DE610419C

DE610419C - Method for protecting electrical power cables with oil insulation

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Publication number: DE610419C
Application number: DE1930610419D
Authority: DE
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1929-10-16
Filing date: 1930-10-10
Publication date: 1935-03-09

Description

Verfahren zum Schutz von elektrischen Starkstromkabeln mit Ölisolierung Starkstromkabel, und zwar insbesondere solche für sehr hohe Spannungen, sind bekanntlich während des Betriebes verhältnismäßig bedeutenden Temperaturschwankungen ausgesetzt, die teils durch Änderungen der Strombelastung und teils durch Änderungen der Temperatur der Umgebung verursacht werden. Beim Steigen der Temperatur im Kabel dehnt sich die Isolierung aus, und gleichzeitig steigt der Druck im Kabel, während beim Sinken der Temperatur die Isolierung sich zusammenzieht und der Druck sinkt. Die hierdurch hervorgerufenen Be-,vegungen der Ölisolierung haben zur Folge, daß das Öl infolge seines höheren Ausdehnungskoeffizienten aus den Papierschichten heraustritt und daß beim Zusammenziehen der Isolierung Ionisierungsstrecken in Form von Vakuumblasen innerhalb der Isolierung gebildet werden, wodurch die Isolierung geschwächt wird und Durchschlagsgefahr entsteht. Diesem Nachteil hat man bisher durch verschiedene Mittel abzuhelfen versucht, und zwar teils durch Vorrichtungen, die die Bewegung der Ölisolierung in der Längsrichtung des Kabels vermindern, und teils durch Vorrichtungen, die die Bewegung -des Öls unter Überwindung des Reibungswiderstandes in der Isolierung erleichtern. Im ersteren Falle hat man Ausdehnungsgefäße benutzt, die in das Kabel selbst eingelegt sind, sich durch das ganze Kabel erstrecken und die Ausdehnung und Zusammenziehung des Öls in radialer Richtung unter Einwirkung eines im Ausdehnungsgefäß erzeugten Gegendruckes zulassen. Im letzteren Falle hat man .das Innere des Kabels in Verbindung mit einem Druckbehälter gesetzt, wobei das Öl sich in der Längsrichtung des Kabels durch den hohlen elektrischen Leiter frei bewegen kann.. Alle .diese Vorrichtungen, die rein mechanischer Art sind, machen jedoch den Aufbau des Kabels sehr schwierig, so daß das Kabel wesentlich teurer wird.Method of protecting electrical power cables with oil insulation Power cables, especially those for very high voltages, are known exposed to relatively significant temperature fluctuations during operation, partly due to changes in the current load and partly due to changes in temperature the environment. When the temperature rises in the cable expands the insulation off, and at the same time the pressure in the cable rises while sinking the temperature the insulation contracts and the pressure drops. The result Caused changes in the oil insulation have the consequence that the oil as a result its higher coefficient of expansion emerges from the paper layers and that when the insulation is contracted, ionization paths in the form of vacuum bubbles are formed within the insulation, thereby weakening the insulation and there is a risk of breakdown. So far, this disadvantage has been suffered by various Means tried to remedy this, partly through devices that the movement reduce the oil insulation in the longitudinal direction of the cable, and partly by means of devices, the movement of the oil overcoming the frictional resistance in the insulation facilitate. In the former case, expansion vessels were used that were inserted into the cable themselves are inserted, extend through the whole cable and the expansion and contraction of the oil in the radial direction under the action of an in the expansion tank allow generated back pressure. In the latter case you have the inside of the cable placed in connection with a pressure vessel, the oil spreading in the longitudinal direction of the cable can move freely through the hollow electrical conductor .. All .these However, devices that are purely mechanical in nature make the construction of the cable very difficult, so that the cable becomes much more expensive.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen ein Teil der durch den Belastungsstrom erzeugten Wärme durch eine das Kabel durchfließende Flüssigkeit abgeleitet wird, um die Überschreitung einer Maximaltemperatur zu verhindern. Solche Verfahren haben den Nachteil, daß das Kühlmittel beim Durchgang durch das Kabel allmählich erhitzt wird. Infolgedessen kann das Kabel in seiner ganzen Länge nicht gleichmäßig abgekühlt werden und erhält daher eine ungleichmäßige Temperaturverteilung. Ferner kann die Wärmeableitung nicht in einfacher Weise im Verhältnis zu den Veränderungen der Strombelastung und der äußeren Temperatur geregelt werden. Dies ist übrigens bei den bekannten Verfahren überhaupt nicht beabsichtigt.There are also known methods in which a portion of the load current generated heat is dissipated by a liquid flowing through the cable, to prevent a maximum temperature from being exceeded. Have such procedures the disadvantage that the coolant gradually heats up as it passes through the cable will. As a result, the cable cannot be cooled evenly over its entire length and therefore receives an uneven temperature distribution. Furthermore, the Heat dissipation does not easily relate to changes in current load and the external temperature can be regulated. Incidentally, this is the case with the well-known procedure not intended at all.

Gemäß der Erfindung werden im Gegensatz hierzu die Temperaturschwankungen des Kabels durch Regelung der von dem Betriebsstrom erzeugten Wärmemenge oder durch Zuführung einer im Verhältnis zur Strombelastung und der äußeren Temperatur veränderlichen Wärmemenge in Form von elektrischer Stromwärme dm wesentlichen ausgeglichen. Durch Anwendung von elektrischer Stromwärme kann die Wärme längs der ganzen Kabellänge völlig gleichmäßig zugeführt und die Temperatur in einfacher Weise geregelt werden. Ferner wird gemäß der Erfindung die Stromzuführung sowohl nach oben als auch nach unten innerhalb bestimmter, mit Rücksicht auf die schädliche Einwirkung der Temperaturschwankungen auf die Ölisolierung zulässiger Grenzen geregelt.In contrast to this, according to the invention, the temperature fluctuations of the cable by regulating the amount of heat generated by the operating current or by Supply of a variable in relation to the current load and the external temperature Amount of heat in the form of electrical current heat dm essentially balanced. By The application of electrical current heat can dissipate the heat along the entire length of the cable fed completely evenly and the temperature can be regulated in a simple manner. Furthermore, according to the invention, the power supply is both upwards and downwards below within certain limits, taking into account the harmful effects of temperature fluctuations regulated on the oil insulation of permissible limits.

Der Erfindungsgedanke ist in der Zeichnung an verschiedenen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.The idea of the invention is shown in the drawing on various exemplary embodiments illustrated.

Fig. 1, 2 und 3 sind Querschnitte durch Starkstromkabel, die mit besonderen Leitern für die Erwärmung des Kabels versehen sind.Fig. 1, 2 and 3 are cross-sections through power cables with special Ladders are provided for heating the cable.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Schaltungsanordnungen für die Zuführung des Stromes zum Widerstandselement des Kabels und für seine Regelung.4, 5 and 6 show different circuit arrangements for the Feeding the current to the resistance element of the cable and for its regulation.

Fig. 7 und 8 sind Querschnitte von Kabeln ohne besondere Widerstandselemente, bei denen ein Teil der auf das Kabel übertragenen Nutzleistung in Wärmeenergie im Kabel umgesetzt wird.7 and 8 are cross sections of cables without special resistance elements, in which part of the useful power transferred to the cable is converted into thermal energy in the Cable is implemented.

Fig.9 zeigt eine Anordnung zum Regeln der Wärmezufuhr bei solchen Kabeln.9 shows an arrangement for regulating the supply of heat in such Cable.

Bei dem in Fig. i dargestellten Kabel bezeichnet i den elektrischen Starkstromleiter, der rohrförmig ist und in bekannter Weise aus mehreren Einzeldrähten besteht. Innerhalb jedes Leiters ist ein mit Isolierung2 versehener Widerstandsdraht 3 angeordnet, der die Aufgabe hat, den zur Erwärmung des Kabels dienenden Strom zu leiten. Der hohle Leiter ist im übrigen mit Öl gefüllt. Der Leiter i ist von einer Isolationsschicht 4 umgeben, die ihrerseits durch einen Bleimantel 5 geschützt ist.In the cable shown in Fig. I, i denotes the electrical one Power conductor, which is tubular and, in a known manner, made up of several individual wires consists. Inside each conductor is a resistance wire provided with insulation2 3 arranged, which has the task of the current used to heat the cable to direct. The hollow conductor is also filled with oil. The conductor i is from surrounded by an insulation layer 4, which in turn is protected by a lead sheath 5 is.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Widerstandselement zwischen der Isolierung 4 und dem Bleimantel 5 angeordnet und als ein um die Isolierung schraubenförmig gewickelter bandförmiger Leiter 3 ausgebildet. Fig. 2 veranschaulicht auch, wie die Erfindung mit Anordnungen zum Entgegenwirken gegen längs gerichtete Bewegungen der Ölisolierung im Kabel kombiniert werden kann. Im dargestellten Beispiel ist das Kabel zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise mit einem innerhalb des hohlen Leiters i angebrachten Ausdehnungsgefäß in Form eines rohrförmigen, zweckmäßig, aus Blech bestehenden Körpers versehen, der eine solche Querschnittsform hat, daß er eine gute Elastizität in radialer Richtung erhält, so daß er bei Temperatursteigerung und dadurch verursachter Drucksteigerung des Öls zusammengepreßt werden kann und die Ausdehnung des Öls zuläßt, bei Temperaturabnahme sich jedoch infolge seiner eigenen Federkraft erweitern kann. Das Ausdehnungsgefäß übt also dauernd einen elastischen Druck auf das C51 aus und wirkt .dadurch der Bildung von Vakuumblasen entgegen. Hierbei ist angenommen, daß der Zwischenraum zwischen dem Ausdehnungsgefäß 6 und dem hohlen Leiter i mit -Öl gefüllt ist. Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird folglich die Wärmezufuhr durch den Widerstandsdraht 3 und das Ausdehnungsgefäß 6 zu dem gleichen Zweck zusammenwirken, und es ergibt sich daraus in vorteilhafter Weise, daß Temperaturschwankungen im Kabel keine schädliche Einwirkung auf die Ölisolierung innerhalb eines größeren Temperaturgebietes ausüben.In the embodiment shown in Fig. 2, the resistance element is placed between the insulation 4 and the lead sheath 5 and as one around the insulation helically wound band-shaped conductor 3 is formed. Fig. 2 illustrates also how the invention with arrangements to counteract against longitudinal Movements of the oil insulation in the cable can be combined. In the example shown is the cable for this purpose in a known manner with a within the hollow conductor i attached expansion vessel in the form of a tubular, expedient, provided made of sheet metal body which has such a cross-sectional shape that he receives good elasticity in the radial direction, so that he increases in temperature and the resulting increase in pressure of the oil can be compressed and the expansion of the oil allows, but with a decrease in temperature as a result of its own spring force can expand. The expansion tank is therefore constantly elastic Pressure on the C51 and thus counteracts the formation of vacuum bubbles. It is assumed here that the space between the expansion vessel 6 and the hollow conductor i is filled with oil. In the arrangement of FIG. 2 is consequently the heat supply through the resistance wire 3 and the expansion vessel 6 to the same Purpose cooperate, and it results in an advantageous manner that temperature fluctuations in the cable no harmful effect on the oil insulation within a larger one Exercise temperature area.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Widerstandsleiter 3 über dem Bleimantel 5 angeordnet. Der Starkstromleiter z besteht in diesem Falle aus mehreren unisolierten Drähten.In the embodiment according to FIG. 3, the resistance conductor 3 is over the lead jacket 5 arranged. The power conductor z consists in this case several bare wires.

Fig. 4 veranschaulicht eine Anordnung zum Regeln der Temperatur eines Kabels nach Fig. i in einem Drehstromnetz. Die Leiter i der einzelnen Kabel sind an die Sekundärseite eines Transformators 7 angeschlossen, dessen sekundäre Spulen mit einigen zusätzlichen Windungen versehen sind, denen ein regelbarer Strom von verhältnismäßig niedriger Spannung über die Umschalter 8 und die Widerstandsdrähte 3 entnommen werden kann. An den entgegengesetzten Enden der Kabel sind die Widerstandsdrähte 3 mit den Leitern i verbunden, wie dies bei 9 gezeigt ist. In der Abbildung ist auch eine Anordnung zum Überwachen bzw. zum Anzeigen der im Kabel herrschenden Temperatur dargestellt, die aus in Wheatstone-Schaltung angeordneten Galvanometern io und Widerstandselementen i i besteht. Diese Widerstandselemente können in um die Kabel gewickelten Drähten mit einem mit der Temperatur veränderlichen Widerstand bestehen. Die Galvanometer io dienen dabei zum Axizeigen der Temperatur in den zugehörigen Kabeln.4 illustrates an arrangement for controlling the temperature of a Cable according to Fig. I in a three-phase network. The conductors i of each cable are connected to the secondary side of a transformer 7, its secondary coils are provided with a few additional turns, which a controllable current of relatively low voltage across the switch 8 and the resistance wires 3 can be found. At the opposite ends of the cables are the resistance wires 3 connected to conductors i as shown at 9. In the picture is also an arrangement for monitoring or displaying the temperature prevailing in the cable shown, which consists of galvanometers arranged in a Wheatstone circuit and resistance elements i i exists. These resistance elements can be in wires wrapped around the cables with a resistance that changes with temperature. The galvanometer io are used to show the axis of the temperature in the associated cables.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, nach der der zum Erwärmen des Kabels dienende Strom besonderen Wechselstromquellen 12 über Transformatoren 13 entnommen wird. Die Stromzufuhr kann dabei mittels in den Primärstroinkreisen . angeordneter Rheostate 14 geregelt werden. Die Ablesung der Kabeltemperaturen kann in beliebiger Weise erfolgen. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 sind die Kabel mit Thermoelementen 15 versehen, die durch Leitungen 16 an geeignete Instrumente zum Anzeigen der Temperatur angeschlossen sind.Fig. 5 shows an arrangement according to which that for heating the cable Serving electricity is taken from special alternating current sources 12 via transformers 13 will. The power supply can be in the primary drinking circuits. arranged Rheostats 14 be managed. The reading of the cable temperatures can be done in any way. In the circuit arrangement according to FIG the cables are provided with thermocouples 15, which are connected through lines 16 to suitable instruments connected to display the temperature.

Fig. 6 zeigt eine Regelanordnung für Kabel der in Fig.3 dargestellten Art, bei der der für die Wärmezufuhr erforderliche Strom einer besonderen Drehstromquelle 17 entnommen wird, deren sekundäre Spulen in ähnlicher Weise wie in Fig. 4. mit einigen zusätzlichen Windungen für die Entnahme von Strom niedrigerer Spannung versehen sind. Die Widerstandselemente 3 sind in diesem Falle in Stern geschaltet.FIG. 6 shows a control arrangement for cables of the type shown in FIG Type in which the electricity required for the supply of heat is from a special three-phase current source 17 is removed, the secondary coils of which in a manner similar to that in FIG provided some additional turns for the extraction of current of lower voltage are. The resistance elements 3 are connected in star in this case.

Der Starkstromleiter des in Fig. 7 dargestellten Kabels besteht in einer Anzahl isolierter Leiter i, die zwecks Verteilung des Belastungsstromes auf eine größere oder kleinere Anzahl von Leitern beliebig miteinander parallel geschaltet werden können. Die Leiter i sind kreisförmig angeordnet, so daß sie einen zentralen Hohlraum im Kabel bilden, der mit einer Ölisolierung ausgefüllt ist. In diesem zentralen Holraum kann auch, wie Fig.7 zeigt, ein Ausdehnungsgefäß 6 der in Verbindung mit Fig. a beschriebenen Art angeordnet werden.The power conductor of the cable shown in Fig. 7 consists of a number of insulated conductors i, which are used to distribute the load current a larger or smaller number of conductors connected in parallel with one another as required can be. The conductors i are arranged in a circle so that they have a central one Form a cavity in the cable, which is filled with an oil insulation. In this central Holraum can also, as FIG. 7 shows, an expansion vessel 6 in connection with Fig. A described type can be arranged.

Fig. 8 zeigt ein Kabel mit ebenfalls in eine Mehrzahl untereinander isolierter Zweige unterteiltem Starkstromleiter. Diese Zweige bilden eine Anzahl um einen Kern 18 gleichachsig angeordneter, geeignet isolierter rohrförmiger Leiter i9.Fig. 8 shows a cable with also in a plurality of each other isolated branches divided power conductor. These branches form a number suitably insulated tubular conductor arranged coaxially around a core 18 i9.

In Fig. 9 ist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur im Kabel unter Ausnutzung eines Teiles der durch das Kabel übertragenen Nutzenergie v eranschaut'icht. Hierbei können Kabel- der in Fig. 7 und 8 angegebenen Art zur Verwendung kommen. Die untereinander isolierten Leiterzweige können durch Schalter 2o nacheinander parallel zu je einer Phase der Wechselstromquelle 2 i geschaltet werden. Es wird dadurch ermöglicht, die Anzahl der Leiter im Verhältnis zur vorhandenen Belastung zu ändern, so daß die in den Leitern entwickelte Widerstandswärme zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur des Kabels geändert werden kann. Fig. 9 veranschaulicht auch eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung der Temperatur. Zu diesem Zweck sind die Umschalter 2o derart angeordnet, daß sie mittels eines Motors 22 selbsttätig umgelegt werden können. Der Motor ist zweckmäßig pendelnd auf einer Welle 23 gelagert und mit zwei Antriebsscheiben 24., 25 versehen, die durch Schwenkung des Motors in Eingriff mit einer Reibungsscheibe 26 gebracht werden können, deren Bewegung durch einSchneckengetriebea7 und ein HebelsyStem 28, 29, 3o auf die Schalter 2o übertragen werden kann. Normalerweise befindet sich der Motor .in einer solchen Lage, daß keine Bewegung auf .die Schalter 2o übertragen wird. Wenn die Temperatur im Kabel jedoch einen bestimmten Grenzwert über-oder unterschreitet, wird der Motor nach der einen oder anderen Seite geschwenkt, und zwar mittels zweier Elektromagnete 34 32, die in den Stromkreis eines mit dem Kabel verbundenen Thermostaten 33 so eingeschaltet sind, daß der Stromkreis für den einen Elektromagneten bei einer gewissen Mindesttemperatur und der Stromkreis für den anderen Elektromagneten bei einer gewissen Höchsttemperatur im Kabel geschlossen wird. Das Anzeigen der Temperatur im Kabel kann auch durch optische Hilfsmittel erfolgen, die unter der Kontrolle eines Thermostaten 34. angeordnet sein können, der beispielsweise eine farbige, z. B. grüne Lampe 35 eingeschaltet läßt, solange die Temperatur des Kabels innerhalb zulässiger Grenzen liegt, und eine andersfarbige, z. B. rote Lampe 36, wenn die Temperatur die Grenzwerte über- oder unterschreitet. Der Thermostat 3.4 kann direkt oder indirekt durch die Temperatur im Kabel beeinflußt werden. In der Zeichnung ist der Fall dargestellt, daß der Thermostat indirekt durch Vermittlung eines mit dem Kabel verbundenen Thermoelementes betätigt wird, dessen Strom eine Heizwicklung des Thermostaten durchfließt.In Fig. 9 a method for controlling the temperature in the cable is shown below Utilization of part of the useful energy transmitted through the cable is not seen. Cables of the type indicated in FIGS. 7 and 8 can be used here. The conductor branches isolated from one another can be switched one after the other by switch 2o be connected in parallel to each phase of the alternating current source 2 i. It will this enables the number of conductors in relation to the existing load to change so that the resistance heat developed in the conductors to maintain the desired temperature of the cable can be changed. Fig. 9 illustrates also an arrangement for the automatic regulation of the temperature. To this end are the changeover switch 2o arranged in such a way that it is automatically operated by means of a motor 22 can be turned over. The motor is expediently mounted on a shaft 23 in a pendulum fashion and provided with two drive pulleys 24, 25, which by pivoting the motor can be brought into engagement with a friction disc 26, the movement of which by a worm gear a7 and a lever system 28, 29, 3o on the switch 2o can be transferred. Usually the engine is located in one of these Position that no movement is transmitted to the switch 2o. When the temperature in the cable, however, exceeds or falls below a certain limit value, the motor pivoted to one side or the other, by means of two electromagnets 34 32, which are in the circuit of a thermostat connected to the cable 33 so are switched on that the circuit for one electromagnet at a certain Minimum temperature and the circuit for the other electromagnet at a certain Maximum temperature in the cable is closed. The display of the temperature in the cable can also be done by optical aids under the control of a thermostat 34. can be arranged, for example, a colored, z. B. green lamp 35 can be switched on as long as the temperature of the cable is within permissible limits is, and a different colored, z. B. red lamp 36 when the temperature is outside the limits exceeds or falls below. The thermostat 3.4 can be directly or indirectly through the Temperature in the cable can be influenced. The drawing shows the case that the thermostat indirectly through the intermediary of a thermocouple connected to the cable is operated, the current of which flows through a heating coil of the thermostat.

Claims

PATENT CLAIMS; i. Process for the protection of electrical power cables with oil insulation against the harmful oil contractions in weak or absent Operating load, characterized in that the temperature fluctuations of the cable by regulating the amount of heat generated by the operating current or by supply an amount of heat that changes in relation to the current load and external temperature are essentially balanced in the form of electrical current heat.

2. Procedure according to claim i,. characterized in that the operating current through the in a number of wires connected in parallel and isolated from one another is conducted in the cable and the temperature in the cable by changing the number of conductors connected in parallel is regulated.

3. The method according to claim 2, characterized characterized in that in the case of cables with a hollow conductor, the heating of the cable required electrical energy insulated by one or more inserted into the hollow conductor Head is fed. q .. The method according to claim a, characterized in that the electrical energy required to heat the cable through one or more between the main conductor of the cable and the lead sheath or above the cable sheath attached insulated conductor is fed.