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      電線電纜接頭測溫辦法:電信號測溫_光信號測溫_無線測溫


       

      福州大學電氣工程與自動化學院的研討人員林晨炯、林珍、吳雅琳,在2019年第5期《電氣技能》雜志上撰文指出,因為電力電纜接頭絕緣資料欠好、觸摸電阻過大或制作工藝不合格等原因,會引起電纜接頭溫度過高,構成電纜接頭處絕緣老化乃至擊穿,因而,以溫度為標準去監測電力電纜接頭的運轉狀況,對有用防備事端發作具有重要意義。

      本文總結了幾種現有的電纜接頭測溫辦法,并對每種測溫辦法的原理及其優缺陷進行總述。終究,展望了電纜接頭溫度監測的開展方向。


       

      跟著城市生活用電和出產用電的需求越來越大,電網開展勢頭日漸迅猛,對配電線路的安穩性也提出了更高的要求。電力電纜作為城市內傳輸電能的首要通道,均勻每年以35%的增量快速開展。電纜毛病往往是由接頭引起,而6~10kV的配電電纜每隔300~500m中就有一個接頭。因而,電纜接頭在雜亂的配電網絡中不行勝數,存在的安全隱患不行小覷。絕緣水平下降往往是電力電纜接頭呈現毛病的主因。

      絕緣水平下降,走漏電流增大,損耗隨之添加,終究導致溫度升高;溫度升高又會加快絕緣老化,走漏電流增大,溫度再升高,終究導致絕緣擊穿。因而,可將電纜接頭溫度作為電纜運轉狀況的一個參量,對電力電纜的運轉狀況進行監測。

      1 電纜接頭測溫辦法

      電纜接頭溫度監測在國內外已有不少的研討成果。以信號收集辦法區分,首要有電信號測溫文光信號測溫兩類;以有無電源來區分,首要有有源無線測溫文無源無線測溫兩類。

      電信號測溫法首要有熱電偶測溫文集成傳感器測溫兩類。光信號測溫法首要包含紅外測溫、光纖光柵測溫文根據拉曼散射的散布式光纖測溫。有源無線的測溫法首要包含數字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。選用無源無線的測溫辦法是一種新式的測溫途徑,首要代表是聲外表波測溫。

      2 電信號測溫

      2.1 熱電偶測溫(略)

      熱電偶是自發電型傳感器,無需外加電源即可丈量溫度。熱電偶傳感器的測溫原理是根據熱電效應。熱電偶測溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同原料的導體(或半導體)焊接起來構成一個閉合回路。當接點1和接點2之間的溫度不一起,便在回路中發作熱電動勢,這種現象便是熱電效應。

      在測溫時,將接點1焊接起來作為丈量端,放置于被測溫度所在地;一起分隔接點2,接入顯現外表或許變送器,稱為參比端,參比端要堅持溫度安穩。

      圖1 熱電偶測溫示意圖
      熱電偶測溫示意圖

      熱電偶具有結構簡略、制作便利、測溫規模寬、準確度較高、安穩性好以及熱慣性小等長處,但一起也存在兩個缺陷:①裝置時,當電纜接頭較多的情況下,布線冗雜,現場難以保護;②參比端的溫度需求堅持安穩。而電纜運轉環境不同,溫度也會不同,此刻參比端的溫度會隨之改動且極難批改。因而,熱電偶常用于鋼鐵工業中鋼水溫度的接連丈量和反響堆測溫,監測電纜接頭溫度時不常選用此辦法。

      2.2 集成傳感器測溫(略)

      集成傳感器由硅半導體制成,也稱其為硅傳感器。它的基本原理是將補償電路、擴大電路和靈敏元件集成封裝在一個殼體中,經過丈量PN結的電流和電壓數值來確認待測物體溫度的巨細。

      集成傳感器測溫具有反響快、性價比高、體積小以及線性好的特色,合適電纜接頭溫度在線監測,缺少之處在于要防備電纜的電磁攪擾對測溫精度的影響。

      3 光信號測溫

      3.1 紅外測溫(略)

      紅外測溫理論是由普朗克黑體散布規律開展而來。紅外測溫法是經過紅外線輻射波長與被測溫度之間的函數聯系來確認物體的溫度。一切溫度高于絕對零度的物體一向向外輻射紅外能量。物體的外表溫度與紅外能量的巨細和紅外波長的散布有著密切聯系。因而,只需測得紅外波長及其能量巨細,就可計算出被測物體的外表溫度。

      紅外測溫體系的構成如圖2所示。紅外測溫儀接納到由大氣傳輸過來的被測設備的紅外線輻射,被測設備輻射的能量會聚于紅外測溫儀探測器上,探測器將輻射信息轉換成電信號,經信號處理之后顯現輸出。

      圖2 紅外測溫體系

      紅外測溫儀運用靈敏,不需求與被測物體直觸摸摸,但需求作業人員手持設備對電纜接頭、刀閘等部位進行測溫,合適人工巡檢測溫,無法完成在線監測。除此之外,還存在價格貴重、體積大,丈量精度受測驗間隔影響大等缺陷。

      3.2 光纖光柵測溫(略)

      光纖光柵測溫法是將測溫文信息傳輸分隔,溫度丈量用光柵探頭,信息傳輸用光纖,光柵探頭和相連的光纖合起來稱為光纖光柵測溫。

      光纖首要由3部分組成:心層、包層和保護層。光柵是在心層折射率遭到周期性調制后構成。測溫時由光源將一束寬帶光射入光纖。這一光束在抵達光柵探頭時,被光柵反射回一個滿意Bragg條件的入射光波長,稱其為Bragg波長。

      光纖光柵作業原理如圖3所示。Bragg波長與光柵條紋周期成線性聯系,而根據熱脹冷縮原理,光柵條紋周期又會跟著溫度改動。故而,經過丈量Bragg波長巨細,就可測得光柵處的溫度。

      光纖光柵工作原理圖

      圖3 光纖光柵作業原理

      光纖光柵傳感器不適用于配電柜內及野外高壓配電裝置等場合,但因其體積小、抗電磁攪擾能力強、安全性高和裝置簡潔等優勢多用于電纜接頭溫度在線監測。在實踐運用中,入射光波長會受溫度和應力的兩層影響,測溫精度會有所影響。此外,還有比如造價貴重、裝置雜亂等下風。

      3.3 散布式光纖測溫(略)

      散布式光纖測溫技能于20世紀70年代末提出,并由專業人員研討出散布式光纖瑞利散射測溫、散布式光纖布里淵散射測溫以及散布式光纖拉曼散射測溫3種測溫技能。

      其間,瑞利散射測溫技能在運用慣例資料的光纖時溫度改動不大,所以實踐運用不多;布里淵散射測溫技能的研討起步較晚,盡管傳感間隔、空間分辨率和丈量精度等功能都最好,但制作貴重而雜亂,還未很多投入商業運用。拉曼散射測溫技能已趨于老練并實用化,各項功能都較好,因而得到遍及運用。

      拉曼散射的散布式光纖測溫技能具有只對溫度靈敏、抗電磁攪擾強、絕緣功能好以及可完成大規模散布式丈量等長處。一起也存在空間分辨率缺少、無法定位詳細測溫點、光纖易折以及易斷導致光損耗等缺陷。散布式光纖具有精準丈量光纖沿線就任一點溫度的明顯長處,除了常將其用于電纜接頭測溫外,還用于高壓開關柜溫度監測中。

      此外,散布式光纖測溫文光纖光柵測溫都在積灰后導致絕緣水平下降,然后存在光纖沿面放電的安全隱患。

      4 無線測溫

      4.1 有源無線測溫

      有源無線測溫法是指將溫度傳感器與無線通信技能結合,溫度傳感器對發熱門進行丈量,將測得的溫度信號經過無線芯片傳輸到終端監測設備,終端監測設備接納溫度信號轉換成溫度信息顯現出來。

      常見的溫度傳感器有數字溫度傳感器、熱電阻、熱敏電阻等。有源無線測溫法可直接監測電纜接頭溫度改動,具有本錢低、無需布線、安穩性好以及完成溫度信號的無線傳輸等長處,但溫度傳感器需求電池或許小CT取能供電才干作業。

      電池供電的缺陷就在于需守時替換電池且電池抗高溫能力差。而小CT取能深受電纜電流影響,若電流過小,則供電不行;若電流過大,則易燒壞小CT乃至傳感頭。可見,小CT供電缺少遍及性。除電纜接頭溫度丈量外,有源無線測溫法還常用于開關柜溫度監測中。

      4.2 無源無線測溫(略)

      無源無線測溫

      無源無線測溫技能選用聲外表波傳感技能(surface acoustic wave, SAW)。聲外表波傳感器原理:當被測目標溫度改動時,元器件諧振頻率隨之發作改動,經過對諧振頻率的丈量得出被測目標的溫度。聲外表波溫度傳感器的核心部件是聲外表波諧振器,其結構如圖4所示,分推遲線型和諧振型兩類。

      圖5 聲外表波諧振器結構

      聲外表諧振器選用法布里一珀羅諧振腔。測溫時,壓電基片沿面發作聲外表波,溫度一旦改動,聲阻抗便無法接連,從而發作聲波反射,如此便在叉指換能器和反射柵的腔體內構成諧振。受溫度影響,諧振的頻率會發作改動。因而,只需測得改動的諧振頻率,就可經過算式算出被測目標的溫度。

      經過合理挑選叉指換能器的尺度、壓電基片資料與切向,可使溫度系數的高階項接近于零,則溫度與諧振頻率呈近似線性聯系。

      聲外表波傳感用具有無源、免保護、體積小、本錢低一級長處,常用于高壓開關柜溫度監測和高壓輸電電纜接頭溫度監測。聲外表波測溫技能仍在開展階段,還存在傳輸間隔短(一般只需0.5m)和安穩性缺少的問題亟待解決。

      定論

      本文首要介紹了電信號傳感體系測溫、光信號傳感體系測溫以及無線測溫這3類國內外常見的電纜接頭測溫辦法,并論述了各種測溫辦法的優缺陷。在實踐工程中,因為設備運轉環境不同,資金投入不同,應歸納點評各類測溫辦法,選取經濟效益最優化的測溫辦法,以到達最好的電纜接頭溫度監測作用。

      在能夠預見的將來,聲外表波測溫具有極大的運用遠景,只需逐漸霸占傳輸間隔短和不行安穩的難題,聲外表波傳感器在電力體系中的運用就會越來越廣泛。


       

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