DE19520826A1 - Geschirmtes Starkstromkabel mit Temperatur- und Wassersensor - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der betrieblichen Überwa­ chung von Starkstromkabelanlagen und ist bei der konstrukti­ ven Ausgestaltung von Sensorelementen anzuwenden, die im Schirmbereich eines ummantelten Starkstromkabels angeordnet sind.

Zur betrieblichen Überwachung von Starkstromkabelanlagen, insbesondere von Mittel- und Hochspannungskabeln, dem soge­ nannten Monitoring, ist es in neuerer Zeit üblich geworden, unter anderem auch das Temperaturprofil längs der Kabeltrasse zu erfassen und den Schirmbereich des Kabels auf einen Was­ sereinbruch hin zu überwachen. Während zur Erfassung der Kabeltemperatur ausschließlich optische Übertragungselemen­ te/Lichtwellenleiter eingesetzt werden, können zur Überwa­ chung von Wassereinbrüchen sowohl optische als auch elektri­ sche Sensoren verwendet werden. Bei einem bekannten optischen Sensor ist unter dem aus Drähten aufgebauten Schirm ein unter Feuchtigkeitseinfluß aufquellendes Band angeordnet; das bei Feuchtigkeitseinwirkung aufquellende Band übt einen Druck auf den aufliegenden Lichtwellenleiter aus und verändert dadurch die Dämpfung des Lichtwellenleiters in diesem Bereich (EP 0 100 694 A1). Bei einem bekannten elektrischen Sensor ist ein drahtförmiger Meßleiter von einem Isoliermaterial umgeben, das bei Feuchtigkeitseinfluß ein Isoliervermögen vermindert. Dies kann mit Hilfe eines Isolationswächters erfaßt werden, der zwischen den Kabelschirm und dem Meßleiter geschaltet ist (DE 37 36 333 A1).

Im übrigen ist es üblich, als optische Temperatursensoren einen oder zwei Lichtwellen­ leiter zu verwenden, die in einem Metallröhrchen angeordnet sind, und ein derartiges Metallröhrchen zwischen zwei Drähten des Kabelschirmes anzuordnen (DE-U 89 01 972, DE 40 27 538 A1, DE-U 93 13 026). - Die bekannte Anordnung sowohl eines optischen Temperatursensor als auch eines optischen Wasser­ sensors (EP 0 100 694 A1) ist konstruktiv und fertigungstech­ nisch relativ aufwendig. Ausgehend von einem ummantelten Starkstromkabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den für die Anordnung sowohl eines optischen Tempe­ ratursensors als auch eines Wassersensors erforderlichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand zu verrin­ gern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Temperatursensor und der Wassersensor zu einem einzi­ gen zugfesten Verseilelement mit einer gemeinsamen, im Be­ reich des Wassersensors wasserdurchlässigen Umhüllung zusam­ mengefaßt sind.

Infolge der gemäß der Erfindung vorgesehenen Zuordnung und Ausgestaltung der beiden Sensoren bilden diese ein einziges Aufbauelement des Kabels, das beim Aufseilen des Drahtschir­ mes auf die Kabelader in gleicher Weise wie ein Schirmdraht mit aufgeseilt wird und in bekannter Weise am Umfang der Kabelader zwischen zwei Schirmdrähten zu liegen kommt.

Gemäß dem Stand der Technik, wonach Wassersensoren sowohl auf optischer als auch auf elektrischer Basis bekannt sind, kann in Weiterbildung der Erfindung der Wassersensor ein optisches Übertragungselement enthalten; in diesem Fall ist es notwen­ dig, daß die gemeinsame Umhüllung mit einem zugfesten Element versehen ist. Beispielsweise lassen sich die beiden optischen Sensoren nach Art einer Stegleitung mit Abstand zueinander in Kammern der gemeinsamen Umhüllung anordnen. Dabei empfiehlt es sich, das optische Übertragungselement des Temperatursen­ sors in ein wasserabweisendes Gel einzubetten, den Wassersen­ sor zusammen mit einer unter Wassereinfluß aufquellenden Masse, beispielsweise einem Pulver oder einem Bändchen, in der entsprechenden Kammer anzuordnen und die Umhüllung im Bereich des Wassersensors über die ganze Länge mit Durchbre­ chungen für den Zutritt von Wasser zu versehen. Das zugfeste Element ist in diesem Fall zweckmäßig in dem die beiden Kammern verbindenden Steg anzuordnen.

Eine konstruktiv einfachere Lösung besteht in einem kombi­ nierten optisch/elektrischen Sensorelement. Hierzu ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Temperatur­ sensor aus wenigstens einem Lichtwellenleiter besteht, der in einem Metallröhrchen angeordnet ist, und daß der Wassersensor aus diesem Metallröhrchen des Temperatursensors und einem auf das Metallröhrchen aufgebrachten isolierenden Abstandhalter besteht, wobei der Abstandhalter in Form eines Geflechtes aus Kunststoffäden die gemeinsame Umhüllung der beiden Sensoren bildet. Um dieses elektrisch/optische Sensorelement selbst längwasserdicht auszugestalten, kann zwischen dem Metall­ röhrchen und dem Geflecht wenigstens ein Faden aus einem bei Zutritt von Wasser aufquellenden Material angeordnet sein.

Drei Ausführungsbeispiele für ein im Rahmen der Erfindung verwendet es Sensorelement sind in den Fig. 1 bis 3 darge­ stellt. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Sensorelement auf rein optischer Basis,

Fig. 2 ein Sensorelement auf optischer und elektrischer Basis und

Fig. 3 eine abgewandelte Form des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 2.

In Anlehnung an Fig. 1 der EP 0 100 694 A1, Fig. 2 der DE 37 36 333 A1, Fig. 3 der DE 40 27 538 und Fig. 1 der DE U 89 01 972 zeigt Fig. 1 ein zugfestes Verseilelement 1, das zwischen den Schirmdrähten eines geschirmten und bei­ spielsweise mit einem Schichtenmantel ummantelten Stark­ stromkabels angeordnet werden kann. Das Verseilelement besteht aus einer Ummantelung 2, die zwei Kammern 21 und 22 aufweist, die über einen Steg 23 miteinander verbunden sind.

Die Umhüllung 2 ist aus einem mechanisch stabilen Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen oder Polyurethan, hergestellt. Im Bereich des Steges 23 ist ein zugfestes Element 3 angeordnet, das aus einem Metallband oder aus zugfesten Kunststoffäden oder Glasfasern bestehen kann. - In der Kammer 21 befindet sich ein Lichtwellenleiter 4, der für Temperaturmessungen geeignet ist. Der Lichtwellenleiter 4 ist innerhalb der Kammer in ein wasserabweisendes Gel 7 eingebettet. - In der Kammer 22 befindet sich der Wassersensor 5, der aus einem Lichtwellenleiter 51 und einer sensorspezifischen Umhüllung 52 besteht. Die Umhüllung 52 ermöglicht und gewährleistet bei Wasserzutritt eine radiale Ausbiegung des Lichtwellenleiters 51. - Zur Längsabdichtung der Kammer 22 ist wenigstens ein Teil des übrigen Kammervolumens mit einer wasserdurchlässigen und bei Wasserzutritt aufquellenden Masse 8 ausgefüllt. Weiterhin sind in der Wand der Kammer 22 Durchbrechungen in Form von Bohrungen 6 vorgesehen, die in Längsrichtung des Verseilelementes 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Bei der betrieblichen Überwachung eines mit dem Verseilele­ ment ausgerüsteten Starkstromkabels können die beiden Licht­ wellenleiter 4 und 51 auch in der Weise miteinander meßtech­ nisch gekoppelt werden, daß zum Zwecke der Temperaturmessung des Kabels abwechselnd aus beiden Lichtwellenleitern Tempera­ tursignale empfangen und hinsichtlich ihrer Symmetrie vergli­ chen werden. Man kann meßtechnisch aber auch so vorgehen, daß die Differenz der Signale der beiden Lichtwellenleiter gebil­ det wird, wobei der Lichtwellenleiter 4 nur auf Temperatur und der zweite Lichtwellenleiter 51 auf Temperatur und Wasser reagiert. Diese Differenzbildung kann sowohl bei der tempera­ turabhängigen Raman-Streuung als auch bei der wesentlich stärkeren Rayleigh-Steuung erfolgen, die für Durchgangsdämp­ fungsmessungen bewertet wird. Durch die Differenzbildung der beiden Signale sind auch kleine Dämpfungsveränderungen in dem gegenüber Wasser empfindlichen Lichtwellenleiter 51 erkenn­ bar.

Fig. 2 zeigt ein Verseilelement 10, dessen zugfestes Element aus einem Metallröhrchen 11 besteht. Innerhalb des Metall­ röhrchens sind zwei Lichtwellenleiter 12 und 13 angeordnet. Auf das Metallröhrchen ist ein Geflecht 14 aus Kunststoffäden aufgebracht. Bei dieser Ausgestaltung dienen einer oder beide in dem Metallröhrchen angeordneten Lichtwellenleiter 12 bzw. 13 als Temperatursensoren, während das Metallröhrchen 11 zugleich den elektrischen Leiter eines Feuchtigkeitssensors bildet, der durch das Geflecht 14 gegen die benachbarten Schirmdrähte elektrisch isoliert ist. Beim Eindringen von Feuchtigkeit wird der Isolationswiderstand zwischen dem Metallröhrchen 11 und den benachbarten Schirmdrähten wesent­ lich reduziert. - Die Bedeckung des Geflechtes 14 kann we­ sentlich größer als in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sein, vorzugsweise mehr als 50% betragen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist zwischen dem Metallröhrchen 11 und dem Geflecht 14 zusätzlich ein Faden 16 aus einem bei Zutritt von Wasser quellbaren Material angeord­ net. Dieser Faden kann das Metallröhrchen 11 kontinuierlich umschlingen oder achsparallel angeordnet sein, es können aber auch zwei Fäden längslaufend oder umlaufend angeordnet sein. Der quellbare Faden 16 unterbindet beim Zutritt von Wasser die Fortleitung von Wasser im Bereich des Verseilelementes 15.

Claims (5)

1. Ummanteltes Starkstromkabel mit einem aus aufgeseilten Drähten bestehenden Schirm und mit zwischen den Schirmdrähten angeordneten Sensoren zur Erfassung der Kabeltemperatur und zur Ortung von durch den Kabelmantel eingedrungenem Wasser, wobei der Temperatursensor ein optisches Übertragungselement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (11, 12) und der Wassersensor (11, 14) zu einem einzigen zugfesten Verseilelement (10) mit einer gemeinsamen, im Bereich des Wassersensors wasserdurchlässigen Umhüllung (14) zusammengefaßt sind.

2. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Wassersensor ein optisches Übertragungselement (5) enthält und daß die gemeinsame Umhüllung (2) mit einem zugfesten Element (3) versehen ist.

3. Starkstromkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensoren (4, 5) des zugfesten Verseilelementes (1) nach Art einer Stegleitung mit Abstand zueinander in Kammern (21, 22) der gemeinsamen Umhüllung (2) angeordnet sind, wobei das optische Übertragungselement (4) des Tempera­ tursensors in ein wasserabweisendes Gel (7) eingebettet und der Wassersensor (5) zusammen mit einer unter Wassereinfluß aufquellenden Masse (8) in der Kammer (22) angeordnet und die Umhüllung (2, 22) im Bereich des Wassersensors über die ganze Länge mit Durchbrechungen (6) für den Zutritt von Wasser versehen ist.

4. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor aus wenigstens einem in einem Me­ tallröhrchen (11) angeordneten Lichtwellenleiter (12, 13) und der Wassersensor aus dem Metallröhrchen (11) des Temperatur­ sensors und einem auf das Metallröhrchen aufgebrachten, die gemeinsame Umhüllung bildenden isolierenden Abstandhalter (14) in Form eines Geflechtes aus Kunststoffäden besteht.

5. Starkstromkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallröhrchen (11) und dem Geflecht (14) wenigstens ein Faden (16) aus einem bei Zutritt von Wasser aufquellenden Material angeordnet ist.