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.
Procedure for limiting the movement of the insulating oil in power cables and electrical equipment. Power cables, especially those for very high voltages, are known to be quite significant temperature fluctuations during operation, some of which are caused by changes in the current load and some by changes in the temperature of the environment. When the temperature in the cable rises, the insulation material expands, and at the same time the pressure in the cable rises, while when the temperature falls, the insulation material contracts and the pressure drops.
The resulting movements of the oil insulation have the result that ionization paths in the form of vacuum bubbles are formed within the insulation layer, which weakens the insulation and creates a risk of breakdown. This disadvantage has been tried by various means, partly by means of Vorrichtun that reduce the movement of the oil insulation in the longitudinal direction of the cable and partly by devices that facilitate the movement of the oil by overcoming the frictional resistance in the insulation.
In the former case, expansion vessels have been used which are inserted into the cable itself, extend through the entire cable and allow the oil to expand and contract in the radial direction under the action of a counterpressure generated in the expansion vessel. In the latter case, the inside of the Ka bele has been set in connection with a Druckbehäl ter, the oil can move freely in the longitudinal direction of the cable through the hollow electrical conductor. However, all of these devices, which are purely mechanical in nature, make the construction of this cable very complicated, so that the cable becomes much more expensive.
The aim of the invention is to create cables and electrical apparatus, for example capacitors, transformers, oil switches, etc., in which any harmful movement of the insulating oil is prevented, and essentially consists in the fact that the cable respectively. an amount of heat regulated in relation to its current load and the external temperature is supplied to the apparatus,
that the temperature in the cable resp. in the apparatus only fluctuates within a temperature range that is permissible in consideration of the harmful effects of temperature fluctuations on the insulating oil. The heat is preferably supplied in the form of electrical energy, which, for example, in the case of cables, is converted into resistance heat in an electrical conductor arranged in a suitable manner in or around the cable.
By regulating the temperature in this way, the actual cause of the deterioration in the insulation of the cable is eliminated, and a practically ionization-free cable with a long service life is obtained.
Cables with devices for performing the method according to the invention are illustrated in the drawing, for example. Figures 1, 2 and 3 are cross-sections through power cables which are provided with special conductors for heating the cable; Figures 4, 5 and 6 show various circuit arrangements for supplying the current to the resistance element of the cable and for regulating it; 7 and 8 are cross-sections of cables, without he special resistance elements, in which part of the useful power transmitted to the cable is put into thermal energy in the cable;
Fig. 9 shows an arrangement for regulating the heat supply in such cables. In the cable shown in Fig. 1, 1 denotes the electrical high-voltage conductor, which is tubular and in a known manner consists of several strands. Inner half of each conductor provided with a layer 2 of insulation material resistance wire 3 is arranged, which has the task of conducting the current to serve to heat the cable. The hollow conductor 1 is otherwise filled with oil and surrounded by an insulation layer 4, which in turn is protected by a lead sheath 5.
In the embodiment shown in FIG. 2, the resistance element is arranged between the insulation layer 4 and the lead sheath 5 and formed as a band-shaped conductor 3 wound around the insulation layer in a helical manner. Fig. 2 also illustrates how the invention can be combined with arrangements for counteracting longitudinal movements of the Isolatioyhsöls .im Kabel.
In the example shown, the cable is for this purpose in a known manner with an expansion vessel attached within the hollow Lei age 1 in the form of a tubular, expediently made of sheet metal body see which has a cross-sectional shape such that it has a certain elasticity in the radial direction, so that 'it can be compressed when the temperature increases and the resulting pressure increase in the oil and allows the oil to expand, but can expand due to its own spring force when the temperature decreases. The expansion vessel therefore constantly exerts elastic pressure on the oil and thus counteracts the formation of vacuum bubbles.
It is assumed here that the space between the expansion vessel 6 and the hollow conductor 1 is filled with oil.
The arrangement according to FIG. 2 gives a very favorable interaction of the two methods which are intended to prevent the formation of vacuum bubbles. The electrical energy which is supplied to the cable in the form of heat in the resistance wire 3 in periods of falling temperature keeps the temperature fluctuations of the cable within limits, which are determined by the economic efficiency of the system. The smaller pressure changes in the insulation medium caused by the temperature fluctuations within these limits are, however, absorbed by the expansion vessel 6. In this way, any inhomogeneity in the insulation material can be avoided.
In the embodiment according to FIG. 3, the resistance conductor 3 is arranged over the lead sheath 5. The power conductor 1 consists in this case. several uninsulated wires.
Fig. 4 illustrates the scheme of a device for regulating the temperature of cables according to Fig. 1 in a three-phase network. The conductors 1 of the individual cables are connected to the secondary side of a transformer 7, the secondary coils of which are provided with some additional turns, which a controllable current of relatively low voltage can be taken via the order switch 8 and the resistance wires 3 ent. At the opposite ends of the cables, the resistance wires 3 are connected to the conductors 1, as shown at 9.
In the figure is a device for monitoring BEZW. to display the prevailing temperature in the cable, which is made up of Galvano meters 10 and resistance elements 11 be arranged in Wheatstone circuit. These resistance elements can consist of wires wound around the cable with a resistance that varies with temperature. The galvanometers 10 are used to display the temperature in the associated cables.
Fig. 5 shows the scheme of a Einrich device, according to which the current used to heat the cable serving special alternating current sources 12 via transformers 13 is removed. The power supply can there be regulated by means of the primary circuits of the ordered rheostats 14. The cable temperature can be read in any way. In the device according to FIG. 5, the cables are provided with thermocouples 15 which are connected by lines 16 to suitable instruments for displaying the temperature.
Fig. 6 shows a control device for cables of the type shown in Fig. 3, in which the current required for the heat supply is taken from a special three-phase current source 17, the secondary coils in a manner similar to that in Fig. 4 with some additional turns for the Ent acceptance of electricity of lower voltage. The heating resistor elements 3 are connected in star in this case.
The power conductor of the cable shown in Fig.7 is made up of a number of insulated conductors 1, which can be connected in parallel with one another as desired for the purpose of distributing the load current to a larger or smaller number of conductors. The conductors 1 are arranged in a circle, so that 'they form a central cavity in the cable which is filled with an oil insulation. In this central cavity, as FIG. 7 shows, an expansion vessel 6 .of the type described in connection with FIG. 2 can be arranged.
8 shows a cable with a power conductor also divided into a plurality of branches that are isolated from one another. These branches form a number of suitably insulated, tubular conductors 19 arranged on the same axis around a core 18.
In Fig. 9, a device for regulating the temperature in the cable is illustrated un ter utilization of part of the useful energy transmitted through the cable in the scheme. Cables of the type indicated in FIGS. 7 and 8 can be used here. The mutually isolated Lei terzweige can be switched one after the other in parallel to one phase of the alternating current source 21 by switch 20.
This makes it possible to change the number of conductors in relation to the existing load, so that the resistance heat developed in the conductors can be changed to maintain the desired temperature of the cable. Fig. 9 also illustrates a device for automatically regulating the temperature. To the. For its purpose, the changeover switches 20 are arranged in such a way that they can be switched automatically by means of a motor 22.
The motor is expediently oscillating on a shaft 23: mounted and provided with two drive disks 24, 2, 5, which can be brought into engagement with a friction disk 26 by pivoting the motor, the movement of which is effected by a worm gear 27 and a lever system 28 , 29, 30 can be transferred to the switch 20. The motor is normally in such a position that no movement is transmitted to the switches 20.
However, if the temperature in the cable exceeds or falls below a certain limit value, the motor is swiveled to one side or the other, by means of two electromagnets 31, 32, which are switched into the circuit of a thermostat 33 connected to the cable, that the circuit for one electromagnet is closed at a certain minimum temperature and the circuit for the other electromagnet is closed at a certain maximum temperature in the cable.
The display of the temperature in the cable can also be done by optical aids, which can be arranged under the control of a thermostat 34, which, for example, leaves a colored, for example green, lamp switched on, splange the temperature of the cable is within permissible limits and a different colored, for example red, lamp 36, if the temperature exceeds or falls below the limit values. The thermostat 34 can be influenced directly or indirectly by the temperature in the cable.
In the drawing, the case is shown that the thermostat is operated indirectly through the mediation of a thermocouple connected to the cable, the current of which flows through a stimulus winding of the thermostat.
Similar heating devices, as can be readily seen, may be installed in the connection boxes of the cable.