利用脉冲电声法测量电缆中空间电荷的方法和装置制造方法及图纸

一种测量同轴电缆内空间电荷的方法，该电缆包括内导体（２）、电缆屏蔽层（３）和在内导体与电缆屏蔽之间的电绝缘层（４），其中：在测量区域的两侧去掉电缆屏蔽层，由电脉冲发生器（１０）产生电压脉冲，并把该电压脉冲加到在测量区域内的那部分电缆绝缘层（４）上，在电缆绝缘层内出现空间电荷的情况下，由电脉冲与空间电荷的共同作用而产生声信号，并且声记录装置（８）把可能的声信号记录下来。围绕测量区域加上接地的环形外电极（７），把声记录装置布置成与环形外电极直接接触，电压脉冲被加到测量区域两端的电缆屏蔽层，并且通过电缆阻抗被连接到电缆的内导体。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用脉冲电声法测量电缆的电绝缘层内的空间电荷的方法和装置，其中电脉冲使电缆的绝缘层内的空间电荷运动，而这种运动产生了声波，把这声波记录下来并就电缆绝缘层内的空间电荷分布而论计算其值。当利用有高的比电阻的聚合物绝缘材料例如聚乙烯时，在材料内会形成空间电荷。这些空间电荷使绝缘材料内的电场变形，从而在比没有这些空间电荷时的击穿场强低的平均场强下引起电击穿。对于处于高直流电压下的电绝缘层，这个问题变得特别显著，特别是在传输高压直流电的电缆中。为了确定绝缘材料内空间电荷的产生和分布，需要提供一种非破坏性的方法，它能以某种方式提供绝缘材料内空间电荷分布的图象，所述方式类似于例如利用X射线或超声波发射来证实试验样品的材料成分的变化的方式。能够用于非破坏性空间电荷测量的两种方法是压强波传播法(PWP)和脉冲电声法(PEA)。在PWP法中，使材料承受机械脉冲，从而产生声波，此声波在传播期间使空间电荷“振动”。这在短路电极之间产生电流信号，或在包围绝缘材料的开路电极上产生电压信号，然后相对于空间电荷的分布计算这种信号的值。在PEA方法中，使材料承受围绕着绝缘材料的两电极间的短电压脉冲，并且这样引起的电场对空间电荷所施加的作用力使绝缘材料“振动”。这种机械位移以声波的形式通过材料传播，例如用压电传感器来探测这声波，然后就空间电荷的分布而论计算其值。在N.Hozumi,T.Okamoto和T.Imajo发表在Proc.of IEEESymposium on EL.Ins 1992,pp 294-297,Baltimore,June 7-10,1992的文章“利用脉冲电声法在长尺寸的XLPE电缆内的空间电荷分布的测量”中给出了现有技术的关于PEA方法的很好的综述。原有的方法使用平行板作为电极，在这两板之间有要作试验的绝缘材料。电极中的一个与压电材料板机械接触，它把声信号转换为电信号。当几何形状改变成园柱形，其内电极同心地被绝缘材料包围，然后绝缘材料被外导电层包围，可以用PEA法试验一段短的电缆。内电极包括电缆的内导体，扇形铝块的外电极与半导体层机械接触，而半导体层涂敷在电缆绝缘层上。铝块以机械的方式连接到压电的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上，当受声波作用时，PVDF膜以上述的方式产生电信号。为了在空间电荷测量期间达到足够高的分辨率，电脉冲的脉冲宽度必须比声脉冲通过电极间距离上绝缘材料传播所需的时间短。这要求脉冲有几十纳秒的持续时间，在这情况下，脉冲的频率分量主要处在10-100MHz的范围。因为要在给电缆的内导体加上高直流电压的同时进行空间电荷测量，所以，加脉冲用的耦合电容以及电缆终端在其线性尺度上变大，因而构成相当大的电感，后者大大地影响脉冲的形状。为了在一段较长的电缆上进行空间电荷测量，去掉被测电缆的部位的外导体(金属箔或网式包复层)。在这区域的没有外导体的中央，加上环形的金属箔外电极，如上所述，它与铝块机械接触。使在这情况下有高电阻的半导体层完整无缺。电压脉冲被加到环形外电极与电缆外导体之间，并且通过电缆阻抗容性地连接到内导体。脉冲的一部分通过半导体层这一路，从而降低了它的电压，但却不会有干扰的影响。上述方法解决了在长电缆上的测量问题。可是，这是以下面的新问题为代价的在加脉冲期间，环形外电极被激励。不允许这电压脉冲传到处于地电位的测量和计算装置。解决这问题的办法之一是在外电极与铝块之间加上电绝缘层，例如塑料箔。可是，这箔干扰了声信号的传播，因为这时声信号必须通过绝缘层。绝缘层还可能被充电，从而产生干扰。在所述刊物上还建议的另一个方法是允许测量装置与外电极电接触，并借助于光纤维、以无电压的方式把测量信号从那里传输到计算装置。不过，这种办法很复杂、要求很多设备，而且对干扰敏感。本专利技术解决了下面的问题，即为了进行脉冲电声空间电荷测量，把电脉冲加到同轴电缆的内导体与外导体之间，而与电缆的长度无关，并且不必激励与测量装置接触的外导体。通过下述的方法做到这一点，即以与上述测量长电缆的方法相似的方式，在把测量区域的外导体去掉后，在测量区域把外电极加到电缆绝缘层上的半导体层上。然后，把电脉冲加到测量区域外的电缆的外导体之间。然后，通过电缆的阻抗，把脉冲连接到电缆的内导体，从而，脉冲形状的电压也加到电缆的内导体与外电极之间。为了防止脉冲沿着电缆的外导体传播，利用两个变压器来把它断开，测量区域每边一个变压器。变压器呈围绕着电缆的金属箔或金属包复层和环形可磁化的芯子的形式，可磁化的芯子最好是围绕金属箔/包复层和电缆的铁氧体环。金属箔/包复层的远离测量区域的那些部分接地。金属箔/包复层、电缆的外导体以及电缆的内导体之间通过可磁化芯子的磁耦合，使得在可磁化芯子的那些远离测量区域的部分的外面、电缆的外导体以及电缆的内导体不被电压脉冲所激励。附图说明图1表示根据本专利技术的、测量电缆内空间电荷的装置。图2表示本专利技术的最佳实施例。图1表示根据本专利技术的、在电缆1上测量空间电荷的装置，电缆1包括内导体2、电缆屏蔽层/外导体3和电绝缘层4，后者最好由有机聚合物制成。内导体可以利用高压电源5供电。去掉测量区域两侧电缆部分上的电缆屏蔽层，使得处在电缆绝缘层与电缆屏蔽层之间的半导体层6a、6b露出来。测量区域被电缆屏蔽层的环形部分7包围着，此电缆屏蔽层的环形部分7连接到地电位。用于测量和放大声信号的声记录装置8与围绕测量区域的电缆屏蔽层部分直接机械接触。装置8也与部分7电接触，因此，处在地电位。在测量区域的两侧，在去掉电缆屏蔽层的那些部分的外面，绕着电缆设置管状导电体9a、9b，这些导体在其远离测量区域的端部连接到地电位。导体9a、9b和电缆屏蔽层3a、3b的向着测量区域的那些端部连接到脉冲发生器10，后者以短的上升时间产生电脉冲。在最好包括一件网式包复层或金属箔的管状导电体9a、9b周围，布置可磁化材料环11a、11b，它最好是铁氧体环。如果把电脉冲加到管状导电体9a、9b，则它就通过电缆的阻抗连接到内导体。脉冲电压与在电缆屏蔽层的环形部分7与内导体之间的绝缘层内的那些空间电荷相互作用，并产生声波，此声波被声记录装置8接收，用于计算空间电荷的大小和分布，上述的空间电荷是高压电源5激励内导体过程中产生的。管状导电体9a、9b、电缆屏蔽层3a、3b和内导体通过环11a、11b构成变压比为1∶1∶1的变压器。“初级绕组”两端的电压降，即导电体9a、9b两端之间的电压降变成与在磁环的磁“有效范围”内沿电缆屏蔽层3a、3b和沿内导体的压降相同。这意味着，在磁环的“有效范围”外，脉冲不沿电缆传播。这脉冲不能引起干扰或不能被反射到测量区域直接的周围环境的外面。声记录装置和电缆屏蔽层的环形部分7都处于地电位，这样就不必与地电绝缘，也不必彼此电绝缘。图2的最佳实施例包括连接到地电位的环形屏蔽电极12a、12b，此环形屏蔽电极12a、12b处在环形部分7的两端，并通过半导体材料的窄区13a、13b与环形部分7分开。这消除了声干扰，这种声干扰在图1的装置中出现在半导体层6a、6b与环形部分7之间的边界。图2中，虚线14表示声记录装置8与高压电源5之间的连接。这连接提供了这样的可能性，即在耗时的、因而经常自动进行的和无监测的空间电荷测量期间，有可能探测来自测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量同轴电缆内空间电荷的方法，所述电缆包括内导体（２）、电缆屏蔽层（３）和在内导体与电缆屏蔽之间的电绝缘层（４），其中：－去掉测量区域两侧的电缆屏蔽层，－由电脉冲发生器（１０）产生电压脉冲，并把所述电压脉冲加到测量区域内电缆绝缘 层（４）的一部分上，－在电缆绝缘层内出现空间电荷的情况下，由电压脉冲与所述空间电荷共同作用而产生声信号，并且由声记录装置（８）记录可能的声信号，其特征在于：围绕测量区域加上接地的环形外电极（７），设置与所述环形外电极直接接触 的声记录装置布置，以及所述电压脉冲被加到测量区域两端的电缆屏蔽层，并且通过电缆阻抗连接到电缆的内导体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K约翰逊，C特恩奎斯特，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]