DD282602A7

DD282602A7 - HIGH VOLTAGE CABLE WITH MONITORING ELEMENTS

Info

Publication number: DD282602A7
Application number: DD87311499A
Authority: DD
Inventors: Lutz Roehr; Uwe Laage; Heike Vogel
Original assignee: Oberspree Kabelwerke Veb K
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1990-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel mit UEberwachungselementen und Plastisolierung, bei dem eingedrungene Feuchtigkeit zur Anzeige gebracht wird. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz ein fluorfreier Multimode-Quarzlichtwellenleiter mit feuchtigkeitssensitiven Dotierungsstoffen ohne geschlossener Faserbeschichtung zur Daempfungsmessung eingesetzt ist und der Quarz-LWL mit Germanium oder Phosphor dotiert ist. Unter Einwirkung von Feuchtigkeit entstehen an der Oberflaeche des LWL Mikrorisse, die Daempfung des Lichtes zur Folge haben.{Hochspannungskabel; Starkstromkabel; Feuchtigkeitsindikator; Lichtwellenleiter; Feuchtigkeit; laengswasserdicht; feuchtigkeitssensitiv; konzentrischer Leiter; VPE-Isolierung}The invention relates to a high voltage cable with monitoring elements and plastic insulation, is brought in the invaded moisture for display. According to the invention, the object is achieved in that a fluorine-free multimode quartz optical waveguide with moisture-sensitive dopants without closed fiber coating is used for dope measurement and the quartz LWL is doped with germanium or phosphorus. Under the influence of moisture, micro-cracks develop on the surface of the fiber optic cable that cause the loss of light. {High voltage cable; Power cables; Humidity indicator; Optical fiber; Humidity; laengswasserdicht; moisture-sensitive; concentric conductor; XLPE insulation}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel mit Überwachungselementen und Plastisolierung, bei dem eingedrungene Feuchtigkeit zur Anzeige gebracht wird.The invention relates to a high voltage cable with monitoring elements and plastic insulation, is brought in the invaded moisture for display.

Characteristic of the known state of the art

Bei in Erde verlegten Kabeln kann bei Beschädigung des Außenmantels Feuchtigkeit in das Kabel eindringen, die sich bei Hochspannungs-Plastkabeln hauptsächlich im Bereich des konzentrischen Leiters ungehindert in Längsrichtung ausbreiten kann. Die eingedrungene Feuchtigkeit ka'.n im Laufe der Zeit zur Kon osion und damit zur Zerstörung des konzentrischen Leiters führen. Dringt die Feuchtigkeit in die Isolierung ein, kann insbesondere bei den mit hoher elektrischer Feldstärke beanspruchten Hochspannungskabeln mit VPE-Isolierung die elektrische Festigkeit der Isolierung beeinUa-htigt werden. Das Eindringen und die Ausbreitung von Feuchtigkeit im Bereich des konzentrischen Leiters muß also durch besonoore Maßnahmen verhindert und nach Möglichkeit ständig überwacht werden.In the case of buried cables, if the outer jacket is damaged, moisture can penetrate the cable, which in the case of high-voltage plastic cables can propagate unhindered in the longitudinal direction, mainly in the area of the concentric conductor. The ingress of moisture can lead to the con osion over time and thus to the destruction of the concentric conductor. If the moisture penetrates into the insulation, the electrical strength of the insulation can be impaired, in particular in the case of the high-voltage electrical cables with high-voltage insulation with XLPE insulation. The penetration and spread of moisture in the region of the concentric conductor must therefore be prevented by special measures and, if possible, constantly monitored.

Das Anliegen der Zustandsüberwachung von Starkstromkabeln hat in dieser Hinsicht während der letzten 5 Jahre deutlich an Interesse gewonnen, wobei angestrebt wird, eine komplexe Erfassung verschiedener Betriebsparameter zu sichern. Die modernen Methoden basieren vorzugsweise auf der Nutzung von optischen Meldeleitern zur Detektion von Zustandsgrößen im Betrieb befindlicher Kabelstrecken (DE-OS 3338232).The concern of condition monitoring of power cables has gained considerable interest in this regard over the last 5 years, aiming to ensure a complex detection of various operating parameters. The modern methods are preferably based on the use of optical signal conductors for the detection of state variables in operating cable sections (DE-OS 3338232).

Die Erfassung von Temperatur und Zugkräften im Starkstromkabel mittels Lichtwcüenleitern und die dazugehörigen Auswerteverfahren werden als „intelligentes" Energiekabel bezeichnet (DE-OS 3518909). Dabei ist der LWL im Leiter und/oder in den Aderzwickeln und/oder im Schirmbereich ungeordnet. Möglichkeiten der Feuchtigkeitsmessung sind jedoch nicht vorhanden. Auch zur Erkennung von direktem Wassereinbruch in das Kabel werden optische Verfahren besch ^-ieben, wobei allerdings nachteiligerweise über ein notwendigerweise vorhandenes Quellmittel die Detektion des Wassers über die Deformation des LWL erfolgt. Dabei kann es zur fehlerhaften Anzeige kommen, wer η andersgeartete Deformationswirkungen auftreten (EP 0100694). Weitere Möglichkeiten der Feuchtigkeitsindikation mittels LWL werden in Hinsicht auf Einwirkung chemisch aggressiver Medien beschrieben. Diese gegenüber diffundierender Feuchte unempfindlicheren Verfahren basieren einerseits auf der Änderung des Brechungsindexes des LWL (DE-OS 3232059) und zum anderen auf Temperaturmessung über die Umformung des chemischen Einflusses in eine exotherme Reaktion mit einem Hilfsstoff (DE-OS 3623893). Diese bekannten LWL mittels chemisch aggressiver Medien über Wärmeeinwirkung sind für die Kabelindustrie nicht geeignet.The detection of temperature and tensile forces in the power cable by Lichtwcüenleitern and the associated evaluation methods are referred to as "smart" power cable (DE-OS 3518909) .The fiber optic in the conductor and / or in the Aderzwickeln and / or in the screen area disordered but are not present also for the detection of direct water intrusion into the cable, optical methods are dam ^-. ieben, although disadvantageously a necessarily existing swelling agent is carried out, the detection of the water over the deformation of the fiber optic this can lead to incorrect display who η. Other possibilities of moisture indication by means of fiber-optic cables are described with regard to the action of chemically aggressive media.These processes, which are less susceptible to diffusing moisture, are based on the change of the refractive index d on the one hand It fiber optic cable (DE-OS 3232059) and on the other to temperature measurement on the transformation of the chemical influence in an exothermic reaction with an excipient (DE-OS 3623893). These known optical fiber by means of chemically aggressive media on heat are not suitable for the cable industry.

Object of the invention

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Zustandsüberwachung des Hochspannungskabels in Hinsicht auf Feuchtigkeitseinbruch im Schirmbereich angestrebt, die technologisch einfach realisierbar und weniger störanfällig ist und mit Hilfe der konventionellen Dämpfungsmeßtechnik für Lichtwellenleiter eine Ortung des Feuchtigkeitseinbruchs während des Betriebes des Kabelnetzes ermöglicht.With the solution according to the invention, a condition monitoring of the high-voltage cable with respect to moisture in the screen area is sought, which is technologically easy to implement and less susceptible to interference and using the conventional Dampungsmeßtechnik for optical fibers locating the moisture ingress during operation of the cable network.

Darlegung des Wesens dor ErfindungExplanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel mit integriertem Feuchtigkeitsindikator zu entwickeln, bei dem die Feuchtigkeitsindikation durch Nutzung der Direkteinwirkung von Wasser auf den Lichtwellenleiter realisiert ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein fluorfreier Muliimode-Quarz-Lichtwellenleiter mit feuchtigkeitssensitiven Dotierungsstoffen ohne geschlossene Faserbeschichiung vorzugsweise im Außenbereich des Kabels eingesetzt ist. Der Quarz-Lichtwellenleiter ist mit Germanium oder Phosphor dotiert.The invention has for its object to develop an electrical cable with integrated moisture indicator, in which the moisture indication is realized by using the direct action of water on the optical waveguide. According to the invention, the object is achieved in that a fluorine-free muliimode quartz optical waveguide with moisture-sensitive dopants without closed Faserbeschichiung is preferably used in the outer region of the cable. The quartz optical waveguide is doped with germanium or phosphorus.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann der Lichtweüenleiter in Form von Bündeln aus Fasern mit und ohne Beschichtung aufgebaut sein, um vergleichende Dämpfungsmessungen zwischen den unterschiedlichen Fasern durchzuführen. Es werden Fasern ohne Beschichtung, einseitiger oder abschnittsweise unterbrochener Beschichtung eingesetzt. Die Einwirkung vonIn a further embodiment of the invention, the Lichtweüenleiter can be constructed in the form of bundles of fibers with and without coating to perform comparative attenuation measurements between the different fibers. It fibers are used without coating, one-sided or partially interrupted coating. The influence of

Feuchtigkeit auf Multimode-Lichtwellenleiter aus Quarz hat einen wesentlichen Anstieg der Dämpfung innerhalb kurzer Zeit zur Folge. Der unter mechanischer B°':,stung stehende LWL bildet an seiner Oberfläche Mikrorisse. Über diese Risse dringt das Wasser in die Faser ein, und es kommt zu Streuung des Lichtes an den Hydroxylgruppen des aufgespaltenen SiO₂-Gefüges. Befinden sich oben genannte Lichtwellenleiter im Schirmbereich des Hochspannungskabels, so kann bei örtlicher Feuchtigkeitseinwirkung auf der Länge des Kabels ein Anstieg der Dämpfung des Lichtwellenleiters an den Kabelenden registriert und anschließend geortet werden. Dabei wird der übliche Aufbau des Kabelschirmes derart genutzt, daß Lichtwellenleiter in den Zwischenräumen zwischen den Kupferrunddrähten des konzentrischen Leiters angeordnet sind. In geeigneter Form kann das optische Signal an den Endverschlüssen potentialfrei abgegriffen werden, wodurch eine ständige Lichtintensitätsüberwachung möglich ist, die im Fall des Feuchtigkeitseinbruches durch Ortung mit Hilfe der konventionellen Dämpfungsmeßtechnik für Lichtwellenleiter ergänzt werden kann.Moisture on quartz multimode optical fibers results in a substantial increase in attenuation within a short time. The optical fiber under mechanical bending forms microcracks on its surface. Via these cracks, the water penetrates into the fiber, and there is scattering of the light at the hydroxyl groups of the split SiO ₂ structure. If the above-mentioned optical waveguides are located in the shielding area of the high-voltage cable, an increase in the attenuation of the optical waveguide at the cable ends can be registered and subsequently localized on local exposure to moisture along the length of the cable. In this case, the usual structure of the cable shield is used in such a way that optical waveguides are arranged in the interstices between the copper round wires of the concentric conductor. In a suitable form, the optical signal at the end closures can be tapped potential-free, whereby a continuous light intensity monitoring is possible, which can be supplemented in the case of moisture ingress by locating using the conventional attenuation measurement technique for optical fibers.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein 110-kV-Einleiterkabel mit VPE-Isolierung besitzt über der äußeren FenJbegrenzungsschicht eine Beschichtung aus leitenden Quellvlies-Bändern und einen konzentrischen Leiter aus verseilten Kupferdrähten. In den Zwischenräumen zwischen den Drähten befinden sich gleichmäßig auf den Umfang verteilt 4 Lichtwellenleiterbündel aus Fasern mit und ohne Feuchtigkeitsschutzbeschichtung in der Ausführung als Quarz-Multimode-Lichtwellenleiter mit Phosphorlegierung. Über dem konzentrischen Leiter sind ein Gummiausfüllmantel und ein Schichtenmantel angeordnet, um den Einfluß diffundierender Feuchtigkeit auszuschließen. Den äußeren Abschluß des Kabels bildet ein PE-Außenmantel.A 110kV XLPE conductor cable has a coating of conductive swellable nonwoven ribbons over the outer fenestration layer and a stranded copper conductor concentric conductor. In the spaces between the wires are distributed evenly around the circumference 4 fiber optic bundles of fibers with and without moisture protection coating in the version as quartz multimode optical fibers with phosphorus alloy. Above the concentric conductor, a rubber filling jacket and a layer jacket are arranged to eliminate the influence of diffusing moisture. The outer end of the cable is a PE outer sheath.

Claims

1. High voltage cable with monitoring elements for humidity display, especially for high voltage, with at least one energy conductor, a conductor insulation and an outdoor area, which includes the cable sheath and the underlying elements, such as screen, winding or reinforcement and with in the cable inserted optical fibers (FO) or multi-core Fiber optic lines, characterized in that a fluorinated multimode quartz optical waveguide with moisture-sensitive dopants without closed fiber coating for damping measurement is preferably present in the outer region of the cable.

2. High voltage cable according to claim 1, wherein the quartz Lichtweüenleiter is doped with germanium or phosphorus.

3. High-voltage cable according to claim 1 and 2, wherein the optical waveguide in the form of bundles of fibers with and without coating is used.