DE4102694A1

DE4102694A1 - Verfahren und schaltung zur kontinuierlichen ueberwachung des passiven korrosionsschutzes an hochspannungs-hochleistungskabeln

Info

Publication number: DE4102694A1
Application number: DE19914102694
Authority: DE
Inventors: Christhart Dipl Ing Albrecht; Anton Dipl Ing Kandziora
Original assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1992-08-06

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur konti nuierlichen Überwachung des passiven Korrosionsschutzes an Hoch spannungs-Hochleistungskabeln, der als nicht-metallene Korrosions schutzhülle zwischen zwei zylindrischen metallenen Hüllen (dem Ka belmantel und einer äußeren Metallhülle) ausgebildet ist.

Üblicherweise besitzt der Mantel eines Hochspannungskabels (Blei mantel, Aluminium-Wellmantel oder Stahlrohr) als äußeren Korro sionsschutz eine elektrisch gut isolierende Umhüllung aus Bitumen oder Kunststoff (nach DIN 30 673 bzw. 30 670). In einigen Fällen wird von den betreibenden Elektrizitätsversorgungsunternehmen vorgegeben, daß über diesem passiven Korrosionsschutz noch eine äußere Metallhülle angeordnet ist.

Zur Überwachung des passiven Korrosionsschutzes ist bisher nur ein Vorschlag bekannt, nämlich der Aufsatz von M. A. Obojski und U. Rasquin "Meßschaltung zur Überwachung des Korrosionsschutzes und der Muffen-Schutzwiderstände von ausgekreuzten Hochleistungs kabeln" in Z. Elektrizitätswirtschaft 87 (1988) 527-29.

Zur Verminderung der Mantelverluste in Drehstrom-Hochleistungs kabelsystemen wird häufig eine Trennung und zyklische Auskreuzung der Mäntel (Gross-Bonding) vorgenommen. Da besonders nach stoß artigen Spannungsbeanspruchungen Veränderungen der Muffen-Schutz widerstände und Durchschlagstellen im Korrosionsschutz festge stellt wurden, ist eine Überwachung dieser Bauelemente erwünscht.

Nun kommt es schon häufiger vor, daß parallel zu Öl-Papier-Hoch leistungskabeln "Pilotkabel" zur Überwachung der Öldruck-Vorrich tungen verlegt sind, oder auch schon, daß "Erdseile" im Kabelgra ben liegen. Dies berücksichtigend sieht jener Vorschlag folgendes Meßkonzept vor: Die Prüfungsgleichspannungen sollen leitungsgebun den von den Kopfstationen aus an die einzelnen Kabelunterabschnit te der ausgekreuzten Kabel gelegt werden, damit die Kennlinien der spannungsabhängigen Muffen-Schutzwiderstände und der Durchgangs widerstand der äußeren Kabelschutzmäntel von der Kopfstation aus gemessen werden können.

Das vorgeschlagene Meßkonzept zur Messung des Umhüllungswider standes weist jedoch, soweit ersichtlich, folgende Nachteile auf:

a) Die Aderquerschnitte des Pilotkabels müssen nach VDE-Vorschrift 0141 so groß bemessen werden, daß es im Fall einer Störung im Netz den thermischen Beanspruchungen standhalten kann, was nur mit einem hohen Kostenaufwand zu bewerkstelligen ist.
b) Während des Meßvorgangs sind die Mäntel des im Betrieb befindlichen Kabels (z. B. die Bleimäntel eines 400 kV-Hochleistungskabels) nicht geerdet, so daß die Erdungsbedingungen nach VDE 0141 nicht erfüllt sind, und die Schutzfunktion der Varistoren geht verloren.
c) Bei der Interpretation des Meßergebnisses kann nicht eindeutig gesagt werden, ob der Fehler im passiven Korrosionsschutz des Hochlei stungskabels oder im Pilotkabel liegt. Wegen dieser Nachteile ist es unsicher, ob das vorgeschlagene Meßkonzept in der Praxis an wendbar ist.

Problem

Daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Meßverfahren anzugeben, das die kontinuierliche Überwachung des passiven Kor rosionsschutzes eines Hochleistungskabels während dessen Betriebs ermöglicht, ohne die vorerwähnten Nachteile zu haben. Des weiteren soll bei einer Beschädigung des Korrosionsschutzes nicht nur eine Meldung an die Kopfstation abgesetzt, sondern auch eine Vorortung des Fehlers gegeben werden.

Erfindung

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung besteht im wesentlichen darin, daß mit einem Reflexions meßgerät das Impulsreflexionsbild zwischen den beiden Metallhüllen und der Korrosionsschutzhülle aufgenommen wird, das Ursprungs-Im pulsreflexionsbild bei konstanter Impulsfrequenz und -form in einem Rechner gespeichert wird, und die während des Betriebs des Kabels aufgenommenen, ebenfalls gespeicherten Nachfolgebilder mit dem Ursprungsbild verglichen werden. Bei einer Beschädigung der Korrosionsschutzhülle weicht das Nachfolgebild in seinem Verlauf vom Ursprungsbild ab. In diesem Fall wird vom Rechner über ein Modul eine Meldung abgesetzt und aus der Lage der Abweichung wird die Fehlerstelle in der Korrosionsschutzhülle geortet.

Um auch hochohmige sowie intermittierende Fehlerstellen in der Korrosionsschutzhülle zu ermitteln, wird diese mit definierten Stoßstrominpulsen beaufschlagt.

Vorteile

Die Erfindung ermöglicht eine Überwachung des passiven Korrosions schutzes eines Hochleistungskabels während dessen Betriebs und ohne die Nachteile des bekannten Meßkonzepts.

Darstellung der Erfindung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild zur kontinuierlichen Überwachung des passiven Korrosionsschutzes eines Hochleistungskabels mit einer äußeren metallenen Hülle und direkter Erdung dieser Hülle,

Fig. 2 desgleichen, jedoch für ein Kabel mit einem nicht-metal lenen Schutzmantel über der äußeren metallenen Hülle und direkter Erdung des Kabelmantels, und

Fig. 3 das Bild einer Überlagerung von Ursprungs- und Nachfolge-Re flexion im Fall einer Beschädigung des passiven Korrosions schutzes.

In Fig. 1 ist schematisch ein Einleiter-Hochleistungskabel mit folgendem Aufbau (von innen nach außen) gezeigt: Leiter 1, Leiter isolierung 2, metallener Kabelmantel 3 (Bleimantel oder Aluminium wellmantel), nicht-metallene Korrosionsschutzhülle 4 (Bitumen oder Kunststoff) und äußere metallene Hülle 5.

Meßeinrichtung und Schaltung

Die Meßeinrichtung befindet sich am Anfang des Kabels und ist wie folgt ausgebildet:

a) Ein Reflexionsmeßgerät ist (zum Kabel hin) auf ein Energietrennfilter geschaltet, und dieses ist zum einen über den Kopplungskondensator C_kopp₁ an den Kabelmantel 3, und zum andern an die geerdete Metallhülle 5 angeschlossen.
b) Zwischen den Kabelmantel 3 und die geerdete Metallhülle 5 ist eine Abgrenz einheit, die als asymmetrische Antiparallelschaltung mehrere Lei stungsdioden D ausgebildet ist, geschaltet.
c) Der Stoßgenerator, welcher von der Gleichspannungsquelle E_o, hohen Innenwiderständen R_i, parallelgeschalteten Stoßkondensatoren C_st und der Funken strecke F gebildet wird, ist zum einen über die Induktivität L an den Kabelmantel 3 und zum andern an die geerdete Metallhülle 5 geschaltet. Dabei liegt der Abzweig zur Abgrenzeinheit zwischen Funkenstrecke und Induktivität.
d) Dem Reflexionsmeßgerät ist ein PC-Rechner nachgeschaltet, und diesem sind ein Drucker und ein ausführendes Modul angeschlossen.

Am Ende des Kabels sind lediglich der Kabelmantel 3 und die Metallhülle 5 miteinander elektrisch verbunden und über den Varistor V zur Erde geführt.

Fig. 2 zeigt die entsprechende Meßschaltung bei einem Kabel, das über der metallenen Hülle 5 noch einen nicht-metallenen Schutz mantel 6 aus einer Gummimischung oder Kunststoff hat, die einen der Korrosionsschutzhülle entsprechenden Isolationswiderstand auf weist. Hier bietet sich an, den metallenen Kabelmantel 3 direkt zu erden, damit transiente Überspannungen, die z. B. bei Schalthand lungen auftreten können, auf kürzerem Weg zur Erdungsanlage abge leitet werden. Dazu bedarf es bei der Schaltung nach Fig. 1 nur folgender Änderung: Die Anschlüsse der Meßeinrichtung an den Ka belmantel 3 und die Metallhülle 5 werden miteinander vertauscht, und die Abgrenzeinheit kann vorteilhafterweise auf eine Leistungs diode D reduziert werden.

Bauteile der Meßeinrichtung

Was die einzelnen Bauteile der Meßeinrichtung betrifft, so sind die Induktivität L, die Leistungsdioden D und die beiden geerdeten Leitungsschleifen am Anfang und Ende des Kabels für die thermische Belastung im Fall einer Störung im Netz entsprechend der VDE-Vor schrift 0141 auszulegen. Alle Geräte sind so zu bemessen, daß sie gegen transiente Überspannungen resistent sind. Und es bietet sich an, die Funkenstrecke F durch eine Thyristor-Schaltung zu erset zen, um die Form des Stoßimpulses genau einstellen zu können.

Es ist auch möglich, am Anschluß der Meßeinrichtung an das Kabel einen Umschalter - z. B. einen SF₆-Umschalter, wie er in Kabelmeß wagen verwendet wird - anzuordnen, mit dem man die Meßeinrichtung an verschiedene Kabel schalten kann. Damit kann man z. B. an einem System von drei Einleiter-Hochleistungskabeln mit Cross-Bonding-Schaltung alle drei Kabel in einem Abschnitt von einem Meßort aus überwachen.

Meßverfahren

Das mit der erfindungsgemäßen Schaltung (wie in Fig. 1 und 2) be triebene Meßverfahren läuft folgendermaßen ab: Der von einer ge eigneten Gleichspannungsquelle E_o aufgeladene Stoßkondensator C_st wird über die Funkenstrecke F auf den - zwischen dem metallenen Kabelmantel 3 und der metallenen Hülle 5 liegenden - passiven Kor rosionsschutz 4 des in Betrieb befindlichen Hochspannngskabels entladen. Dieser Stromimpuls durchläuft den Kabelmantel und führt im Fall des Auftretens einer hochohmigen Beschädigung im passiven Korrosionsschutz an der Fehlerstelle zum Überschlag. Durch die Fehlerstelle fließt während der Entladezeit von Kondensator C_st und Induktivität L ein Strom, der einen reflektierenden Lichtbogen erzeugt, der dem Sendeimpuls des parallelgeschalteten Reflexions meßgerätes entspricht. Am Ende der Entladezeit reißt der Lichtbo gen ab, und die Fehlerstelle liefert wegen ihrer Hochohmigkeit keine Reflexion mehr.

Auf dem Bildschirm des Reflexionsmeßgerätes kann also abwechselnd das Impulsbild des passiven Korrosionsschutzes mit und ohne Feh lerstelle dargestellt werden, ähnlich wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Der dem Reflexionsmeßgerät nachgeschaltete Rechner vergleicht das Nachfolge-Impulsreflexionsbild, das während des anstehenden Lichtbogens an der Fehlerstelle aufgenommen und gespeichert wird, mit dem Ursprungsbild, und er setzt im Fall einer Abweichung über das Modul eine Meldung ab.

Bei der Untersuchung der Korrosionsschutzhülle auf hochohmige Fehler sollen Amplitude und Impulsenergie der Art und Dicke der KS-Hülle angepaßt werden. Im Vorfeld kann auch die Mindestdicke der KS-Hülle ermittelt werden, die ein Stoßimpuls noch gerade durchschlagen kann.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die am Ende des Ka bels bzw. Kabelabschnitts angeschalteten Varistoren des Cross-Bon ding-Systems mittels eines Pilotkabels überwacht. So kann man wäh rend des Betriebes die Spannung an den Varistoren messen und zu gleich an, nach VDE 0141 bemessenen, Shunts den Strom überwachen.

Das beschriebene Verfahren kann auch zur Überwachung von Seekabeln gegen Wassereinbruch dienen, indem die Impulsreflexionen zwischen zwei benachbarten, voneinander isolierten Schirmen oder Metall mänteln bemessen werden.

Bezugszeichenliste

1 Leiter des Hochspannungs-Hochleistungskabels
2 Leiterisolierung
3 Metallener Kabelmantel
4 Nicht-metallene Korrosionsschutzhülle (passiver K′schutz)
5 Äußere metallene Hülle
6 Nicht-metallener Schutzmantel
C_kopp1 Kopplungskondensator
E_o Gleichspannungsquelle des Stoßgenerators
R_i Innenwiderstand des Stoßgenerators
C_st Stoßkondensator
F Funkenstrecke
D Leistungsdiode(n)
L Induktivität
V Varistor des Cross-Bonding-Systems.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung des passiven Korro sionsschutzes an Hochspannungs-Hochleistungskabeln, der als nicht metallene Korrosionsschutzhülle (4) zwischen zwei zylindrischen metallenen Hüllen (Kabelmantel 3 und äußere Metallhülle 5) ausge bildet ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß mit einem - über ein Energietrennfilter und einen Kondensa tor (C_kopp1) an die beiden Metallhüllen (3 und 5) angekoppelten - Reflexionsmeßgerät das Impulsreflexionsbild zwischen den beiden Metallhüllen und der Korrosionsschutzhülle aufgenommen wird,
- das Ursprungs-Impulsreflexionsbild bei konstanter Impulsfrequenz und Impulsform in einem Rechner auf einem Datenträger gespeichert wird,
- und die während des Betriebs des Kabels aufgenommenen, ebenfalls gespeicherten Nachfolgebilder mit dem Ursprungsbild verglichen werden, wobei bei einer Beschädigung der Korrosionsschutzhülle das Nachfolgebild in seinem Verlauf vom Ursprungsbild abweicht.

2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer Abweichung vom Rechner über ein Modul eine Mel dung absetzt wird, und aus der Lage der Abweichung die Fehlerstel le in der Korrosionsschutzhülle geortet wird.

3. Überwachungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzhülle (4) mit definierten Stoßstromimpulsen beaufschlagt wird.

4. Schaltung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3 an einem Kabel mit folgendem Aufbau: Leiter (1), Leiterisolierung (2), metallener Kabelmantel (3), nicht-metallene Korrosionsschutz hülle (4) und äußere metallene Hülle (5), dadurch gekennzeichnet,

- daß am Anfang des Kabels ein Reflexionsmeßgerät auf ein Energie trennfilter geschaltet, und dieses zum einen über einen Kopplungs kondensator (C_kopp1) an den Kabelmantel (3) und zum andern an die geerdete Metallhülle (5) angeschlossen ist,
- daß zwischen den Kabelmantel (3) und die geerdete Metallhülle (5) eine Abgrenzeinheit (asymmetrische Antiparallelschaltung mehrere Leistungsdioden (D)) geschaltet ist,
- daß ein Stoßgenerator (Gleichspannungsquelle E_o, hohe Widerstän de R_i, parallelgeschaltete Kondensatoren C_st und Funkenstrecke F) zum einen über eine Induktivität (L) an den Kabelmantel (3) und zum andern an die geerdete Metallhülle (5) geschaltet ist, wobei der Abzweig zur Abgrenzeinheit (D) zwischen Funkenstrecke und Induktivität liegt,
- und daß dem Reflexionsmeßgerät ein PC-Rechner nachgeschaltet ist, dem ein Drucker und ein ausführendem Modul angeschlossen sind, - soweit die Meßeinrichtung am Anfang des Kabels -
- und daß am Ende des Kabels der Kabelmantel (3) und die Metall hülle (5) miteinander verbunden und über einen Varistor (V) zur Erde geführt sind (Fig. 1).

5. Schaltung nach Anspruch 4, an einem Kabel, das über der metal lenen Hülle (5) noch einen nicht-metallenen Schutzmantel (6) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Meßeinrichtung an den Kabelmantel (3) und die Metallhülle (5) miteinander vertauscht sind, so daß der Kabelmantel direkt geerdet und die Abgrenzeinheit auf eine Leistungsdiode (D) reduziert ist (Fig. 2).

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Induktivität (L), die Leistungsdioden (D) und die beiden geerdeten Leitungsschleifen am Anfang und Ende des Kabels für die thermische Belastung im Fall einer Störung im Netz ausgelegt sind,
- und daß alle Geräte so bemessen sind, daß sie gegen transiente Überspannungen resistent sind.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Funkenstrecke (F) eine Thyristor-Schaltung eingesetzt ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß am Anschluß der Meßeinrichtung an das Kabel ein Umschalter - z. B. ein SF₆-Umschalter, wie er in Kabelmeßwagen verwendet wird - angeordnet ist, mit dem man die Meßeinrichtung an verschiedene Kabel - z. B. die drei Einleiterkabel eines Cross-Bon ding-Kabelsystems - schalten kann.