CN202403831U - 一种利用光纤Bragg光栅监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用光纤Bragg光栅监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器，属于光电子测量器件技术领域；包括三支光纤Bragg光栅温度传感器和电缆中间接头的冷缩绝缘件；三支光纤Bragg光栅卡环式传感器通过环状金属片固定在冷缩绝缘件的外表面，且固定点分别正对应两端应力锥的中点和中间连接管的中点；本实用新型实现了对电力电缆中间接头温度的实时在线测量，同时减少了因外部环境温度因素而产生的误差，而且装置简单，灵敏度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用光纤Bragg光栅器监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器，属光电子测量技术领域。
背景技术
随着电气设备容量的扩大和社会总需求电量的日益增长，电力电缆已经成为输送电力的血动脉，常常在高电压、大电流下长期连续运行，电力电缆中间接头是最薄弱环节，容易发生故障。根据实际运行经验和理论分析都表面，在电力电缆中间接头处发生的故障往往不是一个突发的事故，是由于电力电缆中间接头因各种故障产生大量的热量使接头的温度不断升高，加快电缆绝缘材料的老化、泄流电流逐步增大，最终导致热击穿或者电缆火灾，一旦这种事故发生就会影响供电正常和电网的稳定性，造成电力系统的瘫痪和巨大的经济损失，因此对电缆中间接头的监测是十分必要的，具有重要的意义。
目前对电缆中间接头的测温有采用无线传输的电子测量装置和传感器安装在接头外表面的测量装置。采用无线传输的电子测量装置容易受到电缆本身的大电流、强磁场影响，测量结果不够准确，且无线信号传输的距离是有限的；采用传感器安装在接头外表面的测量装置，传感器比较容易受到外部环境温度、空气对流等影响，最终产生测量误差。
与本实用新型装置最接近的技术是周骁威，“高压设备电缆接头的在线测温装置及其装置”，申请号为200810124298.1。该测量装置是：采用温度传感器安装在金属导体的表面，通过无线发射器传输信号。这种装置容易受到电缆本身的大电流、强磁场影响，测量结果不够准确。
发明内容
本实用新型提供了一种利用光纤Bragg光栅监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器，实现对中压电力电缆中间接头温度的实时在线监测，准确度高。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：包括三支光纤Bragg光栅温度传感器和电缆中间接头的冷缩绝缘件1；冷缩绝缘件1里面有应力锥2和中间连接管3，光纤Bragg光栅温度卡环式传感器包括光纤Bragg光栅4、毛细铜管5、聚酰亚胺套管6、光纤引出线7、环状金属片8组成；把光纤Bragg光栅4通过环氧树脂封装在毛细铜管5中，且毛细铜管5和环状金属片8一体成型，连接为一体，采用环氧树脂把毛细铜管5和套在光纤引出线7上的聚酰亚胺套管6密封连接；三支光纤Bragg光栅温度传感器通过环状金属片8固定在冷缩绝缘件1的外表面，且固定点分别正对应两端应力锥2的中点和中间连接管3的中点。
所述的环状金属片8选为膨胀系数为0.189×10-4m /℃的铜材料制成。
所述的冷缩绝缘件1属于接头的一部分，属于冷缩电缆附件。
本实用新型的工作原理：由于两端应力锥为电场线最为集中处，中间连接管为接触电阻最大处，当有大电流和高压电通过中间接头，在两端应力锥和中间连接管最容易发生故障，或者应力锥本体制造缺陷、电缆超负载运行也会引发故障，在发生故障之前通常是以温升异常的形式表现出来，所以选择对冷缩绝缘件内部的两端应力锥和中间连接管的中点进行测量；然后根据光栅反射的波长值的变化，通过光纤光栅卡环式传感器Bragg波长的移位与温度的变化关系，计算出接头内部两端应力锥和中间连接管的温度；最后根据所测量的温度与常规温度比照，当有其中任一支及以上出现异常，都可以判定中间接头处于非正常工作情况。
本实用新型的数学模型如下：
由光纤的热光效应引起的光纤Bragg光栅反射波长的移位量 ，有变化温度引起的反射波长位移为：
在（1）式中
是光纤Bragg光栅的热光系数，
是光纤热膨胀系数，
为标定时中心波长。
由毛细铜管和光纤热膨胀的不同步引起光纤Bragg光栅的波长移位量，由不同步的热膨胀引起的反射波长位移为：
（2）
在（2）式
表示毛细铜管的热膨胀系数，
是光纤热膨胀系数，
为标定时中心波长，
为光纤的有效弹光系数。
综上所述传感器的反射波长移位与温度变化之间的关系表示为：
（3）
对（3）式进行变换，可以得到
在(4) 式，
为相对于标定的温度变化值，
为波长的变化，
为标定时中心波长。这表明光纤光栅温度传感器Bragg波长的移位与温度的变化成线性关系。
交联电缆允许长期工作的最高温度为90℃。通过检测反射波长的变化量
，根据公式(4)计算出来的温度值，当三支传感器的温度有一支接近或者超过90℃应该引起高度重视，这表明接头正处于非正常工作情况下，应该对接头进行紧急处理。
本实用新型的有益效果：
1、采用串接的三支光纤Bragg光栅卡环式传感器检测中压电力电缆中间接头的两端应力锥和中间连接处的温度，更加全面地掌握接头温升情况，为判断接头的健康状况提供判决，可以消除中压电力电缆中间接头的热击穿或者电缆火灾事故，实现了对电力电缆中间接头温度的实时在线测量，能及时了解电力电缆中间接头的运行情况；
2、采用把光纤Bragg光栅温度传感器安装在冷缩件的外表面，电缆接头的里面，这样可以减少了因外部环境温度因素而产生的测量误差；
3、本实用新型采用光纤Bragg光栅手段测量，体积小、带宽宽、抗电磁干扰能力强和耐腐蚀外，波长编码具有绝对测量、准确度高。
4、采用环状铜片的方式与冷缩绝缘件接触，增大接触面积，消除了因热传递损失的热量而导致测量误差，更能准确测量接头的温度。通过传感器检测常发生故障点、最高温度点周围的温度，能及时了解电力电缆中间接头的运行情况，为接头的健康状况提供一条判据，实现了对电力电缆中间接头温度的实时在线测量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型提供的光纤Bragg光栅温度卡环式传感器结构示意图。
图中：1-冷缩绝缘件，2-应力锥，3-中间连接管,4-光纤Bragg光栅，5-毛细铜管，6-聚酰亚胺套管，7-光纤引出线，8-环状金属片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明：
如图1所示：本实用新型包括三支光纤Bragg光栅温度传感器和电缆中间接头的冷缩绝缘件1，冷缩绝缘件1里面有应力锥2和中间连接管3。
如图2所示，光纤Bragg光栅卡环式传感器包括光纤Bragg光栅4、毛细铜管5、聚酰亚胺套管6、光纤引出线7、环状金属片8组成；把光纤Bragg光栅4通过环氧树脂封装在毛细铜管5中，且毛细铜管5和环状金属片8一体成型，连接为一体，采用环氧树脂把毛细铜管5和套在光纤引出线7上的聚酰亚胺套管6密封连接。
其中，环状金属片可以选用钢，铜等，其中优选为膨胀系数大的铜材料（热膨胀系数为0.189×10-4m /℃）。
三支光纤Bragg光栅卡环式传感器通过环状金属片8固定在冷缩绝缘件1的外表面，且固定点分别正对应两端应力锥2的中点和中间连接管3的中点。
采用环状金属片其优点在于：采用环状金属片紧贴在冷缩绝缘件的外表面，增大了传感器与接头的接触面积，消除了因热传递损失的热量而导致测量误差，更能准确反映整个接头的温度，了解接头的健康状况。
根据三个监测点的温度对光栅波长的变化，然后根据光栅反射的波长值的变化，通过光纤光栅温度传感器Bragg波长的移位与温度的变化关系，计算出接头内部两端应力锥和中间连接管的温度；最后根据所测量的温度与常规温度比照，当有其中任一支及以上出现异常，都可以判定中间接头处于非正常工作情况。
本实用新型是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对实用新型进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (2)
1.一种利用光纤Bragg光栅监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器，其特征是：包括三支光纤Bragg光栅温度传感器和电缆中间接头的冷缩绝缘件（1）；冷缩绝缘件（1）里面有应力锥（2）和中间连接管（3）；光纤Bragg光栅卡环式传感器包括光纤Bragg光栅（4）、毛细铜管（5）、聚酰亚胺套管（6）、光纤引出线（7）、环状金属片（8）组成；把光纤Bragg光栅（4）通过环氧树脂封装在毛细铜管（5）中，且毛细铜管（5）和环状金属片（8）一体成型，连接为一体，采用环氧树脂把毛细铜管（5）和套在光纤引出线（7）上的聚酰亚胺套管（6）密封连接；三支光纤Bragg光栅温度传感器通过环状金属片（8）固定在冷缩绝缘件（1）的外表面，且固定点分别正对应两端应力锥（2）的中点和中间连接管（3）的中点。
2.根据权利要求1所述的一种利用光纤Bragg光栅监测中压电力电缆中间接头温度的卡环式传感器，其特征是：环状金属片（8）选为膨胀系数为0.189×10-4m /℃的铜材料制成。
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