CN110940932B - 基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，适用于电缆护层接地电流检测，包括：感应单元，形变单元和解调仪；感应单元包括导磁体和第一感应线圈，导磁体为中空矩形，第一感应线圈缠绕于导磁体的一条横边上；形变单元包括线弹性体、第二感应线圈、光纤光栅和磁体，线弹性体的中间处设置有光纤光栅，线弹性体的两端分别设置有一个磁体，第二感应线圈缠绕于线弹性体上、且通过导线连接于第一感应线圈，其中，两个磁体的极性方向相同，光纤光栅随着线弹性体的拉伸或压缩产生相应的形变；解调仪通过光纤跳线连接于光纤光栅。通过本申请中的技术方案，提高对电缆护层接地电流检测的准确性，降低检测装置的成本及施工难度。

Description

基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置

技术领域

本申请涉及电流检测装置的技术领域，具体而言，涉及基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置。

背景技术

目前对电缆护层接地电流的检测手段，多以人工巡检和电磁传感器为主，这两种方式都存在固有缺陷，其中，人工方式费时费力，周期性的测量很容易造成大面积的监测盲区出现；而电磁传感器的理论基础是电磁感应，使用铁芯、电感线圈等基本元件，实现被测线路电流变量的检测。电磁传感器虽然经过多年发展，技术较为成熟，但受限于其自身特性，存在必须有源安装、传输距离较短、信号易受干扰及不便于寄生互联等问题。

光纤光栅电流互感器可较为理想的解决上述问题，其利用光信号传输的特点使其不需要再进行独立的有源安装，极大的增加了信号传输距离且不易受到干扰，同时又具有可寄生互联的特点。

而现有技术中，传统的光学电流互感器体积较大，不利于安装在电缆接地交叉互联箱内，而且其结构复杂、检测灵敏度低且费用昂贵。

发明内容

本申请的目的在于：将光纤光栅安装在缠绕有线圈的线弹性体上，利用光纤光栅在线弹性体因电磁感应力作用下产生的形变，对电缆护层接地电流进行检测，提高电缆护层接地电流检测的准确性，且可以根据现场情况二次设计调整整体结构，降低成本及施工难度。

本申请的技术方案是：提供了基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，该电流检测装置适用于电缆护层接地电流检测，该电流检测装置包括：感应单元，形变单元和解调仪；感应单元包括导磁体和第一感应线圈，导磁体为中空矩形，第一感应线圈缠绕于导磁体的一条横边上；形变单元包括线弹性体、第二感应线圈、光纤光栅和磁体，线弹性体的中间处设置有光纤光栅，线弹性体的两端分别设置有一个磁体，第二感应线圈缠绕于线弹性体上、且通过导线连接于第一感应线圈，其中，两个磁体的极性方向相同，光纤光栅随着线弹性体的拉伸或压缩产生相应的形变；解调仪通过光纤跳线连接于光纤光栅。

上述任一项技术方案中，进一步地，第一磁***于线弹性体的左侧，第二磁***于线弹性体的右侧，第一磁体的磁感线经由线弹性体指向第二磁体。

上述任一项技术方案中，进一步地，第一感应线圈以顺时针方向缠绕于导磁体的一条横边上，第二感应线圈以逆时针方向缠绕于线弹性体上。

上述任一项技术方案中，进一步地，光纤光栅利用环氧胶粘接在线弹性体的表面，第二感应线圈缠绕于线弹性体和光纤光栅的上表面。

上述任一项技术方案中，进一步地，导磁体分为上下两部分，下半部导磁体固定于基座，上半部导磁体的横边上缠绕有第一感应线圈，上半部导磁体和下半部导磁体的接口处的两侧胶粘有固定卡扣，固定卡扣闭合后，上半部导磁体和下半部导磁体紧密贴合；电流检测装置还包括：壳体；壳体内固定设置有第一感应线圈和形变单元，壳体内还设置有电磁屏蔽网。

上述任一项技术方案中，进一步地，电流检测装置还包括：母线固定装置；母线固定装置包括依次连接的连接座、方向固定线和母线套环，母线固定装置通过连接座粘接于下半部导磁体，母线套环为分体式结构，母线套环用于连接待测母线；方向固定线为滑膜连接的多节结构，方向固定线用于调整待测母线在导磁体中的位置，使待测母线位于导磁体的中心。

本申请的有益效果是：

将光纤光栅安装在缠绕有线圈的线弹性体上，利用光纤光栅在线弹性体因电磁感应力作用下产生的形变，对电缆护层接地电流进行检测，提高电缆护层接地电流检测的准确性，且可以根据现场情况二次设计调整整体结构，降低成本及施工难度。

本申请中的技术方案，代替了传统的光学电流互感器，解决了其不利于安装在电缆接地交叉互联箱内、结构复杂、检测灵敏度低且费用昂贵的问题。本申请中电流检测装置，体积小巧、结构简单，且可以根据现场情况，二次设计、调整整体结构，调整感应线圈圈数，替换光纤光栅，降低了电缆护层接地电流检测装置的成本及施工难度，且检测装置中的元件均为可更换元件，便于监测装置的后期维修。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置的示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的线弹性体内部磁场方向示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的电流检测装置原理的示意图；

图4是根据本申请的另一个实施例的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置的示意图；

图5是根据本申请的一个实施例的校正***的示意图；

图6是根据本申请的一个实施例的输出信号的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

以下结合图1至图3对本实施例一进行说明。

如图1所示，本实施例提供了一种基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，该电流检测装置适用于电缆护层接地电流检测，该电流检测装置包括：感应单元，形变单元和解调仪；

感应单元包括导磁体12和第一感应线圈13，导磁体12为中空矩形，在利用本实施例中的电流检测装置进行电缆护层接地电流检测时，将待测母线11穿过该电流检测装置的导磁体12。

第一感应线圈13缠绕于导磁体12的一条横边上，其中，第一感应线圈13的缠绕方向为顺时针方向，即从导磁体12的左侧看向其右侧时，

第一感应线圈13顺时针由左向右缠绕于导磁体12上。

形变单元包括线弹性体23、第二感应线圈25、光纤光栅24和磁体，线弹性体23的中间处设置有光纤光栅24，优选的，光纤光栅24利用环氧胶粘接在线弹性体23的表面，使得光纤光栅24能够随着线弹性体23的拉伸或压缩产生相应的形变；

第二感应线圈25缠绕于线弹性体23和光纤光栅24的上表面、且通过导线连接于第一感应线圈13，其中，第二感应线圈25的缠绕方向为逆时针方向，即从线弹性体23的左侧看向其右侧时，第二感应线圈25逆时针由左向右缠绕于线弹性体23和光纤光栅24的上表面。

线弹性体23的两端分别设置有一个磁体，两个磁体的极性方向相同，第一磁体21位于线弹性体23的左侧，其中，第一磁体21的N极连接于线弹性体23；第二磁体22位于线弹性体23的右侧，其中，第二磁体22的S极连接于线弹性体23。因此，第一磁体21中的磁感线，经由线弹性体23指向第二磁体22。

解调仪通过光纤跳线31连接于光纤光栅24，其中，解调仪为现有装置，此处不再赘述。

具体的，待测母线11中流过稳定的交流电流，第一感应线圈13在电磁感应的作用下，产生感应电流，通过导线传递至第二感应线圈25，产生交变磁场，对第一磁体21和第二磁体22产生吸引力或者排斥力，如图2所示，导致线弹性体23发生形变，使得光纤光栅24变化，由解调仪读取光纤光栅24的变化，进而还原待测母线11中的交流电。

如图3所示，在交变电流的作用下，设定第二感应线圈25中的磁场方向与第一磁体21、第二磁体22间的磁场方向如曲线101所示，为正时表示两者方向相同；为负时，表示两者方向相反。因此，线弹性体23收到的压力如曲线102所示，即两磁场方向相同时，在吸引力的作用下，线弹性体23产生压缩形变，两磁场方向相反时，在排斥力的作用下，线弹性体23产生拉伸形变。相应的，线弹性体23上的光纤光栅24产生相同的形变，如曲线103所示。

实施例二：

如图4所示，本实施例提供了另一种基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，为了进一步降低电流检测的成本，将其主要的检测部分设置为分体式结构，以便于在对相同载流量的电缆进行电缆护层接地电流检测时，可以使用同一套电流检测装置，避免检测装置之间的差异，导致检测结果异常。

在上述实施例的基础上，导磁体分为上下两部分，下半部导磁体固定于基座14，以便安装于电缆接地交叉互联箱内。上半部导磁体的横边上缠绕有第一感应线圈13，将上半部导磁体、第一感应线圈13和形变单元作为便携式检测部分，需要进行检测时，将该部分与安装在电缆接地交叉互联箱内的下半部导磁体进行组装，实现对待测母线11中电流的检测。

上半部导磁体和下半部导磁体的接口处设置有有固定卡扣18，为了避免固定卡扣18对导磁体内部磁场的影响，采用胶粘的方式，将固定卡扣18的两端分别胶粘于上半部导磁体和下半部导磁体，进行检测时，利用固定卡扣18将上半部导磁体和下半部导磁体进行组装，固定卡扣18闭合后，上半部导磁体和下半部导磁体紧密贴合，以便于在其内部形成封闭的磁场。

电流检测装置还包括：壳体19；壳体19内固定设置有第一感应线圈13和形变单元，壳体19内还设置有电磁屏蔽网，以便于对安装在壳体19内的检测部分进行屏蔽，避免外部磁场的干扰。

进一步的，电流检测装置还包括：母线固定装置；母线固定装置包括依次连接的连接座15、方向固定线16和母线套环17。母线固定装置通过连接座15粘接于下半部导磁体，为了便于将待测母线11固定于母线固定装置，设置的分体式结构母线套环17，用于连接待测母线11。

考虑到待测母线11存在晃动、以及电流检测装置在电缆接地交叉互联箱内的安装误差，在母线固定装置中设置可以调节位置的方向固定线16，方向固定线16为滑膜连接的多节结构，用于调整待测母线在导磁体中的位置，使待测母线位于导磁体的中心。

为了验证本实施例中电流检测装置的准确性和可靠性，首先搭建校正***，如图5所示。使用工频220V交流电源给校正***供电，利用滑动变阻器，调节母线电流的大小，如图6所示，分别调节母线电流为0.5A和100A时，对校正***中的电流进行测量和滤波，并对输出信号进行频谱分析，结合钳式电流，表读取母线电流值，最大及最小电流的检测标准，为解调仪可获得完整的50Hz正弦信号，通过解调仪的读数，对电流检测装置进行校正。

通过大量的校正和实际检测环境中的测量，本实施例中电流检测装置可以提高电缆护层接地电流检测的准确性，且可以根据现场情况二次设计调整整体结构，降低了电缆护层接地电流检测装置的成本及施工难度，且检测装置中的元件均为可更换元件，便于监测装置的后期维修。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，适用于电缆护层接地电流检测，包括：感应单元，形变单元和解调仪；感应单元包括导磁体和第一感应线圈，导磁体为中空矩形，第一感应线圈缠绕于导磁体的一条横边上；形变单元包括线弹性体、第二感应线圈、光纤光栅和磁体，线弹性体的中间处设置有光纤光栅，线弹性体的两端分别设置有一个磁体，第二感应线圈缠绕于线弹性体上、且通过导线连接于第一感应线圈，其中，两个磁体的极性方向相同，光纤光栅随着线弹性体的拉伸或压缩产生相应的形变；解调仪通过光纤跳线连接于光纤光栅。通过本申请中的技术方案，提高对电缆护层接地电流检测的准确性，降低检测装置的成本及施工难度。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (5)

1.基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，其特征在于，该电流检测装置适用于电缆护层接地电流检测，该电流检测装置包括：感应单元，形变单元和解调仪；

所述感应单元包括导磁体和第一感应线圈，所述导磁体为中空矩形，所述第一感应线圈缠绕于所述导磁体的一条横边上；

所述形变单元包括线弹性体、第二感应线圈、光纤光栅和磁体，所述线弹性体的中间处设置有所述光纤光栅，所述线弹性体的两端分别设置有一个所述磁体，所述第二感应线圈缠绕于所述线弹性体上、且通过导线连接于所述第一感应线圈，其中，两个所述磁体的极性方向相同，所述光纤光栅随着所述线弹性体的拉伸或压缩产生相应的形变，第一磁***于所述线弹性体的左侧，第二磁***于所述线弹性体的右侧，所述第一磁体的磁感线经由所述线弹性体指向所述第二磁体；

所述解调仪通过光纤跳线连接于所述光纤光栅。

2.如权利要求1所述的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，其特征在于，

所述第一感应线圈以顺时针方向缠绕于所述导磁体的一条横边上，所述第二感应线圈以逆时针方向缠绕于所述线弹性体上。

3.如权利要求1至2中任一项所述的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，其特征在于，其特征在于，所述光纤光栅利用环氧胶粘接在所述线弹性体的表面，所述第二感应线圈缠绕于所述线弹性体和所述光纤光栅的上表面。

4.如权利要求1所述的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，其特征在于，所述导磁体分为上下两部分，下半部导磁体固定于基座，上半部导磁体的横边上缠绕有所述第一感应线圈，所述上半部导磁体和所述下半部导磁体的接口处的两侧胶粘有固定卡扣，所述固定卡扣闭合后，所述上半部导磁体和所述下半部导磁体紧密贴合；

所述电流检测装置还包括：壳体；

所述壳体内固定设置有所述第一感应线圈和所述形变单元，所述壳体内还设置有电磁屏蔽网。

5.如权利要求4所述的基于光纤光栅和线弹性体的电缆护层接地电流检测装置，其特征在于，所述电流检测装置还包括：母线固定装置；

所述母线固定装置包括依次连接的连接座、方向固定线和母线套环，

所述母线固定装置通过所述连接座粘接于所述下半部导磁体，

所述母线套环为分体式结构，所述母线套环用于连接待测母线；

所述方向固定线为滑膜连接的多节结构，所述方向固定线用于调整所述待测母线在所述导磁体中的位置，使所述待测母线位于所述导磁体的中心。

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