一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種一體式的定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其包含一個(gè)磁環(huán)、兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)、一個(gè)絕緣外套和一個(gè)緩沖墊，磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)、絕緣外套、緩沖墊主體呈環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)，分別由兩個(gè)對(duì)稱的半圓型結(jié)構(gòu)緊密連接組成，磁環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)順次緊密嵌入在絕緣外套中，緩沖墊用于填充在磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜之間。本發(fā)明通過(guò)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜形成的圓筒型電容，實(shí)現(xiàn)反射法電纜故障定位裝置中高頻信號(hào)的非接觸耦合傳輸，避免了故障定位裝置與待測(cè)電纜之間的電氣連接。磁環(huán)增強(qiáng)了該段待測(cè)電纜的電感，能夠控制信號(hào)的傳輸方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電纜的定向檢測(cè)。本發(fā)明裝置能夠應(yīng)用于復(fù)雜線纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障定位，具有安裝便捷、安全性高等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電纜故障檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)反射法電纜故障檢測(cè)定位的一體式定向非接觸檢測(cè)定位傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電纜故障檢測(cè)定位領(lǐng)域，反射法效果顯著，其應(yīng)用最為廣泛。反射法向待測(cè)電纜中注入信號(hào)，信號(hào)在故障點(diǎn)處發(fā)生反射，通過(guò)采集反射信號(hào)、識(shí)別反射信號(hào)的相位特性實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的檢測(cè)與定位。
[0003]SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry)即擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法，其原理框圖如附圖1所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)Sw閉合時(shí)，入射信號(hào)被送入待測(cè)電纜中，入射信號(hào)在電纜故障點(diǎn)處會(huì)由于阻抗不匹配而發(fā)生反射，同時(shí)接收反射信號(hào)，將入射信號(hào)與反射信號(hào)按下式進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。
[0004]r(t) - j丨ι s(t) * x(t- rylt
[0005]式中s(t)為入射信號(hào)，x(t-T)為反射信號(hào)，r(t)為相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，T為檢測(cè)信號(hào)周期。從相關(guān)運(yùn)算結(jié)果(檢測(cè)曲線)中可以提取電纜故障的類型和距離(故障信息)。
[0006]SSTDR相對(duì)于其他反射法的一大優(yōu)勢(shì)在于，檢測(cè)信號(hào)不影響電纜的正常工作，因而可以對(duì)正常工作的電纜實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)(在線指的是電纜正常工作)。在線監(jiān)測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障，這對(duì)排除電纜的潛在隱患具有極為重要的意義。
[0007]然而，無(wú)論是SSTDR或是其他反射法，都需要將檢測(cè)裝置與待測(cè)電纜的導(dǎo)體直接相連，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的注入。這需要斷開(kāi)電纜原有連接、改變電纜系統(tǒng)的接口端子，隨著次數(shù)的增多，對(duì)電纜可能造成一定損壞，在檢測(cè)高壓電力電纜時(shí)也會(huì)帶來(lái)一些不安全因素。采用容性耦合傳感方式的非接觸式反射法，避免了檢測(cè)裝置與待測(cè)電纜之間的電氣連接，無(wú)需對(duì)待測(cè)電纜進(jìn)行改動(dòng)變化，使用簡(jiǎn)便，能夠極大地提高反射法在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和便捷性。
[0008]在存在分支的電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，分支點(diǎn)處的多重反射會(huì)影響對(duì)故障信息的提取。實(shí)際的電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分支眾多、線路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)入射信號(hào)向待測(cè)電纜中的定向耦合，控制其傳輸方向，能夠抑制多支路反射和多重反射，是實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境下有效定位故障的關(guān)鍵，也是反射法由單支路推廣到電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0009]在電力線載波領(lǐng)域中，電力線載波通信系統(tǒng)中的耦合裝置能夠?qū)崿F(xiàn)載波信號(hào)向電力線中定向注入，耦合裝置包括線路阻波器GZ、耦合電容器C、結(jié)合濾波器幾(又稱結(jié)合設(shè)備)和高頻電纜HFC，與電力線路一起組成電力線高頻通道。如附圖2所示。
[0010]電力載波機(jī)是電力線載波通信系統(tǒng)的主要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，即在發(fā)端將音頻搬移到高頻段電力線載波通信頻率，完成頻率搬移，載波機(jī)性能好壞直接影響電力線載波通信系統(tǒng)的質(zhì)量。
[0011]耦合電容C和結(jié)合濾波器幾組成一個(gè)帶通濾波器，其作用是通過(guò)高頻載波信號(hào)，并阻止電力線上的工頻高壓和工頻電流進(jìn)入載波設(shè)備，確保人身、設(shè)備安全。
[0012]線路阻波器GZ串接在電力線路和母線之間，是對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備的“加工”，故又稱“加工設(shè)備”，加工設(shè)備的作用是通過(guò)電力電流、阻止高頻載波信號(hào)漏到變壓器和電力線分支線路等電力設(shè)備，以減小變電站和分支線路對(duì)高頻信號(hào)的介入損耗及同一母線不同電力線路上高頻通道。
[0013]結(jié)合設(shè)備連接載波機(jī)與輸電線，它包括高頻電纜，作用是提供高頻信號(hào)通路。輸電線既傳輸電能又傳輸高頻信號(hào)。
[0014]然而，由于耦合電容與電力線存在電氣連接，安裝電力載波機(jī)時(shí)，需要對(duì)電力線進(jìn)行改動(dòng)操作，破壞原有的電力線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且線路阻波器是串聯(lián)在電力線上的電感設(shè)備，在接入時(shí)，同樣需要對(duì)電力線進(jìn)行改動(dòng)變換，這也會(huì)破壞原有的電力線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種在不對(duì)電力線路進(jìn)行改動(dòng)的前提下，能夠?qū)㈦娎|故障檢測(cè)反射法中的入射信號(hào)定向非接觸耦合至待測(cè)電纜中的一體式傳感裝置。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0017]一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于包含一個(gè)磁環(huán)、兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)、一個(gè)絕緣外套和一個(gè)緩沖墊,所述磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)、絕緣外套、緩沖墊主體呈環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)，分別由兩個(gè)對(duì)稱的半圓型結(jié)構(gòu)緊密連接組成，磁環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)順次緊密嵌入絕緣外套中，緩沖墊用于填充在磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜之間，檢測(cè)定位時(shí)，磁環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)在絕緣外套和緩沖墊的夾緊作用下無(wú)縫套設(shè)在待測(cè)電纜上，兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)分別帶有引出電極實(shí)現(xiàn)與反射法電纜故障定位裝置電連接，兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜形成兩個(gè)圓筒型電容器，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)的非接觸耦合傳輸及對(duì)反射信號(hào)的非接觸采集，磁環(huán)增加所套電纜段的電感，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)的高阻抗，控制其耦合傳輸方向。
[0018]本發(fā)明中的導(dǎo)體環(huán)實(shí)現(xiàn)將高頻入射信號(hào)非接觸耦合至待測(cè)電纜中。導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜導(dǎo)體層沒(méi)有電氣連接，導(dǎo)體環(huán)、待測(cè)電纜導(dǎo)體層、待測(cè)電纜絕緣層三者形成一個(gè)一定容值的圓筒型電容器，實(shí)現(xiàn)高頻入射信號(hào)的非接觸耦合傳輸。導(dǎo)體環(huán)設(shè)有引出電極，與反射法電纜故障定位裝置的信號(hào)端口相連接?？拷怒h(huán)的導(dǎo)體環(huán)的引出電極連接反射法電纜故障定位裝置的信號(hào)發(fā)射端，實(shí)現(xiàn)高頻入射信號(hào)向待測(cè)電纜中非接觸耦合傳輸；另一個(gè)導(dǎo)體環(huán)的引出電極連接反射法故障定位裝置的信號(hào)采集端，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射信號(hào)的非接觸采集。
[0019]本發(fā)明中的磁環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)耦合傳輸?shù)姆较蚩刂?。在待測(cè)電纜中外套磁環(huán)，增加了電纜外介質(zhì)的導(dǎo)磁率，增大了該段電纜的電感，對(duì)高頻入射信號(hào)形成高阻抗，阻止入射信號(hào)向套有磁環(huán)的方向傳輸，能夠控制其耦合傳輸方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電纜的定向檢測(cè)。
[0020]磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜之間填充有彈性絕緣材料做的緩沖墊，其作用是避免導(dǎo)體環(huán)與電纜之間留有空隙，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜的緊密無(wú)縫安裝，以免空隙造成非接觸電容容值的減小。磁環(huán)與兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)緊密嵌入在絕緣外套中，絕緣外套實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳感裝置固定，形成一體式的耦合傳感裝置。
[0021]導(dǎo)體環(huán)的內(nèi)徑、厚度及長(zhǎng)度等參數(shù)設(shè)計(jì)，需使形成的非接觸電容達(dá)到一定容值，對(duì)入射信號(hào)和反射信號(hào)的阻抗盡可能小，衰減程度低。磁環(huán)的內(nèi)徑、厚度及長(zhǎng)度等參數(shù)設(shè)計(jì)，需使外套磁環(huán)的電纜段的電感達(dá)到一定感值，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射信號(hào)的高阻抗，所選磁環(huán)的磁性材料需滿足材料的飽和磁密關(guān)系式。
[0022]緩沖墊的厚度應(yīng)在確保磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜無(wú)縫固定的情況下盡可能小，以減小對(duì)非接觸電容容值的影響。磁環(huán)與導(dǎo)體環(huán)的間距應(yīng)在不使兩者發(fā)生接觸的情況下盡可能小，以減小整個(gè)傳感裝置的尺寸。兩導(dǎo)體環(huán)的尺寸是一致的，其間距不能過(guò)小，避免兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)之間形成較大的寄生電容，對(duì)信號(hào)的傳輸造成影響。
[0023]本發(fā)明中所有部件主體基本呈環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)，環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)加工成兩個(gè)半圓型結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、快捷地安裝應(yīng)用。
[0024]本發(fā)明的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜形成兩個(gè)圓筒型電容，分別實(shí)現(xiàn)高頻入射信號(hào)的非接觸耦合傳輸和反射信號(hào)的非接觸采集，避免了故障定位裝置與待測(cè)電纜之間直接的電氣連接。磁環(huán)增強(qiáng)了所套電纜段的電感，對(duì)入射信號(hào)形成高阻抗，控制了入射信號(hào)的耦合傳輸方向，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待測(cè)電纜的定向檢測(cè)。本發(fā)明所有部件主體基本呈環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)，環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)加工成兩個(gè)半圓型結(jié)構(gòu)，只需將兩個(gè)半圓型結(jié)構(gòu)進(jìn)行緊固，通過(guò)絕緣外套和緩沖墊的夾緊作用將一體化傳感裝置固定在待測(cè)電纜上即可，無(wú)需對(duì)待測(cè)電纜進(jìn)行改動(dòng)操作，不會(huì)破壞電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有安裝便捷、安全性高等特點(diǎn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)定向檢測(cè)，使反射法適用于復(fù)雜電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境下的應(yīng)用，可真正實(shí)現(xiàn)電纜故障的在線檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法的原理框圖；
[0026]圖2是電力線載波通信系統(tǒng)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的側(cè)面解剖圖；
[0029]圖5是本發(fā)明的磁環(huán)端橫截面圖以及導(dǎo)體環(huán)端橫截面圖；
[0030]圖6是本發(fā)明的等效原理圖；
[0031]圖7是兩個(gè)一定參數(shù)的導(dǎo)體環(huán)間寄生電容隨導(dǎo)體環(huán)間距的變化曲線；
[0032]圖8是兩個(gè)半圓型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體環(huán)三維圖；
[0033]圖9是定向非接觸傳感方法應(yīng)用至SSTDR的仿真檢測(cè)曲線；
[0034]圖10是定向非接觸傳感方法應(yīng)用至SSTDR的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]圖3中所示的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其包含有磁環(huán)6、兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)4、5，檢測(cè)定位時(shí)，三者均套在待測(cè)電纜上。磁環(huán)6和導(dǎo)體環(huán)4、5與待測(cè)電纜絕緣層2之間設(shè)有彈性絕緣材料做成的緩沖墊7，磁環(huán)與導(dǎo)體環(huán)順次緊密嵌入絕緣外套3中，形成一體化的耦合傳感裝置10。靠近磁環(huán)6的導(dǎo)體環(huán)5帶有引出電極9，與反射法電纜故障定位裝置12的信號(hào)發(fā)射端連接，另一個(gè)導(dǎo)體環(huán)4帶有引出電極8，與反射法電纜故障定位裝置12的信號(hào)采集端連接。[0037]圖4所示為本發(fā)明的側(cè)面解剖圖，待測(cè)電纜包含導(dǎo)體層I和絕緣層2，待測(cè)電纜外套一個(gè)磁環(huán)6和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)4、5，中間填充緩沖墊7，兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)4、5尺寸一致，分別帶有引出電極8、9，絕緣外套3通過(guò)其內(nèi)表面具有的與磁環(huán)6和導(dǎo)體環(huán)4、5外徑尺寸匹配的凹槽實(shí)現(xiàn)磁環(huán)和導(dǎo)體環(huán)的緊密嵌入，構(gòu)成一體化的耦合傳感裝置。圖5中，A-A為本發(fā)明的磁環(huán)的橫截面圖，由外至內(nèi)分別為:絕緣外套3，磁環(huán)6，緩沖墊7，待測(cè)電纜絕緣層2，待測(cè)電纜導(dǎo)體層I。B-B為導(dǎo)體環(huán)的橫截面圖，由外至內(nèi)分別為:絕緣外套3，導(dǎo)體環(huán)5，緩沖墊7，待測(cè)電纜絕緣層2，待測(cè)電纜導(dǎo)體層I。
[0038]圖6所示為本發(fā)明的等效原理圖。兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜導(dǎo)體層、以及待測(cè)電纜絕緣層形成一個(gè)一定容值的圓筒型電容器，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)和反射信號(hào)的傳輸。導(dǎo)體環(huán)5與待測(cè)電纜形成非接觸電容Cl，實(shí)現(xiàn)入射信號(hào)向待測(cè)電纜中耦合，導(dǎo)體環(huán)4與待測(cè)電纜形成非接觸電容C2，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射信號(hào)的采集。在待測(cè)電纜中外套磁環(huán)，增加了電纜外介質(zhì)的導(dǎo)磁率，使得該段電纜形成具有一定感值的電感LI，對(duì)高頻入射信號(hào)形成高阻抗，阻止入射信號(hào)向電纜支路2方向傳輸，控制入射信號(hào)的傳輸方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜支路I的定向檢測(cè)。反射法故障定位裝置通過(guò)非接觸電容Cl將入射信號(hào)耦合至待測(cè)電纜中，入射信號(hào)在電纜故障點(diǎn)處發(fā)生反射，通過(guò)非接觸電容C2采集反射信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出故障信息。
[0039]待測(cè)電纜外套磁環(huán)后的電感需對(duì)反射法電纜故障定位裝置的入射信號(hào)形成足夠阻斷其傳輸?shù)母咦杩?，待測(cè)電纜外套磁環(huán)后的電感與磁環(huán)尺寸之間有如下關(guān)系式。
【權(quán)利要求】
1.一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于包含一個(gè)磁環(huán)、兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)、一個(gè)絕緣外套和一個(gè)緩沖墊，所述磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)、絕緣外套、緩沖墊主體呈環(huán)狀圓筒型結(jié)構(gòu)，分別由兩個(gè)對(duì)稱的半圓型結(jié)構(gòu)緊密連接組成，磁環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)順次緊密嵌入絕緣外套中，緩沖墊用于填充在磁環(huán)、導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜之間，檢測(cè)定位時(shí)，磁環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)在絕緣外套和緩沖墊的夾緊作用下無(wú)縫套設(shè)在待測(cè)電纜上，兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)分別帶有引出電極實(shí)現(xiàn)與反射法電纜故障定位裝置電連接，兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)與待測(cè)電纜形成兩個(gè)圓筒型電容器，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)的非接觸耦合傳輸及對(duì)反射信號(hào)的非接觸采集，磁環(huán)增加所套電纜段的電感，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻入射信號(hào)的高阻抗，控制其耦合傳輸方向。
2.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于靠近磁環(huán)的導(dǎo)體環(huán)的引出電極連接反射法電纜故障定位裝置的信號(hào)發(fā)射端，另一個(gè)導(dǎo)體環(huán)的弓I出電極連接反射法故障定位裝置的信號(hào)采集端。
3.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)的尺寸一致。
4.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于磁環(huán)的磁性材料滿足材料的飽和磁密關(guān)系式。
5.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于組成導(dǎo)體環(huán)的半圓型結(jié)構(gòu)上設(shè)有固定孔。
6.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于組成絕緣外套的半圓型結(jié)構(gòu)上設(shè)有固定孔。
7.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于絕緣外套通過(guò)其內(nèi)表面具有的與磁環(huán)和導(dǎo)體環(huán)外徑尺寸匹配的凹槽實(shí)現(xiàn)磁環(huán)和導(dǎo)體環(huán)的嵌入。
8.如權(quán)利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測(cè)定位傳感裝置，其特征在于緩沖墊采用彈性絕緣材料。
【文檔編號(hào)】G01R31/11GK103592577SQ201310610704
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】王莉, 查文琦, 洪博, 孫晶 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)