DE1038140B - Elektrisches Kabel, insbesondere Energiekabel, mit einer Einrichtung zur UEberwachung seiner Betriebstemperatur - Google Patents

Description

Die Betriebssicherheit von Starkstromkabeln, insbesondere von Hochspannungsenergiekabeln, wird bekanntlich bei der Überschreitung einer bestimmten Kabeltemperatur herabgesetzt, weil dann mit einer das Kabel gefährdenden-Verringerung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit der Isolierung gerechnet werden muß. Daher liegen verschiedene Vorschläge für die Überwachung der Temperatur in Betrieb befindlicher elektrischer Leitungen und Kabel vor. So wurden beispielsweise Prüfdrähte in das Leitungsseil oder in die Zwickelräume von Starkstromkabeln gelegt, aus deren Widerstandsänderung auf die im Kabel herrschenden Temperaturverhältnisse geschlossen wurde.

Ohne Verwendung elektrischer Hilfsmittel wurden auch schon in besonders in das Kabelinnere eingefügten Rohren oder Hohldrähten Gas- oder Flüssigkeitsmengen allseitig abgeschlossen, deren Druck- oder Volumensteigerung dann auch ein Maß für einen Temperaturanstieg im Kabel war.

Diese bekannten Verfahren gestatten jedoch nur, über die ganze Kabellänge integrierend auf eine gemittelte Kabeltemperatur zu schließen. Damit ist es nicht möglich, beispielsweise an bestimmten Kabelstellen eine etwa durch besondere ungünstige Betriebsverhältnisse oder sich allmählich herausbildende Feh- ler eintretende unzulässige Erwärmung des Kabels festzustellen und hinsichtlich ihres Ortes einzumessen. Es ist aber für die Betriebssicherheit des Kabels notwendig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur der Isolierung an keiner Stelle der Kabellänge einen kritisehen Wert überschreitet. Sollte ein solcher Fall aus den oben genannten Gründen doch eintreten, dann sollte die betreffende Kabelstelle einmeßbar sein.

Dieses Problem darf aber nicht mit der Aufgabe verwechselt werden, die darin besteht, in der Isolierung des Kabels auftretende Fehler anzuzeigen und auch die Stelle des Fehlerortes durch Messung zu bestimmen. Zur Lösung der zuletzt genannten Aufgabe ist bereits so vorgegangen worden, daß ein besonderes Leitersystem im Kabel angeordnet wurde. Einer der Leiter besteht dabei aus leicht schmelzbaren Metallen und ist von den anderen durch durchlässigen Isolierstoff getrennt. Im allgemeinen wird sich da, wo ein Spannungsdurchbruch erfolgt, vorher in der Isolation des Kabels eine örtliche Erwärmung einstellen. Sie soll ausreichen, um das leicht schmelzbare Metall des einen Leiters zum Schmelzen zu bringen und dadurch einen Signalstromkreis zu schließen. Die örtliche Erwärmung an der Fehlerstelle bewirkt somit in der Überwachungsleitung eine dauernde Veränderung, die auch bestehen bleibt, wenn die Kabelstrecke abgeschaltet wird und dann die Fehlerstelle sich wieder abkühlt. Um daher die Überwachungsleitung wieder betriebsbereit zu machen, ist es erforderlich, den bestehenden Elektrisches Kabel,

insbesondere Energiekabel,

mit einer Einrichtung zur überwachung

seiner Betriebstemperatur

Anmelder:

Süddeutsche Kabelwerke,

Zweigniederlassung der

Vereinigte Deutsche Metallwerke A. G.,

Mannheim, Waldhofstr. 244

Dipl.-Ing. Franz Simons, Mannheim-Rheinau,
ist als Erfinder genannt worden

Kurzschluß zu beseitigen, indem das Kabel an der Fehlerstelle geöffnet und die Überwachungseinrichtung durch eine neue ersetzt wird. Abgesehen davon, daß sich die Erfindung nicht mit diesem Problem befaßt, wäre aber auch die Anwendung der bekannten Maßnahme zeitraubend und kostspielig.

Für den praktischen Betrieb einer Kabelanlage ist also das vorerwähnte Meldesystem für das Auftreten von Isolationsfehlern unzweckmäßig, weil jede Überschreitung der kritischen Temperatur eine Zerstörung des Meldesystems an der Fehlerstelle bewirkt. Das Ausbauen undErneuern der Überwachungseinrichtung bedingt ferner eine vollständige Abschaltung der Kabelanlage und damit eine Betriebsunterbrechung. Die Verwendung eines Überwachungssystems der vorerwähnten bekannten Art reicht nun aber keineswegs aus, um beispielsweise in Kraftwerkbetrieben mit einer großen Zusammenballung von Energiekabeln die Überwachung der zulässigen Kabeltemperatur durchzuführen. Längs des Weges des Kabels in Kanälen, Schalträumen usw. sind die Verhältnisse der Wärmeabführung meist so unterschiedlich und so schwer erfaßbar, daß eine Angabe der zulässigen Strombelastung nur mit großer Unsicherheit möglich ist. Es muß daher aus Sicherheitsgründen die Belastung des Kal>els fast immer kleiner gewählt werden, als es eigentlich erforderlich ist. Infolgedessen, können derartige Energiekabel in ihrer Leistungsfähigkeit nicht voll ausgenutzt werden.

Zur Messung der Temperatur in Kabeln ist auch schon VOn Thermoelementen Gebrauch gemacht wor-

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Claims (2)

den. Sie sind vorteilhaft an den Stellen anzuordnen, an denen durch die Überbeanspruchungen plötzlich Temperatursprünge befürchtet werden müssen. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur ständig zu überwachen und Kabeldurchschläge vorauszusehen. Bekannt ist es ferner, zur Anzeige hoher Außentemperatur für Feuermeldesysteme ein Signalkabel zu verwenden, dessen Leiter mit Nylon isoliert sind. Ein Instrument zeigt dann einen Spannungsabfall an. wenn die Außentemperatur so hoch angestiegen ist, daß der vorerwähnte Isolierstoff erweicht und sich somit sein negativer Temperaturwiderstandskoeffizient ändert, wodurch ein Stromschluß im Signalkabel herbeigeführt wird. Hierbei wird somit die Änderung des Aggregatznstandes des Isolierstoffes benutzt, um den Fehler anzuzeigen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Überwachung der Betriebstemperatur von insbesondere elektrischen Energiekal>eln, die bisher bekanntgewordenen Maßnahmen nicht ausreichen, weil sie sich der Widerstandsänderung bedienen, die aber für eine >chnelle Anzeige zu träge und für eine genaue Anzeige nicht sicher genug arbeitet. Daher scheidet auch die Benutzung von Thermostaten und die auf der Änderung des negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten beruhende Kunststoffisolierung aus. Bei dem neuen Kabel werden erfindungsgemäß die im Meldekreis liegenden mit einer saugfähigen Isolierung versehenen Leiter allseitig von einem solchen Tränkmittel umgeben, bei dem sich die Dielektrizitätskonstante bei einer bestimmten Kabeltemperatur in einem Maße ändert, daß diese Änderung zur Anzeige und Einmessung des Ortes der Temperaturänderung im Kabel benutzbar ist. Als Tränkmittel kann beispielsweise Natriumthiosulfat oder Paraffin Anwendung finden. Der Erfindungsgedanke ist in den Abbildungen erläutert. Abb. 1 veranschaulicht einen Querschnitt durch ein Dreimantelkabel mit einem Meldekabel Ausführung; Abb. 2 ist ein Querschnitt durch ein Mehrleiter-Meldesystem nach Art der Erfindung. In einem Mehrleiterkabel 1, entsprechend der Darstellung nach Abb. 1 ist ein Mehrleiter-Meldesystem 2 in der Achse des Kabels zwischen den drei Adern 3 untergebracht. Die Leiter sind in der Abb. 2 mit 4, 5 und 6 bezeichnet. Der Leiter 4 ist mit einer geschlossenen Kunststoffhülle7 umgeben, während die Leiter 5 und 6 je eine Isolierung aus einer Papierkordel 8 besitzen, über der sich je eine mit Lücke gewickelte Papierbandlage 9 befindet. Die drei Adern sind miteinander so verseilt, daß die Lücken 10 der Papierbandlagen 9 zueinander versetzt liegen. Die drei Adern werden von einem gemeinsamen Kunststoffmantel 11 umschlossen und sind mit einer Natriumthiosulfat- oder Paraffinmasse 12 als Tränkmittel so vollständig getränkt, daß bisheriger alle Hohlräume der Kabelseele mit diesem Tränkmittel ausgefüllt sind. Wenn im Kabel die Temperatur über einen kritischen Wert steigt, etwa infolge eines eintretenden Fehlers, ändert sich bei einer f ür die Tränkmasse ganz bestimmten Temperatur die Dielektrizitätskonstante, wobei sich der Wellenwiderstand so ändert, daß nach einem der bekannten Verfahren zur Fehlerortbestimmung die Lage des Fehlers im Kabel eingemessen werden kann. Der Leiter 4 wird als Hilfsleiter hierbei benutzt, weil der Widerstand seiner Isolierung 7 unbeeinflußt bleibt. Die Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Natriumthiosulfats tritt bereits bei etwa 47° C auf. Paraffin als Tränkmittel kann gegebenenfalls mit Zusätzen Anwendung finden. Die Einmessung des Fehlerortes erfolgt tunlichst durch eine Laufzeitmessung mittels eines Impulsgerätes. Für die in das Leitungssystem hineinlaufenden Impulse bildet die erwärmte Stelle des Dielektrikums eine Reflexionsstelle, die einmeßbar ist. Diese Messung der Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Tränkmittels für den Isolierstoff ist sehr viel genauer als die Messung auf Grund von Widerstaudsänderungen. weil bekanntlich die Änderung bereits innerhalb kleiner Temperaturintervalle deutlich sichtbar gemacht werden kann. Patent λ νsprccke:

1. Elektrisches Kabel, insbesondere Energiekabel, mit einer Einrichtung zur Überwachung seiner Betriebstemperatur und bei deren Überschreitung zur Ermittlung des durch Wärmeeinwirkung entstandenen Fehlerortes, wobei die Kabeladern mit einem elektrischen Meldesystem verbunden sind und eine Isolierung aufweisen, die bei Temperaturänderungen ihre elektrischen Eigenschaften ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meldekreis liegenden, mit einer saugfähigen Isolierung (8) versehenen Leiter (5, 6) allseitig von einem solchen Tränkmittel (12) umgeben sind, bei dem sich die Dielektrizitätskonstante bei einer bestimmten Kabeltemperatur in einem Maße ändert, daß diese Änderung zur Anzeige und Einmessung des Ortes der Temperaturänderung im Kabel benutzbar ist.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Tränkmittel Paraffin oder Natriumthiosulfat, das gegebenenfalls mit Zusätzen versehen ist, Anwendung findet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 624 998;
schweizerische Patentschrift Nr. 150 426;
USA.-Patentschriften Nr. 1152 932, 2 495 867. 581 213;

Aufsatz in der Zeitschrift für angewandte Physik, V. Band, Heft 2, 1953, S. 52 bis 60.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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