DE1590521A1

DE1590521A1 - Fault location structure for polyethylene underground cables

Info

Publication number: DE1590521A1
Application number: DE19631590521
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Guenter Buhmann
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1963-04-30
Filing date: 1963-04-30
Publication date: 1969-08-21
Also published as: BE647331A

Description

Fehlerortungsaufbau fürPolyäthylen-Erdkabel Die mit Polyäthylen (PE) isolierten und mit PE ummantelten Ortakabel, die vor einiger Zeit als äquivalent au den bisherigen Papier-Blei-Ortokabeln eingeführt wurden, wurden bisher noch nicht in grösserem Umfang eingesetzt, da u.a. die frage der Behlerortung bei eindringenden Wasser noch ungeklärt war. Zwar besitzen PE-isolierte Kabel den Vorteil, dass bei eindringendem Wasser - im Gegensatz zu Papierbleikabel - die Betriebafähigkeit der Kabelstreoke zunächet erhalten bleibt; dies bedeutet Jedoch nicht, @dass Wasser in der Kabelseele eines PE-isolierten Kabels ohne Bedeutung ist. Einmal besitzt die dttnne PE-Wandisolierung Poren, die man zwar fertigungstechnisch versucht möglichst gering zu halten, andererseits hat auch das PE eine geringe Durchlässigkeit und Wasseraufnahme, was auf die Dauer schädlich ist. Fault location structure for polyethylene underground cables Die with polyethylene (PE) insulated and PE sheathed Ortakabel, which some time ago was considered equivalent from the previous paper-lead ortocables have not yet been introduced Used on a larger scale, as, among other things, the question of locating containers in the event of intruders Water was still uncleared. PE-insulated cables have the advantage that with penetrating water - in contrast to paper lead cables - the operability of the Kabelstreoke is retained for the time being; However, this does not mean @that water is irrelevant in the cable core of a PE-insulated cable. Owns once the thin PE wall insulation pores, which one tries as far as possible in terms of production technology on the other hand, the PE also has a low permeability and Water absorption, which is harmful in the long run.

Der charakteristische und hier wesentliche Unterschioe zwischen einem Papierbleikabel und einem FE-isolierten Kabel besteht Jedoch darin, dass bei Papierkabeln ausreichende fur tionsähigkeit nur im Zustand "trocken: vorhanden ist, während der Zustand "feucht" für die Kabelseele bereits eine Beschädigung bedeutet. Bei PE-isolierten Kabeln verschiebt sich die Empfindlichkeit gegen Wasser derart, dass der Zustand "feucht" eine gute Betriebsfähigkeit darstellt, nur der Zustand "nass" auf längeren Zeitraum für den Betriebszustand des kabels nachteilig ist.The characteristic and here essential difference between one Paper lead cables and an FE-insulated cable, however, is what happens with paper cables Sufficient for fitness only in the state "dry: is present during the The "damp" condition already means damage to the cable core. With PE-insulated Cables the sensitivity to water shifts in such a way that the state "Damp" represents good operability, only the "wet" condition for longer periods Period is detrimental to the operating condition of the cable.

Vonseiten des Verbrauchers besteht daher der Wunsch, dass bei Beschädigung des Kabelmanteis bei PE-isolierten Erdkabeln der Ort des eingedrungenen Wassers rasch eingemessen werden kann. Da PE-Ortskabel und Bezirkskabel mit massiv-PE-isolierten Adren keine Möglichkeit bieten, durch den Aussenmantel eingedrungenes Wasser sofort zu orten, wird nachfolgend ein geeignetes Fehlerortungsaystem angegeben. Bei dieser Fehlerortung ist es wichtig, dass der gemessene Ort des Fehlers die Besohädigungsstelle im aussenmantel trifft und nicht, wie dies z.Zt. nur möglich ist, ein Fehler nur dann angezeigt wird, wenn Poren in der massiven PE-Aderisolierung vorhanden sind und das eingedrungene @asser über diese Poren Kurzschluss zwischen den Adern erzeugt.On the part of the consumer there is therefore a desire that in the event of damage of the cable sheath in PE-insulated underground cables is the location of the penetrated water can be measured quickly. Because PE local cables and district cables with solid PE insulated Adrenas do not offer the possibility of water that has penetrated through the outer jacket immediately a suitable fault location system is given below. At this It is important to locate the fault that the measured location of the fault is the repair point in the outer jacket and not, as is currently the case. only possible is one mistake only is displayed when there are pores in the solid PE core insulation and the penetrated @asser over these pores short circuit between the veins generated.

Da solche Poren in der Aderisolierung u. U. vom eigentlichen Ort der Beschädigung sehr weit entfernt sein können, entsteht durch eine derartige Fehlerortung ein falsches Bild von der eigentlichen Lage des Fehlers im Mantel. asserdem wird bei einem Kabel, dan keinen speziellen Fehlerortungsaufbau enthält, die Zeitspanne zwischen Beschädigung des Mantels, also z. B. einem Wassereinbruah. und der Möglichkeit einer Ortung eines Proenkurzschlusses in der Aderisolierung eehr gross sein. Von einem geeigneten Fehlerortungssystem muss aber veralngt werden, dass es den richtigen Ort des Fehlers im Mantel sotort nach Eintritt von Wasser zu ermitteln gstattet. Das gesuchte Fehlerortungssystem soll also das in den Mantel eingedrungene Wasser zu orten gestatten,bevor das Wasser zur eigentlichen Kabelseele gelangt ist und eine ernste elektrische Veränderung hervorgerufen hat. tIit ern gleichen Fehlerortungsaufbau soll auch eine laufende Überwachung durchgerührt werden können.Since such pores in the core insulation may differ from the actual location of the Damage can be very far away, arises from such a fault location a wrong picture of the actual location of the fault in the coat. moreover will in the case of a cable that does not contain a special fault location structure, the time span between damage to the jacket, so z. B. a water inflow. and the possibility a localization of a short circuit in the core insulation can be very large. from A suitable fault location system must, however, be required to have the correct one The location of the fault in the jacket can be determined immediately after the ingress of water. The fault location system sought is therefore the water that has penetrated the jacket allow to locate before the water has reached the actual cable core and caused a serious electrical change. with the same fault location structure it should also be possible to carry out ongoing monitoring.

Bei der Konstruktion eines geeigneten Fehlerortungssystems für PE-Kabel ist die Wasserundruchlässigkeit des PE-Aussenmantels zu berücksichtigen. Diese ist zwar grsser als bei PVC-Mänteln, Jedoch nooh um vieles schlechter als bei nahtlosen Metallmänteln. Man hat versucht, die WasjCerdichtheit durch sogenannte aluminiumkaschierte PE-Folien, die um die Kabelseele gewickelt wurden, zu erhöhen. Zweifellos bringt dies eine Verbesserung. Auch Kupferbänder mit itberlappter, aber noch offener Längsnaht sind vorteilhaft. Jedoch bleibt bei solchen kabelkonstruktionen noch die Frage offen, wie man in Beschädigungsfällen den Feherort findet. Als Beschädigungsfall soll vorwiegend gelten, wenn der Aussenmantel (oder auch eine Muffe) beschädigt ist und einen Wassereintritt gestattet, jedoch die Adern und ihre Isolierung unbeschädigt bleiben.When designing a suitable fault location system for PE cables the impermeability of the PE outer jacket to water must be taken into account. This is Although larger than with PVC jackets, but nooh much worse than with seamless ones Metal sheaths. Attempts have been made to achieve watertightness by means of so-called aluminum-clad PE foils that were wrapped around the cable core to increase. Undoubtedly brings this is an improvement. Also copper strips with an overlapped but still open longitudinal seam are beneficial. However, with such cable constructions the question still remains open, how to find the fault location in the event of damage. The predominant case of damage should be apply if the outer jacket (or a socket) is damaged and water has entered permitted, but the wires and their insulation remain undamaged.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit von PE ist derart, dass sich für einen Sternvierer mit o,6 mm Kupferleiter, der in einem PE-Mantel von ca.The water vapor permeability of PE is such that for a Star quad with 0.6 mm copper conductor wrapped in a PE sheath of approx.

1,5 mm Dicke eingehüllt ist, nach drei Monaten Lagerung in Wasser folgende Änderungen der elektrischen Werte ergeben hatten: a) Sternvierer mit Papierisolicrung, vakuungetrocknet: Kapazitätserhöhung 10 - 20 % (je nach Pe-mantelmalterial) Abnahme des Isolationswiderstande ul den Faktor 3 - 40 (je nach PE-Mantelmaterial). b) Sternvierer mit PE-Isolierung: Kapazitätserhöhung 1-8 % (je nach PE-mantelamterial) Abnahme des Isolationswiderstands nicht messbar.1.5 mm thick, after three months of storage in water had resulted in the following changes in the electrical values: a) star quad with paper insulation, Vacuum-dried: capacity increase 10 - 20% (depending on the PE jacket material) decrease the insulation resistance ul by a factor of 3 - 40 (depending on the PE jacket material). b) star quad with PE insulation: capacity increase 1-8% (depending on the PE jacket material) decrease the insulation resistance cannot be measured.

Wenn man die gleichen Versuchslängen in Luft lagert, sind die Anderungen der elektrischen Werte nur unwesentlich klein, Jedoch relativ gesehen bei einem paier-Sternvieredr wiederum wesentlich grösser als bei einem PE-Sternvierer.If you store the same trial lengths in air, the changes are the electrical values are only insignificantly small, but in relative terms for one paier star quad is much larger than a PE star quad.

Diese Zahlen zeigen deutlich, dass ein PE-Mantel zwar nicht ist, wenn man in der Kabelseele den Zustand "nass" verhindern will, dass ein PE-Mamtel aber "undicht" ist, wenn man in der Kabelseele den zustand "feucht" verhindern will. Ein geiegneter Fehlerortungsaufbau muss deshalb so beschaffen sein, dass er auf den feuohten Zustand nicht anspricht, sondern nur auf den nassen Zustand. Der Fehlerortungsaufbau enthält selbstverständlich ein oder zwei blanke Kupferdrähte, die sich innerhalb der Seelenbeweicklung befinden. Diese Seelenbewicklung besteht jedoch aus geeigneten Kunststoffolien.These numbers clearly show that a PE jacket is not, though you want to prevent the "wet" state in the cable core, but a PE-Mamtel "Leaky" is when you want to prevent the "wet" state in the cable core. A suitable fault location structure must therefore be designed in such a way that it is based on does not respond to the hot condition, but only to the wet condition. The fault location structure Obviously contains one or two bare copper wires that are inside the soul winding. However, this soul winding consists of suitable ones Plastic films.

Gemäss der Erfindung wird daher ein Fehlerortungsaufbau für Erdkabel insbesondere mit PE-Aderisolation vorgeschlagen, der sich dadurch besondern auszeichnet, dass auf der gegen Wassereintritt durch eine Folienumwicklung, eine geschlossene Kunststoffhülle oder dergl. geschützte Kabelseele zwei oder mehr als zwei der Fehlerortung dienende Meldeleiter angeordnet sind, die voneinander durch eine perforierte elektrisch isolierende insbesondere als Folie ausgebildete Schicht getrennt sind.According to the invention, there is therefore a fault location structure for underground cables suggested especially with PE core insulation, which is particularly characterized by that on the against water ingress through a foil wrapping, a closed Plastic sheath or the like. Protected cable core two or more than two of the fault location serving alarm conductors are arranged, separated from each other by a perforated electrical insulating layer, in particular designed as a film, are separated.

Ein möglicher Kabelaufbau kann also beispielsweise etwa folgendermassen aussehen: ueber den Adern befindet sich eine Kunststoffolie (oder ein PE-Zwischenmantel), welche die Adern zusammenhält. Anschliessend folgt ein blanker Beidraht und hierüber eine gewickelte Aluminiumfolie oder statt dessen ein Kupferband mit offener Längsnaht.A possible cable structure can therefore be roughly as follows, for example look: there is a plastic film (or a PE sheath) over the wires, which holds the veins together. This is followed by a bare drain wire and over it a coiled Aluminum foil or a copper tape instead with open longitudinal seam.

Der Beidraht unter der Aluminiumfolie dient nur dazu, mögliche Unterbrecungeninnerhalb der dünnen Aluminiumfolie kurzzuschliessen. Über diesem Schirm befinden sich nun weitere geeignete Folien, in die ein oder zwei blanke Beidrähte eingebracht sind, die zur eigentlichen Fehlerortung dienen. Aussen herum befindet sich der PE-Hantel, Das Kabel wird durch ieessung des I@olationsweiderstands zwischen zwei blanken Leitern oder einem blanken Leiter aus dem Metallschirm überwacht. ie Grösse dieses Isolationswiderstands hängt naturgemäss von der Art der Folie (Papier oder Kunststoff) und dem Feuchtigkeitszustand ab.The drain wire under the aluminum foil only serves to prevent possible interruptions within short-circuit the thin aluminum foil. There are now above this screen other suitable foils in which one or two bare additional wires are inserted, which are used for the actual fault location. Outside is the PE dumbbell, The cable is made by measuring the insulation resistance between two bare conductors or a bare conductor from the metal screen. he size of this insulation resistance naturally depends on the type of film (paper or plastic) and the moisture level away.

Die Verfahren der Fehlerortung mit Hilfe des Isolationswiderstands beruhen auf dem Pr@insip, dass im unbeschädigten Zustand über die gesamte Kabellänge ein sehr grosser Isolationswiderstand vorhanden ist, sich im beschädigten Zustand an der Fehlerstelle aber ein niedriger Isolationswiderstand einetellt, während der Isolationswiderstand an den unbeschädigten Kabelteilen hoch bleiben muss. Der Quotient zwischen diesen beiden Isolationswi@erständen muss für eine Messung mit ausreichender genauigkeit - z.B. nch Küpfm2ller - grösser als 50 sein. Dieser Faktor ist jedoch stark längenabhängig, da der Isolatinswilerstand der Pehlerstelle bei Feuchtigkeits- bzw. Wassereinbruch annähernd konstant bleibt, während der Isolationswiderstand des übrigen guten Kabelstücks mit wachsender Kabellänge abnimmt. Daher wurden in der nacnfolgenden Tabelle, die die Untersuchungsergebisse an Kabeln mit drei verschiedenen Materialien der über einem Aluminiumschirm liegeiiden Isolierfolien zeigt, max. mögliche Ortungslängen errechnet.The methods of fault location with the help of the insulation resistance are based on the Pr @ insip that in the undamaged condition over the entire length of the cable There is a very high insulation resistance, even if it is damaged however, a low insulation resistance is set at the fault location, while the Insulation resistance on the undamaged cable parts must remain high. The quotient between these two insulation resistors must be sufficient for a measurement Accuracy - e.g. according to Küpfm2ller - must be greater than 50. However, this factor is strongly length-dependent, since the isolate resistance of the fault location in case of moisture or water ingress remains almost constant, while the insulation resistance of the rest of the good piece of cable decreases with increasing cable length. Therefore, in the following table, which shows the test results on cables with three different Materials showing insulating foils lying over an aluminum screen, max. possible tracking lengths calculated.

Diese Folien enthalten die zur Fehlerortung benutsten Beidrähte. Bei dieser Untersuchung wurde der Isolationswiderstand, bezogen auf ein 3 Meter langes Kabelstück, zwischen einem äusseren blanken Beidraht und dem Beidraht, der unter der Alu-Folie liegt, gemessen. Der äussere blanke Beidraht war von der Alu-Folie durch die in der Tabelle ersichtliche folie getrennt. Folien- Isolation@eiderstand Faktor Zeit bis Ortung Mateial unbeschädigt beschädigt zum Iso- möglich (Megohm) (Kiloohm) lations- bis max. Abfall Papier loo lo 104 lo min 600 m PE 106 o,5 2x1o6 1 Tag 120km PTE 6x105 0,2 3x106 3 Std. 180km Hieraus geht hervor, dass normales ungetrocknetes Papier einen zu schlechten Isolationswiderstand hat, um für einen ehlerortungsaufbau bei PE-Kabeln Verwendung finden zu können0 Bei getrocknetem Papier würde der Isolationswiderstand um den Faktor loo ansteigen, also für einen Pehlerortungsaufbau ausreichen. Das Papier zu trocknen hat aber wenig Sinn, da, wie oben gezeigt, der PE-Aussenmantel feuchtigkeitsdurchlässig ist und damit getrocknetes Papier innerhalb weniger Monate wieder normal feucht ist. PTE (Pclyterephthalsäureester bewährt sich daher als Isoliermaterial ganz hervorragend, da bei ihm der Isolationswiderstand bei Beschädigungen wesentlich rascher absinkt als bei PE. Dieses Material ist ausserdem billiger als PE-Folie.These foils contain the drain wires used for fault location. In this investigation, the insulation resistance, based on a 3-meter-long piece of cable, was measured between an outer bare auxiliary wire and the auxiliary wire that lies under the aluminum foil. The outer bare drain wire was separated from the aluminum foil by the foil shown in the table. Foil isolation @ resistance factor time to location Material undamaged, damaged to ISO possible (Megohm) (Kiloohm) lation- up to max. waste Paper loo lo 104 lo min 600 m PE 106 o.5 2x1o6 1 day 120km PTE 6x105 0.2 3x106 3 hours 180km This shows that normal, undried paper has too poor an insulation resistance to be used for a fault location setup for PE cables0 With dried paper, the insulation resistance would increase by a factor of 100, i.e. it would be sufficient for a fault location setup. However, there is little point in drying the paper because, as shown above, the PE outer jacket is moisture-permeable and dried paper will be normally moist again within a few months. PTE (Pclyterephthalic acid ester has therefore proven to be an excellent insulating material, as its insulation resistance drops much more quickly if it is damaged than with PE. This material is also cheaper than PE film.

Bei all diesen tjberlegungen wurde ferner davon ausgegangen, dass die gesamte Seelenbewioklung so aufzubauen ist, dass sich ein Wassereintritt nach mantelbes@ ädigung in radialer Richtung nach innen bis zur Aluminium-Folie möglichst rasch vollzieht, während ein weiteres Eintreten des Wassers in die eigentliche Kabelseele (Aderzwischenraum) oder eine Ausbreitung des Wassers in axialer Richtung innerhalb der Seelenbewicklung möglichst mit geringer Geschwindigkeit vor sich gehen soll. Alle diese Massnahmen dienen dem Zweck, den Fehler rasch zu finden, bevor sich das Wasser im Kabel allzu weit ausgebreitet hat.In all of these considerations it was also assumed that The entire soul is to be built up in such a way that there is an ingress of water Damage to the jacket in a radial direction inwards up to the aluminum foil if possible takes place quickly, while the water continues to enter the actual cable core (Vein space) or a spread of the water in the axial direction within the soul winding should take place as slowly as possible. All of these measures serve the purpose of finding the fault quickly before the Water has spread too far in the cable.

Eine radiale Ausbreitung des Wassers innerhalb der Selle@bewicklung an der Fehlerstelle des Mantels wird abtr dadurch gerfördert, dass die Kunststoffolien, die direkt unter dem äusseren Schutzmantel und zwischen den Bleidrähten liegen und zur Fehlerortung herangezogen werden, viele kleine Locher enthalten, also perforiert sind. Bei diesen perforierten Polien ist eine Fehlerortung nach Wassereinbruch innerhalb weniger Sekunden möglich, Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Perforierung gewisse Bedingungen erfüllen muss. Bei zu kleiner Perforierung geht das Wasser schlecht durch @ie Kunststoffolie hindurch, da Kunatstoffollen meist wasserabstossend sind und die Oberflächenspannung des Wass@rs bei zu eagen Öffnungen in der Folie einen Durchtritt erschwert. Bei zu @rossen Öffnungen in der Polie besteht die defahr, dass die balanken Beidrähte mit der Aluminiumfolie schon von Anbeginn all Xurschluss bilden, was nicht sein darf, Aufgrlmd von Versuchen hat sich gezeigt, dass die Löcher einen Durchmesser von 0,2 - 0,5 mm besi zen sollen, vorausgesetzt, dass die Folie etwa o,o5 - o,l nun dick ist. Das Verhältnis von Durchmesser einer Öffnung zu Foliendicke s @@te deshalb zwischen 1 u. 5 leigen. Als lochabstand haben sich 2 - 3mm bewährt.A radial expansion of the water within the Selle @ winding at the point of failure of the jacket is conveyed away by the fact that the plastic foils, which lie directly under the outer protective jacket and between the lead wires and used to locate faults, contain many small holes, i.e. perforated are. With these perforated poles, fault location after water ingress is within a few seconds possible, however, it has been shown that the perforation is certain Must meet conditions. If it is too small Perforation is possible Water badly through the plastic film, since plastic rolls are mostly water-repellent and the surface tension of the water if there are too many openings in the film makes a passage difficult. If the openings in the polie are too large, there is a risk of that the balank additional wires with the aluminum foil are connected right from the start form what must not be, experiments have shown that the holes should have a diameter of 0.2-0.5 mm, provided that the film about o, o5 - o, l is now thick. The ratio of the diameter of an opening to the thickness of the film s @@ te therefore range between 1 and 5. A hole spacing of 2 - 3mm has proven effective.

Durch eine den oder die liesslelter enthaltende Seelenbewicklung der Kabel mit perforierter Kunststoffolie obiger Eigenschaften wird somit sichergestellt, das nach Wassereinbruch eine sofortige Fehlerortung möglich ist und damit der Fehler auf rascheste Weise beseitigt werden kann, bevor sich das Wasser allzu weit ausgebreitet hat.Through a soul winding containing the previous one Cable with perforated plastic film with the above properties is thus ensured, that an immediate fault location is possible after water ingress and thus the fault can be removed as quickly as possible before the water spreads too far Has.

Die Zeichnung gibt in einem ausführungsbeispiel an, wie daß Kabel gemäss der Erfindung aufgebunt sein kann. bei 1 ist die Kabelseele dargestellt, die beliebig geartete und angeordnete blanke und/oder isolierte Leitungen enthalten kann. Die geschlossene HUlle 2, z.B. als Kunststoffschlauch oder als Folienumwicklung, umschliesst die Kabelsele. Der deldeleiter 3 hat die Form einer Bewicklung aus Kupferb, lnd und ist von dem anderen @leldeleiter 5, der hier die Form e @nes wendelförmig angeordneten Kupferdruahtes hat, druch eine perforierte Polie getrennt. Darüber liegen eine Deckfolie 6 und ein Aussenmantel 7.The drawing shows in an exemplary embodiment how that cable can be raised according to the invention. at 1 the cable core is shown, which contain any type and arrangement of bare and / or insulated cables can. The closed cover 2, e.g. as a plastic tube or as a film wrapping, encloses the cable core. The deldelleiter 3 has the form of a wrapping of copper, lnd and is from the other @leldelleiter 5, which here has the shape e @nes helically arranged copper wires, separated by a perforated polie. About that a cover film 6 and an outer jacket 7 lie.

Claims

Claims 1) Fault location structure for underground cables, in particular with rE core insulation characterized in that on the against water ingress through a foil wrapping, a closed plastic cover or the like. Protected Cable core two or more than two signal conductors of a measuring circuit used to locate faults are arranged, which from each other by a perforated electrically insulating in particular formed as a film layer are separated.

2) fault location structure according to claim 1, characterized in that the signaling conductor takes the form of axially parallel and / or helically laid wires and / or have ribbons.

3) fault location structure according to claim 1 and 2, characterized in that that the perforated insulating layer consists of plastic film that has no or has only slight water-repellent properties.

4) Fault location structure n-ch claims 1 - 3, thereby marked, that the perforated film is made of polyethylene (PE) in particular made of polyterephthalic acid ester (PTE) exists.

5) Fault location structure according to claim 1 - 4, characterized in that that the perforation holes have a diameter of 0.2 to 0.5 mm.

6) Fault location structure according to claims 1 - 5, characterized thereby, that the insulating films have a thickness of 0.5 to 0.1 mm

7) Fault location setup according to claim 1 - 6, characterized in that the hole spacing of the perforation 2 to 4 mm in size.

8) Fault location structure according to claim 1 - 4, characterized in that that the perforation of a PTE film 0.075 mm thick with a hole diameter of 0.5 ml and a hole spacing of 2 to 3 mm, in particular 2.5 mi, is produced.

9) Fault location structure according to claims 1 - 4, thereby marked, that the hole diameter and the thickness of the perforated insulating film in a ratio stand to each other that is less than 7.