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Einrichtung zum Prüfen der dielektrischen Verluste von kleinen Stücken
kapazitätsbehafteter, betriebsmäßig verlegter Kabel bzw. von Kabelzubehörteilen
einer elektrischen Anlage Messungen der elektrischen Eigenschaften bilden ein wesentliches
Kriterium für die Betriebsbrauchbarkeit und den Sicherheitsgrad einer Fernleitung.
Bei Hochspannungsfreileitungen ist im wesentlichen die Kenntnis des Isolationswiderstandes
der Gesamtanlage von Bedeutung. Zur Überwachung des Isolationswiderstandes hat man
eine größere Anzahl verhältnismäßig einfacher Einrichtungen vorgeschlagen. Man verwendet
z. B. zur Messung die Isolatoren, deren metallischer Träger durch einen Isolierkörper
von Erde getrennt ist. Zwischen den Trägern und Erde schaltet man dabei für die
Messung einen Spannungsmesser ein. Andere Einrichtungen benutzen Meßkondensatoren,
d. h. nach dem Kondensatorprinzip gebaute Durchführungsisolatoren, die so unterteilt
sind, daß an dem der Erde zunächst liegenden Teilkondensator nur eine kleine zur
unmittelbaren Messung geeignete Spannung liegt. Da bei Freileitungen auch die Kenntnis
der Potentialverteilung an mehrteiligen oder an Kettenisolatoren von Wichtigkeit
sein kann, hat man zur Feststellung der Potentialverteilung vorgeschlagen, die jeweils
zu messende Stelle über eine Kapazität und einen Widerstand in Reihenschaltung mit
Erde zu verbinden und den durch den Ladestrom am Widerstand erzeugten Spannungsabfall
zur Steuerung einer Elektrodenröhrenanordnung zu benutzen, deren Anodenstrom ein
Maß für das Potential der Meßstelle ergibt.
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In Transformatoren, ölschaltern u. dgl. ist es besonders wichtig,
ständig die elektrischen Eigenschaften des O1es zu überwachen. Eine derartige Überwachung
kann man vorteilhaft in bekannter Weise mit Hilfe einer Scheringbrücke durchführen,
in deren einem Zweig ein Kondensator liegt, dessen beide Belegungen in dem zu untersuchenden
Öl liegen und als dessen Isolierung das zu untersuchende Öl dient.
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Bei verlegten Kabelanlagen konnte man zwar die Gesamtanlage als Einheit
ebenfalls auf ihre elektrischen Eigenschaften untersuchen, jedoch gingen die charakteristischen
Werte sehr kleiner Teile im Mittelwert der Gesamtanlage unter, zu dem sie als räumlich
bzw. kapazitiv sehr kleine Teile praktisch nichts beitragen. Man konnte derartige
Teile mit sehr kleiner Kapazität bei einer elektrischen Kabelanlage in verlegtem
Zustande jedoch bisher nicht für sich messen. Es ist aber gerade bei einem verlegten
Kabel sehr wichtig, dielektrische Verlustmessungen an einzelnen Teilen, insbesondere
an Muffen, Endverschlüssen u. dgl., auszuführen, weil gerade Muffen und Endverschlüsse
besonders schwache Stellen der Anlage sein können. Die
Erfindung
betrifft nun eine Einrichtung, die es ermöglicht, solche Teile kleiner Kapazität
bzw. kleiner räumlicher Ausdehnung innerhalb der Gesamtanlage in betriebsmäßig verlegtem
Zustande auf ihre dielektrischen Verluste gesondert zu messen. Dazu wird an der
einen Kondensatorfläche des zu messenden Teiles kleiner Kapazität eine von dieser
in geringem Abstand angeordnete und von ihr isolierte leitende Belegung vorgesehen,
von der aus ein Leiter nach außen geführt ist und die im normalen Betriebe an der
zugehörigen Kondensatorbelegung liegt. Da die zu untersuchenden Teile, wie Muffen
u. dgl., als kondensatorhafte Gebilde in die Messungen eingehen und die Kondensatorbelegungen
einerseits die stromführenden Kabelleiter und andererseits der Kabelmantel bzw.
die mit ihm metallisch verbundenen Teile sind, kann man sie entweder an der Hochspannungsseite
am Kabelleiter oder an der Erdseite am Kabelmantel herausgreifen. Man ordnet zu
diesem Zweck also in der Nähe dieser Belegungen leitende Schichten an, die von den
Belegungen nur schwach isoliert sind, für die vorzunehmenden Messungen eine Leitung
nach außen besitzen und für den Betrieb in einfacher Weise an die zugehörigen Belegungen
geschaltet werden. Diese leitenden Schichten, die an sich bei Kabelarmaturen als
Spannungsverteilungsschichten bereits bekannt sind, können beispielsweise metallisiertes
Papier, eine dünne Stanniol- oder Aluminiumschicht o. dgl. sein und werden in der
zur Messung gewünschten Ausdehnung entweder über dem Leiter oder unter dem Muffengebäuse
schwach isoliert angeordnet und mit einer Herausführung versehen. Bei Endverschlüssen
ist die Anordnung der metallischen Schicht am Leiter, also hochspannungsseitig,
vorteilhaft, während bei den übrigen Teilen der Kabelanlage, bei denen die Hochspannung
von außen nicht ohne weiteres zugänglich ist, die Anordnung der metallischen- Schicht
an der Erdseite einfacher ist. Im letzteren Fall wird man bei Kabeln mit metallisierten
Einzeladern vorteilhaft die Metallisierung selbst an beiden Seiten des Messtückes
unterbrechen, so das diese Metallisierung des Messtückes selbst als Meßbelegung
dient. Bei Kabeln mit metallisierten Adern wird die metallische Hülle nur im Bereich
der Messtrecke aufgebracht.
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Bei der dielektrischen Verlustmessung nach der Brückenmethode an kleinen
Teilen innerhalb der verlegten Kabelstrecke kann die Meßzuleitung sehr lang sein,
da es nötig ist, sie bis zum Brückenmeßplatz nahe der Hochspannungsklemme, die einen
Brückeneckpunkt bildet, zu führen. Da eine solche Meßzuleitung, selbst wenn man
dafür ein Telephonkabel niedriger spezifischer Kapazität verwenden würde, eine große
Erdkapazität hat, und diese Erdkapazität in der Schaltung parallel dem einen Brückenwiderstand
liegt, wird sie die Brückenabgleichung in unerwünschter Weise ändern. Gemäß der
Erfindung wird dieser Übelstand dadurch vermieden, das man ihre Größe bestimmt und
sie durch eine hiernach berechnete Induktivität oder eine Kapazität in den jeweils
in Betracht kommenden Brükkenzweigen kompensiert.
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Die Fig. i zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Muffe
eines metallisierten Einfachkabels, die Fig. 2 ein Beispiel für die Muffe eines
normalen urimetallisierten Einfachkabels. Für metallisierte Mehrfachkabel wird die
entsprechende Einfachkonstruktion mehrfach innerhalb desselben Muffengehäuses ausgeführt;
für urimetallisierte Mehrfachkabel entspricht die Ausführung derjenigen bei einem
urimetallisierten Einfachkabel. Wenn hier auch nur die Anwendung der Erfindung auf
Muffen näher erläutert wird, so sei doch darauf hingewiesen, das die Erfindung auch
auf irgendwelche anderen Teile, beispielsweise gekrümmte oder geneigte Teile der
Kabelanlage, angewendet werden kann, wenn es wünschenswert erscheint, derartige
Teile zu überwachen. -In der Fig. i ist eine schematische Darstellung gegeben, in
der zwei Kabelstücke miteinander verbunden sind, dabei ist 2 die Leiterverbindungsstelle,
3 die abgestufte ursprüngliche Aderisolierung, 4 die ursprüngliche Adermetallisierung,
5 die bei der Montage gewickelte Papierisolierung und 6 die getränkte W ickelpapierlage,
welche die ursprüngliche Metallisierung der Ader ein Stück überdeckt. Auf die getränkte
Wickelpapierlage 6 ist eine metallische Schicht 7 aufgebracht, die jedoch - in der.
Längsrichtung etwas kürzer als 6 ist -und die ursprüngliche Metallisierung 4 ein
kleines Stück überdeckt, jedoch durch die Wickelpapierlage 6 von ihr isoliert ist.
7 dient als Meßbelegung, durch deren kapazitives Übergreifen über 4 Sprünge der
elektrischen Feldstärke und konzentrierte Beanspruchungen verhindert werden. Getränktes
Wickelpapier 8 dient zur Isolierung der Meßbelegung 6 gegen das Muffengehäuse g,
welches geerdet und mit dem Kabelmantel 13 verbunden ist. Als Zuleitung und Ausführung
aus dem Muffengehäuse g dient eine schwach isolierte Leitung 12, die bei normalem
Betrieb am Gehäuse bzw. an Erde liegt.
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In der Fig. 2 ist die entsprechende Anordnung für ein Kabel zeichnerisch
dargestellt worden, dessen Einzelader urimetallisiert ist, dabei ist 22 die Leiterverbindungsstelle,
23 die abgestufte ursprüngliche Aderisolierung und 25 die bei der Montage gewickelte
Pa
pierisolation. Über die Papierisolation 25 ist eine als :,\leßbelegung
dienende metallische Hülle 27 aufgebracht worden, welche den Mantel 33 mit
derselben Wirkung wie bei Fig. i zu 7 beschrieben kapazitiv übergreift. Das getränkte
Wickelpapier 28 isoliert die Meßbelegung 27 gegen das geerdete und mit dem Kabelmantel
verbundene Muffengehäuse 29. 32 ist eine schwach isolierte Zuleitung zur Meßbelegung,
die bei normalem Betrieb mit an Erde liegt.
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In der Fig. 3 ist eine Schaltung gegeben, mit deren Hilfe man die
Störwirkung der Erdkapazität der Zuleitung auf die Brückenabgleichung beseitigen
kann. In der Zeichnung bedeutet C1 das zu messende Stück der Kabelanlage, C. den
verlustfreien Vergleichskondensator, CE ist die für sich gemessene Erdkapazität
der Zuleitung, R; und R., sind die Brückenwiderstände, C4 ist ein variabler Kondensator
zum Einstellen des Verlustwinkels. CX ist eine zur Kompensation von C" dienende
Kapazität, die aus CE, R3 und R4 errechnet ist. Sie kann gegebenenfalls durch eine
Induktivität bei R, ersetzt werden.
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Eine andere Art, die Erdkapazität CE für die Messung unwirksam zu
machen, besteht in der Anwendung eines Hilfszweiges nach dem Vorgange von K. W.
W a g n e r und ist in der Fig.:I zeichnerisch wiedergegeben worden. Die metallische
Hülle der Meßzuleitung darf dabei aber nicht an Erde liegen, sondern muß durch den
Hilfszweig auf das Potential der Meßzüleitung gebracht werden, so daß kein Verschiebungsstrom
durch die Kapazität der Meßzuleitung zustande kommt.