使用低侧电极和接地分隔的电力电缆监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于监测电网的电气设备并预测此类电气设备的可能故障事件的技术、系统和制品。在一个示例中，感测装置被配置为耦接到电力电缆。感测装置包括多个同心层和监测装置。多个同心层包括第一层、第二层和第三层。第一层被配置为同心地围绕电缆的中心导体并且包含绝缘材料。第二层包含导电材料。第三层包含电阻材料，该电阻材料被配置为抵抗第二层与第三层外部的接地导体之间的电流动。监测装置包括传感器和通信单元，该通信单元被配置为输出指示传感器数据的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用低侧电极和接地分隔的电力电缆监测装置本申请要求2018年9月10日提交的美国临时申请号62/729,325的权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。
本公开涉及用于电力设施的电气设备(包括电力电缆和附件)的领域。
技术介绍
电力电网包括在诸如地上、地下、寒冷气候、炎热气候等各种不同的位置和条件下操作的许多部件。当电网发生故障时，可能难以确定故障的原因。例如，电网可包括数百个或数千个分立部件，诸如变压器、电缆、电缆接头等，并且电网中的故障可能是由任何单个部件或部件集合中的故障引起的。此类故障的根本原因可包括人为安装错误、制造缺陷或部件上的磨损等原因。虽然更换电子部件可能很昂贵，但是仅仅是找出故障也可能是耗时且昂贵的。如果部件在使用中发生故障，则总成本可包括客户运营停机，责任、安全或监管审查，此外还有定位和更换故障部件所发生的实际成本。另外，故障部件可能对公共设施工人、人群、家庭、建筑物或其他基础设施造成安全风险。
技术实现思路
本公开提供了用于监测电网的电气设备并预测此类电气设备的故障事件的可能性的技术。电气设备可包括电缆附件，该电缆附件可包括电缆接头主体或电缆接线端主体。在一些示例中，电缆附件包括金属连接器，以将电缆的中心导体电耦接到另一物体，例如接线端装置或另一电缆的中心导体。电缆附件的电缆接头主体包括被配置为围绕连接器的绝缘体和围绕该绝缘体的传导或半传导绝缘屏蔽件(也称为低侧电极)。与包括电连接到绝缘屏蔽件或低侧电极的处于接地电位的外部导体(也称为接地导体)的一些电缆附件相比，本公开的电缆附件可经由包含高阻抗材料的分隔体层将绝缘屏蔽件与接地导体电隔离。经由分隔体层将低侧电极与接地导体电隔离可使得电缆附件的监测装置能够执行多种功能。电缆附件包括监测装置，该监测装置可具有一个或多个传感器、一个或多个通信装置、和/或一个或多个电力获取装置，所述电力获取装置可电耦接到绝缘屏蔽件以执行多种功能。一个或多个传感器输出指示电缆附件的状况的传感器数据。此类传感器的示例包括温度传感器、局部放电传感器、烟雾传感器、气体传感器、声传感器等。通信单元可将感测的数据传输到远程计算系统和/或对感测的数据应用本地分析。根据本公开的各方面，计算系统，诸如远程计算系统和/或电缆附件的监测装置，至少部分地基于传感器数据来确定电缆附件的健康状态。例如，计算系统可以例如至少部分地基于传感器数据实时确定电缆附件是否将在预定量的时间内发生故障。通过确定电缆附件的健康状态并在故障事件发生之前进行预测，计算系统可以更快速且更准确地识别可能影响整个电网的电力分配或者工人和/或民用安全等的潜在故障事件。此外，计算系统可在故障事件发生之前主动和先行地生成通知和/或改变电网的操作。在一些示例中，感测装置被配置为耦接到电力电缆。感测装置包括多个同心层和监测装置。多个同心层包括第一层、第二层和第三层，该第一层被配置为同心地围绕电缆的中心导体并且包含绝缘材料，该第二层包含导电材料，该第三层包含电阻材料，该电阻材料被配置为抵抗第二层与第三层外部的接地导体之间的电流动，其中第二层设置在第一层和第三层之间。监测装置包括传感器和通信单元，该传感器电耦接到第二层并且被配置为生成指示装置的一个或多个状况的传感器数据，该通信单元被配置为输出指示该传感器数据的数据。在一些示例中，一种系统包括电缆附件、至少一个处理器和存储器，该电缆附件被配置为耦接到电缆。电缆附件包括接头主体和监测装置。接头主体包括多个同心层，该多个同心层包括第一层、第二层和第三层，该第一层被配置为同心地围绕电缆的中心导体并且包含绝缘材料，该第二层包含导电材料，该第三层包含电阻材料，该电阻材料被配置为抵抗第二层与第三层外部的接地导体之间的电流动，其中第二层设置在第一层和第三层之间。监测装置包括传感器，该传感器电耦接到第二层并且被配置为生成指示电缆附件的一个或多个状况的传感器数据。存储器包括指令，这些指令在由至少一个处理器执行时使得该至少一个处理器：接收传感器数据；至少部分地基于该传感器数据来确定电缆附件的健康状态；以及响应于确定电缆附件的健康状态，执行操作。在一些示例中，一种方法包括由计算系统的至少一个处理器接收传感器数据，该传感器数据由被配置为耦接到电缆的电缆附件的至少一个传感器生成。传感器电耦接到接头主体的第二层，该接头主体包括多个同心层。多个同心层包括第一层、第二层和第三层。第一层被配置为同心地围绕电缆的中心导体并且包含绝缘材料。第二层包含导电材料。第三层包含电阻材料，该电阻材料被配置为抵抗第二层与第三层外部的接地导体之间的电流动，其中第二层设置在第一层和第三层之间。该方法包括由至少一个处理器至少部分地基于传感器数据来确定电缆附件的健康状态。该方法还包括由至少一个处理器基于电缆附件的健康状态来执行至少一个操作。附图和以下描述中示出了本公开的一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开的其他特征、目标和优点将显而易见。附图说明图1是示出根据本公开的各种技术的示例性系统的框图，其中具有嵌入式传感器和通信能力的电气公共设施设备诸如电力线在许多工作环境内利用并且通过电气设备管理系统(EEMS)进行管理。图2是示出根据本公开的各种技术的图1所示的电气设备管理系统的操作透视图的框图。图3是根据本公开的各种技术的被配置为电耦接和物理耦接两根电缆的示例性电缆附件的概念图。图4是示出根据本公开的各种技术的被配置为与电缆附件和EEMS通信的示例性网关的框图。图5是根据本公开的技术的电气设备管理系统的示例性图形用户界面。图6是示出根据本公开的各种技术的由被配置为监测电气公共设施设备的一个或多个计算装置执行的示例性操作的流程图。图7A至图7D是示出根据本公开的一个或多个方面的示例性电缆附件的概念图。图8是示出根据本公开的一个或多个方面的用于电缆附件的示例性控制单元的概念框图。图9A是示出根据本公开的一个或多个方面的被配置为检测局部放电事件的示例性电缆附件的概念图。图9B是根据本公开的一个或多个方面的图9A的示例性电缆附件的示例性电路图。图10A是示出根据本公开的一个或多个方面的被配置为测量电压的示例性电缆附件的概念图。图10B是根据本公开的一个或多个方面的图10A的示例性电缆附件的示例性电路图。图11A是示出根据本公开的一个或多个方面的被配置为从电缆中传输的电力获取能量的示例性电缆附件的概念图。图11B是根据本公开的一个或多个方面的图11A的示例性电缆附件的示例性电路图。图12是示出根据本公开的一个或多个方面的示例性电力获取装置的示例性电路图。图13A是示出根据本公开的一个或多个方面的被配置为经由电缆传送数据的示例性电缆附件的概念图。图13B是根据本公开的一个或多个方面的图13A的示例性电缆附件的示例性电路图。图14是示出根据本公开的一个或多个方面的电耦接和物理耦接两根电缆的示例性电缆附件的概念图。图15是示出根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感测装置，所述感测装置被配置为耦接到电力电缆，所述感测装置包括：/n多个同心层，所述多个同心层包括：/n第一层，所述第一层被配置为同心地围绕所述电缆的中心导体并且包含绝缘材料；/n第二层，所述第二层包含导电材料；和/n第三层，所述第三层包含电阻材料，所述电阻材料被配置为抵抗所述第二层与所述第三层外部的接地导体之间的电流动，/n其中所述第二层设置在所述第一层和所述第三层之间；/n监测装置，所述监测装置包括：/n传感器，所述传感器电耦接到所述第二层并且被配置为生成指示所述装置的一个或多个状况的传感器数据；/n通信单元，所述通信单元被配置为输出指示所述传感器数据的数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180910 US 62/729,3251.一种感测装置，所述感测装置被配置为耦接到电力电缆，所述感测装置包括：
多个同心层，所述多个同心层包括：
第一层，所述第一层被配置为同心地围绕所述电缆的中心导体并且包含绝缘材料；
第二层，所述第二层包含导电材料；和
第三层，所述第三层包含电阻材料，所述电阻材料被配置为抵抗所述第二层与所述第三层外部的接地导体之间的电流动，
其中所述第二层设置在所述第一层和所述第三层之间；
监测装置，所述监测装置包括：
传感器，所述传感器电耦接到所述第二层并且被配置为生成指示所述装置的一个或多个状况的传感器数据；
通信单元，所述通信单元被配置为输出指示所述传感器数据的数据。


2.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述通信单元电耦接到所述第二层并且被配置为经由电力线通信输出指示所述装置的健康状态的数据。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的感测装置，其中所述传感器包括以下中的至少一者：
温度传感器，
电流传感器，
电压传感器，或者
局部放电传感器。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的感测装置，其中所述监测装置还包括电力获取电路，所述电力获取电路电耦接到所述第二层并且被配置成从所述电缆获取电力。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的感测装置，其中指示所述传感器数据的所述数据包括指示所述装置的健康状态的数据。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的感测装置，其中所述监测装置还包括：
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器至少部分地基于所述传感器数据来确定所述装置的健康状态。


7.根据权利要求6所述的感测装置，
其中所述指令的执行通过至少使得所述至少一个处理器至少部分地基于所述传感器数据来预测所述电缆附件是否将在预定量的时间内发生故障来使得所述至少一个处理器确定所述电缆附件的所述健康状态，并且
其中指示所述传感器数据的所述数据包括指示所述电缆附件是否将在所述预定量的时间内发生故障的数据。


8.根据权利要求6至7中任一项所述的感测装置，其中所述指令的执行通过至少使得所述至少一个处理器执行以下操作来进一步使得所述至少一个处理器确定所述电缆附件的所述健康状态：
将模型应用于由所述电缆附件的所述一个或多个传感器生成的至少所述传感器数据，以确定所述电缆附件的操作健康状态。


9.根据权利要求8所述的感测装置，其中所述指令的执行使得所述至少一个处理器通过至少使得所述处理器将所述模型应用于所述传感器数据和指示所述装置的一个或多个特征的数据来应用所述模型，其中所述电缆附件的所述一个或多个特征包括以下中的一者或多者：
所述装置的位置，
所述装置的制造商，
所述装置的安装者，或者
所述装置的类型。


10.根据权利要求1至8中任一项所述的感测装置，还包括形成所述多个同心层的接头主体，并且其中所述第一层被配置为同心地围绕电连接器，所述电连接器接合第一电缆和第二电缆以形成所述电缆的所述中心导体。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的感测装置，还包括第四层，所述第四层包含导电材料并且被配置为同心地围绕所述第三层，其中所述监测装置电耦接到所述第二层和所述第四层。


12.一种系统，包括：
电缆附件，所述电缆附件被配置为耦接到电缆，所述电缆附件包括接头主体和监测装置，
其中所述接头主体包括多个同心层，所述多个同心层包括：
第一层，所述第一层被配置为同心地围绕所述电缆的中心导体并且包含绝缘材料；
第二层，所述第二层包含导电材料；和
第三层，所述第三层包含电阻材料，所述电阻材料被配置为抵抗所述第二层与所述第三层外部的接地导体之间的电流动，
其中所述第二层设置在所述第一层和所述第三层之间；并且
其中所述监测装置包括传感器，所述传感器电耦接到所述第二层并且被配置为生成指示所述电缆附件的一个或多个状况的传感器数据；
至少一个处理器；和
存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器：
接收所述传感器数据；
至少部分地基于所述传感器数据来确定所述电缆附件的健康状态；以及
响应于确定所述电缆附件的健康状态，执行操作。


13.根据权利要求12所述的系统，其中所述电缆附件包括通信单元，所述通信单元电耦接到所述接头主体的所述第二层并且被配置为经由电力线通信输出数据。


14.根据权利要求12至13中任一项所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯·B·贡德尔，埃亚尔·多隆，利奥尔·恩邦，乌迪·布利希，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，互联智能系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US