DE569516C

DE569516C - Vorrichtung und Schaltung zur Messung und UEberwachung der Leitertemperatur von Starkstromkabeln

Info

Publication number: DE569516C
Application number: DEA59583D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Rottsieper
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-11-09
Filing date: 1929-11-09
Publication date: 1933-02-04

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 4. FEBRUAR 1933

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 68 so

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

von Starkstromkabeln

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. November 1929 ab

Beim Betrieb von Kabelnetzen läßt sich eine bedeutende Erhöhung der Wirtschaftlichkeit dadurch erzielen, daß die einzelnen Kabel bis zur zulässigen Temperatur belastet werden. Da dies jedoch bisher infolge der unbekannten Leitertemperatur nicht möglich war, so richtete man sich in den Zentralstationen mit der Belastungsstromstärke der Kabel nach den in den VDE-Normen angegebenen Belastungstabellen. Diese Werte gelten jedoch nur für die Dauerlast; sie sind unter der Annahme mittlerer Bodenverhältnisse errechnet und berücksichtigen nicht die Anfangstemperaturen der Umgebung.

Es ist bekannt, daß Kabel in vielen Fällen, z. B. bei besonders niedriger Bodentemperatur oder bei kurzzeitig auftretender Spitzenbelastung, einen höheren Strom, als in den Normen oder vom Fabrikanten angegeben ist,

ao führen könnten, ohne daß die Leitertemperatur eine unzulässige Höhe erreichen würde, aber man ist nicht in der Lage, mit Sicherheit anzugeben, um wieviel und wielange ein solches Kabel stärker belastet werden kann.

Es ist mitunter erforderlich, zwei parallele Kabel bei Spitzenbelastung zu benutzen, wo man bei genauer Kenntnis der Leitertemperatur mit einem einzigen Kabel auskommen könnte.

Die Mängel sind von den Elektrizitätserzeugern längst erkannt, und man hat versucht, durch Messungen der Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens und der Zeitkonstanten Einblick in die jeweils örtlichen Verhältnisse zu erlangen, um die Belastung auf Grund soleher Untersuchungen regulieren zu können. Derartige Verfahren sind jedoch sehr zeitraubend und unvollkommen. Die größte Wirtschaftlichkeit durch volle Ausnutzung der Kabel ist nur .dann gewährleistet, wenn man die Leitertemperatur unmittelbar im Betriebe jederzeit messen und unsichere Rechnungen umgehen kann.

Es sind Anordnungen bei Kabeln bekannt^ bei denen zur Messung der Temperatur Prüfdrähte benutzt werden, die in den Zwickeln von Mehrleiterkabeln liegen. Diese Prüfdrähte sind hier durch eine starke Isolation von den den Betriebsstrom führenden Leitern getrennt, so daß durch die Widerstandsmessung der Prüfdrähte nur deren Temperatur selbst, allenfalls noch die Temperatur der Kabelisolation, aber nicht die wahre Temperatur der den Nutzstrom übertragenden Leiter beobachtet werden kann. Da die Prüfdrähte also gar nicht die Temperatur der Kabelleiter selbst messen, kommen sie zur Ermittlung des Belastungszustandes des Ka-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Karl Rottsieper in Berlin-Adlershof.

bels überhaupt nicht in Frage. Außerdem ist der zeitliche Verlauf der Temperaturänderung in der Kabelisolation ein anderer als der der Kabelleiter, da die Zeitkonstante der Prüfdrähte im Zwickel eine andere ist als die des Leiters selbst.
- Daher soll die Temperatur der den Energiestrom führenden Leiter von Starkstromkabeln gemessen und überwacht werden, weil die ίο Kenntnis der dort herrschenden maximalen Temperatur allein maßgebend für die Höhe der zulässigen Belastung ist. Erfindungsgemäß werden nun die Anzeige- oder Überwachungsvorrichtungen durch das Wider-Standsverhältnis von dem Hauptleiter parallel geschalteten Hilfsleitern und einem oder mehreren temperaturunabhängigen Normalwiderständen bei Temperaturänderungen der Hilfsleiter beeinflußt, wobei diese Hilfsleiter untereinander gleichen Temperatur-Widerstandskoeffizienten haben und vom Nutzstrom durchflossen werden. Durch die Parallelschaltung der Hilfsleiter wird erreicht, daß diese im Verhältnis ihres Querschnittes an der Energieübertragung teilnehmen und sich deshalb genau so erwärmen wie der Gesamtleiter. Außerdem ist die Zeitkonstante der Meßoorgane in dieser Schaltung die gleiche wie die des Gesamtleiters.

Die Bildung des Widerstandsverhältnisses von dem Widerstand von an sich z. B. für Fehleranzeigevorrichtungen bekannten parallel geschalteten Hilfsleitern und einem temperaturunabhängigen Widerstand sowie die Betätigung der Temperaturanzeigevorrichtung durch die Änderung dieses Widerstandsverhältnisses wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß eine besondere Vorrichtung benutzt wird, welche durch, eine vom Nutzstrom unbeeinflußte Fremdstromquelle gespeist wird und es erlaubt, die verhältnismäßig geringen Widerstandsänderungen der Hilfsleiter mit großer Genauigkeit auf die Niederspannungsseite zu übertragen und hierdurch die Temperatur auf der Hochspannungsseite mit Hilfe eines in der Starkstromtechnik gebräuchlichen Instrumentes in der Schaltwarte direkt abzulesen oder aufzuzeichnen.

Durch die neue Anordnung, insbesondere durch die Verwendung einer vom Nutzstrom unbeeinflußten Fremdstromquelle, wird eine dauernde Temperaturkontrolle bei jedem Betriebszustand des Kabels, vom Leerlauf bis zum Kurzschluß, mit gleichbleibender Genauigkeit ermöglicht. Da die Hilfsleiter, die zur Temperaturmessung benutzt werden, selbst den Energiestrom oder einen ihrem Querschnitt entsprechenden Anteil übertragen, so haben sie stets die gleiche Temperatur wie der Gesamtleiter. Jede Temperaturänderung wird durch die Änderung des Widerstandes der Hilfsleiter ohne Verzögerung auf die Niederspannungsseite übertragen und durch das Instrument angezeigt, so daß insbesondere auch die bei kurzzeitiger hoher Überstrombelastung auftretendeübererwärmung der Leiter erfaßt werden kann und damit rechtzeitig Maßnahmen zur Verhinderung von Beschädigungen des Kabels getroffen werden können.

Die Betätigung der Anzeige- und Überwachungsvorrichtung erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft dadurch, daß die Änderung des Widerstandsverhältnisses über eine Meßwandlerbrückenanordnung wirksam gemacht wird, die an der Fremdstromquelle liegt.

Als Überwachungsvorrichtung selbst wird dabei zweckmäßig ein wattmetrisches Instrument verwendet. Es kann aber auch ein Quotientenmesser benutzt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schaltbild dargestellt,-

Die isolierten Hilfsleiter P stehen mit einer konstanten Fremdstromquelle über zwei Wandler in Verbindung, die je drei Wicklungen haben. Die Wicklungen des Wandlers I sind mit I₁-I₂, /_s-/₄ und P₁-P₂ bezeichnet. Die Wicklung P₁-P₂ ist gegen Erde für die Betriebsspannung isoliert und dient zum Anschluß der Hilfsleiter. Sie besteht aus zwei gleichen, im entgegengesetzten Sinne aufgebrachten Wicklungen P₁-L und P₂-I-; an L wird der Hauptleiter K angeschlossen. Die über L-P₁ und L-P₂ in den Teilleitern fließenden Ströme des Betriebsstromes heben sich also bezüglich ihrer Wirkungen auf den Wandler I auf, er bleibt vom Betriebsstrom unbeeinflußt.

Die Wicklungen des Wandlers II sind mitI₁-I₂', h'W ^un(i N₁-N₂ bezeichnet. Wicklung N₁-N₂ ist zum Anschluß eines Normalwiderstandes W mit konstanten Temperaturkoeffizienten bestimmt. Die Wicklungen I₁-I₂, l_a-l_t bzw. I₁-I₂', Iß'-li haben gleiche Windungszahl und bilden die Zweige einer Brücke. Die Fremdstromquelle ist an die Punkte α und b angeschlossen.

Als Meßinstrument wird ein Wattmeter bzw. ein wattmetrisches Relais M verwendet, dessen Spannungsspule an die Punkte c und d angeschlossen und dessen Stromspule vom Brückensummenstrom / durchflossen wird.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß man schon bei sehr geringen Widerstandsänderungen verhältnismäßig große Instrumentenausschläge erhält. Sind sowohl die Ohmschen als auch die induktiven Spannungskomponenten an dem einzelnen Brückenzweig untereinander gleich, so ist die Spannung zwischen den Punkten c und d gleich o, das Instrument bleibt in Ruhe. Dies ist jedoch hur für ein bestimmtes Widerstands-

verhältnis, also auch für eine bestimmte Tem-[' peratur der Hilfsleiter der Fall. Ändert sich mit veränderlicher Temperatur das Widerstandsverhältnis aus dem Widerstand der Hilfsleiter und dem konstanten Normalwiderstand, so ändert sich auch das Verhältnis der Wirkspannungskomponenten an den Brücken-

j_ zweigen. Hierdurch entsteht zwischen den Punkten c und d eine Spannungsdifferenz, die

ίο mit dem Summenstrom / in Phase liegt, also einen Wattmeterausschlag bewirkt.

Wird das wattmetrische Instrument in Abhängigkeit des Widerstandsverhältnisses in ⁰C geeicht, so läßt sich die Temperatur des

'S Kabels unmittelbar ablesen.

Die Anordnung kann auch ferner dazu benutzt werden, Kabel, deren Leitertemperaturen eine gewisse Höhe überschreiten, selbsttätig abzuschalten, um so die Isolation vor einer Zerstörung durch Überströme zu schützen.

Die zum Anschluß der Hilfsleiter notwendigen Wandler erhalten ganz ähnliche Abmessungen wie normale Stromwandler; sie können als Topf- oder Schleifenwandler ausgeführt werden.

Der Wandler zum Anschluß des Normalwiderstandes erhält nur Niederspannungswicklungen und ist deshalb klein und leicht unterzubringen.

Bei Drehstromübertragungen wird das System zweckmäßig dreiphasig ausgeführt; die Apparatur ist jedoch nur einseitig erforderlich, kann aber auch auf beiden Kabelenden angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Vorrichtung und Schaltung zur Messung und Überwachung der Leitertemperatur von Starkstromkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß von einer vom Nutzstrom unbeeinflußten Fremdstromquelle gespeiste Anzeige- und Überwachungseinrichtungen (M) durch die Änderung des Widerstandsverhältnisses von dem Hauptleiter (k) parallel geschalteten, vom Nutzstrom durchflossen en Hilfsleitern (p) mit untereinander gleichen Widerstandskoeffizienten und einem oder mehreren temperaturunabhängigen Normalwiderständen (w) bei Temperaturänderungen der Leiterteile betätigt werden.
2. Vorrichtung und Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleiter (p) mit der Fremdstromquelle transformatorisch unter Verwendung zweier Wandler (I, II) von gleicher Charakteristik verbunden sind, welche je drei Wicklungen tragen, von denen je zwei (Z₁-Z₂, Z₁'-//, h-h, Ii-Ii) die Zweige einer Brücke bilden, während an die dritte Wicklung (PrPi) des einen die Hilfsleiter (P) und an die dritte Wicklung (N₁-N₂) des anderen ein konstanter Normal widerstand (W) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung und Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegenden Eckpunkten (a und b) der aus den Wicklungen der Wandler gebildeten Brücke die Fremdspannung zugeführt und an den beiden anderen Eckpunkten (I₁ und Z₃') das Meßinstrument (M) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung und Schaltung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßinstrument zur Temperaturanzeige ein wattmetrisches Instrument (M) verwendet ist, auf dessen Spanungsspule die bei Widerstandsänderung der Leiterteile auftretende Differenzspannung zwischen den Anschlußpunkten (I₁, I₃') wirkt und dessen Stromspule vom Brükkensummenstram (J) durchflossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen