CN207007942U - 输电导线的交流电阻测量系统及固定器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及输电导线的交流电阻测量系统及固定器。所述系统包括交流电源、电压电流采集设备以及固定器；所述固定器采用绝缘材质制成，用于将两根平行的待测输电导线的间距固定在设定范围内，所述两根平行的待测输电导线被配置成的平行的二线传输线结构的回路；所述交流电源用于先后向所述回路分别输入不同大小的交流电；所述电压电流采集设备用于测量在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流，以及用于将所述电压降和电流信号发送给与之连接的终端设备。本实用新型结构简单易于实现，且测量结果准确度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量技术领域，特别是涉及一种输电导线的交流电阻测量系统及固定器。
背景技术
导线产品类型众多，对于复合材料的导线(如铝包钢、钢芯铝绞线等)，其交流电阻除集肤效应和邻近效应影响之外，还受钢芯磁滞现象引起的磁损影响，并且与磁场强度(涉及到载流量)有关。因此，利用计算方法来确定交流电阻涉及到的因素较多，很难用一个公式来完全表达，所以一般采用试验实测的方法。
然而，交流电阻试验受周围条件影响较大，容易收到外界因素干扰，测试结果准确性难移保证。例如某些导线(如铝绞线)的表面容易形成致密的氧化层，使单线之间电气接触不良，或者所处的环境温度不同，都将影响测量的精确性。
实用新型内容
基于此，本实用新型实施例提供了输电导线的交流电阻测量系统及固定器，结构简单易于实现，且测量结果准确度高。
本实用新型一方面提供输电导线的交流电阻测量系统，包括交流电源、电压电流采集设备以及固定器；
所述固定器采用绝缘材质制成，用于将两根平行的待测输电导线的间距固定在设定范围内，所述两根平行的待测输电导线被配置成的平行的二线传输线结构的回路；
所述交流电源用于先后向所述回路分别输入不同大小的交流电；
所述电压电流采集设备用于测量在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流，以及用于将所述电压降和电流信号发送给与之连接的终端设备；
其中，所述电压电流采集设备包括至少三个测量通道，所述至少三个测量通道分别用于连接所述回路的三个测量点，所述三个测量点中的两个测量点之间的电压将为所述回路的电压降，另外一个测量点流过的电路为所述回路流过的电流。
本实用新型另一方面提供输电导线的固定器，其由绝缘材质制成，包括第一固定组件和第二固定组件，第一固定组件与所述第二固定组件互为对称结构，第一固定组件和第二固定组件连接之后能够围成两个封闭的用于限位输电导线使得两根输电导线的间距在设定范围内的限位机构。
基于上述实施例提供的输电导线的交流电阻测量系统，通过交流电源为待测导线提供测量需要的交流电，通过固定器将两根待测输电导线配置成的平行的二线传输线结构的回路，且保证两根待测输电导线的间距在设定范围内，通过电压电流多次采集导线构成的回路的电压降和电流并发送给终端设备，有利于更准确的测量得到导线交流电阻；并且所述输电导线的交流电阻测量系统的构建成本低，便于推广应用。
基于上述实施例提供的输电导线的固定器，限位灵活，便于用户实现现场的安装和拆卸，且成本较低。
附图说明
图1为一实施例的输电导线的交流电阻测量系统的示意性结构图；
图2为一实施例的固定器的示意性结构图；
图3为一实施例的输电导线构成的回路的电压/电流信号的相量表示图；
图4为一架空输电导线的交流电阻的实地测量图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1为一实施例的输电导线的交流电阻测量系统的示意性结构图；本实施例中所述输电导线的交流电阻测量系统包括：交流电源、电压电流采集设备以及固定器；所述固定器采用绝缘材质制成，用于将两根平行的待测输电导线的间距固定在设定范围内，所述两根平行的待测输电导线被配置成的平行的二线传输线结构的回路；所述交流电源用于先后向所述回路分别输入不同大小的交流电；所述电压电流采集设备用于测量在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流，以及用于将所述电压降和电流信号发送给与之连接的终端设备(例如电脑)。使得终端设备能够实现根据在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流得出所述回路对应的交流电阻，以及进一步得出所述输电导线的交流点值。
其中，所述电压电流采集设备包括至少三个测量通道，所述至少三个测量通道分别用于连接所述回路的三个测量点，所述三个测量点中的两个测量点之间的电压将为所述回路的电压降，另外一个测量点流过的电路为所述回路流过的电流。
在一实施例中，所述交流电源为输出电流可调的交流稳压电源。优选的，所述交流电源通过输出引线的任何一点接地。
在一实施例中，所述电压电流采集设备为4通道数字示波器。能够实时准确的测量出在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流。
在一实施例中，所述固定器包含两个用于限位输电导线使得两根输电导线的间距在设定范围内的限位机构；所述设定范围为大于0的数值范围。优选地，所述固定器由环氧树脂板材制成，所述固定器的绝缘性能以及抗高温高压的性能好，使用寿命长。
在一实施例中，参考图2所示，所述固定器包括第一固定组件和第二固定组件，第一固定组件与所述第二固定组件互为对称结构，第一固定组件和第二固定组件连接之后能够围成两个封闭的限位机构。例如：第一固定组件与第二固定组件上均设置有通孔；所述固定器还包括尼龙螺丝；将所述第一固定组件与第二固定组件上通孔对齐，将对应数量的尼龙螺丝依次穿过所述第一固定组件的通孔与第二固定组件的通孔，实现所述第一固定组件与第二固定组件的连接。该结构的固定器安装及拆卸方便，特别是对于实际应用环境下，对铁塔之间的两根输电导线进行限位时，方便用户安装和拆卸。
优选地，所述第一固定组件、第二固定组件设置有多个通孔；通过将不同位置的通孔对齐实现对两个限位机构的大小调节，以适应不同尺寸的输电导线。
为了便于理解上述输电导线的交流电阻测量系统的应用，进一步的基于上述的输电导线的交流电阻测量系统，下面对输电导线的交流电阻测量的过程进行示例性说明。输电导线的交流电阻测量过程包括步骤：
S11，交流电源先后向待测输电导线构成的回路分别输入不同大小的交流电，电压电流采集设备测量在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流，并发送给与之连接的终端设备；所述回路为两根相同的待测输电导线配置成的平行的二线传输线结构的回路，且所述回路在输入交流电的情况下能够等效为交流电阻和电感的串联电路。
优选地，所述回路中两根输电导线通过所述固定器进行限位，使得两根导线之间的间距在设定范围内，例如在1mm到2000mm范围内，以减小外自感对测量结果的影响。
在一实施例中，采用输出电流可调的大功率交流电源为所述回路供电，其中交流电源的输出悬浮，可在输出引线的任何一点接地。参考图1所示，为待测的输电导线构成的回路在输入交流电时所等效的电路图，可见，回路在交流时可等效为一个交流电阻和一个电感的串联电路。其中，CH1、CH2和CH3分别代表采集器的1、2、3通道，流过所述回路的电流可由零磁通大电流测试系统转换为电压信号，例如，其转换比率可为10V/30000A。优选地，电压降和电流可通过4通道数字示波器采集。需测量的回路电压降u可由通道1和通道2 的差值得到，电流i可由通道3除以上述转化比率得到。
在一实施例中，通过固定器将这两根平行的输电导线固定在一个较小的间距，由此可减小外自感对测量的电压降或者电流信号的影响，参考图3所示，图中i′L表示二线之间距离较大时对应的感性电流，iL表示二线之间距离减小时对应的感性电流；i′R表示二线之间距离较大时对应的阻性电流，iR表示二线之间距离减小时对应的阻性电流；i′表示二线之间距离较大时对应的总电流，i 表示二线之间距离减小时对应的总电流；U表示阻性电压信号。对于电流一来一回的二线传输导线，对应的外自感Lo表示为：
式中，l为回路的长度，即两根输电导线的长度之和，D为两根输电导线的间距，R为输电导线的半径，uo为真空中的磁导率，uo＝4π×10-7H/m。
从式可看出，构成回路的两根输电导线的间距越小，外自感越小，这对准确测量导线的交流电阻有利。因为试验的电压信号包括阻性电压信号和感性电压信号，但是需要的只是阻性电压信号用来计算交流电阻。如果感性电压信号远大于阻性电压信号，那么阻性电压信号的求解将会不精确，因此通过降低外自感使得感性电压信号减小，有利于提高交流电阻测量的准确性。
S12，终端设备根据电压电流采集设备测量到的电压降的时序信号和电流的时序信号可分别建立每个测量时刻所述回路对应的回路电压方程组，所述回路电压方程组中的每一个方程均满足基尔霍夫电压定律。
每输入以此交流电则测量以此所述回路的电压降和流过的电流，由此可得到电压降的时序信号和电流的时序信号，即得到输入不同交流电时所述回路的电压降和流过的电流。
基尔霍夫电压定律(Kirchhoff laws)是电路中电压和电流所遵循的基本规律，即在任何一个闭合回路中，各段电阻上的电压降IR的代数和等于电动势E的代数和，即∑IR＝∑E；从一点出发绕回路一周回到该点时，各段电压U的代数和恒等于零，即∑U＝0。
在一优选实施例中，据所述电压降的时序信号和电流的时序信号建立的各个测量时刻所述回路对应的回路电压方程组为：
其中，r表示所述回路所等效的电阻值，L表示所述回路所等效的电感值， u表示当前测量时刻所述回路的电压降，i表示当前测量时刻所述回路流过的电流。
S13，进一步的，终端设备通过对所述回路电压方程组联立求解，得到所述回路等效的交流电阻和电感，根据所述回路等效的交流电阻和电感、以及待测输电导线的长度得出所述输电导线单位长度的交流电阻和电感。
在一优选实施例中，采用最小二乘法对所述回路电压方程组联立求解。最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
在一优选实施例中，步骤S13的具体实施方式可包括：先将所述回路电压方程组离散处理，再采用最小二乘估计算法对离散处理后的电压方程组求解，得到所述回路等效的交流电阻r和电感L。进一步的，根据预先测量到的导线长度，可得到待测输电导线单位长度的交流电阻和电感。
在一实施例中，在步骤S12测量得到两根输电导线两端的电压降的时序信号和流过电流的时序信号之后，还可对测量到的原始信号进行平滑处理，以抑制其中的噪声，使得平滑处理前后的信号的相位一致，并且各个测量时刻对应的电压降和电流的相位差保持不变。然后，基于平滑处理后的信号构建回路电压方程组，进而有利于保证交流电阻测试结果的准确性。
具体地，在一实施例中，可通过将每个测量时刻的电压降/电流用该测量时刻及其之后设定数量个测量时刻的电压降/电流的平均值来替代，以此达到对测量的原始信号进行平滑处理的效果。例如：一个测量时刻的时序信号用该时刻及其后的1～200个测量时刻的时序信号的平均值来替代。
优选地，采用如下平滑公式对各测量时刻的电压降/电流进行平滑处理：
其中，i表示当前测量时刻，N表示设定的当前测量时刻之后参与当前测量时刻信号的平滑处理的测量时刻的数量，n表示测量时刻n，且测量时刻n在当前测量时刻之后，k(n)表示测量时刻n的测量信号，k(i)表示当前测量时刻信号的替代值。
若设置N＝100，则表示一个测量时刻的时序信号用该时刻及其后的100个测量时刻的时序信号的平均值来替代。N的值越大，其平滑效果越好，但计算复杂度也越高，因此可根据实际情况对N设置适当的值。
通过上述实施例的输电导线的交流电阻测量方法，克服了导线所处环境温度等外在环境因素对测量结果准确性的影响，能够快速准确测量出输电导线的交流电阻，并且便于推广应用。
结合上述实施例，参考图4所示，为一架空输电导线的交流电阻的实地测量图。两根输电导线在相邻的两个铁塔之间构成一回路，通过固定器将两根输电导线的间距限定在设定范围内；通过高功率大电流交流电源为所述回路供电，进而得出所述回路的交流电阻和在当前导线间距下对应的电感。此外，在将输电导线的回路安装到铁塔之前，还可测量出输电导线的长度，然后将解方程得到的交流电阻和电感除以输电导线的长度，可以得到单位长度输电导线的交流电阻和在当前导线间距下的单位长度的电感。
通过伏安法对得到的交流电阻进行现场测试发现：与实验室测得的导线交流电阻具有很好的一致性，并验证出输电导线的交流电阻随着通过输入的交流电流的增加而增加，验证了上述输电导线的交流电阻测量方法对于测量输电导线的交流电阻是可行的。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，不能理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，包括交流电源、电压电流采集设备以及固定器；
所述固定器采用绝缘材质制成，用于将两根平行的待测输电导线的间距固定在设定范围内，所述两根平行的待测输电导线被配置成的平行的二线传输线结构的回路；
所述交流电源用于先后向所述回路分别输入不同大小的交流电；
所述电压电流采集设备用于测量在不同交流电输入情况下所述回路的电压降和流过的电流，以及用于将所述电压降和电流信号发送给与之连接的终端设备；
其中，所述电压电流采集设备包括至少三个测量通道，所述至少三个测量通道分别用于连接所述回路的三个测量点，所述三个测量点中的两个测量点之间的电压将为所述回路的电压降，另外一个测量点流过的电路为所述回路流过的电流。
2.根据权利要求1所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述交流电源为输出电流可调的交流稳压电源；所述交流电源通过输出引线的任何一点接地。
3.根据权利要求1所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述电压电流采集设备为4通道数字示波器。
4.根据权利要求1所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述固定器由环氧树脂板材制成。
5.根据权利要求1至4任一所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述固定器包含两个用于限位输电导线使得两根输电导线的间距在设定范围内的限位机构；所述设定范围为大于0的数值范围。
6.根据权利要求5所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述固定器包括第一固定组件和第二固定组件，第一固定组件与所述第二固定组件互为对称结构，第一固定组件和第二固定组件连接之后能够围成两个封闭的限位机构。
7.根据权利要求6所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，第一固定组件与第二固定组件上均设置有通孔；所述固定器还包括尼龙螺丝；
将所述第一固定组件与第二固定组件上通孔对齐，将对应数量的尼龙螺丝依次穿过所述第一固定组件的通孔与第二固定组件的通孔，实现所述第一固定组件与第二固定组件的连接。
8.根据权利要求7所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述第一固定组件、第二固定组件设置有多个通孔；
通过将不同位置的通孔对齐实现对两个限位机构的大小调节。
9.根据权利要求1至4任一所述的输电导线的交流电阻测量系统，其特征在于，所述终端设备为电脑。
10.一种输电导线的固定器，其特征在于，其由绝缘材质制成，包括第一固定组件和第二固定组件，第一固定组件与所述第二固定组件互为对称结构，第一固定组件和第二固定组件连接之后能够围成两个封闭的用于限位输电导线使得两根输电导线的间距在设定范围内的限位机构。
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| CN201720272937.3U CN207007942U (zh) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | 输电导线的交流电阻测量系统及固定器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111886506A (zh) * | 2018-03-20 | 2020-11-03 | 赫姆霍兹-森德拉姆德雷斯顿-罗森多夫研究中心 | 用于持续确定薄膜的电阻张量的所有分量的方法 |
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| CN111886506A (zh) * | 2018-03-20 | 2020-11-03 | 赫姆霍兹-森德拉姆德雷斯顿-罗森多夫研究中心 | 用于持续确定薄膜的电阻张量的所有分量的方法 |
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