CN116500320A - 一种用于电缆故障检测的注入电流探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于电缆故障检测的注入电流探头，包括内设空腔的封闭型壳体和连接器，所述连接器固定在所述壳体上用于连接电流信号发生器，所述壳体设置有贯通其上下侧的通孔；所述空腔内以所述通孔为中心沿圆周均匀固定有不少于四的偶数个U型的磁芯，且所述磁芯的U型口均面向所述通孔；各所述磁芯两端均分别缠绕有线圈，各所述线圈一端与所述连接器连接，另一端与所述壳体连接，使每个所述磁芯两端线圈接通电流后形成相同的闭合磁路；所述通孔孔壁上设置有正对各所述磁芯的环形耦合缝。本发明注入电流探头能够满足较大外径电力电缆无损故障检测时电流信号的注入，且可通过相应调整所述磁芯的个数和所述通孔的通径来适应不同外径电力电缆。
Description
技术领域
本发明涉及电缆检测技术领域，尤其涉及一种用于电缆故障检测的注入电流探头。
背景技术
随着城市电网用电负荷的不断增涨，电力电缆在长期运行中容易出现诸如因施工、质量问题或自然因素引起的损伤、绝缘老化等问题，导致电力电缆的故障概率也大大增加，严重影响了电力系统的安全稳定运行，开展电力电缆局部放电故障检测，对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
当前采用的电力电缆接触式故障检测方式，需要将信号仪器直接连接到电缆上来实现信号注入和接收，这就需要断开电缆原有的连接状态，致使电力系统的接口端子发生变化，也增加了系统设计的复杂程度，当检测高压电力电缆时还需要离线运行系统，造成断电等损失。
采用非接触式电流探头进行信号耦合注入的无损故障检测方式，可实现在线故障检测，并避免上述对电缆造成的损害。然而，市面上没有合适的大直径半圆形磁环，导致缺乏针对大外径电缆故障检测的注入电流探头。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于电缆故障检测的注入电流探头，可适用于大外径电缆的在线故障检测，以解决当前缺乏针对大外径电缆故障检测的注入电流探头的问题。
本发明提供了一种用于电缆故障检测的注入电流探头，包括内设空腔的封闭型壳体和连接器，所述连接器固定在所述壳体上用于连接电流信号发生器，所述壳体设置有贯通其上下侧的通孔，所述通孔用于供被测电缆贯通；
所述空腔内以所述通孔为中心沿圆周均匀固定有不少于四的偶数个U型的磁芯，且所述磁芯的U型口均面向所述通孔；
各所述磁芯两端均分别缠绕有线圈，各所述线圈一端与所述连接器连接，另一端与所述壳体连接，使每个所述磁芯两端线圈接通电流后形成相同的闭合磁路；所述通孔孔壁上设置有正对各所述磁芯的环形耦合缝。
优选地，所述壳体由位于左右两侧的第一壳体和第二壳体拼合而成。
进一步优选地，所述第一壳体和第二壳体的一端铰接，另一端通过锁扣连接。
进一步优选地，所述第一壳体和第二壳体均由上下两部分拼合而成。
优选地，所述磁芯通过POE泡棉垫和灌注的硅胶固定在所述空腔内。
优选地，所述壳体的横剖面为正多边形。
进一步优选地，所述壳体的相邻侧面倒圆连接。
优选地，所述磁芯优选为镍锌铁氧体材料。
优选地，所述壳体为导电材质，优选为铝合金。
优选地，所述磁芯为U字形，且外长为80mm±0.1mm，外宽为64mm±0.1mm；内长为35mm±0.1mm，内宽为42mm±0.1mm，高度为32mm±0.1mm。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，通过设置壳体，并在所述壳体的通孔的圆周均匀设置不少于四的偶数个U型磁芯，每个所述磁芯的两端均缠绕有线圈，每个所述磁芯在其两端的所述线圈通电后会形成相同的闭合磁路，由于通入各所述线圈的检测电流为交流信号，所述磁芯会在被测电缆圆周产生交变磁场，该交变磁场穿过所述耦合缝能够在被测电缆的屏蔽层及芯线上感应出电流，从而能够实现检测电流信号的注入，满足较大外径电力电缆无损故障检测信号注入的需要，可解决当前缺乏针对大外径电缆检测的电流探头的问题；且本发明注入电流探头可通过相应调整所述磁芯的个数和所述通孔的通径来适应不同外径电力电缆，也可通过调整所述线圈的匝数来适配检测电流的频带并提高检测电流的注入效率，以满足不同检测方式的不同需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头套于被测电缆的示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头套于被测电缆的示意图二；
图4为图2和3中磁芯的布置示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头的磁芯上线圈的电流方向图；
图6为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头磁芯的磁感线方向图；
图7为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头电磁仿真的被测电缆电流密度分布图；
图8为本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头电磁仿真的被测电缆磁通密度分布图；
图9为本发明实施例提供的整套电流注入检测装置示意图；
其中，附图标记说明：壳体1，第一壳体101，第二壳体102，连接器2，通孔3，被测电缆4，磁芯5，线圈6，耦合缝7，铰链8，锁扣9，屏蔽室10，吸收负载11，校准夹具12，注入电流探头13，衰减器14，接收机／频谱仪15，功率计16，功率探头和定向耦合计17，放大器18，信号源19。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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。
除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连接。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。
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，本发明所说的大外径电力电缆尤指15cm以上外径的电缆，如110kV的电缆。在现有技术中由于电流探头通常所使用的铁氧体磁环的物理特性硬且脆，使烧制大尺寸半环形磁环的难度较大、成本较高，且制成后不方便保存，容易受损，所以市面上没有合适的大直径半圆形磁环，导致缺乏针对大外径电缆故障检测的注入电流探头。
本发明实施例一提供了一种用于电缆故障检测的注入电流探头，如图1~4所示，包括：内设空腔的封闭型壳体1和连接器2，连接器2固定在壳体1上用于连接电流信号发生器，壳体1设置有贯通其上下侧的通孔3，通孔3用于供被测电缆4贯通；本实施中，连接器2选用N型连接器，可通过其法兰盘与螺钉配合将其固定在壳体1表面；
上述空腔内以通孔3为中心沿圆周均匀固定有四个U型的磁芯5，且磁芯5的U型口均面向通孔3；需要说明的是，磁芯5的数量可根据被测电缆外径大小相应适当选用为六个、八个等偶数个，U型的磁芯5可以为呈字母U的形状，也可为半圆弧形；本实施中，选用呈字母U形的磁芯5，具体的，各磁芯5先通过POE泡棉垫初步固定在壳体1内，然后再通过灌注硅胶填充剩余空隙，通过这种固定方式，不仅能够将磁芯5稳定固定在空腔内，还因为硅胶具有良好的绝缘导热性能，而有利于整个注入电流探头的散热；
各磁芯5两端均分别缠绕有线圈6，具体的，线圈6可采用高温绕包线，各线圈6一端与连接器2连接，另一端与壳体1连接，使每个磁芯5两端线圈6接通电流后形成相同的闭合磁路，本实施例中每个磁芯5的磁感线方向以及其两端线圈6的通电电流方向如图5~6所示；通孔3孔壁上设置有正对各磁芯5的环形耦合缝7。
需要注意的是，绕制线圈6时磁芯5的表面设置有绝缘胶或绝缘漆，以避免磁芯5与线圈6之间接触，在绕制每个磁芯5两端的线圈6时应注意保证使各磁芯5产生的磁感线的方向相同，以避免出现磁感线相互抵消而使注入电流探头失效的情况，耦合缝7的尺寸一般1~2mm即可。
本发明实施例提供的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，通过设置壳体1，并在壳体1的通孔3的圆周均匀设置四个U字形磁芯5，每个磁芯5的两端均缠绕有线圈6，每个磁芯5在其两端的线圈6通电后会形成相同的闭合磁路，由于通入各线圈6的检测电流为交流信号，磁芯5会在被测电缆4圆周产生交变磁场，该交变磁场穿过耦合缝7能够在被测电缆4的屏蔽层及芯线上感应出电流，从而能够实现检测电流信号的注入，满足较大外径电力电缆无损故障检测信号注入的需要，所以可以解决当前缺乏针对大外径电缆检测的注入电流探头的问题；且本发明注入电流探头可通过相应调整磁芯5的个数和通孔3的通径来适应不同外径电力电缆，也可通过调整线圈6的匝数来适配检测电流的频带并提高检测电流的注入效率，以满足不同检测方式的不同需求。
上述具体实施例中的注入电流探头，在实际使用中，需要预先套在电缆上，每两个电缆井中的交叉互联箱之间的距离一般为300m~500m，通常每两个交叉互联箱之间的电缆上预先套装一个本实施例的注入电流探头，即可满足检测需要。进行电缆故障检测时，将本实施例注入电流探头的连接器2与信号发生器相连，然后向被测电缆4注入高频信号，对比分析测量的检测电流和注入的高频信号，从而确定被测电缆4的故障位置，整套检测装置具体如图9的示意图所示。其中，对比分析检测电流和注入信号以及确定被测线缆故障位置的具体操作和方法均属于现有技术，在此不再具体阐述。
在一个优选的实施例中，壳体1由位于左右两侧的第一壳体101和第二壳体102拼合而成，磁芯5分别固定在第一壳体101和第二壳体102内，从而不用将注入电流探头预先套在电缆上，只需现场检测时将第一壳体101和第二壳体102放置在被测电缆4两侧，然后将第一壳体101和第二壳体102拼合，即可将注入电流探头卡套在被测电缆4上，使用更加方便快捷，检测工作效率更高。如图1所示，第一壳体101和第二壳体102拼合后为正八边形，具体的，第一壳体101和第二壳体102的一端通过铰链8铰接，另一端通过锁扣9连接，使用时打开锁扣9，使第一壳体101和第二壳体102绕铰链8转动张开，然后从张开处套入被测电缆4，再使第一壳体101和第二壳体102绕铰链8转动闭合，并扣上锁扣9，即可。
在进一步优选的实施例中，由于壳体1需设置空腔，为方便和简化壳体1的制造，第一壳体101和第二壳体102均由上下两部分拼合而成，作为举例，具体的，第一壳体101和第二壳体102的上下两部分均可通过螺钉或销孔配合的方式实现拼合。更进一步的，为了使上述注入电流探头的外观协调更具美感，壳体1的横剖面为正多边形，且相邻侧面倒圆连接。壳体1为导电材质，为了便于壳体1生产制造过程中的成型，壳体1材质优选为铝合金。
插入损耗是注入电流探头的重要性能指标，通常借助校准夹具来测量，插入损耗的公式如下：
；
其中，为插入损耗，单位为dB，其数值越大，表明插入损耗越高；/>为信号源注入功率，单位为W；/>为校准夹具的输出功率，单位为W。
插入损耗的重要来源之一为磁芯5材料的磁损耗，磁损耗包括涡流损耗、磁滞损耗以及其他磁弛豫或磁后效引起的剩余损耗，为获得较小的磁损耗，在选择磁芯5材料时，应考虑磁导率高、居里温度高、电阻率高、饱和磁通密度高、截止频率高的磁芯5，这样有利于降低磁芯5在磁场中的涡流损耗和磁滞损耗，减轻其发热状况，扩大其工作温度范围从而适应大功率检测运行，也可提高注入电流探头在高频状态下的工作性能；当然，除了需考虑磁损耗外，材料成本也是重要的考虑因素之一，为此应综合磁芯5材料成本、磁芯5本身性能以及日常测试的需要等多个因素选取合适的磁芯5材料。
目前市面上注入电流探头的磁芯5主要以软磁铁氧体材料（如镍锌铁氧体、锰锌铁氧体等）为主，也有部分注入电流探头的磁芯5材料为铁基非晶合金。相比软磁铁氧体材料，铁基非晶合金磁芯5的饱和磁感应强度、磁导率高、损耗低，是性能优良的理想材料，但其成本比软磁铁氧体材料高，综合考虑后，在一个优选的实施例中磁芯5选用镍锌铁氧体材料，初始磁导率为1000，注入频带约为1MHz-100MHz，保证了注入电流探头的耦合效果。
另外，磁芯5有效横截面积过小会导致磁芯5磁饱和，使磁芯5发热，过大会导致材料浪费，选择合适的磁芯5有效横截面积，可以使磁阻变小，降低磁芯5损耗，在另一个优选的实施例中磁芯5为U字形，且外长为80mm±0.1mm，外宽为64mm±0.1mm；内长为35mm±0.1mm，内宽为42mm±0.1mm，高度为32mm±0.1mm，该实施例注入电流探头的电磁仿真如图7~8所示。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：包括内设空腔的封闭型壳体和连接器，所述连接器固定在所述壳体上用于连接电流信号发生器，所述壳体设置有贯通其上下侧的通孔，所述通孔用于供被测电缆贯通；
所述空腔内以所述通孔为中心沿圆周均匀固定有不少于四的偶数个U型的磁芯，且所述磁芯的U型口均面向所述通孔；
各所述磁芯两端均分别缠绕有线圈，各所述线圈一端与所述连接器连接，另一端与所述壳体连接，使每个所述磁芯两端线圈接通电流后形成相同的闭合磁路；所述通孔孔壁上设置有正对各所述磁芯的环形耦合缝。
2.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述壳体由位于左右两侧的第一壳体和第二壳体拼合而成。
3.根据权利要求2所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述第一壳体和第二壳体的一端铰接，另一端通过锁扣连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述第一壳体和第二壳体均由上下两部分拼合而成。
5.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述磁芯通过POE泡棉垫和灌注的硅胶固定在所述空腔内。
6.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述壳体的横剖面为正多边形。
7.根据权利要求6所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述壳体的相邻侧面倒圆连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述磁芯优选为镍锌铁氧体材料。
9.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述壳体为导电材质，优选为铝合金。
10.根据权利要求1所述的一种用于电缆故障检测的注入电流探头，其特征在于：所述磁芯为U字形，且外长为80mm±0.1mm，外宽为64mm±0.1mm；内长为35mm±0.1mm，内宽为42mm±0.1mm，高度为32mm±0.1mm。
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