一种导体测温型电缆中间接头装置及温度数据采集方法与流程

本发明属于电缆中间接头测温领域，具体涉及一种导体测温型电缆中间接头装置及温度数据采集方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，电力的需求也在不断增加。现代社会的生产生活每时每刻都离不开对电的需求，城市供电线路主要是采用电力电缆网络（电网），由金属制成的电缆导体承担电能运输的功能。每一次电网运行故障都会扰乱社会的正常生产和生活，所以电网的安全运行具有相当高的重要性。电网包含电缆，电缆通常包括外层的绝缘层和内部的电缆导体，电流主要通过电缆导体进行传输，但一根电缆，因为总是需要接出分支，或接入分支，故具有大量的中间接头部位。而中间接头部位需要现场人员制作，质量参差不齐，故而往往都是电缆故障的来源地。而因为电缆接头处的温度是连续而缓慢变化的，故当发生过热时，只需要及时检测到温度升高，那么还是有较长的时间来采取措施避免事故发生的。因此对电力电缆接头处的温度进行实时监测，在防止电网发热中，就具有非常重要的价值。

并且，随着电压的升高，供电的范围扩大，单支电缆线路的分支增多，相应地，容易发热的电缆接头，也越多。因此如何对电缆导体，尤其是接头处，在载电运行时的当地温度进行实时检测，对运检部门来说，就显得十分关键和重要。

在电力系统中，无论是低压线路还是高压线路，电缆导体均与外部有绝缘隔离。电压越高，绝缘层和屏蔽层就越厚，而当电压超过3kv时，绝缘层外还会设计半导电层进行电场均化，这就对检测电缆导体的温度带来负面影响。

在现有技术中，电缆中间接头的测温型产品多数是采用间接测温的方法，即在电缆的外表面进行测温，再通过理论计算反推到内部电缆导体的温度。这种技术方案，因为不需要考虑将温度信息号穿透电缆的外表面，故而相对比较方便，但是存在以下两种缺陷：1.准确度低，不同的外部环境和产品结构计算方法都存在差异，但在实际应用中不可能进行一一订制，这就使得计算结果的准确性大打折扣;2.时效性差，从发热开始，到将温度信息传导到外部的接收站，需要相当长的过程。故而这种技术方案的实用效果，不具备实际的工程价值。

另外一种方案是，采用直接测温的方式，在电缆导体的表面不同位置贴附多个温度传感器，温度传感器再将温度信息无线发送至接收站，从而实时直接检测到电缆导体的温度。因为直接测温，检测的准确性得到了大大提高，但是在实际操作中，如何让直接贴附在电缆导体上的传感器，主要是温度传感器，所检测到的温度信息，穿透电缆导体外部的绝缘层及屏蔽层，再发送至接收站，却是十分困难的。同时在现有技术中，因为所述传感器是被完全包覆在电缆中间接头的结构内部，安装完成后无法更换，故对于传感器的稳定性和免维护的要求就非常高。

如何将采集到的电缆导体的温度信息传输到电缆的外部是当前直接实时监测电缆导体的温度技术的难点之一。而实际上，将温度信息在电缆外部，再传送到接收站，这中间的数据传输技术，也是需要解决的难点之一。在目前运营的技术方案中，多采用基于无线公网运营商提供的4g、5g或nb-iot等各类方案，在使用该类技术方案时，传输的数据量小，在无线公网覆盖不到的区域，例如在城市地下输电网络，或偏远的新能源电站网络，现有的电缆中间接头产品自然也无法使用。这就极大地限制了现有的电缆中间接头产品的应用。

另外，目前绝大多数电力电缆是用于交流电的传输，中压电缆国内偏向于采用三芯结构。三芯电缆无法通过自取电方式来支持各类设备的工作，也是造成许多装置无法在中压电缆使用的重要原因。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种导体测温型电缆中间接头装置及温度数据采集方法，旨在解决现有技术中，当电缆中间接头装置使用传感器直接贴合电缆导体检测温度时，所检测到的温度信息很难穿过电缆导体外部的绝缘层及屏蔽层，及发送至接收站进行处理时受限于通信网络覆盖范围的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明首先公开了一种导体测温型电缆中间接头装置，应用于单芯电缆或三芯电缆，其中，所述电缆中间接头装置包括：

接头本体，所述接头本体包括中间接头铠装和防水层，中间接头铜网,橡胶预制件;

导体连接管，所述导体连接管用于连接电缆导体;

至少一个传感器，分散设置于所述导体连接管的外壁面、和/或贴附于所述电缆导体的外表面并位于所述导体连接管一侧或两侧，用于采集所述电缆导体的温度信息；

至少一个安装于所述橡胶预制件一侧或两侧的传输装置，所述传输装置从所述传感器接收所述温度信息，并通过自组网的lora协议通信，将所述温度信息发送至一数据集中收发器，所述数据集中收发器用于接收所述温度信息后发送至一监控中心。

优选地，所述传感器设置于所述导体连接管的外壁面或贴附于所述电缆导体的外表面后，总体高度小于等于所述接头本体的内径。

优选地，所述电缆中间接头装置还包括包裹所述导体连接管，用于均匀电场的导体屏蔽罩；

所述传感器内嵌于所述导体屏蔽罩，与所述导体屏蔽罩组合成一体；

和/或所述传感器贴附于所述电缆导体的外表面并位于所述导体屏蔽罩的一侧或两侧。

进一步优选地，所述传感器内嵌于所述导体屏蔽罩或设置于所述导体屏蔽罩一侧或两侧后，传感器高度不大于屏蔽罩外径。

进一步优选地，其特征在于，所述传感器包括用于采集所述电缆导体的温度信息采集电偶、和用于送出采集的所述温度信息的信息发送单元和传感器自感应取电单元；所述传感器自感应取电单元为所述温度信息采集电偶和所述信息发送单元供电。

更进一步优选地，所述信息传输单元包括无线信息发送装置

优选地，所述传输装置位于所述橡胶预制件外侧，所述中间接头铠装和防水层内部。

进一步优选地，所述传输装置还包括通讯单元和传输装置自感应取电单元，所述传输装置自感应取电单元为通讯单元供电，所述通讯单元包括用于从所述传感器上接收所述温度信息的接收单元和用于无线发送所述温度信息至所述数据集中收发器的发送单元。

更优选地，所述传输装置还包括信号放大单元，用于增加温度信号的强度。

更进一步优选地，所述传输装置通过扩频lora协议通信，将所述温度信息发送至所述数据集中收发器。

优选地，所述传感器设置于所述传输装置的感知范围内。

更优选地，所述传感器与所述传输装置的距离不超过1000mm。

本发明还公开了所述电缆中间接头装置的温度数据采集方法，其中，包括步骤：

a.设置传感器于所述电缆导体的外表面、或所述导体连接管的外壁面、或内嵌于所述导体屏蔽罩；

b.安装所述传输装置于所述橡胶预制件的一侧或两侧，在所述电缆导体的长度方向上，各个所述传感器位于所述传输装置的感知范围内；

c.所述传感器实时采集电缆导体的实时温度信息并发送至所述传输装置；

d.所述传输装置接收所述温度信息；

e.所述传输装置无线发送所述温度信息至所述数据集中收发器；

f.所述数据集中收发器发送所述温度信息至监控中心。

优选地，所述传感器无线发送所述温度信息至所述传输装置。

更优选地，所述数据集中收发器通过无线或有线方式发送所述温度信息至监控中心。

综上所述，本发明的导体测温型电缆中间接头装置，用传感器对电缆导体进行直接测温，改变了现有类似产品信息传输不稳定的弊端。当电缆导体上的温度信息采集完成后，由传感器发送温度信息至传输装置，并通过lora协议自组网通信，再将温度信息发送至数据集中收发器，并不依赖于公网，扩大了应用场景。通过将传感器直接贴合于电缆导体的表面，可实时有效地直接监测电缆连接部位的温度变化情况，真实地反映了检测点的实时温度，并由设置在外部的传输装置读取后发送至监控中心，对电缆的电场分布没有任何影响。检测到的温度信息，结合后台温度监控系统，当设备的运行温度超过预设告警温度值时，系统自动告警，运行部门及时采取适当的措施，即可避免由于温度升高而引起电缆故障，保证电网的安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明的导体测温型电缆中间接头装置连接电缆后的工作状态示意图；

图2为本发明的导体测温型电缆中间接头装置连接电缆后的整体结构示意图；

图3为本发明的导体测温型电缆中间接头装置连接电缆后的结构剖视图；

图4示意性地显示了本发明的导体测温型电缆中间接头装置中两传感器贴附在电缆导体上的结构图；

图5示意性地显示了本发明的导体测温型电缆中间接头装置中两传感器贴附在电缆导体和导体连接管上的结构图；

图6示意性地显示了本发明的导体测温型电缆中间接头装置中三传感器贴附在电缆导体和导体连接管上的结构图；

图7示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传感器镶嵌在导体屏蔽罩中的结构图；

图8示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传感器镶嵌在导体屏蔽罩一侧的整体结构图；

图9示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传感器镶嵌在导体屏蔽罩两侧的结构图；

图10示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传输装置安装于三相单芯电缆其中任一相电缆的整体结构图；

图11示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传输装置安装于三相单芯电缆其中任两相电缆的整体结构图；

图12示意性地显示了发明的导体测温型电缆中间接头装置中传输装置安装于三相单芯电缆其中每一相电缆的整体结构图；

图13为本发明的导体测温型电缆中间接头装置的温度数据采集方法流程图；

其中：

10-电缆，11-电缆外护套，12-电缆铜屏蔽，13-电缆外半导电屏蔽层，14-电缆主绝缘，15-电缆导体；

20-接头本体，21-中间接头铠装和防水层，22-中间接头铜网，23橡胶预制件，231-橡胶预制件外半导电层，232-橡胶预制件绝缘层，233-橡胶预制件内电极；

30-导体连接管；

40-导体屏蔽罩；

51-传输装置，52-传感器，53-lora无线传输；

61-数据集中收发器，62-网线或光纤，63-监控中心，64-主机；

70-电缆沟。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明公开了一种导体测温型电缆中间接头装置，应用于连接单芯电缆或三芯电缆，连接电缆后的总体结构如图2所示，电缆10由外到内至少包括电缆外护套11，电缆铜屏蔽12，电缆外半导电屏蔽13，电缆主绝缘14，电缆导体15；

电缆中间接头装置包括接头本体20，导体连接管30，至少一个传感器52以及与传感器52对应的传输装置51。

接头本体20，接头本体20包括中间接头铠装和防水层21，中间接头铜网22以及橡胶预制件23，其中橡胶预制件23包括橡胶预制件外半导电层231，橡胶预制件绝缘层232，橡胶预制件内电极233。

连接电缆导体15的导体连接管30，导体连接管30为管状中空结构，由电的良导体金属制成，要连接的两根电缆导体15分别从两端插入导体连接管30中，进行压接，从而建立良好的电路。

导体连接管30外还可以套用于均匀电场的导体屏蔽罩40，导体屏蔽罩40也为管状中空结构，由电的良导体金属制成。

为了实时测量电缆导体15的温度，本发明使用了贴片状的传感器52，包括但不限于用于采集电缆导体15的温度信息采集电偶、和用于送出采集的温度信息的信息发送单元。为了给温度信息采集电偶和信息发送单元供电，本发明的导体测温型电缆中间接头装置还包括至少一传感器自感应取电单元。具体地，传感器自感应取电单元由环形硅钢片和线圈组成，电缆导体15通过上述结构时可以感应出供温度信息采集电偶和信息发送单元工作的电源。

其中，将至少一个传感器52直接贴于电缆导体15的外部，为最佳选择，而考虑到导体连接管30和导体屏蔽罩40为电的良导体金属构成，故通常也是热的良导体，因此传感器52也可以贴附于导体连接管30上或内嵌于导体屏蔽罩40。尤其是在电缆导体15和导体连接管30外表面上都贴附上传感器52，或者同时贴附于电缆导体15外表面和内嵌于导体屏蔽罩40，构成一网状的监控结构。在以上各种设置传感器52的方式中，传感器与导体接管及导体屏蔽罩的总体高度应该小于等于接头本体20的空腔内径，即接头本体20的橡胶预制件内电极233的内径，并且传感器52高度不大于屏蔽罩40的外径

在本发明中，传感器52的放置方式有多种，传感器52可以贴于电缆导体15的外部、或导体连接管30的外壁、或内嵌于导体屏蔽罩40。而且可以选用多片传感器52，分开贴于不同的部位，包括分开贴于同一对象的不同部位，或不同对象上，尤其是构成一个网状的结构。这样对电缆10的温度监测更加全面，从而更加可靠。如图4所示，可以贴附于电缆导体15的表面并位于导体连接管30的两侧。如图5，6所示，传感器52还可以位于电缆导体15的表面和导体连接管30的表面。如图7所示，传感器52还可以位于导体连接管30的外，并内嵌于导体屏蔽罩40，与导体屏蔽罩40成一体。如图8、9所示传感器52还可以位于导体屏蔽罩40的一侧或两侧。

如图1的工作状态示意图所示，在橡胶预制件23的外侧，设置有一个或多个传输装置51，传输装置51接收传感器52采集的温度信息，尤其是通过无线方式感知并接收温度信息。

具体地，传输装置51包括通讯单元和传输装置自感应取电单元，传输装置自感应取电单元为通讯单元供电；通讯单元包括用于从传感器52上接收温度信息的接收单元，例如通过无线方式接收温度信息的无线信息接收装置，或其他方式接收温度信息的相应装置，和用于无线发送温度信息至数据集中收发器61的发送单元。传输装置自感应取电单元包括互感器，互感器的初级线圈套于电缆铜屏蔽12上，用于自感应产生次级电流，为传输装置51供电。在一个更佳的实施例中，传输装置51还包括一温度信息放大单元，温度信息放大单元电连接于接收单元和发送单元之间，将温度信号增强后送至发送单元送出，以保证温度信息的准确性。

然后，通过自组网的lora协议通信，传输装置51将温度信息发送至一数据集中收发器61。数据集中收发器61可以通过无线或有线方式，优选为dtu或有线方式，例如使用网线或光纤62，将温度信息发送至监控中心63内的主机64中,再进行数据处理。

传输装置51位于橡胶预制件23外侧，中间接头铠装和防水层21内部，其放置方式也有多种。如图10-12所示，当链接电缆为三芯电缆时，传输装置51可以安装于三芯电缆的任一相电缆或任两相电缆，或三相电缆各装一个。

显然，当使用无线方式传递温度信息时，传感器52需要设置于传输装置51，主要是接收单元的感知范围内，一般情况下，在目前技术中，传感器52与传输装置51的距离应不超过1000mm，这样可以保证传输装置51可以灵敏地感知各个传感器52所读取的温度信息。各个传感器52检测到电缆导体15的温度后，传送至邻近的传输装置51，然后传输装置51再通过无线方式分别发送或逐级发送至数据集中收发器61。

在本发明中，各个传输装置51与数据集中收发器61之间的通讯方式，采用自组网的lora无线传输53的方式完成。这样摈弃了传统基于无线公网的技术，可以完全独立于公网，因此也不受公网覆盖区域的限制，从而适应性更高，可以使用于郊野、地下等公网覆盖不到的地方。而对于需要传输更远距离的情况，采用扩频lora来保证信息的稳定传输。这样将温度信息传输的方式，突破了现有的类似产品应用瓶颈，脱离现有的无线公网，适用绝大多数的应用场景，保密性强，且使用过程中不需要额外支付费用，不会因为外部网络环境或欠费等情况导致无法工作，可靠性更高。

本发明的电缆中间接头装置，可以用于连接单芯电缆，具体如图3所示，电缆导体15的端部，去除主绝缘层14后，插入导体连接管30的两端，而传感器52则优选为贴附于电缆导体15的表面。如图2所示，接头本体20还包括中间接头铠装和防水层21，中间接头铠装和防水层21延申至电缆10最外层的电缆外护套11上。传感器52设置于导体接管30的外侧，并置于橡胶预制件内电极233内部，传输装置51位于橡胶预制件23外侧，中间接头铠装和防水层21内部，以保证对温度信息的无线传输。

也可以连接三芯电缆，连接三芯电缆时，具体连接方式可如图10-12所示，其中，传感器52优选为贴附于各条电缆芯上，包括电缆导体15上，和/或导体连接管30上。而传输装置51可以设置于某一相电缆或每相电缆上，位于三芯电缆的电缆沟70内，保证与各个传感器52之间，都位于感应距离内即可。

因此，本发明的电缆中间接头装置的温度数据采集方法，概括如图13的流程图所示，包括步骤：

a.设置传感器52于电缆导体15的外表面、或导体连接管30的外壁面、或内嵌于导体屏蔽罩40；

b.安装传输装置51于橡胶预制件23的外侧，在电缆导体15的长度方向上，各个传感器52位于传输装置51的感知范围内；

c.传感器52实时采集电缆导体15的实时温度信息并发送至所述传输装置51；

d.传输装置51接收温度信息；

e.传输装置51无线发送温度信息至数据集中收发器61；

f.数据集中收发器61发送温度信息至监控中心63的主机64上。

在一个更佳的实施例中，步骤d中，传感器52无线发送温度信息至传输装置51。

在一个更佳的实施例中，步骤f中，数据集中收发器61通过无线或有线方式发送温度信息至监控中心63。尤其是，有线方式包括通过网线或光纤62发送。

综上所述，本发明的导体测温型电缆中间接头装置，对被包覆在电缆内部的电缆导体15进行直接测温，改变现有类似产品信息传输不稳定的弊端。当电缆导体15上的温度信息采集完成后，传输装置51通过lora协议自组网通信，将温度信息发送至数据集中收发器61，不再依赖于公网，扩大了应用场景。通过将传感器52直接贴合于电缆导体15的表面，实时有效地直接监测电缆10连接部位的温度变化情况，真实地反映了检测点的实时温度，并由设置在外部的传输装置51读取后发送至监控中心63，对电缆10的电场分布没有任何影响。检测到的温度信息，结合后台温度监控系统，当设备的运行温度超过预设告警温度值时，系统自动告警，运行部门及时采取适当的措施，即可避免由于温度升高而引起电缆10故障，保证电网的安全可靠运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求所指出。