SDA2、第二电源接口V2、地址设置端口A和第三接地口G3。所述取电电容有两个接线端子P，一个接线端子P接地，另一个接线端子P通过导线与所述电源阀值开关U3的电源输入口VI相连。所述整流电路含有整流二级管D1，该整流二级管D1串联在取电电容与电源阀值开关U3间的那段导线上。所述滤波储能电路含有第一电容C1，第一电容C1的一端和整流二级管D1与电源阀值开关U3间的那段导线相连，第一电容C1的另一端接地；所述电源阀值开关U3的电源输出口VO通过导线分别与中央处理器U1的第一电源接口V1和温度传感器U2的第二电源接口V2相连，电源阀值开关U3的第一接地口G1接地。所述温度传感器U2的数据接口SDA2通过第一上拉电阻R1与电源阀值开关U3的电源输出口VO相连，温度传感器U2的时钟接口SCL2通过第二上拉电阻R2与电源阀值开关U3的电源输出口VO相连。所述与中央处理器U1的数据线接口SDA1通过导线与温度传感器U2的数据接口SDA2相连，中央处理器U1的时钟线接口SCL1通过导线与温度传感器U2的时钟接口SCL2相连，中央处理器U1的第二接地口G2接地。所述温度传感器U2的地址设置端口A和第三接地口G3均接地。所述滤波储能电路中有不少于两个第一电容C1，第一电容C1间互相并联，滤波储能电路中所有第一电容C1的总电容量在900微法以上。

为了实现无线传输，所述外金属筒3的筒底外侧有射频天线6，射频天线6包覆在塞体1内，所述中央处理器U1有天线接口，中央处理器U1的天线接口通过导线与射频天线6相连。通过无线射频方式向外传输温度数据，数据传输便捷方便。

为了对电路进行保护，所述测温模块还包括保护电路，该保护电路包括保护二极管D2，保护二极管D2的一端与靠近电源阀值开关U3的整流二级管D1一侧相连，保护二极管D2的另一端接地。当高压电路中出现脉冲尖峰干扰时，该保护二极管能够快速滤除尖峰，保护其他电路。

为了对测温模块的工作电压进行监控，所述测温模块还包括电源电压采样电路，电源电压采样电路含有第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4。所述中央处理器U1有ADC输入口VA。所述电源阀值开关U3的电源输出口VO通过导线串联第二电容C2接地，电源阀值开关U3的电源输出口VO通过导线依次串联第三电阻R3和第四电阻R4后接地，第三电阻R3与第四电阻R4间的那段导线与所述中央处理器U1的ADC输入口VA相连。

为了便于输入控制程序，所述中央处理器U1有程序烧写口J1，所述电源阀值开关U3的电源输出口VO通过导线与中央处理器U1的程序烧写口J1相连。

为了减小电场不均匀度，所述空腔7对应的外金属筒3外侧壁上有径向向外伸出的环形外凸缘8，环形外凸缘8一端与外金属筒3的筒底外端面齐平，环形外凸缘8与外金属筒3的外侧壁和筒底外端面间均呈圆弧过渡。

为了便于安装，所述内金属筒2的内侧壁上加工有内螺纹。

为了便于转动，所述塞体1的底部同心设置有六角头10。

本实施例中，所述空腔7中有电路板5，所述整流电路、滤波储能电路、电源阀值开关U3、中央处理器U1、温度传感器U2和电源电压采样电路均位于电路板5上。所述第一电容C1有6个，每个第一电容C1的电容量均为220微法。所述中央处理器U1为美国TI公司生产，型号为CC1310。

使用时，将塞体1套在中压柜电缆终端头的高压带电体上，使内金属筒2与高压带电体呈螺纹连接，将塞体1通过离散电容CO接地。工作时，取电电容从高压带电体取能，并将取得的电能传递给整流二极管，整流二极管将工频交流电整流成直流电并传递到第一电容C1中储能，待第一电容C1的电压大于电源阀值开关U3的预设阀值后，电源阀值开关U3的电源输入口VI与电源输出口VO导通、中央处理器U1和温度传感器U2得电启动，温度传感器U2将检测到的温度信息传递给中央处理器U1，中央处理器U1将温度信息通过射频天线6传输给中压柜的温度接收单元，供显示和控制。

本发明的高压感应取电测温绝缘塞利用内金属筒2、绝缘筒4和外金属筒3形成取电电容，采用电容分压原理，从高压带电体直接取能为测温模块提供电能，且，取电电容的导体内金属筒2和外金属筒3和绝缘介质绝缘筒4间采用筒套筒的方式安装，大大增加了取电电容与高压带电体的接触面积，确保取电电容可取到足够多的电能供测温模块使用。这种高压感应取电测温绝缘塞的测温模块安装在绝缘筒4内，与内金属筒2间仅隔绝缘筒4，而绝缘筒4作为取电电容的绝缘介质，厚度较薄，几乎不会影响热传递，而内金属筒2与高压带电体直接相连，金属的热传导效果及佳，因此，测温模块相当于直接对高压带电体进行测温，没有温度梯度，测温的精度较高。而且，采用电容分压原理进行取电，无需外接电源，也无需外接提供能量的天线。另外，测温模块位于外金属筒3内，外金属筒3和内金属筒2即形成屏蔽空间，从而避免了外部电磁波的影响。同时，这种高压感应取电测温绝缘塞的各个部件均集成在塞体1内，不会额外占用电缆室空间，安装方便。

Claims (8)

1.高压感应取电测温绝缘塞，包括由绝缘材料制备而成的塞体(1)，该塞体(1)中埋入有用于与电缆终端头的高压带电体相连的内金属筒(2)；其特征在于所述内金属筒(2)的外侧套有绝缘筒(4)，绝缘筒(4)的外侧套有外金属筒(3)，内金属筒(2)、绝缘筒(4)和外金属筒(3)的口部朝向均一致；所述绝缘筒(4)与外金属筒(3)间有空腔(7)，该空腔(7)中有测温模块；所述内金属筒(2)、绝缘筒(4)和外金属筒(3)形成取电电容，取电电容与测温模块呈电连接，以便利用电容分压原理从高压带电体取能、输送到测温模块中，为测温模块提供电能；所述测温模块包括整流电路、滤波储能电路、电源阀值开关(U3)、中央处理器(U1)和温度传感器(U2)，所述取电电容与整流电路呈电连接，整流电路与滤波储能电路呈电连接，滤波储能电路与电源阀值开关(U3)相连，电源阀值开关(U3)与中央处理器(U1)和温度传感器(U2)相连；所述电源阀值开关(U3)有电源输入口(VI)、电源输出口(VO)和第一接地口(G1)；所述中央处理器(U1)有数据线接口(SDA1)、时钟线接口(SCL1)、第一电源接口(V1)和第二接地口(G2)；所述温度传感器(U2)有时钟接口(SCL2)、数据接口(SDA2)、第二电源接口(V2)、地址设置端口(A)和第三接地口(G3)；所述取电电容有两个接线端子(P)，一个接线端子(P)接地，另一个接线端子(P)通过导线与所述电源阀值开关(U3)的电源输入口(VI)相连；所述整流电路含有整流二级管(D1)，该整流二级管(D1)串联在取电电容与电源阀值开关(U3)间的那段导线上；所述滤波储能电路含有第一电容(C1)，第一电容(C1)的一端和整流二级管(D1)与电源阀值开关(U3)间的那段导线相连，第一电容(C1)的另一端接地；所述电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)通过导线分别与中央处理器(U1)的第一电源接口(V1)和温度传感器(U2)的第二电源接口(V2)相连，电源阀值开关(U3)的第一接地口(G1)接地；所述温度传感器(U2)的数据接口(SDA2)通过第一上拉电阻(R1)与电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)相连，温度传感器(U2)的时钟接口(SCL2)通过第二上拉电阻(R2)与电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)相连；所述与中央处理器(U1)的数据线接口(SDA1)通过导线与温度传感器(U2)的数据接口(SDA2)相连，中央处理器(U1)的时钟线接口(SCL1)通过导线与温度传感器(U2)的时钟接口(SCL2)相连，中央处理器(U1)的第二接地口(G2)接地；所述温度传感器(U2)的地址设置端口(A)和第三接地口(G3)均接地。

2.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述外金属筒(3)的筒底外侧有射频天线(6)，射频天线(6)包覆在塞体(1)内，所述中央处理器(U1)有天线接口，中央处理器(U1)的天线接口通过导线与射频天线(6)相连。

3.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述滤波储能电路中有不少于两个第一电容(C1)，第一电容(C1)间互相并联，滤波储能电路中所有第一电容(C1)的总电容量在900微法以上。

4.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述测温模块还包括保护电路，该保护电路包括保护二极管(D2)，保护二极管(D2)的一端与靠近电源阀值开关(U3)的整流二级管(D1)一侧相连，保护二极管(D2)的另一端接地。

5.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述测温模块还包括电源电压采样电路，电源电压采样电路含有第二电容(C2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；所述中央处理器(U1)有ADC输入口(VA)；所述电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)通过导线串联第二电容(C2)接地，电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)通过导线依次串联第三电阻(R3)和第四电阻(R4)后接地，第三电阻(R3)与第四电阻(R4)间的那段导线与所述中央处理器(U1)的ADC输入口(VA)相连。

6.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述中央处理器(U1)有程序烧写口(J1)，所述电源阀值开关(U3)的电源输出口(VO)通过导线与中央处理器(U1)的程序烧写口(J1)相连。

7.如权利要求1所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述外金属筒(3)内侧壁上邻近其筒底的位置处有环形内凸缘(9)，环形内凸缘(9)与外金属筒(3)的筒底间有间距，该间距即为所述空腔(7)；所述绝缘筒(4)的筒底与环形内凸缘(9)相抵。

8.如权利要求1～7中任一项所述的高压感应取电测温绝缘塞，其特征在于所述空腔(7)对应的外金属筒(3)外侧壁上有径向向外伸出的环形外凸缘(8)，环形外凸缘(8)一端与外金属筒(3)的筒底外端面齐平，环形外凸缘(8)与外金属筒(3)的外侧壁和筒底外端面间均呈圆弧过渡。

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