專利名稱：用于測量電氣設(shè)備的損耗因子的儀器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備的損耗因子的儀器和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于測量電纜(electric cable)尤其是電力電纜 (electrical cable)中的損耗因子的儀器和方法。
背景技術(shù)：
損耗因子——也稱為損耗角或tan δ —是實(shí)際電容器的電性能相對于理想系統(tǒng)的電性能的偏差的度量。實(shí)際上，流過對其施加了交流電壓(可以由矢量在平面中表示)的理想電容器的電流相對于電壓正交，即是說，它對應(yīng)于偏移電壓矢量90度的矢量。另一方面，在包括非理想介電材料(且因而其電導(dǎo)率不為0)的實(shí)際電容器中，電壓和電流以小于90度的角偏移，且在90度和真實(shí)偏移角之間的差是由δ指示的角。損耗因子(或tan δ )是角δ的正切。關(guān)于用于測量tan δ的技術(shù)(尤其是在電纜上)，存在兩種已知的解決方案。第一種解決方案涉及檢測表示流過電纜絕緣體的傳導(dǎo)電流的漏電流，以便估計(jì)其相對于施加到電纜的電壓的偏移(實(shí)踐中，意味著使用橋方法測量阻抗)。這種技術(shù)具有相對不可靠和不精確的缺點(diǎn)，這是因?yàn)槁╇娏魍ǔ＞哂蟹浅５偷膹?qiáng)度，因而對用來檢測它的傳感器造成了靈敏度問題。另一缺點(diǎn)是這種技術(shù)不能用在正在使用(即正在工作)的設(shè)備上，而是僅用在不使用的設(shè)備上(離線測量)。第二種解決方案涉及檢測電場以便導(dǎo)出流過電纜絕緣體的傳導(dǎo)電流。這種解決方案具有兩個(gè)缺陷。首先，它不是非?？煽浚@是由于場測量受到電纜外的噪聲的影響。進(jìn)一步，這種技術(shù)不適用于在線，即是說，不適用于在電纜正在工作時(shí)。已知專利文件US2005/02125M描述了用于確定線的當(dāng)前條件的電源線在線診斷方法。該方法包括分別測量線的兩端(即在第一端和在第二端)的負(fù)載電流之間的相位角差異的步驟。通過在第一端和在第二端直接地測量電流，獲得相位角差異。根據(jù)US2005/02125M的教導(dǎo)，相位角差異根據(jù)由圖定義的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系與損耗因子 (或tan δ)相關(guān)。然而，在電纜的兩端處的電流的相位之間，電纜中流動(dòng)的負(fù)載電流的相移僅間接地且部分地與電纜中的損耗因子(tan δ)的值相關(guān)。因此，US2005/02125M的教導(dǎo)不允許精確地計(jì)算電纜中的損耗因子(tan δ)的值，而是最多提供關(guān)于所述值的模糊指示。此外，從專利文件W02007/068221可以知道用于測量電纜中流動(dòng)的電流的值的設(shè)備。所述設(shè)備包括兩個(gè)磁傳感器，ー個(gè)與電纜弱磁耦合且另ー個(gè)與電纜強(qiáng)磁耦合，用于測量電纜的相同部分中的磁場。然而，W02007/068221不提供用于測量損耗因子的任何教導(dǎo)。此外，從專利文件EP 1 892 534可以知道促進(jìn)沿著電源電纜的絕緣體缺陷的標(biāo)識和定位的診斷系統(tǒng)。所述方法包括以下步驟i)連接交流電壓源并在電纜的送電端將電壓源施加到電纜，ii)以第一頻率將電壓施加到電纜，以建立沿著電纜的行波，該行波在電纜接收端被反射，iii)在電纜的送電端測量總的復(fù)功率損耗，iv)基于在電纜的接收端處連接的負(fù)載阻抗和電纜的特性阻杭，在電纜的任何點(diǎn)/部位測量駐波電壓。根據(jù)該方法，為了測量耗散系數(shù)(tan δ )，該方法包括改變許多參數(shù)(例如負(fù)載阻抗、電壓源的頻率等等)的步驟。然而，上面所描述的方法非常復(fù)雜，這是因?yàn)樗枰獙⒍鄠€(gè)設(shè)備/裝置(例如可變頻率發(fā)生器)連接到電源電纜的各端。本發(fā)明的目的是提供用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備的損耗因子且克服上面所提到的先前技術(shù)的缺點(diǎn)的儀器和方法。更具體地，本發(fā)明的目的是提供用于以高度可靠和精確的方式測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備的損耗因子且也可以用于正在使用的設(shè)備的儀器和方法。本發(fā)明的進(jìn)ー步目的是提供用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備的損耗因子且也適用于帶屏蔽電纜(不必移除屏蔽)的儀器和方法。本發(fā)明的公開內(nèi)容由根據(jù)在所附權(quán)利要求中表征的本發(fā)明的儀器和方法來完全實(shí)現(xiàn)這些目的。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的儀器包括-至少第一傳感器和第二傳感器，第一傳感器和第二傳感器分別可連接到設(shè)備的沿著設(shè)備軸向隔開按預(yù)先確定的量的第一測量部位和第二測量部位，且被設(shè)計(jì)為在所述第一測量部位和第二測量部位處測量由軸向地流過設(shè)備的負(fù)載電流在設(shè)備外生成的磁場信號的相應(yīng)值，所述各值表示所述磁場信號的振幅；-處理單元，該處理単元被設(shè)計(jì)為接收由傳感器測量的磁場值，且被編程為從它們導(dǎo)出作為所測量的磁場值之差的函數(shù)的負(fù)載損耗值，所述差表示在所述測量部位處所述磁場信號的振幅之差。根據(jù)本發(fā)明的方法包括下列步驟-分別將至少第一傳感器和第二傳感器耦合到設(shè)備的沿著設(shè)備軸向隔開已知的量的第一測量部位和第二測量部位；-在所述第一測量部位和第二測量部位處分別通過第一傳感器和第二傳感器至少測量由軸向地流過設(shè)備的負(fù)載電流在設(shè)備外生成的磁場信號的第一值和第二值值，所述各值表示所述磁場信號的振幅；-導(dǎo)出作為第一測量磁場值和第二測量磁場值之差的函數(shù)的損耗因子值，所述差表示在所述第一測量部位和第二測量部位處所述磁場信號的振幅之差。因而，通過在設(shè)備的兩個(gè)分離的部位處測量兩個(gè)磁場信號，以便然后導(dǎo)出由兩個(gè)
5信號之差給定的信號、將傅立葉變換應(yīng)用到它并且直接地計(jì)算作為所獲得的數(shù)據(jù)的函數(shù)的損耗因子的值，本發(fā)明使得以優(yōu)良的精確度和以高度可靠的方式計(jì)算損耗因子成為可能。這種測量tan δ的技術(shù)有利地允許將設(shè)備的電氣性能的積分處理擴(kuò)展到在兩個(gè)測量部位之間的整體部分。實(shí)際上，tan δ被定義為表示絕緣體的整體性能而非絕緣體的一部分的局部性能的量。另ー方面，當(dāng)前使用的技術(shù)使用與絕緣體的有限部分相關(guān)的量的局部測量。因此， 這些技術(shù)固有地是不可靠的，這是因?yàn)樗鼈兓诰植繙y量，然后將局部測量指派到整個(gè)設(shè)
- -O為了獲得所要求的結(jié)果，申請人實(shí)施了深入的研究和分析，這得到了用于從差分磁場測量計(jì)算損耗因子的方法的開發(fā)。應(yīng)注意，所考慮的磁場不是與漏電流相關(guān)聯(lián)的磁場而是由軸向地流過設(shè)備的負(fù)載電流生成的磁場。因而，用于測量的傳感器尤其有效，這是因?yàn)樗鼈儾灰鹋c它們的靈敏度有關(guān)的任何問題。此外，本發(fā)明包括用于使得免受在設(shè)備外的噪聲的影響的合適的設(shè)備。這些設(shè)備涉及使用在設(shè)備周圍(在測量部位中)等距隔開的多個(gè)傳感器。進(jìn)一歩， 傳感器與設(shè)備隔開，以便保護(hù)它們免受由可能的電流浪涌引起的磁場峰值的風(fēng)險(xiǎn)。此外，傳感器被封閉在由低磁阻材料做成的屏蔽層中。還應(yīng)注意，做成屏蔽層的材料優(yōu)選地是軟磁材料(其磁滯回線界定非常小的面積)。本發(fā)明也需要使用絕對時(shí)間參考系統(tǒng)來同步兩個(gè)測量部位的傳感器的測量。這使得獲得可與在任何其他設(shè)備上獲得的值比較的損耗因子值(即是說，具有絕對值)成為可能。附圖簡述參考附圖，將從本發(fā)明的優(yōu)選的非限制性實(shí)施例的下列描述更明顯地看出本發(fā)明的這些和其他特征，附圖中-

圖1圖示地闡釋根據(jù)本發(fā)明的儀器；-圖2以局部透明的側(cè)視圖詳細(xì)闡釋圖1的儀器的一部分；-圖3以剖視圖示出圖2的細(xì)節(jié)；-圖4示出根據(jù)另ー實(shí)施例的圖3的細(xì)節(jié)；-圖5示出根據(jù)另ー實(shí)施例的圖2的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述(PCT)各圖中的數(shù)字1指示用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備2的損耗因子的儀器。更具體地，設(shè)備2是電カ電纜(用于輸送電力)。根據(jù)本發(fā)明，儀器1至少包括可分別連接到設(shè)備2的第一測量部位4Α和第二測量部位4Β的第一傳感器3Α和第二傳感器加。第一測量部位4Α和第二測量部位4Β沿著設(shè)備2軸向地隔開預(yù)先確定的量(該量可以是任何量但必須是已知的；換句話說，各傳感器可以被放置為相互離開任何距離，只要該距離是已知的即可)。第一傳感器3Α和第二傳感器加被配置為測量由軸向地流過設(shè)備2的負(fù)載電流在設(shè)備2外生成的磁場的相應(yīng)值。應(yīng)注意，負(fù)載電流意味著流過在用于輸送電カ的設(shè)備2的絕緣體中的導(dǎo)線21的任何電流。傳感器優(yōu)選地是磁/阻傳感器(本身已知的類型)。替代地，可以使用霍爾探頭或其他已知的傳感器，只要它們具有高的靈敏度。儀器1進(jìn)ー步包括被設(shè)計(jì)為接收由傳感器3A和傳感器加測量的磁場值并被編程為從它們導(dǎo)出作為所測量的磁場值之差的函數(shù)的損耗因子的值(即，也記為tan delta的 tan δ的值)的處理單元5。處理單元5包括，例如，連接到處理器的軟件驅(qū)動(dòng)的示波器，或者更簡單地包括連接到可編程處理器(本身已知的類型)的采集卡(也是本身已知的類型)。應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明，傳感器3Α和傳感器加中的每ー個(gè)測量表示切向磁場的值的信號，即該切向磁場由軸向地流過設(shè)備2負(fù)載電流生成。處理單元5被配置為執(zhí)行信號的采樣以便生成信號的數(shù)字表示。進(jìn)一歩，由傳感器測量的這些磁場信號被變換成傅立葉級數(shù)以便獲得它們在頻域的表示。優(yōu)選地，處理單元5被編程為根據(jù)下面的等式1導(dǎo)出作為在所測量的磁場值之間的差異的函數(shù)的損耗因子的tan δ值。
權(quán)利要求
1.一種用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備O)的損耗因子的儀器 (1)，其特征在于，它包括-至少第一傳感器和第二傳感器(3A、;3B)，所述第一傳感器和第二傳感器(3A、3B)分別可連接到所述設(shè)備( 的沿著所述設(shè)備( 軸向地隔開預(yù)先確定的量的第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)，且被設(shè)計(jì)為測量在所述第一測量部位和第二測量部位處(4A、4B)由軸向地流過所述設(shè)備的負(fù)載電流在所述設(shè)備(2)外生成的所述磁場信號的相應(yīng)的值，所述值表示所述磁場信號的振幅；-處理單元(5)，所述處理單元( 被設(shè)計(jì)為接收由所述傳感器(3A、3B)測量的磁場值，且被編程為從它們導(dǎo)出作為所測量的磁場值之差的函數(shù)的負(fù)載損耗值，所述差表示在所述測量部位(4A、4B)處所述磁場信號的振幅之差。
2.如權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，所述處理單元(5)被編程為用于導(dǎo)出在所述第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)處測量的磁場信號的傅立葉變換。
3.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，所述處理單元(5)被編程為根據(jù)所述下列等式導(dǎo)出作為所測量的磁場值之差的函數(shù)的負(fù)載損耗值
4.如權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，所述處理單元(5)被編程用于導(dǎo)出在所述第一測量部位和第二測量部位處(4Α、4Β)所測量的磁場信號的有效值或峰值。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，包括被連接到所述處理單元 (5)同步裝置(6)以便向每一所測量的磁場值指派與絕對的時(shí)間參考(7)相關(guān)的各自的測量時(shí)刻。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，對于所述傳感器(3)中的每一個(gè)，包括低磁阻層(8)，所述低磁阻層(8)能以包圍所述設(shè)備O)的相應(yīng)部分和被耦合到它的所述傳感器C3)的方式耦合到所述設(shè)備( 的相應(yīng)測量部位G)，從而形成所述傳感器 (3)的磁屏蔽。
7.如權(quán)利要求6所述的儀器，其特征在于，對于所述傳感器(3A、3B)中的每一個(gè)，至少包括放置在所述設(shè)備( 和被耦合到它的所述傳感器( 之間的第一間隔元件(9)以及放置在所述傳感器(3)和被耦合到它的所述屏蔽(8)之間的第二間隔元件(10)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的儀器，其特征在于，所述低磁阻層(8)被設(shè)計(jì)為應(yīng)用于所述設(shè)備O)以便與后者一起形成包含所述傳感器(3)的封閉容積。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，包括第一和第二多個(gè)傳感器(3)，所述第一和第二多個(gè)傳感器C3)分別耦合到所述設(shè)備的第一和第二測量部位(4A， 4B)，且被設(shè)計(jì)為測量由軸向地流過所述設(shè)備O)的所述負(fù)載電流在所述設(shè)備0)，所述第一和第二多個(gè)所述傳感器C3)分別輻向隔開以便圍繞所述設(shè)備O)固定，所述處理單元( 被設(shè)計(jì)為接收由所述多個(gè)傳感器C3)測量的磁場值并針對所接收的每組多個(gè)值獲得用來計(jì)算所述損耗因子的所導(dǎo)出的值。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的儀器，其特征在于，包括第一和第二多個(gè)傳感器(3)，所述第一和第二多個(gè)傳感器C3)分別耦合到所述設(shè)備的所述第一和第二測量部位(4A、4B)，且被設(shè)計(jì)為測量由軸向地流過所述設(shè)備( 的所述負(fù)載電流在所述設(shè)備( 外生成的所述磁場的相應(yīng)的值，所述第一和第二多個(gè)所述傳感器C3)分別輻向隔開以便圍繞所述設(shè)備⑵固定，所述處理單元( 被設(shè)計(jì)為接收由所述多個(gè)傳感器C3)測量的磁場值，并針對所接收的每組多個(gè)值獲得所述負(fù)載電流流過的導(dǎo)線相對于所述傳感器(3)的位置。
11.一種用于具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備O)的損耗因子的方法，其特征在于，它包括所述下列步驟-分別將至少第一傳感器和第二傳感器(3A、3B)耦合到所述設(shè)備的沿著所述設(shè)備(2) 軸向地隔開已知的量的第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)；-分別通過所述第一傳感器和第二傳感器(3A、3B)至少在所述第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)處測量由軸向地流過所述設(shè)備( 的負(fù)載電流在所述設(shè)備( 外生成的第一磁場信號值和第二磁場信號值，所述值表示所述磁場信號的振幅；-導(dǎo)出作為所述第一測量磁場值和第二測量磁場值之差的函數(shù)的損耗因子值，所述差表示在所述第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)處所述磁場信號的振幅之差。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其包括導(dǎo)出在所述第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)處測量的磁場信號的傅立葉變換的步驟。
13.如權(quán)利要求所述的方法12，其特征在于，通過應(yīng)用所述下列公式導(dǎo)出所述損耗因子值κΜΗΧζ2,ω)-Ητ{Ζνω))=1(洳d ω Ε .ε .(ζ _ζ) {ζ2-ζλ) ^ ^ pr~ bo V·2 Δ\) c-2- ^Ι2π
14.如權(quán)利要求11-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述磁場值是在所述第一測量部位和第二測量部位(4Α、4Β)處測量的磁場信號的有效值或峰值。
15.如權(quán)利要求11-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括以向每一所測量的磁場值指派與絕對的時(shí)間參考(7)相關(guān)的各自的測量時(shí)刻的方式同步由所述第一傳感器和第二傳感器(3Α、3Β)進(jìn)行的所述測量的步驟。
全文摘要
一種用于測量具有軸向延伸的細(xì)長幾何形狀的電氣設(shè)備(2)尤其是中壓電纜的損耗因子的儀器(1)，包括至少第一傳感器和第二傳感器(3A、3B)，該第一傳感器和第二傳感器(3A、3B)可分別連接到設(shè)備(2)的沿著設(shè)備(2)軸向地隔開預(yù)先確定的量的第一測量部位和第二測量部位(4A、4B)，且被設(shè)計(jì)為測量由軸向地流過設(shè)備的負(fù)載電流在設(shè)備(2)外生成的磁場的相應(yīng)值；處理單元(5)，該處理單元(5)被設(shè)計(jì)為接收由傳感器(3A、3B)測量的磁場值且被編程為從它們導(dǎo)出作為在所測量的磁場值之差的函數(shù)的負(fù)載損耗值。
文檔編號G01R31/02GK102597791SQ201080049797
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者G·C·蒙塔納里, S·塞拉 申請人:特英普科技有限公司