Способ и устройство для точного измерения температуры кабельного соединения на основе высокочастотной технологии

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КАБЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ Изобретение предлагает способ и устройство для измерения внутренней температуры кабельного соединения в реальном времени, причем устройство содержит встроенный измеритель температуры и внешний приемник. Встроенный измеритель температуры измеряет температуру кабельного соединения или поверхности сердечника провода при помощи измерительного способа с непосредственным контактом, и передает данные на внешний приемник через изолирующий слой при помощи технологии высокочастотной идентификации. В то же время внешний приемник поставляет электропитание встроенному измерителю температуры при помощи высокочастотного сигнала, таким образом это решает проблему обеспечения встроенного измерителя температуры электропитанием. Устройство согласно настоящему изобретению имеет преимущество, выраженное в точном измерении температуры, маленьком объеме, превосходной применимости и т.п.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЧЖЕЦЗЯН ТУВЭЙ ЭЛЕКТРИСИТИ ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД. (CN) Область изобретения Данное изобретение относится к области определения электрической мощности и предназначено для измерения температуры кабельного соединения и предотвращения повреждения кабеля. Предпосылки изобретения В настоящее время высоковольтные линии электропередачи делятся на два типа: надземные линии и подземные кабели. Однако вместе с ростом городов все чаще люди в городах пытаются заменить надземные линии подземными кабелями. Поскольку кабели скрыты под землей и выполняют передачу высоковольтной нагрузки, отделы электроснабжения в каждом городе уделяют внимание тому, как сделать работу подземных кабелей безопасной и надежной. Подземные кабели во время постройки и установки всегда требуют соединения двух кабельных сегментов вместе. В связи с техническими ограничениями неизбежно образуется сопротивление контактов. Вследствие сопротивления контакта, соединения в кабелях, которые выполняют высоковольтную передачу, легко нагреваются, поэтому слои изоляции изнашиваются быстро, а дуговой пробой может появиться раньше расчетного срока службы, что, в крайнем случае, может вызвать опасность возникновения пожара. Повреждение такого типа является непредсказуемым и всегда приводит к широкомасштабному обесточиванию, что может быть опасным для безопасности производства и может повлечь большие экономические потери. Поскольку изменение температуры соединения кабеля является постоянным и постепенным, время с момента перегрева соединения до момента повреждения является достаточным для принятия мер, чтобы избежать аварии и, таким образом, обеспечить безопасность линий. С этой целью необходимо установить систему контроля, работающую в реальном времени, для регистрации реальных и постоянных температур подземных кабельных соединений, которые могут не только динамически контролировать изменение температуры соединений, но также могут предложить сравнение данных истории, а также оценить и проанализировать состояние. Таким образом, можно предоставить изменение параметров и информацию с заблаговременным предупреждением вовремя до того, как произойдет авария, а для проверки безопасности линий и принятия необходимых мер по предотвращению аварии уведомляются соответствующие отделения. При этом можно максимально минимизировать потери от повреждения кабеля. Сейчас, чтобы исследовать способ определения температуры кабелей в реальном времени, отечественные специалисты пытаются внедрить оптические волокна в кабели для использования их физических свойств, которые заключаются в том, что коэффициент преломления оптического волокна меняется при изменении температуры. Однако на практике используются в основном неволоконные кабели, так что внедрение оптических волокон в кабели не может полностью решить проблему определения температуры кабелей в реальном времени. Во-вторых, согласно практической схеме внедрения оптических волокон в кабели и условию эксплуатации, при использовании оптических волокон для измерения температур,полученные значения являются температурами частей, в которых оптические волокна внедряют в структурный слой кабеля, но не реальными температурами сердечников кабелей. В-третьих, при укладке под землей кабели с внедренным оптическим волокном испытывают большое растягивающее усилие и растяжение, и в то же время возникает деформация изгиба, так что оптические волокна подвержены разрыву и теряют всю функциональность. Таким образом, применение способа измерения температуры, выполненное посредством внедрения оптического волокна в кабели, ограничено, а способ измерения не может полностью отвечать требованиям точного определения температуры промежуточных кабельных соединений. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение предлагает способ и устройство для измерения температуры промежуточных кабельных соединений, причем устройство может работать в условиях высокой температуры и высокого давления, точно измеряя температуры сердечников кабеля, а также передает сигнал измеренной температуры через изоляционный слой (силиконовый каучук и т.д.) посредством способа RFID. В то же время устройство не нарушает изоляционную конструкцию и конструкцию экранирования исходных кабелей во время измерения температуры и передачи данных, что является ключевой технологией и основной целью изобретения. Устройство согласно изобретению содержит встроенный измеритель температуры и внешний приемник и т.п., при этом встроенный измеритель температуры расположен между медной соединительной трубкой, соединяющей два соединительных сегмента кабеля, и изоляционной оплеткой, причем внешний приемник находится снаружи изоляционной оплетки. Встроенный измеритель температуры содержит датчик температуры, схему преобразования температуры, высокочастотную индукционную катушку,высокочастотную интерфейсную схему и схему управления MCU, и т.д. Датчик температуры контактирует непосредственно с медной соединительной трубкой соединения кабеля. Датчик температуры может представлять собой термопару, платиновый резистор или полупроводниковое устройство. Внешний приемник содержит схему высокочастотной передачи и интерфейса, высокочастотную антенну, схему управления MCU и удаленную интерфейсную схему связи. Высокочастотная антенна выполнена из набора приемных контуров расположенных по кругу вокруг внешнего края встроенного измерителя температуры, одной или более катушек с магнитным сердечником, которые соединены в группах, как приемный контур и помещены снаружи встроенного измерителя температуры вдоль одной или больше сторон. Внешний приемник имеет функцию устройства считывания высокочастотной идентификации, причем встроенный измеритель температуры имеет функцию ответчика. Встроенный измеритель температуры расположен в части соединения, соединяющей два кабельных сегмента, и расположен между медной соединительной трубкой, соединяющейся с внутренними проводами с медным сердечником и с изоляционной оплеткой. Встроенный измеритель температуры не имеет внешнего источника питания, причем все внутренние схемы получают энергию от внешнего приемника в режиме электромагнитной индукции. Датчик температуры контактирует непосредственно с исследуемым кабелем, причем измеряемые значения температуры передаются на внешний приемник посредством высоких частот, а внешний приемник имеет проводной или беспроводной интерфейс удаленной связи. Внешний приемник изолирован от встроенного измерителя температуры при помощи изоляционной оболочки. Между внешним приемником и встроенным измерителем температуры нет непосредственно соединяющего соединительного провода, поэтому первичная изоляционная структура не нарушается. Внешний приемник имеет удаленную интерфейсную схему связи, причем интерфейс может быть удаленным интерфейсом передачи данных, типа: RS485, RS232, CAN, оптического волокна, GPRS иGSM и т.д. Данные температуры могут передаваться на компьютер, мобильный телефон и другой терминал на удаленном конце посредством интерфейса. Целью изобретения является предоставление способа для измерения температуры соединения кабеля электропитания, при этом предусмотрено устройство, измеряющее температуру, которое содержит измеритель температуры и внешний приемник, при этом встроенный измеритель температуры расположен между медной соединительной трубкой, соединяющей два соединительных сегмента кабеля, и изоляционной оплеткой, причем внешний приемник расположен в другом месте снаружи изоляционной оплетки, при этом обмен информацией и передача электропитания может осуществляться посредством технологии высокочастотной идентификации, а внешний приемник имеет высокочастотную антенну высокочастотной передачи для получения передаваемых данных температуры, передачи данных на считывающее устройство идентификации вторичного передатчика, причем встроенный измеритель температуры содержит ответчик высокочастотной идентификации для передачи ответного сигнала высокочастотной идентификации, при этом ответчик высокочастотной идентификации содержит высокочастотную антенну для связи с внешним приемником, причем встроенный измеритель температуры не имеет внешнего источника питания, а все схемы во встроенном измерителе температуры получают энергию от внешнего приемника в режиме электромагнитной индукции; внешний приемник может быть отделен от высокочастотной антенны, причем высокочастотная антенна размещается исходя из соответствующего расположения встроенного измерителя температуры,при этом установочное положение внешнего приемника может настраиваться исходя из структуры соединения, причем внешний приемник соединяется с высокочастотной антенной через соединительный провод; датчик температуры контактирует непосредственно с сердечником исследуемого кабеля или медной соединительной трубкой, причем измеряемые значения температуры передаются на внешний приемник через высокочастотную антенну посредством высоких частот, а внешний приемник имеет проводной или беспроводной интерфейс удаленной связи; отличающийся тем, что способ содержит следующие этапы, на которых данные температуры в промежуточных кабельных соединениях собираются встроенным измерителем температуры; собранные первичные данные обрабатываются, и затем сигнал передается при помощи высоких частот; переданный сигнал принимается внешним приемником в соответствующем режиме приема, и затем вводится и передается на считывающее устройство идентификации. Другой целью изобретения является обеспечение устройства, измеряющего температуру для соединения кабеля электропитания, отличающегося тем, что устройство, измеряющее температуру, содержит встроенный измеритель температуры, а также внешний приемник, при этом встроенный измеритель температуры расположен между медной соединительной трубкой, соединяющей два соединительных сегмента кабеля, и изоляционной оплеткой, причем внешний приемник расположен на другом месте снаружи изоляционной оплетки, при этом антенна внешнего приемника,является независимой от приемника, и расположена так, чтобы соответствовать центру антенны встроенного измерителя температуры, и они разнесены друг от друга через изолирующий слой, а обмен информацией и передача электропитания меду ними может осуществляться посредством технологии высокочастотной идентификации; внешний приемник передает высокочастотный сигнал через высокочастотную антенну и поставляет электропитание во встроенный измеритель температуры, в то же время внешний приемник передает ин-2 023311 формацию на встроенный измеритель температуры. Встроенный измеритель температуры не имеет внешнего источника электропитания, причем все схемы во встроенном измерителе температуры получают энергию от высокочастотной индукционной катушки, принимающей высокочастотный сигнал, передаваемый внешним приемником, а также через схему преобразования электроэнергии. Согласно другой цели изобретения встроенный измеритель температуры содержит датчик температуры, схему преобразования температуры, высокочастотную индукционную катушку, высокочастотную интерфейсную схему и схему управления MCU, и т.д. Датчик температуры контактирует непосредственно с медной соединительной трубкой или с сердечником кабельного соединения; причем датчик температуры может представлять собой термопару, платиновый резистор или полупроводниковое устройство; при этом схема преобразования температуры выполнена с возможностью преобразования выходного сигнала датчика температуры в аналоговые или цифровые сигналы, которые распознаются MCU; причем высокочастотная индукционная катушка выполнена с возможностью получения электроэнергии из внешнего приемника и обмена данными с внешним приемником; при этом высокочастотная схема выполнена с возможностью передавать сигнал между MCU и высокочастотной индукционной катушкой. Согласно еще одной цели изобретения внешний приемник содержит схему высокочастотной передачи и интерфейса, высокочастотную антенну, схему управления MCU и удаленную интерфейсную схему связи; при этом схема высокочастотной передачи и интерфейса выполнена с возможностью получать управляющий сигнал и сигнал данных, посланный со схемы управления MCU, и передает их на встроенный измеритель температуры через высокочастотную антенну, в то же время схема высокочастотной передачи и интерфейса получает ответный сигнал, передаваемый встроенным измерителем температуры через высокочастотную антенну, и посылает на схему управления MCU. MCU считывает значение температуры исходя из полученной расшифровки сигнала. Согласно еще одной цели изобретения высокочастотная антенна внешнего приемника выполнена из набора приемных контуров, расположенных по кругу, вокруг внешнего края встроенного измерителя температуры одной или более катушек с магнитным сердечником, которые соединены в группах, как приемный контур и помещены снаружи встроенного измерителя температуры вдоль одной или больше сторон. Краткое описание графических материалов Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение промежуточного кабельного соединения для измерения температуры согласно изобретению; фиг. 2 представляет собой схематический чертеж внутренней структуры промежуточного кабельного соединения для измерения температуры согласно изобретению; фиг. 3 представляет собой блок-схему встроенного измерителя температуры для измерения температуры согласно изобретению; фиг. 4 представляет собой блок-схему встроенного измерителя температуры, связанного с внешним устройством для измерения температуры согласно изобретению; фиг. 5 представляет собой блок-схему встроенного измерителя температуры для измерения температуры согласно изобретению; фиг. 6 представляет собой блок-схему внешнего приемника для измерения температуры согласно изобретению; и фиг. 7 представляет собой схематическое отображение основной структуры встроенного измерителя температуры для измерения температуры согласно изобретению. Далее перечислены наименования элементов, отмеченных на фигурах номерами для ссылки. 1. Провод с медным сердечником. 2. Медная соединительная трубка. 3. Встроенный измеритель температуры. 4. Внешний приемник. 5. Высокочастотная антенна. 6. Изоляционная оплетка. 7. Медный экранирующий слой. 8. Внутренний изолирующий слой кабеля. 9. Армирующий слой кабеля. 10. Внешний изолирующий слой кабеля. 11. Провод. 12. Датчик температуры. 13. Высокочастотная индукционная катушка. 14. Электронный модуль встроенного измерителя температуры. 15. Боковое отверстие для антенны. Предпочтительные варианты осуществления изобретения Основная конструкция промежуточного кабельного соединения видна в частичном разрезе, который показывает, что после того, как кабельное соединение изготовлено полностью, сердечники соединяются посредством медной соединительной трубки. Медная соединительная трубка покрыта снаружи изоляционной оплеткой и затем слоями обмотана различными материалами для многослойной защиты. Как показано на фиг. 2, устройство, измеряющее температуру, согласно изобретению содержит встроенный измеритель 3 температуры и внешний приемник 4 и т.д., причем они расположены в соответствующем месте промежуточного кабельного соединения на основе определенной технологии и способа соединения. Они могут точно выполнять задачи измерения температуры промежуточного кабельного соединения, а также вывода сигнала температуры и соответствующего параметра посредством взаимно согласованных функций и связи, в то же время они могут решать технические проблемы сигнала, проникающего через изолирующие слои. Особая конструкция показана на фиг. 2 (где область, выделенная черным цветом, показывает части настоящего изобретения за исключением проводов связи). При этом встроенный измеритель температуры 3 расположен между проводом 1 с медным сердечником или медной соединительной трубкой 2 кабельного соединения и изоляционной оплеткой 6, и измеряет температуру провода 1 с медным сердечником или медной соединительной трубки 2 промежуточного кабельного соединения при помощи измерения с непосредственным контактом, а данные температуры после обработки передаются посредством высокочастотного сигнала. Высокочастотная антенна 5 внешнего приемника расположена между изоляционной оплеткой и изолирующим слоем, а часть внешнего приемника 4 может размещаться на другой месте снаружи изоляционной оплетки 6 на основе различных конструкций кабельных соединений, причем провода соединяют приемник и антенну. Внешний приемник 4 выполнен с возможностью получать данные температуры, переданные при помощи встроенного измерителя температуры 3, и посылает их на удаленный сервер, мобильный телефон или другие терминалы на удаленном конце через удаленную интерфейсную схему связи посредством проводных или беспроводных средств. Устройство, измеряющее температуру, разделено на две части: встроенный измеритель температуры 3 и внешний приемник 4. Встроенный измеритель 3 температуры расположен между медной соединительной трубкой 2, соединяющей два соединительных сегмента кабеля, и изоляционной оплеткой 6(как показано на фигуре 2), причем внешний приемник 4 расположен снаружи изоляционной оплетки 6. Внешний приемник 4 может передавать высокочастотный сигнал, поставляя электропитание на встроенный измеритель температуры 3, и в то же время обмениваться данными при помощи встроенного измерителя температуры 3. Встроенный измеритель температуры 3 не имеет внешнего источника питания,причем высокочастотная индукционная катушка 13 (см. фиг. 7) обеспечивает электропитание контуров во встроенном измерителе температуры, получая высокочастотный сигнал, передаваемый внешним приемником 4 и через схему преобразования электроэнергии. Встроенный измеритель температуры содержит датчик температуры, схему преобразования температуры, высокочастотную индукционную катушку, высокочастотную интерфейсную схему и схему управления MCU (фиг. 3). Датчик температуры контактирует непосредственно с медной соединительной трубкой 2 или с сердечником кабельного соединения. Датчик температуры может представлять собой термопару, платиновый резистор или полупроводниковое устройство. Схема преобразования температуры должна соответствовать датчику температуры, причем если датчик температуры представляет собой термопару типа К, схема преобразования температуры может быть МАХ 6675 и присоединяться непосредственно к интерфейсу цифрового тракта MCU. Схема преобразования температуры также может работать при низком энергопотреблении, а также посылать сигналы температуры на MCU для аналогоцифровой дискретизации после усиления сигнала температуры. Высокочастотная индукционная катушка может представлять собой индукционную катушку с магнитным сердечником или пустотелую цилиндрическую катушку, и расположена снаружи встроенного измерителя температуры кольцевидной или прямоугольной формы, а также соединяется со встроенным схемой через боковое отверстие для антенны. Высокочастотная интерфейсная схема может быть высокочастотным интерфейсным чипом TMS37157 изготовителя TI Inc. MCU может быть TMS430F2274 изготовителя TI Inc. или ATTINY24 изготовителяATMEL Inc. и т.п. Фиг. 5 представляет собой блок-схему встроенного измерителя температуры. Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение основной конструкции встроенного измерителя температуры. Внешний приемник содержит схему высокочастотной передачи и интерфейса, высокочастотную антенну 5, схему управления MCU и удаленную интерфейсную схему связи (как показано на фиг. 4). Схема высокочастотной передачи и интерфейса получает управляющий сигнал и сигнал данных, посланный схемой управления MCU и передает их на встроенный измеритель температуры 3 через высокочастотную антенну 5, в то же время схема высокочастотной передачи и интерфейса получает ответный сигнал, передаваемый встроенным измерителем температуры через высокочастотную антенну, и посылает его на схему управления MCU. MCU считывает значение температуры исходя из полученной расшифровки сигнала. Высокочастотная антенна может быть пустотелой цилиндрической катушкой, расположенной снаружи изоляционной оплетки так, чтобы соответствовать центру антенны встроенного измерителя температуры. Схема высокочастотной передачи и интерфейса может представлять собой TMS3705 изготовителя TI Inc., а схема управления MCU может быть выбрана из серии AVR изготовителя ATMEL,серии STM32 изготовителя ST, MCU серии TMS3705 изготовителя TI, также можно добавить внешний источник питания, схему с кристаллическим резонатором и другие периферийные схемы. Удаленная интерфейсная схема связи может быть RS485, CAN, RS232 и другими интерфейсными микросхемами, такими как МАХ 3082, МАХ 485, 82 С 251 и прочими. Она также может представлять собой передающий и принимающий сигнал оптоволоконный модуль, или модуль GPRS, GSM. Фиг. 6 представляет собой блок-схему внешнего приемника. Изобретение не ограничивается вариантами осуществления, раскрытыми в данном описании. При этом предпочтительные варианты изобретения описаны, ссылаясь на вышеизложенное описание и графические материалы, и следует понимать, что различные дополнения, изменения и замены могут быть выполнены без отступления от сущности изобретения. Средним специалистам станет понятно, что изобретение может осуществляться при помощи других особых конфигураций, конструкций, компоновок,-4 023311 соотношений и других элементов, материалов и частей без отступления от сущности или существенного признака изобретения. Средним специалистам станет понятно, что конструкции, компоновки, соотношения, материалы и части, а также многие другие изменения могут быть использованы для осуществления изобретения, причем эти изменения являются приемлемыми для особых условий эксплуатации и требований функционирования без отступления от сущности изобретения. Таким образом, вышеуказанный вариант осуществления предложен с целью пояснения и не должен толковаться как ограничивающий объем изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Кабельное соединение, отличающееся тем, что содержит встроенный измеритель температуры и внешний приемник, при этом встроенный измеритель температуры расположен между медной соединительной трубкой, соединяющей два соединительных сегмента кабеля, и изоляционной оплеткой, причем внешний приемник расположен на другом месте снаружи изоляционной оплетки, при этом антенна внешнего приемника является независимой от приемника и расположена так, чтобы соответствовать центру антенны встроенного измерителя температуры, и они разнесены друг от друга через изолирующий слой, а обмен информацией и передача электропитания между ними могут осуществляться посредством технологии высокочастотной идентификации; внешний приемник выполнен с возможностью передачи высокочастотного сигнала через высокочастотную антенну и поставки электропитания во встроенный измеритель температуры, в то же время внешний приемник выполнен с возможностью передачи информации на встроенный измеритель температуры, причем встроенный измеритель температуры не имеет внешнего источника электропитания,причем все схемы во встроенном измерителе температуры выполнены с возможностью получения энергии от высокочастотной индукционной катушки, получая высокочастотный сигнал, передаваемый внешним приемником, а также через схему преобразования электроэнергии; датчик температуры выполнен с возможностью контакта непосредственно с сердечником исследуемого кабеля или медной соединительной трубкой, причем измеряемые значения температуры передаются на внешний приемник через высокочастотную антенну посредством высоких частот, а внешний приемник имеет проводной или беспроводной интерфейс удаленной связи. 2. Кабельное соединение по п.1, отличающееся тем, что встроенный измеритель температуры содержит датчик температуры, схему преобразования температуры, высокочастотную индукционную катушку, высокочастотную интерфейсную схему, схему управления MCU и т.д.; при этом датчик температуры выполнен с возможностью контакта непосредственно с медной соединительной трубкой или с сердечником кабельного соединения; причем датчик температуры может представлять собой термопару,платиновый резистор или полупроводниковое устройство; при этом схема преобразования температуры выполнена с возможностью преобразования выходного сигнала датчика температуры в аналоговые или цифровые сигналы, которые распознаются MCU; причем высокочастотная индукционная катушка выполнена с возможностью получения электроэнергии из внешнего приемника и обмена данными с внешним приемником; при этом высокочастотная интерфейсная схема выполнена с возможностью передавать сигнал между MCU и высокочастотной индукционной катушкой. 3. Кабельное соединение по п.1, отличающееся тем, что внешний приемник содержит схему высокочастотной передачи и интерфейса, высокочастотную антенну, схему управления MCU и удаленную интерфейсную схему связи; при этом схема высокочастотной передачи и интерфейса выполнена с возможностью получать управляющий сигнал и сигнал данных, посланный со схемы управления MCU, и передавать их на встроенный измеритель температуры через высокочастотную антенну, в то же время схема высокочастотной передачи и интерфейса выполнена с возможностью получения ответного сигнала, передаваемого встроенным измерителем температуры через высокочастотную антенну, и отправки на схему управления MCU, причем MCU выполнена с возможностью считывания значения температуры исходя из полученной расшифровки сигнала. 4. Кабельное соединение по п.1, отличающееся тем, что высокочастотная антенна внешнего приемника выполнена из набора приемных контуров, расположенных по кругу, вокруг внешнего края встроенного измерителя температуры одной или более катушек с магнитным сердечником, которые соединены в группах как приемный контур и помещены снаружи встроенного измерителя температуры вдоль одной или больше сторон. 5. Способ работы кабельного соединения по п.1, включающий следующие этапы, на которых: данные температуры в промежуточных кабельных соединениях собираются встроенным измерителем температуры; собранные первичные данные обрабатываются и затем сигнал передается при помощи высоких частот; переданный сигнал принимается внешним приемником в соответствующем режиме приема и затем вводится и передается на считывающее устройство идентификации.