電纜導體溫度測量裝置及其測量方法
2023-11-30 02:58:06
電纜導體溫度測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發明提供一種電纜導體溫度測量裝置，包括包覆在電纜外表面上的熱阻件，所述熱阻件的內表面設有一與電纜外表面相接觸的內層溫度傳感器，所述熱阻件的外表面設有一外層溫度傳感器，所述內層溫度傳感器和外層溫度傳感器位於電纜的同一徑向直線上。該電纜導體溫度測量裝置中，電纜導體發熱，通過絕緣護套向外側散熱，並趨向於熱平衡狀態，在熱阻件和絕緣護套內根據熱阻的分布形成相應的溫度梯度，再通過內層溫度傳感器和外層溫度傳感器的測量值得到熱阻件的溫度梯度數值，利用電纜熱平衡數學模型計算出電纜導體的溫度，從而提高電纜溫度的測量準確性，保證電纜的安全運行。
【專利說明】電纜導體溫度測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種溫度測量設備，特別是涉及一種電纜導體溫度測量裝置及其測量 方法。
【背景技術】
[0002] 高壓電纜的電力輸送是確保國民經濟生活的命脈，如何在保證電纜安全運行的基 礎上最大限度用好高壓電纜輸送電流電量、以及電流優化輸送方案是電力管理部門目前重 點關注的課題。電纜的實際負荷能力主要通過電纜導體的溫度反映，只要電纜導體溫度不 超過額定的溫度，電纜的負荷就在安全負荷範圍以內。目前，解決電纜載流量監測有效辦法 是在線監測電纜導體溫度。
[0003] 高壓電纜包括電纜導體1、以及包覆電纜導體1的絕緣護套2,如圖1所示，因此電 纜導體1的溫度不能被直接測量。目前一般採用光纖分布式測溫系統監測絕緣護套2的表 面溫度，然後應用數學模型推算電纜導體1的溫度，進而計算電纜線路的實際負載率。但 是，絕緣護套2的表皮到電纜導體1之間的溫度差並不是一個固定的差值，且實際應用中絕 緣護套2的表面溫度受環境溫度影響，其變化較大，且環境溫度是一個隨機變化的溫度場， 所以只通過測量絕緣護套2的表面溫度來推算電纜導體1的溫度會導致測量不準確的情 況；而且，光纖分布式測溫系統的溫度精度在1?2°C左右，即使對環境溫度進行修正，基本 也不能滿足實際測量要求。
【發明內容】
[0004] 鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種測量精度高的電纜導 體溫度測量裝置。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供一種電纜導體溫度測量裝置，包括包覆在電纜外表 面上的熱阻件，所述熱阻件的內表面設有一與電纜外表面相接觸的內層溫度傳感器，所述 熱阻件的外表面設有一外層溫度傳感器，所述內層溫度傳感器和外層溫度傳感器位於電纜 的同一徑向直線上。
[0006] 進一步地，所述外層溫度傳感器的外表面覆蓋有一隔熱件。
[0007] 優選地，所述熱阻件的橫截面為一扇形，且熱阻件包覆電纜的角度α為-- 180。。
[0008] 優選地，所述熱阻件通過導熱矽膠粘接在電纜的外表面。
[0009] 進一步地，所述熱阻件綑紮在電纜外表面。
[0010] 如上所述，本發明涉及的電纜導體溫度測量裝置，具有以下有益效果：
[0011] 該電纜導體溫度測量裝置中，電纜中的電纜導體發熱，通過電纜的絕緣護套向外 側散熱，並趨向於熱平衡狀態，在熱阻件和絕緣護套內根據熱阻的分布形成相應的溫度梯 度，再通過內層溫度傳感器和外層溫度傳感器的測量值得到熱阻件的溫度梯度數值，利用 電纜熱平衡數學模型計算出電纜導體的溫度，從而提高電纜溫度的測量準確性，保證電纜 的安全運行。
[0012] 本發明的另一目的在於提供一種計算準確度高的電纜導體溫度測量裝置的測量 方法。
[0013] 為實現上述目的，本發明提供一種電纜導體溫度測量裝置的測量方法，所述內層 溫度傳感器（4)的測量值為T1，所述外層溫度傳感器的測量值為T2，則電纜導體的溫度計算 公式為：Γ=Γ7 +(Γ7 -$)%+(#-#)%，其中，Ic1為靜態係數，#為電纜外表面的溫 atatClt 度對時間的一階導數，4為熱阻件（3)的外表面溫度對時間的一階導數，k2為動態係數。 at
[0014] 如上所述，本發明涉及的測量方法，具有以下有益效果：
[0015] 該測量方法在計算電纜導體溫度時，利用內層溫度傳感器和外層溫度傳感器的不 同相應速度對電纜導體溫度進行修正，進而提高計算準確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為電纜的結構示意圖。
[0017] 圖2為本發明的結構示意圖。
[0018] 圖3為圖2的A-A向剖視圖。
[0019] 元件標號說明
[0020] 1 電纜導體
[0021] 2 絕緣護套
[0022] 3 熱阻件
[0023] 4 內層溫度傳感器
[0024] 5 外層溫度傳感器
[0025]6 隔熱件
【具體實施方式】
[0026] 以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明 書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0027] 須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭 示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故 不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明 所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範 圍內。同時，本說明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中間"及"一"等的用語，亦僅 為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實 質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0028] 如圖2和圖3所示，本發明提供一種電纜導體溫度測量裝置，包括包覆在電纜外表 面上的熱阻件3,所述熱阻件3的內表面設有一與電纜外表面相接觸的內層溫度傳感器4， 所述熱阻件3的外表面設有一外層溫度傳感器5,所述內層溫度傳感器4和外層溫度傳感 器5位於電纜的同一徑向直線上；所述電纜包括電纜導體1和包覆在電纜導體1外周的絕 緣護套2,所述熱阻件3固定在絕緣護套2的外表面，即內層溫度傳感器4位於絕緣護套2 與熱阻件3之間，本實施例中，所述內層溫度傳感器4和外層溫度傳感器5均嵌在熱阻件3 中。
[0029] 電纜的熱阻為其固定的物理屬性之一，且電纜的熱阻值可以通過標定測量等方式 得到，也可以通過理論計算的方式推算出。在熱平衡狀態下，即散熱等於發熱時，任意兩點 之間的熱阻值之比與該兩點之間的溫差之比相等。所以，本發明涉及的電纜導體溫度測量 裝置中，所述熱阻件3的熱阻值是已知的，通過外層溫度傳感器5和內層溫度傳感器4分別 測量熱阻件3的外表面溫度T2和內表面溫度Tl(Tl也為電纜的表面溫度)，即可得到熱阻 件3內外兩點之間的溫度差，再根據熱阻件3的熱阻值與絕緣護套2外表層到電纜導體1的 熱阻值之間的對應關係計算得出電纜導體1的溫度。也就是說，通過外層溫度傳感器5和 內層溫度傳感器4的測量值得到位於電纜外部的熱阻件3所形成額外的溫度梯度，根據該 額外的溫度梯度與電纜內部的溫度梯度對應的關係計算出電纜內部的溫度梯度曲線（即： 斜率)，即建立電纜導體1、電纜表面(熱阻件3內表面)、熱阻件3外表面的溫度梯度，再通過 建立有限元模型精確推算電纜導體1的溫度。
[0030] 在實際測量中，將該測量裝置安裝在電纜上後，電纜的載荷會發生變化，電纜載荷 的變化會引起電纜導體1發熱量變化；當發熱量變化時，電纜內部通過改變溫度梯度的分 布重新達到熱平衡狀態，一般這個熱平衡過程需要10小時左右。為了能及時測量電纜導體 1的溫度，所以採用動態測量方法，即在熱平衡形成的過程中，熱阻件3的內外兩側在散熱 和發熱出現差異的情況下，由於內層溫度傳感器4和外層溫度傳感器5距電纜導體1的距 離不相同，所以內層溫度傳感器4感應電纜導體1溫度變化的速度快，外層溫度傳感器5感 應電纜導體1溫度變化的速度慢。內層溫度傳感器4和外層溫度傳感器5的響應速度與電 纜導體1溫度的變化速度有對應關係，故利用內層溫度傳感器4和外層溫度傳感器5不同 的響應速度，通過標定或理論推導的方式對熱平衡過程中的電纜導體1溫度進行修正，即 基於靜態的數據推導計算動態的電纜導體1溫度，進一步提高測量精度。
[0031] 本實施例中，電纜導體1的溫度的基本計算公式為：
[0032]
【權利要求】
1. 一種電纜導體溫度測量裝置，其特徵在於：包括包覆在電纜外表面上的熱阻件（3)， 所述熱阻件（3)的內表面設有一與電纜外表面相接觸的內層溫度傳感器（4)，所述熱阻件 (3)的外表面設有一外層溫度傳感器（5)，所述內層溫度傳感器（4)和外層溫度傳感器（5) 位於電纜的同一徑向直線上。
2. 根據權利要求1所述的電纜導體溫度測量裝置，其特徵在於：所述外層溫度傳感器 (5)的外表面覆蓋有一隔熱件（6)。
3. 根據權利要求1所述的電纜導體溫度測量裝置，其特徵在於：所述熱阻件（3)的橫截 面為一扇形，且熱阻件（3)包覆電纜的角度α為〇?180°。
4. 根據權利要求1所述的電纜導體溫度測量裝置，其特徵在於：所述熱阻件（3)通過導 熱矽膠粘接在電纜的外表面。
5. 根據權利要求1所述的電纜導體溫度測量裝置，其特徵在於：所述熱阻件（3)綑紮在 電纜外表面。
6. -種根據權利要求1所述的電纜導體溫度測量裝置的測量方法，其特徵在於：所述 內層溫度傳感器（4)的測量值為T1，所述外層溫度傳感器的測量值為T2，則電纜導體的溫度 計算公式為：T= ^ + (? -忑廣勻+ (^ ，其中，h為靜態係數，為電纜外表面 at at at 的溫度對時間的一階導數，^為熱阻件（3)的外表面溫度對時間的一階導數，k2為動態系 at 數。
【文檔編號】G01K7/02GK104458037SQ201310430168
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】丁薇霞, 塗建坤, 曹春耕 申請人:上海電纜研究所, 上海賽克力光電纜有限責任公司, 上海森首光電科技有限公司