Способ измерения импеданса электрического кабеля, компоновка соединителя и их применение
Изобретение относится к способу мониторинга состояния кабеля для электрического кабеля. Способ содержит индуцирование испытательного тока в электрическом кабеле, измерение результирующего тока в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля, измерение результирующего напряжения в точке измерения электрического кабеля посредством измерения электрического ближнего поля кабеля, вычисление импеданса электрического кабеля на основе результирующего тока и результирующего напряжения посредством системы анализа сопротивления линии и анализ импеданса посредством системы анализа резонанса линии, устанавливающей состояние электрического кабеля. Компоновка соединителя, обеспечивающая негальваническое соединение с кабелем, также описывается. Технический результат – ускорение измерений. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение касается способа и компоновки соединителя для негальванического мониторинга электрического кабеля, а также применений изобретения. Измерения могут быть выполнены на отсоединенных, а также находящихся под напряжением кабелях.
Уровень техники
Электрические кабели, как силовые, так и сигнальные кабели, используются при формировании, распределении и передаче мощности, в качестве кабелей в обрабатывающей промышленности, в аэрокосмической отрасли и береговых, шельфовых и подводных установках.
Изоляция кабеля для электрических кабелей будет ухудшаться со временем. Степень ухудшения изоляции кабеля увеличивается вследствие суровых климатических условий, таких как высокая температура, влажность и радиация. Материал изоляции кабеля может также ухудшаться локально вследствие механически воздействий или местных ненормальных окружающих условий. Такое глобальное и локальное ухудшение изоляции кабеля, а также обрыв силовой линии происходит во всех видах электрических кабелей, как для силового, так и сигнального использования.
Множество методов обнаружения неисправности кабеля существуют для обнаружения и мониторинга ухудшения изоляции и обрыва линии в электрических кабелях. Примерами являются анализ частичного разряда (PD), который должен быть использован в режиме онлайн с полным напряжением на линии, рефлектометрия во временной области (TDR), TDR распределенного спектра (SSTDR), сопротивление проводника (CR) и сопротивление изоляции (IR). Некоторые способы основываются на теории линии передачи и пытаются локализовать локальные неисправности кабеля (глобальная оценка ухудшения является невозможной) посредством измерения напряжения кабеля как функции времени и оценки временной задержки от падающей волны до отраженной волны с момента ошибки.
Примеры способов на основе теории линии передачи встречаются в патентах США 4,307,267 и 4,630,228 и в публикациях США 2004/0039976 и 2005/0057259.
Другой пример, основанный на теории линии передачи, встречается в US 7,966,137 B2 и WO 2014/065674 A1 и основывается на анализе резонанса линии (LIRA), обеспечивающем мониторинг состояния и диагностику в реальном времени электрических кабелей.
Для того, чтобы осуществлять мониторинг состояния электрического кабеля, эти системы соединяются со свободным концом электрического кабеля для того, чтобы отправлять сигналы в кабель и измерять отраженный сигнал. Способ LIRA измеряет напряжение V(d) электрического кабеля и соответствующий ток I(d), протекающий в электрическом кабеле. Импеданс Zd линии (который является комплексной переменной) для измеренного отрезка d кабеля от конца кабеля равен:
Этот импеданс является сильно зависящим от частоты, и на основе наблюдаемых резонансных частот анализируется состояние кабеля.
До сих пор, мониторинг выполнялся только по отсоединенным кабелям посредством прямого гальванического соединения с кабелем через конец кабеля. Отсоединение кабеля является нежелательным, так как это подразумевает дополнительную работу с отсоединением и соединением и может включать в себя отключение всех силовых систем. Эти процедуры являются дорогостоящими и занимают время. В критических прикладных задачах, таких как атомные электростанции и линии распределения электроэнергии, отключение системы может также подразумевать нежелательные риски. Это также имеет результат, что состояние таких критических электрических кабелей не подвергается мониторингу так часто, как желательно. Многие системы, следовательно, извлекут пользу из возможности непрерывного мониторинга дефектов кабеля и потенциальной неисправности критического кабеля.
Сущность изобретения
Изобретение предоставляет способ и компоновку соединителя для негальванического мониторинга электрического кабеля.
Изобретение предоставляет способ для мониторинга состояния кабеля для электрического кабеля, причем способ содержит: индуцирование испытательного тока в электрическом кабеле; измерение результирующего тока в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля; измерение результирующего напряжения в точке измерения электрического кабеля посредством измерения электрического ближнего поля кабеля. Импеданс электрического кабеля может быть вычислен на основе результирующего тока и результирующего напряжения посредством системы анализа резонанса линии. Импеданс может быть проанализирован посредством системы анализа резонанса линии, устанавливающего состояние электрического кабеля.
Электрическое ближнее поле может быть измерено посредством емкостного датчика. Магнитное ближнее поле может быть измерено посредством индуктивного датчика. Индуктивный датчик может быть экранирован от электрического ближнего поля электрического кабеля. Экранирование увеличивает чувствительность измерения. Альтернативно, магнитное ближнее поле может быть измерено с помощью твердотельного датчика. Датчик для измерения магнитного ближнего поля может быть дистанционно размещенным датчиком.
Способ может дополнительно содержать синхронное обнаружение выходного сигнала от индуктивного датчика и выходного сигнала от емкостного датчика. Выходной сигнал от индуктивного датчика и выходной сигнал от емкостного датчика могут быть отфильтрованы для частоты силовой линии электрического кабеля перед выполнением усиления и синхронного обнаружения. Способ может дополнительно содержать усиление выходного сигнала от индуктивного датчика и выходного сигнала от емкостного датчика перед выполнением синхронного обнаружения.
Способ может дополнительно включать в себя использование индуктивного соединителя или емкостного соединителя для индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле.
Индуктивный датчик и емкостной датчик могут быть прижаты к электрическому кабелю.
Состояние электрического кабеля может быть установлено на основе измеренного результирующего тока и измеренного результирующего напряжения. Полный импеданс электрического кабеля может быть вычислен на основе измеренного результирующего тока и измеренного результирующего напряжения.
Электрический кабель может быть питаемым (под напряжением) или непитаемым электрическим кабелем.
Изобретение дополнительно предоставляет компоновку соединителя для мониторинга состояния электрического кабеля, компоновка соединителя содержит: первый датчик для измерения тока в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля; второй датчик для измерения напряжения в точке измерения электрического кабеля посредством измерения электрического ближнего поля электрического кабеля.
Компоновка соединителя приспосабливается для присоединения системы мониторинга состояния электрического кабеля к электрическому кабелю, который должен быть подвергнут мониторингу, где система мониторинга состояния электрического кабеля является системой анализа резонанса линии на основе измерений импеданса электрического кабеля.
Первый датчик может быть индуктивным датчиком. Индуктивный датчик может содержать трансформатор. Первый датчик может быть электрически экранирован от электрического ближнего поля электрического кабеля. Индуктивный датчик может содержать статический экран, электрически экранирующий индуктивный датчик от электрического магнитного поля электрического кабеля. Второй датчик может быть емкостным датчиком. Емкостной датчик может включать в себя электрод изолированного конденсатора. Электрод конденсатора может быть предназначен, чтобы избегать локальных частичных разрядов. Электрод изолированного конденсатора может быть приспособлен для контакта с изоляцией электрического кабеля, по меньшей мере, в части окружности электрического кабеля. Первый датчик может быть размещен на расстоянии от электрического кабеля.
Соединитель может дополнительно содержать сигнальный соединитель для индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле. Сигнальный соединитель может быть индуктивным соединителем или емкостным соединителем.
Компоновка соединителя может дополнительно быть приспособлена для прижатия к электрическому кабелю. Внутренняя сторона компоновки соединителя может быть приспособлена для контакта с изоляцией кабеля или полупроводящим слоем на изоляции кабеля.
Компоновка соединителя может быть использована для присоединения устройства мониторинга состояния кабеля к электрическому кабелю. Устройство мониторинга кабеля может быть устройством анализа неисправности кабеля. Устройство мониторинга кабеля может быть системой анализа резонанса линии на основе измерений импеданса электрического кабеля.
Вышеупомянутый способ или вышеупомянутая компоновка соединителя могут быть использованы для измерения шума от электрического кабеля.
Изобретение дополнительно предоставляет способ измерения импеданса электрического кабеля, способ содержит обнаружение ближнего поля электрического кабеля с помощью негальванического соединения с электрическим кабелем. Импеданс электрического кабеля вычисляется на основе обнаруженных ближних полей электрического кабеля.
Изобретение предоставляет способ и компоновку соединителя для мониторинга состояния электрического кабеля. Ошибки и ухудшение электрического кабеля могут наблюдаться посредством измерения электромагнитного ближнего поля, вызванного испытательным током, индуцированным в кабеле. Изобретение также предоставляет способ для измерения импеданса электрического кабеля посредством обнаружения электромагнитного ближнего поля электрического кабеля с помощью негальванического соединения с кабелем. Способ и компоновка соединителя предоставляют возможность негальванического измерения полного импеданса линии в свободно выбранной точке на электрическом кабеле.
Способы, указанные выше, основываются на обнаружении электромагнитного ближнего поля электрического кабеля с помощью магнитного ближнего поля, чтобы измерять ток, и электрического ближнего поля, чтобы измерять напряжение в линии. Способ является по своей природе негальваническим, так как электрические и магнитные поля распространяются свободно сквозь изоляцию кабеля. Измерения могут быть выполнены на отсоединенных (незапитанных) кабелях, также как на находящихся под напряжением кабелях. Компоновка соединителя может быть использована для присоединения систем мониторинга кабеля к находящимся под напряжением электрическим кабелям для анализа состояния кабеля без необходимости в каком-либо прямом гальваническом соединении с электрическим кабелем. Компоновка соединителя может быть предназначена для установки на электрическом кабеле под полным питанием линии. Для высоковольтных силовых систем это может типично быть несколько кВ и сотен Ампер. Изобретение предоставляет возможность мониторинга состояния электрического кабеля без отключения системы электроснабжения и предоставляет возможность экономичного анализа неисправности электрического кабеля под полным рабочим напряжением и током. Изобретение также открыто для широкого использования способа и системы LIRA (анализа резонанса линии).
Изобретение также открыто для измерений частичного разряда (PD) на находящемся под напряжением электрическом кабеле в качестве способа и компоновки соединителя, предоставляющей возможность полного спектрального анализа шума тока и напряжения на кабеле в условиях полной мощности.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления изобретения будут теперь описаны со ссылкой на следующие чертежи, где:
Фиг. 1 иллюстрирует компоновку соединителя для мониторинга электрического кабеля;
Фиг. 2 - это схематичный вид поперечного сечения варианта осуществления индуктивного соединителя;
Фиг. 3 - это схематичный вид поперечного сечения варианта осуществления емкостного соединителя;
Фиг. 4a - это примерный вариант осуществления компоновки соединителя, прижатого вокруг электрического кабеля;
Фиг. 4b - это вид в продольном разрезе компоновки соединителя из фиг. 4a;
Фиг. 5 - это упрощенная электронная блок-схема электронных компонентов генератора сигнала и датчиков тока и напряжения компоновки соединителя; и
Фиг. 6a-6d иллюстрируют примерные варианты осуществления компоновок соединителя, присоединенных к коммерчески доступному разъему высоковольтного кабеля; где
Фиг. 6a показывает схематичный вид поперечного сечения разъема высоковольтного кабеля,
Фиг. 6b показывает схематичный вид поперечного сечения разъема высоковольтного кабеля из фиг. 6a, снабженного вариантом осуществления компоновки соединителя с узлом датчика и емкостным инжектором,
Фиг. 6c показывает узел датчика компоновки соединителя на фиг. 6b и 6d, и
Фиг. 6d показывает схематичный вид поперечного сечения разъема высоковольтного кабеля из фиг. 6a, снабженного вариантом осуществления компоновки соединителя с узлом датчика и индуктивным инжектором.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение сейчас будет описано со ссылкой на чертежи.
Фиг. 1 иллюстрирует соединительную компоновку 20 для мониторинга электрического кабеля, присоединенную к электрическому кабелю 1 (силовой линии или сигнальному кабелю). Силовая линия 1 в испытании на фиг. 1 имеет изолирующий слой (не показан). Изоляция может включать в себя полупроводящий внешний слой 36 (фиг. 2). Возможная внешняя оболочка и экран 12 кабеля для кабеля 1 удаляются, чтобы раскрывать изоляцию 11 кабеля в области измерения соединительной компоновки 20. Область измерения является свободно выбранной точкой на кабеле. Экран 12 кабеля соединяется с общим заземлением с электронной системой (22, 27, 25) мониторинга. Электрический кабель 1 может быть питаемым (под напряжением) или непитаемым электрическим кабелем. Соединительная компоновка на фиг. 1 содержит сигнальный соединитель 21, датчик 23 тока и датчик 24 напряжения кабеля. Сигнальный соединитель 21 может быть индуктивным соединителем или емкостным соединителем для индуцирования испытательного сигнала в электрическом кабеле. Испытательный сигнал движется по электрическому кабелю под воздействием состояния кабеля. Состояние кабеля наблюдается посредством измерения тока и напряжения в кабеле, получающегося в результате индуцированного испытательного сигнала, в точке измерения на кабеле. Ток и напряжение формируют электромагнитное ближнее поле вокруг электрического кабеля. Напряжение измеряется посредством обнаружения электрического ближнего поля, а ток измеряется посредством обнаружения магнитного ближнего поля электрического кабеля. Измерение электромагнитного ближнего поля вокруг кабеля предоставляет возможность негальванического соединения с электрическим кабелем.
Сигнальный соединитель 21 может быть размещен отдельно от датчика 23 тока и датчика 24 напряжения, и испытательный сигнал может быть индуцирован в другом месте на кабеле. Сигнальный соединитель 21 может, таким образом, быть отдельным компонентом, а не частью компоновки 20 соединителя. Датчик 23 тока может быть индуктивным датчиком, измеряющим результирующий ток в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля кабеля. Магнитное ближнее поле электрического кабеля может также быть измерено посредством твердотельного датчика. Твердотельный датчик может типично быть элементом на эффекте Холла. Датчик для измерения магнитного ближнего поля может быть размещен на расстоянии от электрического кабеля. Возможное расстояние измерения зависит от силы магнитного ближнего поля. Датчик 24 напряжения может быть емкостным датчиком, измеряющим напряжение между центральным проводником и экраном в точке измерения. Экран 12 кабеля для электрического кабеля 1 соединяется с общим заземлением 14. Электронное оборудование соединяется с общим заземлением 14.
Импеданс электрического кабеля в конкретной точке измерения может быть измерен посредством индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле и измерения результирующего тока и результирующего напряжения в точке измерения, как объяснено выше. Точка измерения в этом контексте имеет некоторую протяженность по длине кабеля в зависимости от габаритов кабеля и напряжения передачи в кабеле. Датчики 23, 24 для измерения результирующего тока и результирующего напряжения, соответственно, должны располагаться ближе друг к другу, и их позиции вместе определяют точку измерения на кабеле. Размер точки измерения может изменяться от нескольких метров для очень длинного высоковольтного кабеля и до нескольких мм для применения короткого низковольтного сигнального кабеля.
Сигналы от датчика 23 тока и датчика 24 напряжения подаются в электронную систему обнаружения. Электронная система обнаружения включает в себя синхронный детектор 25. Синхронный детектор 25 разделяет сигналы на синфазные и сдвинутые по фазе на 90° части для каждого из сигналов датчика тока и датчика напряжения. Синхронный детектор принимает свою опорную частоту и фазу для измерений от источника 22 сигнала, возбуждающего сигнальный соединитель 21. Выходные сигналы от синхронного детектора передаются компьютеру 26 для дополнительных анализов. Компьютер может вычислять полный импеданс кабеля на основе измеренных сигналов тока и напряжения. Полный импеданс кабеля может быть использован для анализа состояния электрического кабеля 1.
Множество систем мониторинга кабеля может быть подключено к находящемуся под напряжением силовому кабелю с помощью соединительной компоновки, иллюстрированной на фиг. 1. Примером является система анализа резонанса линии (LIRA), которая описана подробно в US 7,966,137 B2 и WO 2014/065674 A1. Как иллюстрировано на фиг. 1, сигналы от источника сигнала (генератора), датчика тока и датчика напряжения кабеля подаются к синхронному детектору и оцифровываются перед подачей к компьютеру для дополнительного анализа. Компьютер может быть LIRA-системой, которая описывается подробно в US 7,966,137 B2 и WO 2014/065674 A1, причем эти публикации, таким образом, содержатся по ссылке. Способ и компоновка соединителя могут также быть использованы вместе с системами мониторинга, анализирующими состояние кабеля на основе измерений частичного разряда (PD).
Вариант осуществления индуктивного соединителя 30, содержащий трансформатор, иллюстрируется на фиг. 2. Индуктивный соединитель основывается на тороидальном трансформаторе, снабженном материалом 31 сердечника. Материал 31 сердечника может быть ферромагнитным материалом сердечника или воздухом. Тороидальный трансформатор делится надвое, и эти две части могут быть двумя половинами. Воздушный зазор 34, заполненный немагнитным изолирующим материалом, предусматривается между двумя частями. Катушка 33, по меньшей мере, частично наматывается вокруг одной из двух тороидальных половин. На фиг. 2 катушка имеет три витка, но может быть снабжена дополнительными витками или меньшим количеством витков. Материал сердечника и число витков могут изменяться в зависимости от конструкции и использования соединителя. Защитная изоляция 32 предусматривается как на внешней стороне, так и на внутренней стороне ферромагнитного сердечника 31. Защитная изоляция 32 также покрывает катушку 33. Индуктивный соединитель может быть использован для индуцирования испытательного сигнала в электрическом кабеле. Проводник 10 электрического кабеля на фиг. 2 снабжается изоляцией 11 кабеля, дополнительно снабженной полупроводящим слоем 36.
Индуктивный соединитель на фиг. 2 может также быть использован как датчик для измерения магнитного ближнего поля вокруг электрического кабеля и, таким образом, как датчик для измерения тока в электрическом кабеле. Однако, когда используется в качестве датчика для измерения тока, катушка 33 может быть электрически экранирована 35 от электрического ближнего поля электрического кабеля 10. Экранирование на фиг. 2 обеспечивается посредством статического экрана 35. Статический экран 35 предусматривается внутри защитной изоляции 32 на внутренней стороне ферромагнитного сердечника 31. Статический экран 35 покрывает площадь сектора, большую по сравнению с площадью сектора, покрытой катушкой 33. Посредством экранирования индуктивного датчика от электрического ближнего поля электрического кабеля чувствительность индуктивного датчика, которая измеряет магнитное ближнее поле кабеля, увеличивается.
Фиг. 3 иллюстрирует вариант осуществления датчика напряжения в форме емкостного соединителя 40 для измерения напряжения линии из электрического ближнего поля рядом с изоляцией 11 электрического кабеля. В варианте осуществления на фиг. 3 емкостной соединитель содержит электрод 43 изолированного конденсатора 42. Емкостной соединитель приспосабливается для контакта с электрическим кабелем, по меньшей мере, в части окружности силовой линии. Емкостной конденсатор содержит изолированную полуцилиндрическую металлическую пластину 43. В варианте осуществления на фиг. 3 эта полуцилиндрическая металлическая пластина прижимается к изоляции 11 электрического кабеля и формирует емкостное обнаружение по направлению к проводнику 10. На фиг. 3 электрод конденсатора снабжается закругленными концами. Эта конструкция, избегающая острых краев, уменьшает вероятность локальных концентраций поля, которые могут приводить в результате к локальным частичным разрядам. Электрод конденсатора может также быть снабжен полупроводящими частями, чтобы избегать таких локальных концентраций поля. Устранение локальных концентраций поля является особенно важным в высоковольтных применениях и для кабелей, снабженных полупроводящими слоями на нижней стороне экрана кабеля. Соединитель 40 конденсатора снабжается изолирующей частью 41 и размещается в изолированном корпусе, также включающем в себя коробку 57 электронного оборудования. Гибкий проводник 44 соединяет полуцилиндрическую металлическую пластину с входным фильтром электронной системы обнаружения в коробке 57 электронного оборудования.
Вариант осуществления компоновки соединителя иллюстрируется на фиг. 4a-b. Как иллюстрировано на фиг. 4a, компоновка 50 соединителя прижимается вокруг электрического кабеля 1 на внешней стороне изоляции 11 кабеля. Электрический кабель 1 имеет изоляцию 11 кабеля, снабженную экраном 12 кабеля и внешней оболочкой 13, и экран кабеля и внешняя оболочка удаляются перед прижатием компоновки соединителя вокруг электрического кабеля. Удаленная часть экрана кабеля показана в отогнутой позиции на фиг. 4b в иллюстративных целях. Вид в разрезе, показывающий только основные компоненты индуктивного датчика 52, емкостного датчика 54 и индуктивного инжектора 51 компоновки 50 соединителя из фиг. 4a, показан на фиг. 4b. Как может быть видно из фиг. 4b, индуктивный соединитель 51 (индуктивный инжектор) размещается на расстоянии от индуктивного измерительного преобразователя (датчика) 52 для измерения тока, протекающего в кабеле, и емкостного измерительного преобразователя (датчика) 54 для измерения напряжения линии из магнитного поля рядом с изоляцией электрического кабеля. Индуктивный соединитель 51 для введения испытательных сигналов в кабель, может, как объяснено выше, вводить испытательные сигналы в кабель в позиции, отличной от точки измерения на кабеле, и может быть отдельным компонентом от компоновки соединителя.
Индуктивное измерительное устройство в компоновке соединителя на фиг. 4a-b, основывается на принципе индуктивного соединителя, как описано выше для фиг. 2, а емкостное измерительное устройство основывается на принципе емкостного соединителя из фиг. 3. Индуктивное измерительное устройство на фиг. 4b электрически экранируется от кабеля с помощью заземленного статического экрана 53. Индуктивный датчик измеряет магнитное ближнее поле кабеля, и использование заземленного статического экрана 53 уменьшает сигнал ошибки, связанный с электромагнитным ближним полем. Электронная система обнаружения для фильтрования сигнала и/или преобразования сигнала предусматривается внутри коробки 57 электронного оборудования. Индуктивный датчик 52 и емкостной датчик 54 размещаются внутри корпуса датчика. Индуктивный инжектор 51 размещается внутри корпуса инжектора. Компоновка соединителя на фиг. 4b изолируется и приспосабливается к высоковольтным системам и индуктивному инжектору сигнала, индуктивный датчик и емкостной датчик, все могут работать с полной мощностью на кабеле.
Компоновка 50 соединителя на фиг. 4b прижимается вокруг изоляции электрического кабеля в тесном контакте с изоляцией кабеля. Так как компоновка соединителя накрепко прижимается вокруг изоляции кабеля, устойчивая геометрия как для индуктивного датчика, так и для емкостного датчика, принимая во внимание геометрию кабеля, таким образом, достигается. Устойчивая геометрия улучшает устойчивость измерения и повышенную чувствительность измерения. Защитная изоляция (58) предусматривается на внутренней стороне компоновки соединителя. Толщина изоляции может быть отрегулирована в зависимости от размера кабеля и величины электрического и магнитного ближнего поля, которая должна быть измерена, чтобы гарантировать, что датчики находятся достаточно близко к электрическому кабелю для того, чтобы добиваться адекватной силы сигнала от ближнего поля. Устойчивая геометрия может также быть достигнута в применениях, когда датчики тока и напряжения размещаются на расстоянии от кабеля.
Вариант осуществления блок-схемы электронной системы обнаружения компоновки соединителя показан на фиг. 5. Генератор 62 колебаний с усилителем 63 мощности возбуждает сигнальный соединитель 21, индуцирующий испытательные сигналы в электрический кабель. Частота генератора колебаний и, таким образом, частота испытательного сигнала, могут изменяться в большом диапазоне. Частота испытательного сигнала или диапазон частот приспосабливаются для цели мониторинга и свойств кабеля, таких как длина. Частота генератора колебаний может управляться посредством внешнего компьютера, анализатора или контроллера и вводиться в генератор 62 колебаний посредством команды 72 частоты сигнала. Сигнал от датчика тока фильтруется 64 для частоты силовой линии, усиливается 27 и подается синхронному детектору 25. Соответственно, сигнал от датчика напряжения также фильтруется 64 и усиливается 27, прежде чем результирующий сигнал синхронно обнаруживается. Частота силовой линии обычно равна 50 или 60 Гц. Опорная частота 65 для обнаружения сигналов от датчика тока и датчика напряжения приходит от генератора 62 колебаний как синфазный (I) и сдвинутый по фазе на 90° (Q) сигнал в форме синусоидальных или прямоугольных сигналов с 90° сдвигом. Сигналы 66, 67 от датчиков 23, 24 и синфазные (I) и сдвинутые по фазе на 90° (Q) опорные сигналы 65 мультиплицируются в соответствующих мультипликаторах (X) 68. Результаты (X) мультипликации сигналов 66, 67 от датчиков и синфазных (I) и сдвинутых по фазе на 90° (Q) опорных сигналов интегрируются в соответствующих интеграторах (Int) 70 с помощью времени T интегрирования, равного суммарному числу периодов сигнала для испытательного сигнала. Синхронное обнаружение, объясненное выше, может быть выполнено посредством аналоговых компонентов или цифровым образом в сигнальном процессоре. Наконец, синфазные и сдвинутые по фазе на 90° сигналы измерения, выведенные 71 из интеграторов 70, передаются 73 компьютеру 26 для дополнительного анализа. Компьютер может также быть, например, анализатором, системой мониторинга кабеля (например, LIRA-системой или анализатором сигнала частичного разряда (PD)).
Если система мониторинга является LIRA-системой, синфазные и сдвинутые по фазе на 90° сигналы, выводимые от синхронного детектора 25, отправляются компьютеру 26 для вычисления линейного импеданса и анализа ошибок, как обсуждается в US 7,966,137 B2 и WO 2014/065674 A1.
Способ мониторинга состояния кабеля для электрического кабеля может также быть реализован посредством компоновок соединителя, присоединенных к коммерчески доступному разъему высоковольтного кабеля. Фиг. 6a-6d иллюстрируют примерные варианты осуществления компоновок соединителя, присоединенных к коммерчески доступному разъему высоковольтного кабеля.
Фиг. 6a показывают схематичный вид поперечного сечения разъема 80 высоковольтного кабеля, соединенного с электрическим кабелем 1. Разъем высоковольтного кабеля имеет соединительную структуру 91 со штепсельной частью, приспособленной размещаться на окончании электрического кабеля. Разъем высоковольтного кабеля имеет соединительную область 81 и болт 82, удерживающий штепсельную часть соединительной структуры на месте на окончании электрического кабеля. Область на разъеме 80 высоковольтного кабеля, подходящая для соединения инжекционного конденсатора компоновки соединителя, уплотняется с помощью уплотнителя 87 и фиксирующей крышки 86. Соединительная структура 91 снабжается обжимным контактом 88, применяемым к концу проводника электрического кабеля. Изоляция 11 электрического кабеля начинается непосредственно после обжимного соединителя 88. Дополнительная изоляционная оплетка 89 предусматривается на внешней стороне изоляции 11 электрического кабеля. Разъем 80 высоковольтного кабеля имеет корпус 92 соединителя на внешней стороне соединительной структуры 91 и дополнительно протягивается по всей внешней стороне дополнительной изолирующей оплетки 89. Корпус 92 соединителя имеет внутренний полупроводящий слой 83, за которым следует изолирующий слой 84 и внешний полупроводящий слой 85. Внутренний полупроводящий слой 83 частично покрывает дополнительную изоляционную оплетку 89, когда размещается на окончании электрического кабеля. Соответственно, изолирующий слой 84 также раскрывается частям дополнительной изоляционной оплетки 89, как показано на фиг. 6a.
Внешний полупроводящий слой 85 соединяется с заземлением 69 системы с помощью кабеля 90. Экран 93 кабеля сгибается обратно и соединяется с заземлением 69 системы. Разъем 80 высоковольтного кабеля накрепко присоединяется к окончанию электрического кабеля, чтобы гарантировать хороший электрический контакт между болтом 82 и проводником электрического кабеля и плотную посадку между корпусом 92 разъема, дополнительной изолирующей оплеткой 89 кабеля и внутренним экраном 12 кабеля.
Вариант осуществления компоновки соединителя с узлом датчика и емкостным инжектором 101, присоединенными к разъему 80 высоковольтного кабеля, показан на фиг. 6b. Фиксирующая крышка 86 и уплотнитель 87 удаляются, и инжекционный конденсатор вставляется в тесном контакте с болтом 82. Инжекционный конденсатор содержит высоковольтный конденсатор и может включать в себя защитные устройства и схемы формирования частоты. Узел 100 датчика плотно подгоняется вокруг или частично вокруг корпуса 92 разъема. Фиг. 6c иллюстрирует в виде в поперечном разрезе узел 100 датчика. Узел 100 датчика содержит пластину 102 емкостного датчика и воспринимающую катушку 105, оба подключены к электронному оборудованию 103. Воспринимающая катушка 105 в варианте осуществления на фиг. 6c является катушкой Роговского, но могут также быть использованы другие воспринимающие катушки. Электронное оборудование 103 может быть таким, как описано выше и показано на фиг. 5. Пластина 102 емкостного датчика является цилиндрической, покрывающей, по меньшей мере, часть периметра корпуса 92 разъема над дополнительной изоляционной оплеткой 89. Пластина 102 емкостного датчика находится в электрическом контакте с внешним полупроводящим слоем 85. Изоляционные кольца 106 вверху и внизу узла 100 датчика изолируют заземленный корпус 104 узла датчика от внешнего полупроводящего слоя 85.
Вариант осуществления компоновки соединителя с узлом 100 датчика и индуктивным инжектором, присоединенными к разъему 80 высоковольтного кабеля, показан на фиг. 6d. Узел 100 датчика является таким, как описано выше для фиг. 6b и фиг. 6c. Инжектор для ввода опорного сигнала в электрический кабель является в варианте осуществления на фиг. 6d инжекционной катушкой 108. Инжектор, по меньшей мере, частично размещается вокруг корпуса 92 разъема. Инжектор на фиг. 6d размещается частично поверх области, снабженной обжимным контактом 88, но другие позиции также являются возможными, пока испытательный сигнал может быть введен в электрический кабель.
Компоновка соединителя может снабжаться энергией внешне через кабели или альтернативно с помощью встроенного аккумулятора. Встроенный аккумулятор может заряжаться от магнитного поля кабеля с помощью сигнального соединителя 21 в периодах, когда система не выполняет измерения. Связь с компьютером может быть выполнена с помощью электрических кабелей, волоконно-оптических кабелей или в качестве цифровой беспроводной радиосвязи. Использование волоконно-оптических кабелей или цифровой беспроводной радиосвязи будет увеличивать безопасность и уменьшать шум линии электропитания в компьютере и сигнальном электронном оборудовании.
Имея описанные предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в области техники будет очевидно, что другие варианты осуществления, объединяющие идеи, могут быть использованы. Эти и другие примеры изобретения, иллюстрированные выше, предназначаются только в качестве примера, и фактические рамки изобретения должны быть определены из последующей формулы изобретения.
1. Способ мониторинга состояния кабеля для электрического кабеля, причем способ содержит этапы, на которых:
- индуцируют испытательный ток в электрическом кабеле;
- измеряют результирующий ток в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля, вызванного испытательным током; и
- измеряют результирующее напряжение в точке измерения электрического кабеля посредством измерения электрического ближнего поля кабеля, вызванного испытательным током;
- вычисляют импеданс электрического кабеля на основе результирующего тока и результирующего напряжения посредством системы анализа резонанса линии и
- анализируют импеданс посредством системы анализа резонанса линии, устанавливающей состояние электрического кабеля.
2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором измеряют электрическое ближнее поле посредством емкостного датчика.
3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этап, на котором измеряют магнитное ближнее поле посредством индуктивного датчика.
4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий этап, на котором экранируют индуктивный датчик от электрического ближнего поля электрического кабеля.
5. Способ по одному из пп. 2-4, дополнительно содержащий этап, на котором синхронно обнаруживают выходной сигнал от индуктивного датчика и выходной сигнал от емкостного датчика.
6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий этап, на котором фильтруют выходной сигнал от индуктивного датчика и выходной сигнал от емкостного датчика для частоты силовой линии электрического кабеля перед выполнением усиления и синхронного обнаружения.
7. Способ по п. 5 или 6, дополнительно содержащий этап, на котором усиливают выходной сигнал от индуктивного датчика и выходной сигнал от емкостного датчика перед выполнением синхронного обнаружения.
8. Способ по одному из пп. 1-7, дополнительно содержащий этап, на котором используют индуктивный соединитель для индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле.
9. Способ по одному из пп. 1-7, дополнительно содержащий этап, на котором используют емкостный соединитель для индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле.
10. Способ по одному из пп. 2-7, дополнительно содержащий этап, на котором прижимают индуктивный датчик и емкостный датчик к электрическому кабелю.
11. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этап, на котором измеряют магнитное ближнее поле посредством твердотельного датчика.
12. Способ по одному из пп. 1-11, дополнительно содержащий этап, на котором измеряют магнитное ближнее поле с помощью удаленно расположенного датчика.
13. Способ по одному из пп. 1-12, дополнительно содержащий этап, на котором вычисляют полный импеданс электрического кабеля на основе измеренного результирующего тока и измеренного результирующего напряжения.
14. Способ по одному из пп. 1-13, при этом электрический кабель является питаемым (под напряжением) или непитаемым электрическим кабелем.
15. Компоновка (20, 50) соединителя для мониторинга состояния электрического кабеля, причем компоновка соединителя выполнена с возможностью соединять систему мониторинга состояния электрического кабеля с электрическим кабелем (1), который должен быть подвергнут мониторингу, причем система мониторинга состояния электрического кабеля является системой анализа резонанса линии, основанной на измерениях импеданса электрического кабеля (1),
причем компоновка соединителя содержит:
- первый датчик (23, 52) для измерения тока в точке измерения электрического кабеля (1) посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля, вызванного испытательным током, индуцированным в электрическом кабеле;
- второй датчик (24, 54) для измерения напряжения в точке измерения электрического кабеля (1) посредством измерения электрического ближнего поля электрического кабеля, вызванного испытательным током, индуцированным в электрическом кабеле.
16. Компоновка соединителя по п. 15, при этом первый датчик (23, 52) является индуктивным датчиком.
17. Компоновка соединителя по п. 16, где индуктивный датчик содержит трансформатор (31, 33).
18. Компоновка соединителя по одному из пп. 15-17, при этом первый датчик электрически экранируется от электрического ближнего поля электрического кабеля.
19. Компоновка соединителя по п. 16 или 17, при этом индуктивный датчик (23, 52) содержит статический экран (53), электрически экранирующий индуктивный датчик от электрического ближнего поля электрического кабеля.
20. Компоновка соединителя по одному из пп. 15-19, при этом второй датчик (24, 54) является емкостным датчиком.
21. Компоновка соединителя по п. 20, при этом емкостный датчик содержит электрод (41) изолированного конденсатора (42), сконструированный с возможностью избегать локальных частичных разрядов.
22. Компоновка соединителя по п. 21, при этом электрод (41) изолированного конденсатора (42) приспособлен для контакта с изоляцией (11) электрического кабеля, по меньшей мере, в части окружности электрического кабеля.
23. Компоновка соединителя по одному из пп. 15-22, при этом первый датчик (23, 52) размещен на расстоянии от электрического кабеля.
24. Компоновка соединителя по одному из пп. 15-23, дополнительно содержащая сигнальный соединитель (21, 51) для индуцирования испытательного тока в электрическом кабеле.
25. Компоновка соединителя по п. 24, при этом сигнальный соединитель является индуктивным соединителем.
26. Компоновка соединителя по п. 24, при этом сигнальный соединитель является емкостным соединителем.
27. Компоновка соединителя по одному из пп. 15-26, где компоновка соединителя приспособлена для прижатия к электрическому кабелю.
28. Компоновка соединителя по п. 27, где внутренняя сторона компоновки соединителя приспособлена для контакта с изоляцией кабеля или полупроводящим слоем на изоляции кабеля.
29. Применение способа по одному из пп. 1-14 или компоновки соединителя по одному из пп. 15-28 для измерения шума от электрического кабеля.
30. Способ измерения импеданса электрического кабеля, причем способ содержит этап, на котором обнаруживают ближнее поле электрического кабеля с помощью негальванического соединения с электрическим кабелем, причем способ дополнительно содержит этапы, на которых:
- индуцируют испытательный ток в электрическом кабеле;
- измеряют результирующий ток в точке измерения электрического кабеля посредством измерения магнитного ближнего поля электрического кабеля, вызванного испытательным током;
- измеряют результирующее напряжение в точке измерения электрического кабеля посредством измерения электрического ближнего поля кабеля, вызванного испытательным током; и
- вычисляют импеданс электрического кабеля на основе обнаруженных ближних полей от электрического кабеля.
