Verfahren zur Begrenzung von Bewegungen des Isolationsöles in Starkstromkabeln und elektrisehen Apparaten. Starkstromkabel, und zwar insbesondere solche für sehr hohe Spannungen, sind be kanntlich während des Betriebes ziemlich be deutenden Temperaturschwankungen ausge setzt, die teils durch Änderungen der Strom belastung und teils durch Änderungen der Temperatur der Umgebung verursacht wer den. Beim Steigen der Temperatur im Kabel dehnt sich das Isolationsmaterial aus, und gleichzeitig steigt der Druck im Kabel, wäh rend sich beim Sinken der Temperatur das Isolationsmaterial zusammenzieht und der Druck sinkt.
Die hierdurch hervorgerufenen Bewegungen der Ölisolierung haben zur Folge, dass' Ionisierungsstrecken in Form von Vakuumblasen innerhalb der Isolier schicht gebildet werden, wodurch die Iso lierung geschwächt wird und Durchschlags gefahr entsteht. Diesem Nachteil hat man bisher durch verschiedene Mittel abzuhelfen versucht, und zwar teils durch Vorrichtun gen, die die Bewegung der Ölisolierung in der Längsrichtung des Kabels vermindern und teils durch Vorrichtungen, die die Be wegung des Öls unter Überwindung des Reibungswiderstandes in der Isolierung er leichtern.
Im ersteren Falle hat man Ex- pansionsgefäss@e benutzt, die in das Kabel selbst eingelegt sind, sich durch das ganze Kabel erstrecken und die Ausdehnung und Zusammenziehung des Öls in radialer Rich tung unter Einwirkung eines im Expansions gefäss erzeugten Gegendruckes zulassen. Im letzteren Falle hat man das Innere des Ka bele in Verbindung mit einem Druckbehäl ter gesetzt, wobei das Öl sich in der Längs richtung des Kabels durch den hohlen elek trischen Leiter frei bewegen kann. Alle diese Vorrichtungen, die rein mechanischer Art sind, machen jedoch die Konstruktion dies Kabels sehr kompliziert, so dass das Ka bel wesentlich teurer wird.
Die Erfindung bezweckt, Kabel und elek- trische Apparate, zum Beispiel Kondensato ren, Transformatoren, Ölschalter usw., zu schaffen, in denen jede schädliche Bewegung des Isolationsöls verhindert wird, und be steht im wesentlichen darin, dass dem Kabel bezw. dem Apparat eine im Verhältnis zu dessen Strombelastung und zur äussern Tem peratur derart geregelte Wärmemenge zu geführt wird,
dass die Temperatur im Kabel bezw. im Apparat nur innerhalb eines in Rücksicht auf die schädliche Einwirkung von Temperaturschwankungen auf das Iso- lationsöl zulässigen Temperaturbereiches schwankt. Vorzugsweise wird die Wärme in Form von elektrischer Energie zugeführt, die zum Beispiel bei Kabeln in einem in passender'Weise im Kabel oder um dasselbe angeordneten elektrischen Leiter in Wider standswärme umgesetzt wird.
Durch eine in dieser Weise vorgenommene Temperatur regelung wird die eigentliche Ursache der Verschlechterung der Isolierung des Kabels beseitigt, und man erhält ein praktisch ionisierungsfreies Kabel von grosser Lebens dauer.
Kabel mit Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Die Fig. 1, 2 und 3 sind Querschnitte durch Starkstromkabel, die mit besonderen Leitern für die Erwärmung des Kabels versehen sind; Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Schaltungsanordnungen für die Zuführung des Stromes zum Widerstandselement des Kabels und für seine Regelung; Fig. 7 und 8 sind Querschnitte von Kabeln, ohne he sondere Widerstandselemente, bei denen ein Teil der auf das Kabel übertragenen Nutz leistung in Wärmeenergie im Kabel um gesetzt wird;
Fig. 9 zeigt eine Anordnung zum Regeln der Wärmezufuhr bei solchen Kabeln. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kabel bezeichnet 1 den elektrischen Starkstrom leiter, der rohrförmig ist und in bekannter Weise aus mehreren Litzen besteht. Inner halb jedes Leiters ist ein mit einer Schicht 2 aus Isolationsmaterial versehener Wider standsdraht 3 angeordnet, der die Aufgabe hat, den zur Erwärmung des Kabels dienen den Strom zu leiten. Der hohle Leiter 1 ist im übrigen mit Öl gefüllt und von einer Isolationsschicht 4 umgeben, die ihrerseits durch einen Bleimantel 5 geschützt ist.
In der in Fig. 2 dargestellten Aus führungsform ist das Widerstandselement zwischen der Isolationsschicht 4 und dem Bleimantel 5 angeordnet und als ein um die Isolationsschicht schraubenlinienförmig ge wickelter, bandförmiger Leiter 3 ausgebildet. Fig. 2 veranschaulicht auch, wie die Er findung mit Anordnungen zum Entgegen wirken gegen längsgerichtete Bewegungen des Isolatioyhsöls .im Kabel kombiniert werden kann.
Im dargestellten Beispiel ist das Ka bel zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise mit einem innerhalb des hohlen Lei ters 1 angebrachten Expansionsgefäss in Form eines rohrförmigen, zweckmässiger weise aus Blech bestehenden Körpers ver sehen, der eine solche Querschnittsform hat, dass er eine gewisse Elastizität in radialer Richtung aufweist, so dass' er bei Tempera tursteigerung und dadurch verursachter Drucksteigerung des Öls zusammengepresst werden kann und die Ausdehnung des Öls zulässt, bei Temperaturabnahme sich jedoch infolge seiner eigenen Federkraft erweitern kann. Das Expansionsgefäss übt also dauernd einen elastischen Druck auf das Öl aus und wirkt .dadurch der Bildung von Vakuum blasen entgegen.
Hierbei ist angenommen, dass der Zwischenraum zwischen dem Ex pansionsgefäss 6 und dem hohlen Leiter 1 mit Öl gefüllt ist.
Die Anordnung nach der Fig. 2 gibt eine sehr günstige Zusammenwirkung der zwei Methoden, welche ein Bilden von Vakuum blasen verhindern sollen. Die elektrische Energie, die im Widerstandsdraht 3 in Form von Wärme dem Kabel in Perioden fallen der Temperatur zugeführt wird, hält die Temperaturschwankungen des Kabels in Grenzen, die von der Wirtschaftlichkeit der Anlage bestimmt sind. Die von den Tempe raturschwankungen in diesen Grenzen be- dingten kleineren Druckänderungen im Iso lationsmedium werden aber von dem Expan sionsgefäss 6 aufgenommen. Auf diese Weise kann jede Inhomogenität in dem Isolations material vermieden werden.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist der Widerstandsleiter 3 über dem Blei mantel 5 angeordnet. Der Starkstromleiter 1 besteht in diesem Falle aus. mehreren un- isolierten Drähten.
Fig. 4 veranschaulicht das Schema einer Einrichtung zum Regeln der Temperatur von Kabeln nach Fig. 1 in einem Drehstrom netz. Die Leiter 1 der einzelnen Kabel sind an die Sekundärseite eines Transformators 7 angeschlossen, dessen sekundäre Spulen mit einigen zusätzlichen Windungen versehen sind, denen ein regelbarer Strom von verhält nismässig niedriger Spannung über den Um schalter 8 und die Widerstandsdrähte 3 ent nommen werden kann. An den entgegen gesetzten Enden der Kabel sind die Wider standsdrähte 3 mit den Leitern 1 verbunden, wie dies bei 9 gezeigt ist.
In der Abbildung ist auch eine Einrichtung zum Überwachen bezw. zum Anzeigen der im Kabel herrschen den Temperatur dargestellt, die aus in Wheatstoneschaltung angeordneten Galvano metern 10 und Widerstandselementen 11 be steht. Diese Widerstandselemente können in um die Kabel gewickelten Drähten mit einem mit der Temperatur veränderlichen Wider stand bestehen. Die Galvanometer 10 dienen dabei zum Anzeigen der Temperatur in den zugehörigen Kabeln.
Fig. 5 zeigt das Schema einer Einrich tung, nach der der zum Erwärmen des Ka bels dienende Strom besonderen Wechsel stromquellen 12 über Transformatoren 13 entnommen wird. Die Stromzufuhr kann da bei mittelst in den Primärstromkreisen an geordneter Rheostate 14 geregelt werden. Die Ablesung der Kabeltemperatur kann in beliebiger Weise erfolgen. Bei der Einrich tung gemäss Fig. 5 sind die Kabel mit Thermoelementen 15 versehen, die durch Leitungen 16 an geeignete Instrumente zum Anzeigen der Temperatur angeschlossen sind.
Fig. 6 zeigt eine Regeleinrichtung für Kabel der in Fig. 3 dargestellten Art, bei der der für die Wärmezufuhr erforderliche Strom einer besonderen Drehstromquelle 17 entnommen wird, deren sekundäre Spulen in ähnlicher Weise wie in Fig. 4 mit eini gen zusätzlichen Windungen für die Ent nahme von Strom niedrigerer Spannung versehen sind. Die Heizwiderstandselemente 3 sind in diesem Falle in Stern geschaltet.
Der Starkstromleiter des in Fig.7 dar gestellten Kabels besteht in einer Anzahl isolierter Leiter 1, die zwecks Verteilung des Belastungsstroms auf eine grössere oder kleinere Anzahl von Leitern beliebig mit einander parallel geschaltet werden können. Die Leiter 1 sind kreisförmig angeordnet, so dass' sie einen zentralen Hohlraum im Kabel bilden, der mit einer Ölisolierung ausgefüllt ist. In diesem zentralen Hohl raum kann auch, wie Fig. 7 zeigt, ein Expansionsgefäss 6 .der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Art angeordnet wer den.
Fig. 8 zeigt ein Kabel mit ebenfalls in eine Mehrzahl untereinander isolierter Zweige unterteiltem Starkstromleiter. Diese Zweige bilden eine Anzahl um einen Kern 18 gleich achsig angeordneter, geeignet isolierter, rohr- förmiger Leiter 19.
In Fig. 9 ist im Schema eine Einrichtung zum Regeln der Temperatur im Kabel un ter Ausnutzung eines Teils der durch das Kabel übertragenen Nutzenergie veranschau licht. Hierbei können Kabel der in Fig. 7 und 8 angegebenen Art zur Verwendung kommen. Die untereinander isolierten Lei terzweige können durch Schalter 20 nachein ander parallel zu je einer Phase der Wechsel stromquelle 21 geschaltet werden.
Es wird dadurch ermöglicht, die Anzahl der Leiter im Verhältnis zur vorhandenen Belastung zu ändern, so dass die in den Leitern entwik- kelte Widerstandswärme zur Aufrechterhal tung der gewünschten Temperatur des Ka bels geändert werden kann. Fig. 9 veran schaulicht auch eine Einrichtung zur selbst tätigen Regelung der Temperatur. Zu die. sein Zweck sind die Umschalter 20 derart angeordnet, dass sie mittelst eines Motors 22 selbsttätig umgelegt werden können.
Der Motor ist zweckmässigerweise pendelnd auf einer Welle 23: gelagert und mit zwei An triebsscheiben 24, 2,5 versehen, die durch Schwenkung des Motors in Eingriff mit einer Reibungsscheibe 26 gebracht werden können, deren Bewegung durch ein Schnek- kengetriebe 27 und ein Hebelsystem 28, 29, 30 auf die Schalter 20 übertragen werden kann. Normalerweise befindet sich der Mo tor in einer solchen Lage, dass keine Be wegung auf die Schalter 20 übertragen wird.
Wenn die Temperatur im Kabel jedoch einen bestimmten Grenzwert über- oder unter schreitet, wird der Motor nach der einen oder andern Seite geschwenkt, und zwar mittelst zweier Elektromagnete 31, 32, die in den Stromkreis eines mit dem Kabel verbundenen Thermostaten 33 so neingeschaltet sind, dass der Stromkreis für den einen Elektromag neten bei einer gewissen Mindesttemperatur und der Stromkreis für den andern Elektro magneten bei einer gewissen Höchsttempe ratur im Kabel geschlossen wird.
Das An zeigen der Temperatur im Kabel kann auch durch optische Hilfsmittel erfolgen, die unter der Kontrolle eines Thermostaten 34 angeordnet sein können, der beispielsweise eine farbige, zum Beispiel grüne, Lampe <B>35</B> eingeschaltet lässt, splange die Tempe ratur des Kabels innerhalb zulässiger Gren zen liegt und eine andersfarbige, zum Bei spiel rote, Lampe 36, wenn die Temperatur die Grenzwerte über- oder unterschreitet. Der Thermostat 34 kann direkt oder indirekt durch die Temperatur im Kabel beeinflusst werden.
In der Zeichnung ist der Fall darge stellt, dass der Thermostat indirekt durch Ver mittlung eines mit dem Kabel verbundenen Thermoelementes betätigt wird, dessen Strom eine Reizwicklung des Thermostaten durch fliesst.
Ähnliche Erwärmungsvorrichtungen kön nen, wie leicht ersichtlich, in den Ver bindungskästen des Kabels angebracht sein.