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Verfahren zum Betrieb von Hochspannungskabeln.
Die Hochspannungskabel in der jetzt allgemein üblichen AusführnngsforIl1 mit getränkter Papierisolation haben die Eigentümlichkeit. aus Stoffen mit sehr verschiedenen Wärmedehnungs- koeffizienten aufgebaut zu sein.
Es wurde nun beobachtet. dass gewisse unerwünschte Erscheinungen auf die Auswirkung der verschiedenen Ausdehnung der Einzelteile bei wechselnder Erwärmung. die hauptsächlich durch wechselnde Belastung entsteht, zurückzuführen sind. Tatsächlich lehrt die Erfahrung. dass die Mehrzahl der Kabeldurchschläge, die nach einer längeren Betriebsperiode auftreten, sich nach Abschalten oder starker Verminderung der Leistung, also bei Abkühlung des Kabels, ereignet, wodurch bei wechselnder Belastung und damit wechselnder Erwärmung der Kabel unerwünschte Nebenerscheinungen auftreten. Insbesondere ist es die starke Wärmeausdehnung der Tränkmasse, die bei Abkühlung des Kabels zu Hohlraumbildung und damit zu Glimmentladungen und zu beginnendem Kabeldurchschlag führen kann.
Soweit die Hohlräume zwischen der Isolation und dem Bleimantel auftreten. lassen sie sich nach bekannten Verfahren elektrisch abschirmen ; doch versagen diese Mittel für schwache Stellen innerhalb der Isolation.
Auf Grund der geschilderten Beobachtungen werden die unerwünschten Erscheinungen, die auf die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zurückzuführen sind. dadurch beseitigt, dass das Kabel durch eine selbsttätig geregelte Beheizung dauernd auf gleichmässiger oder annähernd gleichmässiger Temperatur gehalten wird. Hiedurch werden alle Ungleichmässigkeiten im thermischen Verhalten innerhalb des Kabels ausgeglichen ; das Kabel wird, um es mit einer kurzen Bezeichnung auszudrücken, thermisch stabilisiert. Als selbsttätig geregelte Heizung kommt praktisch wohl nur eine elektrische Heizung in Betracht.
Zur thermischen Stabilisierung auf elektrischem Wege ist es notwendig, den Teil der Stromenergie, der sich normalerweise bei Spitzenbelastung in Joulesche Wärme umsetzt, dauernd auf derselben Höhe zu halten. Die Forderung kommt praktisch darauf hinaus, einen konstanten Strom durch das Kabel zu schicken, also zu Zeiten geringen Energieverbrauches den Arbeitsstrom durch einen zusätzlichen Heizstrom zu ergänzen. Die Steuerung des Heizstromes kann in bekannter Weise durch regulierende Instrumente, entweder Amperemeter oder Thermometer oder auch andere auf Temperaturänderungen ansprechende Einrichtungen, erfolgen. Der Heizstrom muss sich unabhängig von dem Betriebsstrom einschalten lassen, derart, dass die Isolation erst nach Erreichung der stabilen Temperatur beansprucht wird.
Als Heizkörper können die Adern des Kabels verwendet werden, u. zw. in der Weise. dass der einzelne Leiter in zwei voneinander isolierte Teile aufgetrennt wird, die zur Fortleitung des Netzstroms parallelgeschaltet werden, während sie für den Heizstrom eine am Ende kurzgeschlossene Schleife bilden. Zur Erreichung einer Heizwirkung lässt sich mit Hilfe einer Zusatzspannung die Stromverteilung derart ändern. dass die Stromdichte in dem einen Teil der Ader einen grösseren Wert annimmt. Bei der guten Leitfähigkeit der Kupferader hat der Heizstrom nur eine geringe Spannung. Für die Isolation zwischen den beiden aufgespalteten Leiterteilen ist entsprechend nur eine geringe Stärke erforderlich.
Es ist vorteilhaft, den Netzstrom. den das Kabel zu übertragen hat, in der Weise zuzunmren, dass durch den Heiztransformator kein Spannungsabfall entsteht. Verwendbar ist
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hiefür ein Transformator der in der Abbildung wiedergegebcnen Schaltung, wobei die beiden Teile Al und A 2 der Ader an die Enden der Wicklung und die Zuleitung für den Netzstrom in der Mitte der Wicklung des Transformators T angeschlossen wird. Die von den beiden Wicklungsteilen induzierten Felder heben-sich in diesem Fall gegenseitig auf, so dass der Induktivwiderstand der Anordnung für den Netzstrom -0 ist. An die Primärwicklung des Transformators kann eine beliebige Heizstromquelle H angeschlossen werden.
Bei dem vorgeschriebenen Verfahren setzt sich auf den Leiter A 1 und A 2 der Heiz-
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der geometrischen Summe der beiden Ströme. Es kann daher wesentlich sein, dass der Heizstrom mit dem Netzstrom oder dem Ladestrom einen ganz bestimmten Phasenwinkel einschliesst.
Dies ist zu erreichen, wenn anstelle der unabhängigen Heizstromquelle H wie in der Abbildung die Netzspannung selbst verwendet wird, u. zw. unter Zwischenschaltung eines Induktionsreglers oder eines Reguliertransformators, dessen Schaltung nach bekannten Verfahren so getroffen ist, dass er die Phasenlage der abgegebenen Spannung zu ändern gestattet.
Prinzipiell ist es natürlich auch möglich, einen Gleichstrom für die Heizung des Kabels zu verwenden.
Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, für den Heizstrom eine andere Frequenz zu wählen, als für den Arbeitsstrom, da sich Ströme verschiedener Periodenzahl nicht geometrisch addieren, sondern zu einer algebraischen Summe ergänzen. Bei Vorhandensein von parallelgeschalteten Doppelkabeln lässt sich natürlich dieselbe Schaltung anwenden, die für die aufgespaltete Ader beschrieben ist.
Der durch die Erfindung beabsichtigte Zweck lässt sich auch durch Benutzung irgend welcher anderer Metallteile des Kabels als Stromleiter erreichen. Man kann den Heizstrom sowohl durch den Bleimantel als auch durch die Eisenarmierung fortleiten, wobei selbstverständlich für eine genügende Isolierung der stromführenden Teile zu sorgen ist, die entsprechend dem höheren spezifischen Widerstand dieser Werkstoffe und den erforderlichen höheren Spannungen entsprechend wirkungsvoller sein muss. Bei Kabeln mit einzeln verbleiten Adern lässt sich z. B. ein Bleimantel zur Hin-und ein anderer zur Rückleitung benutzen. Man kann auch den oder die Bleimäntel zur Hinleitung und die Eisenarmierung zur Rückleitung verwenden. Hiebei lassen sich unter Umständen vorteilhaft Ströme mittlerer oder höherer Frequenz benutzen, um höhere induktive und Wirbelstromverluste zu erzielen.
Die elektrische Heizung kann natürlich auch zum Ausgleich von aussen einwirkender Temperatureinflüsse, z. B. der atmosphärischen Einwirkung, herangezogen werden, doch wird im allgemeinen bei in der Erde verlegten Kabeln, da die Bodentemperatur erfahrungsgemäss nur geringen Schwankungen ausgesetzt ist, dieser Fall von untergeordneter Bedeutung sein.
Das Verfahren bringt den weiteren Vorteil, eine beliebige Arbeitstemperatur wählen zu können.
Es ist möglich, ohne weiteres das Kabel bei Temperaturen von z. B. 100 zu betreiben, wenn nur dafür gesorgt wird, dass auch in diesem Temperaturgebiet die thermische Stabilisierung dauernd gewahrt wird. Dadurch ist es möglich, die Kabel sehr weitgehend zu belasten und den Kupferquerschnitt stärker auszunutzen als bei den bisher üblichen Ausführungen.
Zur Vermeidung von Hohlraumbildung in Kabeln sind Verfahren bekanntgeworden, die darauf hinauslaufen, eine flüssige Tränkmasse zu verwenden und Längskanäle im Kabel zu schaffen, die mit Überlaufgefässen in Verbindung stehen. Der Aufbau und die Verlegung dieser Kabel macht gegenüber der normalen Konstruktion und auch dem nach vorliegender Erfindung gebauten Kabel erhebliche Schwierigkeiten und Kosten. Ausserdem haben diese Kabel auch noch den Nachteil, dass die dafür verwendete flüssige Tränkmasse eine wesentlich geringere Durchschlagfestigkeit besitzt als die sonst gebräuchlichen viskosen Tränkmittel. Auch beim ölgefüllten Kabel ist keine Gewähr dafür gegeben, dass bei plötzlichen Temperaturschwankungen der Druckausgleich so schnell erfolgt, dass Hohlraumbildung bzw. nachteilige Überdrücke vermieden werden.
Für den Betrieb von Freileitungen sind Verfahren bekanntgeworden, die Bildung von Rauhreif und Schneeablagerung durch elektrische Heizung zu verhindern. Diese Verfahren unterscheiden sich von der vorliegenden Erfindung nicht allein durch den andern Zweck und die Durchführung der Heizung ohne Rücksicht auf thermische Stabilisierung, sondern auch durch den Aufbau der Freileitung aus einem einheitlichen oder doch wenigstens in bezug auf thermische Ausdehnung nahezu einheitlichen Material.
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