CN210071151U - 基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头 - Google Patents

Abstract

基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头，测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，无线无源柔性薄膜温度传感器包括谐振频率随温度变化而变化的微波谐振腔，无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于导体连接管外，并夹设于内绝缘层与导体连接管之间，信号收发单元与微波谐振腔电磁耦合，信号收发单元向微波谐振腔发送扫频信号，以及接受微波谐振腔反馈的含有频率信息的信号，控制单元根据信号收发单元接收的含有频率信息的信号得出电缆中间接头处的温度。该基于微波谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

Description

基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头

技术领域

本实用新型涉及测温领域，尤其是一种基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头。

背景技术

随着电气设备电压等级的不断提升及工作电流的不断加大，设备发热现象越发显著，当电力设备出现故障时，往往伴随着温度的变化，所以通过对电力设备，尤其是其关键部位的温度监控，可以及时了解电力设备的工作状态。当温度出现异常时，则可以及时作出预警并进行检修，这样可以防止更大故障的发生。

对于电缆中间头的温度监测，要求能够直接监测核心导体的温度。要达到这一要求，主要有以下困难：电缆中间接头的内部空间极其狭小，这对传感器的尺寸要求很高；电缆中间接头内部处于强电磁场环境，需要传感器在此工况条件下能够稳定运行；置入电缆中间接头内部的器件不能对中间接头内部的电场分布造成影响，否则会引起电缆接头原始结构设计的失效，从而造成安全隐患；电缆接头的寿命一般为30年，所以内置的测温器件的使用寿命不能低于30年。

PCT专利CN105190268A，一种用于监测包围在至少(半)导电层中的导电体的温度的系统。该系统包括：无线无源感应单元和收发器单元以及控制单元。无线无源感应单元包括至少一个温度感应部件，并且被构造成具有随导电体的温度变化的谐振频率和/或Q值。收发器单元被构造成电磁耦接到无线无源感应单元，并且发出表示无线无源感应单元的谐振频率和/或Q值的信号。收发器单元被进一步构造成与控制单元通信，该控制单元探知表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号确定导电体的温度值。该专利所述的传感器位于连接铜管与绝缘层之间，外径尺寸需要与电缆绝缘层尺寸完全匹配，才能到达电气性能要求。这就造成该技术方案只能适用于内部空间较大的110kV等特定尺寸的电缆中间接头，当需要适配不同型号和厂家的电缆接头时，则需要进行专门的设计，增加了产品的推广适用难度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头，该基于微波谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

本实用新型提供了一种基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，该电缆中间接头包括连接两个电缆端头的导体连接管，包覆于所述导体连接管外的内绝缘层，包覆于所述内绝缘层外的外绝缘层，设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间的屏蔽层，以及包覆于外绝缘层外的壳体，所述测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器包括谐振频率随温度变化而变化的微波谐振腔，所述无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于所述导体连接管外，并夹设于所述内绝缘层与所述导体连接管之间，所述信号收发单元与所述微波谐振腔电磁耦合，所述信号收发单元向所述微波谐振腔发送扫频信号，以及接受所述微波谐振腔反馈的含有频率信息的信号，所述控制器根据所述信号收发单元接收的含有频率信息的信号得出所述电缆中间接头处的温度。

所述信号收发单元包括采集器及阅读器，所述阅读器设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间。

所述控制器设置于所述壳体外，连接导线穿过所述壳体并电性连接于所述控制器与所述信号收发单元之间。

所述测温装置还包括后台控制中心，所述控制器通过传输线或无线传输模块将所述温度信息传递至所述后台控制中心。

所述阅读器与所述采集器电性相连，所述阅读器用于扫频信号的发送以及含有频率信息的信号的接收，所述采集器用于将所述阅读器收到的含有频率信息的信号传递至所述控制器。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器还包括保护层，所述保护层包覆于所述微波谐振腔外。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器呈片状或圆筒状。

所述微波谐振腔包括第一金属贴片、第二金属贴片及夹设于所述第一金属贴片及第二金属贴片之间的介质层。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器的谐振频率被设置为位于所述屏蔽层和内绝缘层的频率穿透区间的范围内。

本实用新型还提供了一种电缆中间接头，包括上述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置。

综上所述，在本实用新型中，在进行温度测量时，信号收发单元会通过电磁耦合发送一定带宽的扫频信号给微波谐振腔，电磁波在不同介电常数的材料表面发生反射引起介质谐振器内部谐振，扫频信号中与微波谐振腔频率相同的部分会被引入到微波谐振腔内部，并逐渐被消耗，其它频率的信号则会被微波谐振腔返回信号收发单元，接收微波谐振腔返回的包含频率信息的信号，以及将该信号传递至控制器，控制器检测到反射功率最低点即为微波谐振腔的谐振频率。由于微波谐振腔的谐振频率随温度变化，因此，控制器可以根据信号收发单元接收到的具有不同频率信息的信号，得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将微波谐振腔制成柔性薄膜状，然后将其绕设于导体连接管外，并夹设于内绝缘层与导体连接管之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器能够更加贴近导体连接管，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层及导体连接管之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元，使信号更加的准确。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型第一实施例提供的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置安装于电缆中间接头上的截面结构示意图。

图2所示为图1中基于微波谐振的电缆中间接头测温装置的系统框图。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

图4所示为图1中微波谐振器的主视结构示意图。

图5所示为图4中微波谐振器的截面结构示意图。

图6所示为另一实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本实用新型提供了一种基于微波谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头，该基于微波谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

图1所示为本实用新型第一实施例提供的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置安装于电缆中间接头上的截面结构示意图，图2所示为图 1中基于微波谐振的电缆中间接头测温装置的系统框图，如图1及图2 所示，本实用新型实施例提供的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置用于对电缆中间接头的温度进行测量，连接两个电缆端头11的导体连接管12，包覆于导体连接管12外的内绝缘层13，设置于内绝缘层13及外绝缘层14之间的屏蔽层16，包覆于内绝缘层13外的外绝缘层14及包覆于外绝缘层14外的壳体15。

测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器20、信号收发单元30 及控制器40，无线无源柔性薄膜温度传感器20包括微波谐振腔21，该微波谐振腔21的谐振频率随温度而变化，无线无源柔性薄膜温度传感器21绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12 之间。信号收发单元30与微波谐振腔21电磁耦合，信号收发单元30 向微波谐振腔21发射扫频信号，以及接受微波谐振腔21反馈的含有频率信息的信号，控制器40与信号收发单元30电气相连，控制器40根据信号收发单元30接收的含有频率信息的信号得出基于微波谐振的电缆中间接头处的温度。

在本实施例中，在进行温度测量时，信号收发单元30会通过电磁耦合发送一定带宽的扫频信号给微波谐振腔21，扫频信号中与微波谐振腔21频率相同的部分会被引入到微波谐振腔21内部，并逐渐被消耗，其它频率的信号则会被微波谐振腔21返回信号收发单元30，接收微波谐振腔21返回的包含频率信息的信号，以及将该信号传递至控制器40，控制器40检测到反射功率最低点即为微波谐振腔21的谐振频率。由于微波谐振腔21的谐振频率随温度变化，因此，控制器40可以根据信号收发单元30接收到的具有不同频率信息的信号，得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将微波谐振腔21制成柔性薄膜状，然后将其绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12 之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13 及导体连接管12之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

进一步地，信号收发单元30包括采集器及阅读器，在本实施例中，阅读器设置于内绝缘层13与外绝缘层14之间，信号收发单元30与微波谐振腔21电磁耦合设置。也即，信号收发单元30与微波谐振腔21 之间仅间隔一层内绝缘层13，这能够减少信号收发单元30与微波谐振腔21之间的距离，确保信号的稳定。

控制器40设置于壳体15外，连接导线穿过壳体15继而连接于控制器40与信号收发单元30之间。

在本实施例中，测温装置还包括后台控制中心50，控制器40可以通过传输线或无线传输模块将测得的温度信息传递至后台控制中心50，以供使用者对温度进行检测。

阅读器与采集器电性相连，阅读器用于扫频信号的发送以及含有频率信息的信号的收取，采集器用于将阅读器收到的含有频率信息的信号传递至控制器40。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图，如图3所示，无线无源柔性薄膜温度传感器20除了微波谐振腔21 外，还包括保护层22，保护层22包覆于微波谐振腔21外，通过保护层 22的设置，一方面能够对微波谐振腔21进行保护，另一方面，也能作为封装层，防止微波谐振腔21因为弯折而损坏。在本实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈片状，在安装时绕设固定于导体连接管12上。

图4所示为图1中微波谐振器的主视结构示意图，图5所示为图4 中微波谐振器的截面结构示意图。如图4及图5所示，在本实施例中，微波谐振腔21包括第一金属贴片211、第二金属贴片212及夹设于第一金属贴片211与第二金属贴片212之间的介质层213。优选地，第一金属贴片211及第二金属贴片212呈圆形，介质层213为圆柱形。在实际工作中，三者可以视为一个圆形谐振腔，谐振腔顶部和底部的两个金属贴片可以分别代表辐射贴片及金属地。在两者之间的空间中，四周可以视为磁壁，上下为电壁的腔体，电场在中心处为零而在边缘处最大。

在不同温度下，微波谐振腔21的谐振频率不同，温度与微波谐振腔21具有相关性。因此，该测温装置就可以通过对微波谐振腔21谐振频率的测量得出电缆中间接头处的温度。

在本实施例中，为了保证屏蔽层16不会对信号收发单元10的信号传输造成干扰，无线无源柔性薄膜温度传感器20的谐振频率需要被设置为位于屏蔽层16和内绝缘层13的频率穿透区间的范围内。

图6所示为另一实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。如图6所示，在本实用新型的另一个实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈圆筒状，直接套设于导体连接管上。

综上所述，在本实用新型中，在进行温度测量时，信号收发单元30 会通过电磁耦合发送一定带宽的扫频信号给微波谐振腔21，扫频信号中与微波谐振腔21频率相同的部分会被引入到微波谐振腔21内部，并逐渐被消耗，其它频率的信号则会被微波谐振腔21返回信号收发单元30，接收微波谐振腔21返回的包含频率信息的信号，以及将该信号传递至控制器40，控制器40检测到反射功率最低点即为微波谐振腔21的谐振频率。由于微波谐振腔21的谐振频率随温度变化，因此，控制器40可以根据信号收发单元30接收到的具有不同频率信息的信号，通过边缘计算得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将微波谐振腔21 制成柔性薄膜状，然后将其绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13及导体连接管12之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

本实用新型还提供了一种电缆中间接头，该电缆中间接头包括上述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，关于该电缆中间接头的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，该电缆中间接头包括连接两个电缆端头的导体连接管，包覆于所述导体连接管外的内绝缘层，包覆于所述内绝缘层外的外绝缘层，设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间的屏蔽层，以及包覆于外绝缘层外的壳体，其特征在于：所述测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器包括谐振频率随温度变化而变化的微波谐振腔，所述无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于所述导体连接管外，并夹设于所述内绝缘层与所述导体连接管之间，所述信号收发单元与所述微波谐振腔电磁耦合，所述信号收发单元向所述微波谐振腔发送扫频信号，以及接受所述微波谐振腔反馈的含有频率信息的信号，所述控制器根据所述信号收发单元接收的含有频率信息的信号得出所述电缆中间接头处的温度。

2.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述信号收发单元包括采集器及阅读器，所述阅读器设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间。

3.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述控制器设置于所述壳体外，连接导线穿过所述壳体并电性连接于所述控制器与所述信号收发单元之间。

4.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述测温装置还包括后台控制中心，所述控制器通过传输线或无线传输模块将所述温度信息传递至所述后台控制中心。

5.如权利要求2所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述阅读器与所述采集器电性相连，所述阅读器用于扫频信号的发送以及含有频率信息的信号的接收，所述采集器用于将所述阅读器收到的含有频率信息的信号传递至所述控制器。

6.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器还包括保护层，所述保护层包覆于所述微波谐振腔外。

7.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器呈片状或圆筒状。

8.如权利要求1所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述微波谐振腔包括第一金属贴片、第二金属贴片及夹设于所述第一金属贴片及第二金属贴片之间的介质层。

9.如权利要求8所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器的谐振频率被设置为位于所述屏蔽层和内绝缘层的频率穿透区间的范围内。

10.一种电缆中间接头，其特征在于：包括权利要求1至9中任意一项所述的基于微波谐振的电缆中间接头测温装置。

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