CN114334265A - 一种线缆 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种线缆,包括导电线、绝缘层,所述导电线被所述绝缘层包裹,在所述导电线的内部空腔中、周边凹槽或外部设置有至少一根导电的非金属线束和/或导电的金属线束,所述非金属线束、金属线束被第二绝缘层包裹,所述第二绝缘层受导电线发热或外界发热超过120摄氏度以上时,所述第二绝缘层绝缘性能下降至破坏后,所述非金属线束、金属线束与导电线通过电离的电弧通道相互导电连通。本方案实现在极短的时间内完成电弧的感知及传递。有效避免了传统电弧检测装置因负载、噪音干扰、天气变化等因素的影响导致产生误判,保证了电力设备的正常运行。本方案有助于所述线缆产生电弧时的阻断及熄灭。
Description
技术领域
本申请涉及电弧故障、电力火灾监测保护技术领域,特别涉及一种电弧故障、电力火灾监测保护用的线缆。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展,电气化程度越来越高,电路保护也越来越重要。而许多严重的电气事故如电气火灾等给人们的生命财产安全带来了极大的损失和威胁,电力系统中出现的交流故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一,故障电弧的最主要的危害就是引起火灾甚至是爆炸,当它产生时中心温度会达到上千度,并且伴随着一些金属熔化物出现。此外,故障电弧产生的高温高热,会很容易引燃线路绝缘层,从而导致线路起火。如果故障电弧周围存在极易燃烧的物品,就会导致火灾的发生,对财产和生命健康造成危害。因此,随着电弧故障引起的事故越来越凸显,对电弧故障进行检测的要求越来越迫切,针对电弧故障的研究也越来越多,如何有效的对电弧进行检测,对电力设备的正常安全运行具有非常重要的作用。
传统电弧检测通常采用采集线路的电压、电流,与其预存的故障波做波形比对的方式判断线路是否发生了故障电弧。这种方法由于负载的复杂性,往往存在很高的误判几率。为了避免负载带来的误判,如何快速接收电弧信号、并将电弧信号传递至光电接收装置上是提高电弧故障检测的关键。
在以往专利“CN201811443264.9一种用于接收和传递电弧信号的线缆”中提及了一种用于接收和传递电弧信号的线缆的基本构成与制备方法,但在针对如何应用方面还存在很大的差距。
发明内容
本申请实施方式的目的是提供一种用于电弧故障、电力火灾监测保护的线缆。
为实现上述目的,本申请实施方式提供一种线缆,包括导电线、绝缘层,所述导电线被所述绝缘层包裹,在所述导电线的内部空腔中、周边凹槽或外部设置有至少一根导电的非金属线束和/或导电的金属线束,所述非金属线束、金属线束被第二绝缘层包裹,所述第二绝缘层受导电线发热或外界发热超过120摄氏度以上时,所述第二绝缘层绝缘性能下降至破坏后,所述非金属线束、金属线束与导电线通过电离的电弧通道相互导电连通。
进一步地,所述绝缘层、第二绝缘层由在高温时能产生酸源、炭源、气源的工程塑料、防火材料中的至少一种。
进一步地,非金属线束、金属线束不超过导电线外径的30%。
进一步地,所述防火材料设置在工程塑料内。
进一步地,所述工程塑料、防火材料在受热或燃烧时时产生惰性气体或其他类型的气体。
进一步地,所述防火材料为防火液体设置在工程塑料内部后固化。
进一步地,所述工程塑料或防火材料遇到超过120度以上的温度时,能膨胀为原有体积的至少两倍,材料包括酸源、炭源、气源。
进一步地,所述绝缘层、第二绝缘层为氟聚合物、有机硅聚合物、PVC、聚氨酯、聚乙烯、聚烯烃、膨胀阻燃材料、绝缘漆中的一种或几种材料组合。
进一步地,非金属线束、金属线束接收并传递电势。
进一步地,所述线缆连接到电弧或绝缘保护开关的出线端,所述导电线连接到所述电弧或绝缘保护开关的主导电通路,所述非金属线束、金属线束连接到所述电弧或绝缘保护开关的电子控制器,所述电子控制器接收所述非金属线束、金属线束和所述导电线的电势位。
进一步地,所述至少一根线缆至少连接到所述电弧绝缘保护开关的正极和/或负极、或L极和/或N极。
进一步地,所述电弧绝缘保护开关的电子控制器分析所接入的所述导电线电势与所述非金属线束、金属线束电势,并计算其之间差值的变化量,经过计算后达到控制门限值即输出信号进行本地或远程通信报警或输出控制信号,控制信号所述控制所述电弧保护开关分闸,从而实现电弧或绝缘故障保护。
进一步地,所述电弧或绝缘保护开关设置通信模块,将所述电弧故障事件上报上级主站或上级设备。
进一步地,所述通信模块采用无线通信和/或有线通信方式,所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种,所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
有益效果:
1. 本技术方案通过平行设置导电线与电弧感知集束的方式,在电弧产生后,利用电弧的高温特性与导电特性,通过利用高温特性使导电线与导电体之间的第二绝缘层破坏,通过利用电弧的导电特性使导电线与电弧感知集束的导电体短暂电导通,通过这样的方式电弧感知集束感知电弧信号并通过电弧感知集束把信号传递给接受体,在极短的时间内完成电弧的感知及传递。有效避免了传统电弧检测装置因负载、噪音干扰、天气变化等因素的影响导致产生误判,保证了电力设备的正常运行。
2. 本技术方案通过监测导电线与导电体电势差变化的方式,识别准确度高,无采用接入不同相或极导电线与导电体的方式隐藏的短路风险,安全性高。
3. 本技术方案的电弧保护开关具有通信模块和就地指示功能,能把故障电弧事件信息进行本地显示和/或远程通信上传,便于故障事件的快速定位、分析、处理及信息汇总分析。
4. 本技术方案的导电线设置有空心或凹槽特征,有利于增大与空气接触的表面积,利于温升的降低并且不增加外径尺寸。
5. 本技术方案的导电线设置有空心特征,在传导交流或高频电流时,有助于利用集肤效应节约导电材料的使用,仍能达到同等载流能力并且不增加外径尺寸。有利于减少导电材料的消耗,进一步节能减排。
6. 本技术方案的导电体采用抗拉强度,韧性比导电线更好的钢丝绞线等材料,在保障导电体使用过程中连续性、不断裂方面具有更高的优势,同时提高了整体线缆的抗拉强度等力学性能指标。
7. 本技术方案的非金属线束或第二绝缘层所采用的工程塑料在燃烧时产生惰性气体有助于所述线缆产生电弧时的熄灭。
8. 本技术方案的非金属线束或第二绝缘层所采用的膨胀绝缘涂料有助于所述线缆产生电弧时的阻断及熄灭。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式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中记载的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,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为本技术方案提出的一种线缆结构示意图一。
图2为本技术方案提出的一种线缆结构示意图二。
图3为本技术方案提出的一种线缆结构示意图三。
图4为本技术方案提出的一种线缆连接开关原理图一。
图5为本技术方案提出的一种线缆结构示意图四。
图6为本技术方案提出的一种线缆结构示意图五。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中,提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法,而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
如图1-6所示,为本技术方案提出的一种线缆,一种线缆,包括导电线10、绝缘层12,所述导电线10被所述绝缘层12包裹,在所述导电线10的内部空腔10-1中、周边凹槽10-2或外部设置有至少一根导电的非金属线束11-1和/或导电的金属线束11-2,所述非金属线束11-1、金属线束11-2被第二绝缘层12-2包裹,其特征在于:所述第二绝缘层12-2受导电线10发热或外界发热超过120摄氏度以上时,所述第二绝缘层12-2绝缘性能下降至破坏后,所述非金属线束11-1、金属线束11-2与导电线10通过电离的电弧通道相互导电连通。
所述绝缘层12、第二绝缘层12-2由在高温时能产生酸源、炭源、气源的工程塑料12-3、防火材料12-4中的至少一种。
非金属线束11-1、金属线束11-2不超过导电线10外径的30%。
所述防火材料12-3设置在工程塑料12-4内。
所述工程塑料12-3、防火材料12-4在受热或燃烧时时产生惰性气体或其他类型的气体。
所述防火材料12-3为防火液体设置在工程塑料12-4内部后固化。
所述工程塑料12-3或防火材料12-4遇到超过120度以上的温度时,能膨胀为原有体积的至少两倍,材料包括酸源、炭源、气源。
所述绝缘层12、第二绝缘层12-2为氟聚合物、有机硅聚合物、PVC、聚氨酯、聚乙烯、聚烯烃、膨胀阻燃材料、绝缘漆中的一种或几种材料组合。
非金属线束11-1、金属线束11-2接收并传递电势。
所述线缆连接到电弧或绝缘保护开关13的出线端13-1,所述导电线10连接到所述电弧或绝缘保护开关13的主导电通路,所述非金属线束11-1、金属线束11-2连接到所述电弧或绝缘保护开关13的电子控制器13-2,所述电子控制器13-2接收所述非金属线束11-1、金属线束11-2和所述导电线10的电势位。
所述至少一根线缆至少连接到所述电弧绝缘保护开关13的正极和/或负极、或L极和/或N极。
所述电弧绝缘保护开关13的电子控制器13-2分析所接入的所述导电线10电势与所述非金属线束11-1、金属线束11-2电势,并计算其之间差值的变化量,经过计算后达到控制门限值即输出信号进行本地或远程通信报警或输出控制信号,控制信号所述控制所述电弧保护开关13分闸,从而实现电弧或绝缘故障保护。
所述电弧或绝缘保护开关13设置通信模块13-3,将所述电弧故障事件上报上级主站或上级设备。
所述通信模块13-3采用无线通信和/或有线通信方式,所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种,所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
在所述空腔10-1中设置有非金属线束11-1,如图1、2所示;在所述空腔10-1中设置有金属线束11-2如图1、2所示;在所述空腔10-1中设置有非金属线束/11-1和金属线束11-2如图3所示;所述导电线10设置有周边凹槽10-2,如图5所示,所述金属线束11-1和/或非金属线束11-2设置在所述凹槽10-2中;或导电线10外部周边设置有所述金属线束11-1和/或非金属线束11-2,如图6所示。
所述非金属线束11N的材料为导电碳纤维11-N4,如图2;
如图2所示,所述金属线束11-1被第二绝缘层12-2包覆。
所述导电线10、金属线束11-1的材料为金、银、铜、铝、铁、锰、镍、锡中的一种或几种材料组合或合金制备。
如图2、图4所示,采用以上金属线束11-1的线缆的典型使用场景为:还包括设置有导电线10、绝缘层12的线缆,所述采用金属线束11-1设置在所述导电线10的内部空腔10-1中,所述金属线束11-1被第二绝缘层12-2包覆。所述线缆连接到电弧保护开关13的出线端13-1,所述导电线10连接到所述电弧保护开关13的主导电通路,所述金属线束11-1连接到所述电弧保护开关13的电子控制器13-2,所述电子控制器13-2接收所述金属线束11-1和所述导电线10的电势位。所述电弧保护开关13的电子控制器13-2分析所接入的所述导电线10电势与所述金属线束11-1电势,并计算其之间差值的变化量,经过计算后达到控制门限值即输出信号进行本地或远程通信报警或输出控制信号,控制信号所述控制所述电弧保护开关13分闸,从而实现电弧故障保护。所述金属线束11-1禁止人工接入所述的电弧保护开关13的及其贯通的主导电通路。所述至少一根线缆至少连接到所述电弧保护开关13的正极和/或负极、或L极。
所述电弧保护开关13设置通信模块13-3,将所述电弧故障事件上报上级主站或上级设备。所述通信模块13-3采用无线通信和/或有线通信方式,所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种,所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
如图4所示,电弧烘烤所述采用防火材料12-4的非金属线束11-1、金属线束11-2,所述防火材料12-4,如膨胀阻燃绝缘材料、添加有IFR膨胀阻燃剂的涂料等,有助于所述线缆产生电弧时的阻断及熄灭。
采用以上防火材料12-4的非金属线束11-1、金属线束11-2的线缆的典型使用场景为:还包括设置有导电线10、绝缘层12的线缆,所述采用防火材料12-4的非金属线束11-1、金属线束11-2设置在所述导电线10的内部空腔10-1中,当所述线缆作为导电线介质传输电能的时候,由于某种原因产生的第二绝缘层12-2破坏或所述线缆接线端部的虚接造成电弧产生。所述电弧温度一般都会超过一千摄氏度,电弧烘烤所述采用防火材料12-4,所述防火材料12-4,如膨胀阻燃绝缘材料、添加有IFR膨胀阻燃剂的涂料等,有助于所述线缆产生电弧时的阻断及熄灭。IFR的阻燃机理为加热到一定温度,酸源释放出酸类物质,与多元醇酯化脱水促成炭,在气源释放的惰性气体的作用下发生膨胀,形成具有隔热阻氧作用的炭层,从而有助于所述线缆产生电弧时的阻断及熄灭。
如图2、图4所示,采用以上非金属线束导电碳纤维11-2的线缆的典型使用场景为:还包括设置有导电线10、绝缘层12的线缆,所述采用非金属线束导电碳纤维11-2设置在所述导电线10的内部空腔10-1中,所述非金属线束11-2被第二绝缘层12-2包覆。所述线缆连接到电弧保护开关13的出线端13-1,所述导电线10连接到所述电弧保护开关13的主导电通路,所述非金属线束11-2连接到所述电弧保护开关13的电子控制器13-2,所述电子控制器13-2接收所述非金属线束11-2和所述导电线10的电势位。所述电弧保护开关13的电子控制器13-2分析所接入的所述导电线10电势与所述非金属线束导电碳纤维11-2电势,并计算其之间差值的变化量,经过计算后达到控制门限值即输出信号进行本地或远程通信报警或输出控制信号,控制信号所述控制所述电弧保护开关13分闸,从而实现电弧故障保护。所述非金属线束导电碳纤维11-2禁止人工接入所述的电弧保护开关13的及其贯通的主导电通路。所述非金属线导电碳纤维11-2的电阻率通常为8*10-5欧姆米,相较铜电阻率1.7*10-8欧姆米相差三个数量级,因此在使用时不宜长度过长,通常长度的设置以接收端电压不低于12V为止。所述至少一根线缆至少连接到所述电弧保护开关13的正极和/或负极、或L极。
本发明可以以其他的具体形式实现,而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的,本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义,并且,落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。
Claims (13)
1.一种线缆,包括导电线(10)、绝缘层(12),所述导电线(10)被所述绝缘层(12)包裹,在所述导电线(10)的内部空腔(10-1)中、周边凹槽(10-2)或外部设置有至少一根导电的非金属线束(11-1)和/或导电的金属线束(11-2),所述非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)被第二绝缘层(12-2)包裹,其特征在于:所述第二绝缘层(12-2)受导电线(10)发热或外界发热超过120摄氏度以上时,所述第二绝缘层(12-2)绝缘性能下降至破坏后,所述非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)与导电线(10)通过电离的电弧通道相互导电连通。
2.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:所述绝缘层(12)、第二绝缘层(12-2)由在高温时能产生酸源、炭源、气源的工程塑料(12-3)、防火材料(12-4)、氟聚合物、有机硅聚合物、PVC、聚氨酯、聚乙烯、聚烯烃、膨胀阻燃材料、绝缘漆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)不超过导电线(10)外径的30%。
4.根据权利要求2所述的线缆,其特征在于:所述防火材料(12-4)设置在工程塑料(12-3)内。
5.根据权利要求4所述的线缆,其特征在于:所述工程塑料(12-3)、防火材料(12-4)在受热或燃烧时产生惰性气体或其他类型的气体。
6.根据权利2要求所述的线缆,其特征在于:所述防火材料(12-4)为防火液体设置在工程塑料(12-3)内部后固化。
7.根据权利要求5所述的线缆,其特征在于:所述工程塑料(12-3)或防火材料(12-4)遇到超过120℃以上的温度时,能膨胀为原有体积的至少两倍,材料包括酸源、炭源、气源。
8.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)接收并传递电势。
9.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:所述线缆连接到电弧或绝缘保护开关(13)的出线端(13-1),所述导电线(10)连接到所述电弧或绝缘保护开关(13)的主导电通路,所述非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)连接到所述电弧或绝缘保护开关(13)的电子控制器(13-2),所述电子控制器(13-2)接收所述非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)和所述导电线(10)的电势位。
10.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:所述至少一根线缆至少连接到所述电弧绝缘保护开关(13)的正极和/或负极、或L极和/或N极。
11.根据权利要求1所述的线缆,其特征在于:所述电弧绝缘保护开关(13)的电子控制器(13-2)分析所接入的所述导电线(10)电势与所述非金属线束(11-1)、金属线束(11-2)电势,并计算其之间差值的变化量,经过计算后达到控制门限值即输出信号进行本地或远程通信报警或输出控制信号,控制信号所述控制所述电弧保护开关(13)分闸,从而实现电弧或绝缘故障保护。
12.根据权利要求9所述的线缆,其特征在于:所述电弧或绝缘保护开关(13)设置通信模块(13-3),将所述电弧故障事件上报上级主站或上级设备。
13.根据权利要求12所述的线缆,其特征在于:所述通信模块(13-3)采用无线通信和/或有线通信方式,所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种,所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
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