DE4027538C2

DE4027538C2 - Energiekabel mit mindestens einem integrierten Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE4027538C2
Application number: DE4027538A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hahne; Friedrich Karl Dr Levacher; Bernd Dr Ing Harjes
Original assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Luna Innovations Germany GmbH
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2010-09-01
Also published as: DE4027538A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Energiekabel mit mindestens einem integrierten LWL-Elementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Energiekabel mit mindestens einem integrierten Lichtwellenleiter sind bereits bekannt. Weiterhin ist bekannt, Energiekabel mit Lichtwellenleitern auszustatten, die unterschiedliche Funktionen haben (DE 35 18 909 A1). Eine andere flexible Starkstromleitung mit Verseile lement mit optischen Übertragungselementen ist in der DE 33 35 325 A1 beschrieben.

Bei diesen Energiekabeln werden die Funktionen "Nachrichtenübertragung" und "Sensorik" durch separate LWL-Elemente wahrgenommen. Die Unterbringung der Lichtleitfasern er folgt hierbei in Schutzhüllen.

Die Unterbringung von Lichtwellenleitern in geschlossenen Schutzrohren ist aus der Veröf fentlichung U. Zwick 'Glas und Quarzfaserkabel in opt. Übertragungssystemen' Zeitschrift TAB 2/1986 (s. 117-122) und aus der DE 28 42 077 A1 bekannt.

An anderer Stelle (DE 32 12 212 A1) wurden zur Übertragung von Nachrichten optische Fasern mit plastomerem oder elastomerem Überzug vorgeschlagen, die zusammen mit elektrischen Elementen (ein Kabel bildend) zu einer Einheit verseilt sind.

Lichtwellenleiter sowohl zur Übertragung von Überwachungs- als auch von Datensignalen zu verwenden, wurde in der DE 27 16 788 A1 vorgestellt. Ebenso wird in der DE 33 40 428 A1 die Übertragung eines Prüfsignals und eines Informationssignals (Nachricht) über einen gemeinsamen LWL beschrieben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Energiekabel der zuvor geschilderten Art in seiner Konzeption zu verbessern, um in einer Kabelanlage "Nachrichtenübertragung" und "Sensorik" einfacher durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den gekennzeichneten Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter- und Ausbildungen sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.

Im Anspruch 4 ist eine Anwendung des Energiekabels angegeben. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß in einer Kabelanlage für die Funktion "Nachrichtenübertragung" und "Sensorik" nur ein LWL-Element mit einer Einkop pelungsmöglichkeit für beide Funktionen eingesetzt wird. Die wichtigste zweite Funktion ist hierbei die Temperaturbestimmung im Kabel. Mit einer Kabelkonstruktion "LWL-Element im Leiter oder im Außenbereich (Schirm) unter dem Kabelmantel" ist es erstmals möglich, die Temperaturbelastung längs des Kabels aufzunehmen. Damit ist eine Aussage möglich, daß die Kabeltemperatur beim x-ten Kabelmeter den Wert y hat. Daraus läßt sich konsequen terweise auch die aktuelle Belastbarkeitsreserve berechnen, denn nach VDE beträgt zum Beispiel bei VPE-Kabeln die maximal zulässige Leitertemperatur 90°C, die nach der Erfin dung voll ausgeschöpft werden kann. In der Norm IEC 287 sind die Formeln zur Berech nung erstellt. Dies ist wichtig, wenn die LWL-Elemente nicht im Leiter, sondern im Außen bereich (Schirm) liegen.

Ein- und dasselbe LWL-Element wird für nachrichtentechnische Informationsübertragung und für sensorische Zwecke mittels Wellenlängenmultiplex eingesetzt. Es ist von Vorteil, durch sogenannten Wellenlängenmultiplex gleichzeitig Daten übertragen (Wellenlänge λ₁) und die Sensorik (Wellenlänge λ₂) abfragen zu können.

Die benachbarten Bauteile des Energiekabels wie Endverschlüsse, Muffen oder die Varisto ren in einer Crossbonding-Anlage sind in die Überwachung mit einbezogen. Dadurch, daß die Temperaturbestimmung nur von einem Ende vorgenommen wird, ist es leicht möglich, auch dem Kabel benachbarte Bauteile hinsichtlich der Temperatur zu überprüfen. Dazu gehören die Bolzentemperatur bei Endverschlüssen oder die Varistortemperatur bei Cross bonding-Anlagen. Diese Bauteile werden mit LWL-Elementen umgeben und diese mit den LWL-Elementen des Energiekabels verbunden. Mithin ist es somit möglich, ein umfassen des Bild von der Temperaturbelastung einer Kabelanlage zu erhalten.

Eine weitere Art sensorischer Anwendung von LWL-Elementen, die auch der Datenübertra gung dienen, ist die Fehlerortung an Energiekabeln. Werden mehrere LWL-Elemente über den Aderumfang verteilt, zum Beispiel 4, 8 oder 12, so könnte z. B. das Eindringen eines Erdspießes durch Dämpfungsmessungen oder Rückstreumessungen detektiert werden.

Die Schutzhülle für die Lichtleitfasern ist als geschlossenes Schutzrohr ausgebildet, wel ches mit dem umgebenden Teil des Energiekabels mechanisch verbunden ist, wobei das Schutzrohr gegebenenfalls mit einem Mittel zur Erzielung der Längswasserdichtigkeit gefüllt ist.

Bei der Ausbildung des Energiekabels als Kunststoffkabel kann das LWL-Element im Schirmbereich angeordnet sein. Bei Ausbildung als papierisoliertes Kabel kann das LWL- Element im Leiter oder Zwickelbereich angeordnet sein. Das LWL-Element kann in Spiralen oder Wendeln um die Schirmdrähte derart gelegt sein, so daß die Länge des LWL-Ele ments wesentlich größer als die Kabellänge ist.

Die Lichtleitfaser kann auf einem Träger spiralförmig angebracht sein, wobei der Träger mit der Lichtleitfaser im Schutzrohr unterbringbar ist.

Der Durchmesser des Schutzrohres kann auf den Durchmesser der benachbarten Teile des Energiekabels abgestimmt sein. Der Durchmesser des Schutzrohres kann beim Einbringen in den Leiter auf den Durchmesser seiner Drähte, beim Einbringen in den Schirm auf den Durchmesser seiner Schirmdrähte abgestimmt sein, und beim Einbringen in den Zwickel kann der Durchmesser des Schutzrohres kleiner oder gleich dem aufgespannten Freiraum sein. Das Schutzrohr der Lichtleitfaser kann mit Kunststoff, z. B. Co-Polymer, überzogen oder mit einer Metallbedeckung versehen sein.

In einem Energiekabel einer Kabelanlage für den Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsbe reich mit mindestens einem Energieleiter, einer Leiterisolierung und einem Außenbereich, der den Kabelmantel, den Schirm, die Bewicklung oder Bewehrung umfaßt, können mehre re LWL-Elemente im Außenbereich unter dem Mantel des Energiekabels angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher er läutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Energiekabel mit einem LWL-Element für die Funktionen "Nachrichten übertragung" und "Sensorik",

Fig. 2 ein Erwärmungsdiagramm für ein Energiekabel,

Fig. 3 eine Kabelanlage mit Energiekabeln und integrierten LWL-Elementen,

Fig. 4 Energiekabel ohne Schutzmantel mit einem LWL-Element im Schirmbereich,

Fig. 5 ein Schutzrohr mit einer Lichtleitfaser auf einem Träger,

Fig. 6 die Integration einer Lichtleitfaser in einem Kabelleiter im Schnitt,

Fig. 7 die Anordnung eines Schutzrohres mit Lichtleitfasern im Schirmbereich eines Ener giekabels im Schnitt,

Fig. 8 die Anordnung eines Schutzrohres mit Lichtleitfasern im Zwickels eines dreiadrigen Energiekabels im Schnitt.

In Fig. 1 ist ein Energiekabel 2 mit einem integrierten LWL-Element 1 dargestellt. Das LWL- Element 1 dient der Nachrichtenübertragung mit der Wellenlänge α₁, wozu am Anfang des Energiekabels 2 ein Sender 3 und am Ende ein Empfänger 4 für eine nachrichtentechni sche Informationsübertragung installiert ist. Über dasselbe LWL-Element 1 erfolgt gleichzei tig die Temperaturüberwachung des Energiekabels 2. Hierzu ist eine Temperaturüber wachungseinrichtung 6 mit einem Auswerter 7 über ein LVVL-Element 1' mittels einer Wei che 5 an das, LWL-Element 1 angekoppelt. Die Temperaturüberwachung 6 arbeitet mit der Wellenlänge λ₂, wobei λ₁ ≠ λ₂ ist. Der Kern des LWL-Elements 1 kann eine Gradientenfaser sein.

Nach Fig. 2 ist eine Wärmequellenortung längs eines Energiekabels 2 mit einem integrier ten LWL-Element 1 oder 1' dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, daß bei einer unterhalb des Energiekabels 2 liegenden Wärmequelle 22, wie zum Beispiel Fernwärmerohre, eine Er wärmung auftritt. Diese ist gegenüber der normalen Kabeltemperatur erhöht und auf einem Bildschirm der Temperaturüberwachungseinrichtung 6 deutlich erkennbar. Eine nochmalige Erhöhung der Temperatur tritt dann auf, wenn das Energiekabel 2 in ein Gebäude 23 ge führt wird. Mit 24 ist das Erdreich bezeichnet, in welchem das Energiekabel 2 verlegt ist.

In der nach Fig. 3 gezeigten Kabelanlage 30 befinden sich an den Enden jeweils Endver schlüsse 12. Das Energiekabel 2 ist mit einen integrierten LWL-Element 1 ausgestattet, das innerhalb von Muffen 21 zu einer Crossbonding-Anlage geführt ist, wo die dort befindli chen Varistoren 13 mit den LWL-Elementen 1 verbunden sind.

Nach Fig. 4 ist ein LWL-Element 1 in Spiralen 19 im Schirmbereich 10 eines Energiekabels 2 aufgebracht. Schirmdrähte 18 weisen dabei den gleichen Verlauf wie das LWL-Element 1 auf.

Nach Fig. 5 befindet sich innerhalb benachbarter Elemente des Energiekabels ein Schutz rohr 8, in welchem eine Lichtleitfaser 1a auf einem Träger 15 aufgebracht ist. Benachbarte Elemente können hier entweder Leiterdrähte 20 bei Integration im Leiter oder Schirmdrähte 18 bei Integration im Schirm sein.

In Fig. 6 ist in verkleinerter Form der Einsatz einer Lichtleitfaser 1a in einem Schutzrohr 8 zusammen mit Kabelleitern 9 innerhalb eines Bündelleiters 20 dargestellt.

In Fig. 7 ist im Schirmbereich 10 mit Schirmdrähten 18 eines Energiekabels 2 wenigstens ein Schutzrohr 8 mit zwei Lichtleitfasern 1a und 1'a angeordnet. Das Schutzrohr 8 besitzt eine äußere Metallbedeckung 16. Der Schirmbereich 10 ist nach außen hin durch einen Kabel mantel 17 abgeschlossen.

In Fig. 8 ist ein Energiekabel 2' mit drei Leitern 14 dargestellt, wobei im Zwickel 11 ein Schutzrohr 8 mit zwei Lichtleitfasern 1a und 1'a eingesetzt ist. Nach außen hin ist das Energiekabel 2' mit einem Kabelmantel 17 abgeschlossen. Die für das Energiekabel 2' be züglich der LWL-Anwendung gemachten Aussagen gelten auch für das Energiekabel 2.

Claims

1. Energiekabel (2) mit mindestens einem integriertem Lichtwel lenleiter (1, 1'), der für optische Datenübertragung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtwellenleiter (1) in mindestens einer an dem Ener giekabel (2) angebrachten Muffe (21) und/oder in minde stens einem Varistor (13) einer dem Energiekabel (2) zuge ordneten Crossbondingeinrichtung und/oder in mindestens einem Kabelendverschluß (12) des Energiekabels (2) inte griert ist,
und daß dieser Lichtwellenleiter (1) über eine optische Weiche (5) an eine Einrichtung (6) zur Überwachung von Temperatur angeschlossen ist oder einer Fehlerortung an dem Energie kabel (2) dient.

2. Energiekabel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Datenübertragung und die Überwachung im Lichtwel lenleiter (1, 1') unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden.

3. Energiekabel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtwellenleiter (1, 1') im Energiekabel (2) zur Überwachung auf mechanische Beschädigung vorgesehen sind.

4. Verwendung mindestens eines Lichtwellenleiters (1, 1') in einem Energiekabel (2), der für optische Datenübertragung vor gesehen ist, für die Überwachung von Temperatur oder Fehleror tung im Energiekabel (2) und daß der Lichtwellenleiter (1) in mindestens einer an dem Energiekabel (2) angebrachten Muffe (21) und/oder in mindestens einem Varistor (13) einer dem Energie kabel (2) zugeordneten Crossbondingeinrichtung und/oder in min destens einem Kabelendverschluß (12) des Energiekabels (2) inte griert ist, und der Lichtwellenleiter (1) über eine optische Weiche (5) an eine Einrichtung (6) zur Überwachung von Tempera tur angeschlossen ist.