[实用新型]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

说明书

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：     

                   (1)

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

                    （4）