Starkstromkabel mit Einrichtung zur Anzeige entstehender Isolationsfehler
und des Fehlerortes 6
Entstehen in Starkstromkabeln Fehler, die zu Spannungsdurchbrüchen
führen, so haben diese fast stets weitgehende Zerstörungen des Kabels und damit
Störungen in der Stromversorgung zur Folge. Bei größeren Kurzschlußenergien können
auch benachbarte, unbeteiligte Kabelstrecken schwer beschädigt werden. Man hat daher
eine Reihe -von Mitteln vorgeschlagen, um -ein fehlerhaftes Kabel innerhalb möglichst
kurzer Zeit abzuschalten, z. B. Schnellschalter usw. Es sind auch Einrichtungen
bekannt, die den Isolationszustand eines Kabels dauernd zu' übierwachen gestatten,
wie z. B. außerhalb der Isolierschichten liegende Hilfsleiter, die zur Messung des
Isolationswiderstandes dienen sollen. Der Isolationswiderstand ist aber erfahrungsgemäß
kein Maßstab für die dielektrische Festigkeit. Es ist weiter vorgeschlagen worden,
auf der Oberfläche der Kabelleiter oder innerhalb der Isolierschichten; also in
den dielektrisch beanspruchten Teilen des Kabels, metallisch leitende Einlagen zu
verwenden, die bei einer teilweisen Zerstörung der Isolation stromführend werden
oder ihr Potential ändern und dadurch ;einen sich ausbildenden Fehler anzeigen sollen.
Diese Mittel- haben jedoch den Nachteil, daß sie die für hochwertige Isolierschichten
notwendige Homogenität stören, die eine Voraussetzung für eine möglichst weitgehende
Betriebssicherheit ist, und daß außerdem die Herstellung des Kabels erheblich erschwert
wird.Power cables with a device for displaying insulation faults and the location of the fault 6 If faults occur in power cables that lead to voltage breakdowns, these almost always result in extensive damage to the cable and thus disturbances in the power supply. In the case of larger short-circuit energies, adjacent, uninvolved cable sections can also be severely damaged. A number of means have therefore been proposed in order to switch off a faulty cable within the shortest possible time, e.g. B. quick switch, etc. There are also known devices that allow the insulation state of a cable to 'monitor continuously, such. B. Auxiliary conductors lying outside the insulating layers, which are intended to be used to measure the insulation resistance. Experience has shown that the insulation resistance is not a measure of the dielectric strength. It has further been suggested, on the surface of the cable conductors or within the insulating layers; In other words, in the dielectrically stressed parts of the cable, metallic conductive inserts should be used which, if the insulation is partially destroyed, become live or change their potential and thereby indicate a fault that is developing. However, these means have the disadvantage that they disrupt the homogeneity required for high-quality insulating layers, which is a prerequisite for the greatest possible operational reliability, and that the manufacture of the cable is also made considerably more difficult.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, in einem Starkstromkabel einen
im Entstehen begriffenen Fehler vor dem Spannungsdurchbruch anzuzeigen und außerdem
ein Mittel zu bieten, die Örtliche Lage des entstehenden Fehlers in einer Kabelstrecke
auch im abgeschalteten, also abgekühlten Kabel zu messen und dadurch die Möglichkeit
zu geben, den gefährdeten kurzen Fehlerabschnitt rechtzeitig auszuwechseln, d. h.
;ehe die mit einem Spannungsdurchbruch verbundenen Folgeneintreten. Die Erfindung
benutzt zur Lösung dieser Aufgabe folgende physikalischen Vorgänge. -Jeder Durchschlag
in seinem Kabel, der seine Ursache in den Isolierschichten des Kabels selbst hat,
ist sein sogernannter Wärmedurchschlag. Er bildet sich dadurch aus, daß an Stellen,
die aus irgendwelchen Gründen dielektrisch über das Normalmaß hinaus beansprucht
werden, höhere dielektrische Verluste auftreten, die sich in Wärme umsetzen. Durch
die ;örtliche Temperatursteigerung sinkt der Isolations«@iderstand, wächst also
der Isolationsstrom, so daß, zu der Erwärmung durch die höheren Verluste noch die
durch höhere Stromwärme tritt. - Dieser Vorgang führt allmählich,
häufig
erst im Laufe- von Wochen, zu einer so großen Schwächung der dielektrischen Festigkeit;
daß schließlich der Spannungsdurchbruch erfolgt. Es ist daher in der Kabeltechnik
@ein.e bekannte Erfahrungstatsacke, daß bei Dauerprüfungen von Kabeln mit erhöhter
Spannung :ein Durchschlag sich fast stets lange Zeit vorher durch Temperatursteigerung
an der Fehlerstelle bemerkbar macht.The object of the invention is to indicate a developing fault in a power cable before the voltage breakdown and also to offer a means of measuring the location of the fault in a cable section even in the disconnected, i.e. cooled cable, and thereby providing the possibility to replace the endangered short fault section in good time, ie before the consequences associated with a voltage breakdown occur. The invention uses the following physical processes to solve this problem. -Every breakdown in a cable, which has its cause in the insulating layers of the cable itself, is what is known as heat breakdown. It is formed by the fact that higher dielectric losses occur at points which for whatever reasons are dielectrically stressed beyond the normal range, which are converted into heat. As a result of the local increase in temperature, the insulation resistance decreases, and therefore the insulation current increases, so that, in addition to the heating due to the higher losses, there is also the heating due to the higher current heat. - This process leads gradually, often only in Laufe- of weeks to such a great weakening of the dielectric strength; that finally the voltage breakdown occurs. It is therefore a well-known empirical factual in cable technology that during endurance tests of cables with increased voltage: a breakdown is almost always noticeable a long time beforehand through an increase in temperature at the point of failure.
Diese Vorgänge benutzt die Erfmdung, um in einer vierlegten Kabelstrecke
einen im ni5UCi1,.@. _ grif@enen Fehler anzuzeigen. Sie bedient sich dazu einer
an sich bekannten Leitung, die einen Leiter aus leicht schmelzbarem Metall enthält.
Sie besteht darin, daß in dem Kabel eine solche Leitung außerhalb der Isolierschichten
liegt, daß die einem Spannungsdurchbruch vorhergehende örtliche Erw,äxmung in der
Isolation des Kabels den Leiter aus leicht schmelzbarem Metall zum Schmelzen bringt
und daß dadurch ein Signalstromkreis geschlossen wird. Die örtliche Erwärmung an
-der Fehlerstelle bewirkt demnach in der Temperaturüberivachungsleitung eine dau:einde
Veränderung, die auch bestehen bleibt, wenn die Kabelstrecke abgeschaltet wird und
dann die Fehlerstelle sich wieder abkühlt. Es wird daher nicht :nur der entstehende
Fehler an sich angezeigt, sondern auch die genaue Bestimmung seiner Lage im :Kabel
»mit einfachen bekannten Mitteln ermöglicht.These processes used the invention to in a four-laid cable route
one in the ni5UCi1,. @. _ gripped to display errors. She uses one for this
known line containing a conductor made of easily fusible metal.
It consists in the fact that in the cable such a line outside the insulating layers
lies that the local extension preceding a voltage breakdown in the
Isolation of the cable causes the conductor made of easily fusible metal to melt
and that thereby a signal circuit is closed. Local warming on
-The fault location therefore causes a duration in the temperature monitoring line
Change that persists even if the cable route is switched off and
then the fault cools down again. It will therefore not: only the emerging
Error itself is indicated, but also the exact determination of its location in the: cable
»Made possible with simple known means.
Eine im wesentlichen bekannte Ausführüngsforrn der Temperaturüberwachungsleitung,
wie sie für die Zwecke der Erfindung geeignet ist, zeigt die Abb. i.. 3 ist ein
Leiter :aus feiner leicht schmelzbaren Metalllegierung, z. B. einer solchen aus
Blei, Zinn, Wismut usw., der mit einer Kordel oder einem Band .4 aus Isolierstoffen,
wie Papier, Baumwolle, Gummi o.,dgl., in @offenen Schraubenwindungen umwickelt und
dadurch gegen den die .Leitung einhüllenden geschlossenen Metallmantel 5, z. B.
aus Blei, isoliert ist. Wird der Leiter 3 an irgendeiner Stelle 6 über seinen Schmelzpunkt
erhitzt, so bildet dort das geschmolzene Metall eine leitende Brücke zwischen dem
Leiter 3 .und dem Metallmantel 5 und schließt dadurch :einen Signalstromkreis. Da
diese leitende Verbindung auch bestehen bleibt, wenn die Ursache für das Schmelzen,
also die Erwärmung -durch das Kabel, aufgehört hat, läßt sich die örtliche -Lage
der Erhitzung im Kabel jederzeit z. B. mit Hilfe deiner !einfachen Meßbrücke genau
ermitteln.An essentially known embodiment of the temperature monitoring line,
as is suitable for the purposes of the invention, Fig. i .. 3 is a
Conductor: made of fine, easily fusible metal alloy, e.g. B. one of these
Lead, tin, bismuth, etc., tied with a cord or tape .4 made of insulating material,
such as paper, cotton, rubber or the like, wrapped in open screw turns and
thereby against the .Leit enveloping closed metal jacket 5, z. B.
made of lead, is insulated. If the conductor 3 is at any point 6 above its melting point
heated, the molten metal forms a conductive bridge between the
Conductor 3 .und the metal jacket 5 and thereby closes: a signal circuit. There
this conductive connection is maintained even if the cause of the melting,
So the heating -by the cable, has stopped, the local -Location
the heating in the cable at any time z. B. with the help of your! Simple measuring bridge exactly
determine.
Die Temperaturüberwachungsleitung wird bei EinleiterkabeIn auf die
Oberfläche des Bleimantels unterhalb der äußeren Bedeckung aus Jute ,o. dgl., bei
MMehrleiterkabeln mit gemeinschaftlichem -Bleimantel zweckmäßig in die Zwischenräume
zwischen den Adern und den Mantel- gelegt. Eine besonders günstige Anordnung ergibt
sich bei Mehrleiterkabeln mit einzeln verbleiten Adern, wie in der Abb. 2 dargestellt
ist. Die Temperaturüberwachungsleitung 7 liegt in-der Mitte des Kabels; sie kann
aber auch in die Zwickelriäume 8 gelegt werden. ' Die Schmelztemperatur der Legierung,
aus welcher der Leiter 3 besteht, wird. der zulässigen Betriebstemperatur des Kabels
angepaßt. Darf z. B. ein Kabel im Betrieb so hoch belastet werden, daß seine Isolation
eine Temperatur von 6o° erreicht und liegt die Leitung beispielsweise in der Mitte
des Kabels, wie in Abb. z, so wird eine Schmelztemperatur des Leiters 3 von etwa
',7o" ge-, wählt. Ein Durchschmelzen tritt dann an der Stelle ein, wo infolge eines
sich bildenden Fehlers die Temperatur in den Isolierschichten 8o bis go° überschreitet.The temperature monitoring line is connected to the single-conductor cable
Surface of the lead jacket below the outer jute covering, etc. like., at
Multi-conductor cables with common glue sheath are useful in the spaces in between
placed between the veins and the sheath. A particularly favorable arrangement results
multi-core cables with individually leaded cores, as shown in Fig. 2
is. The temperature monitoring line 7 lies in the middle of the cable; she can
but can also be placed in the gusset spaces 8. 'The melting temperature of the alloy,
from which the conductor 3 is made. the permissible operating temperature of the cable
customized. May z. B. a cable is so heavily loaded during operation that its insulation
reaches a temperature of 60 ° and the line is, for example, in the middle
of the cable, as in Fig. z, a melting temperature of the conductor 3 of about
', 7o "selected. Melting then occurs at the point where, as a result of a
error that forms, the temperature in the insulating layers exceeds 8o to go °.
Durch Wahl des Durchmessers des Leiters 3, also durch entsprechende
Bemessung seiner Masse sowie durch Veränderung des Wärmewiderstandes zwischen dem
Leiter und dem Metallmantel s durch Verwendung verschieden starker Isolierschichten
q., kann man die Zeit, die der Leiter zum Abschmelzen benätigt, in weiten Grenzen
beeinflussen, der Leitung also :eine bestimmte Temperatur-Zeitabhängigkeit erteilen
und dadurch erreichen, daß sie auf kurzzeitige Temperatursteigerungen, wie sie z.
B. bei Überlastungen eines Kabels durch schnell abklingende Kurzschlüsse auftreten,
nicht anspricht. Ferner können die Widerstandsänderungen des Leiters 3 und des Mantels
§ mit der Temperatur dazu benutze werden, den durchschnittlichen Belastungszustand
der ganzen Kabelstrecke zu kontrollieren.By choosing the diameter of the conductor 3, so by appropriate
Measurement of its mass as well as by changing the thermal resistance between the
Conductor and the metal jacket s by using insulating layers of different thicknesses
q., the time it takes for the conductor to melt can be varied within wide limits
influence, i.e. the line: give a certain temperature-time dependency
and thereby achieve that they respond to short-term temperature increases such.
B. when a cable is overloaded due to rapidly decaying short circuits,
does not respond. Furthermore, the changes in resistance of the conductor 3 and the jacket
§ with the temperature to be used, the average load condition
check the entire cable route.
Die Temperaturüberwachung gemäß. der Erfudung bietet besondere Vorteile
in .ölgefüllten Kabeln. Erleiden solche -eine Verletzung des Bleimantels, so läuft
das öl an i der Fehlerstelle aus, ohne daß dadurch sofort ein Spannungsdurchbruch
eintritt. Zunächst wachsen die dielektrischen Verluste an einer solchen Stelle an
und verursachen in der oben dargestellten Weise eine Temperaturerhöhung, die durch
die überwachungseinriehtung angezeigt wird. D.er beschädigte Streckenteil kann also
ausgewechselt werden, ehe umfangreichere Zerstörungen ,in der ganzen Strecke zu
befürchten sind.The temperature monitoring according to. The invention offers particular advantages in oil-filled cables. If the lead jacket is damaged in this way, the oil runs out at the fault location without immediately causing a voltage breakdown. First, the dielectric losses increase at such a point and cause a temperature increase in the manner shown above, which is displayed by the monitoring device. The damaged section of the route can therefore be replaced before extensive damage is to be feared over the entire route.