DE69824807T2

DE69824807T2 - Elektrische Degradierungsbegrenzung von voll dielektrischen selbsttragenden Kabeln

Info

Publication number: DE69824807T2
Application number: DE69824807T
Authority: DE
Inventors: Ralph St. Illtydd Sutehall; Ian Dewi Newport Lang
Original assignee: Prysmian Cables and Systems Ltd
Current assignee: Prysmian Cables and Systems Ltd
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: NZ332470A; BR9804250A; AU735635B2; AR013727A1; US6344614B1; AU8947198A; ES2226075T3; CA2251500C; JPH11205978A; DE69824807D1; EP0911933A1; GB2330705A; EP0911933B1; CA2251500A1; GB9722676D0

Description

Diese Erfindung betrifft das Verhindern einer elektrischen Beschädigung von vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabeln (ADSS-Kabeln, all-dielectric self-supporting cables).
Wenn ADSS-Kabel an Masten aufgehängt sind, an welchen auch Stromleitungen hängen, können sie unter einer durch einen Trockenband-Lichtbogenüberschlag verursachten elektrischen Beschädigung leiden.
Ein Trockenband-Lichtbogenüberschlag findet statt, da ein induzierter Spannungsgradient entlang der Länge des ADSS-Kabels besteht, und obwohl dieser Spannungsgradient kein Problem darstellt, wenn das Kabel trocken ist, wird, wenn die Kabeloberfläche aufgrund von Feuchtigkeit elektrisch leitend wird, ein Strom entlang der Länge des Kabels gezogen. Dieser Strom ist am größten bei dem Mast, wo das Kabel herabhängt, und bei dem Erdpotential, und er wird die Kabeloberfläche austrocknen, was zu einem Bruch in der zuvor kontinuierlich elektrisch leitenden Oberfläche führt. Dieser Bruch kann sich um das Kabel herum erstrecken und ein Trockenband bilden, und ein Lichtbogenüberschlag über dieses Trockenband hinüber kann das Kabel beschädigen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, einen solchen Trockenband-Lichtbogenüberschlag angrenzend an die geerdeten Aufhängebereiche von ADSS-Kabeln zu vermeiden.
Kurz gesagt wird dies erreicht, indem ein Strompfad zwischen einer Stelle an dem Kabel entfernt von einem geerdeten Aufhängebereich des Kabels und dem geerdeten Bereich geschaffen wird, welcher Strompfad einen Lichtbogenspalt (oder ein Äquivalent dazu) beinhaltet, so dass der Strom eher entlang dieses Pfades fließen wird als entlang der Oberfläche des Kabels zwischen der Stelle und dem geerdeten Aufhängebereich, wenn ein Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei einem Strom oberhalb eines vorbestimmten Wertes sonst auftreten würde.
GB-A-2264813 sowie EP-A-0709700 sind als technologischer Hintergrund für die Ansprüche zitiert worden und beschreiben Anordnungen und Verfahren zum Verhindern eines Trockenband-Lichtbogenüberschlags mittels alternativer Strompfade. GB-A-2264813 offenbart eine Anordnung zum Verhindern eines Trockenband-Lichtbogenüberschlags angrenzend an einen geerdeten Aufhängebereich eines vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabels, das in diesem Bereich an einem Mast angehängt ist. Die Anordnung weist eine elektrisch leitende Einrichtung auf, die einen mit hydrophobem Fett beschichteten Zylinder aufweist, zumindest unter feuchten Bedingungen, und/oder aus einem Halbleitermaterial gemachte und mit dem Kabel verbindbare Formteile. Der mit dem hydrophoben Fett beschichte Zylinder definiert einen Strompfad einschließlich eines Lichtbogenspalts nach dem Verdampfen der Feuchtigkeit.
In einem Aspekt schafft die Erfindung eine Anordnung für die Verwendung angrenzend an einen geerdeten Aufhängebereich eines vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabels, das an diesem Bereich in einem elektrischen Feld an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, um einen Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei diesem Bereich zu beschränken, welche Anordnung eine elektrisch leitende Einrichtung aufweist, die mit dem Kabel entfernt von dem geerdeten Bereich verbindbar ist, Mittel zum Definieren eines Stromweges zwischen der Einrichtung und dem geerdeten Bereich mit einem Klemmmittel, das mit dem Kabel in dem geerdeten Bereich verklemmt ist, sowie ein längliches elektrisch leitendes Element, das sich von dem Klemmmittel oder der Einrichtung aus erstreckt, wobei die Mittel zum Definieren des Stromweges einen Lichtbogenspalt oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung haben, beispielsweise einen Varistor, der die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt.
Die Einrichtung kann ein Verklemmmittel aufweisen, das mit dem Kabel verklemmbar ist.
Der Lichtbogenspalt ist vorzugsweise zwischen einem elektrisch leitenden ringförmigen ersten Element und einem an dessen Achse positionierten elektrisch leitenden zweiten Element definiert.
Vorzugsweise ordnet ein isolierendes Mittel das zweite Element relativ zu dem ersten Element an.
Das erste ringförmige Element kann angrenzend an das Klemmmittel oder das Verklemmmittel vorgesehen sein, oder irgendwo zwischen diesen beiden Mitteln.
In der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist das ringförmige erste Element angrenzend an das Verklemmmittel vorgesehen, und das zweite Element weist ein längliches Element auf, das sich von dem Klemmmittel aus hin zu dem ringförmigen ersten Element erstreckt.
Wenn jedoch das ringförmige erste Element angrenzend an das Klemmmittel vorgesehen ist, kann das zweite Element ein längliches Element aufweisen, das sich von dem Verklemmmittel hin zu dem ringförmigen ersten Element erstreckt.
Die Erfindung schafft auch eine Installation mit einem vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabel, das an einem geerdeten Aufhängebereich des Kabels in einem elektrischen Feld an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, in welcher eine elektrisch leitende Einrichtung mit dem Kabel entfernt von dem Bereich verbunden ist und Mittel zwischen der Einrichtung und dem geerdeten Bereich angeschlossen sind, die einen Stromweg definieren, der einen Lichtbogenspalt hat oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung, beispielsweise einen Varistor, der die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt.
Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Beschränken eines Trockenband-Lichtbogenüberschlags angrenzend an einen geerdeten Aufhängebereich eines vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabels, das an diesem Bereich an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, wobei Strom entlang eines Stromweges gerichtet wird, der einen Lichtbogenspalt oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung beinhaltet, beispielsweise einen Varistor, die die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt, statt entlang der Oberfläche des Kabels, wenn ansonsten ein Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei einem Strom oberhalb eines vorbestimmten Wertes auftreten würde.
Die Erfindung schafft auch eine Anordnung, wie sie im neuntletzten Absatz definiert ist, wobei die Einrichtung ein elektrisch leitendes ringförmiges erstes Element und ein elektrisch leitendes zweites Element aufweist, das an dessen Achse positioniert ist, so dass ein Lichtbogenspalt zwischen der inneren Oberfläche des ersten Elements und der äußeren Oberfläche des zweiten Elements definiert ist.
Damit die Erfindung noch besser verstanden werden kann, wird die bereits oben erwähnte Ausführungsform der Erfindung, die rein beispielhaft gegeben wird, nun in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 schematisch einen Teil einer Installation einschließlich einer Anordnung, die die Erfindung verkörpert, darstellt,
2 schematisch die Arbeitsweise der Anordnung veranschaulicht, und
die 3 und 4 weiter die Arbeitsweise der Anordnung unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.
Mit Bezug auf 1 ist zunächst ein Bereich eines vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabels 10 dargestellt, der auf einer Seite einer Stelle 12 an dem Kabel vorgesehen ist, an welcher das Kabel mittels einer Aufhängeeinrichtung (bezeichnet durch eine Strichpunktlinie) 14 getragen ist, die an einem Mast (nicht dargestellt) angebracht ist, an welchem auch eine Stromleitung (nicht dargestellt) aufgehängt ist. Die Anordnung auf der anderen Seite (der linken Seite in 1) der Stelle 12 ist im Wesentlichen die gleiche.
Das Kabel 10 ist versehen mit einer mechanischen Verstärkung 16, die durch zumindest ein schraubenförmiges verwundendes metallisches Element 18 gebildet ist und die sich zu beiden Seiten der oben erwähnten Stelle 12 erstreckt. Diese Verstärkung 16 ist dazu vorgesehen, die mittels der Aufhängeeinrichtung 14 auf das Kabel aufgebrachte Belastung zu verteilen, und sie befindet sich bei Erdpotenzial und bildet so einen geerdeten Aufhängebereich 20 des Kabels.
Dies schafft die Bedingungen für das oben diskutierte Problem des Trockenband-Lichtbogenüberschlags angrenzend an den geerdeten Aufhängebereich 20 des Kabels. Um den Trockenband-Lichtbogenüberschlag angrenzend an den geerdeten Aufhängebereich 20 des Kabels zu beschränken, ist ein Strompfad zwischen einer elektrisch leitenden Einrichtung 21, welche mit dem Kabel an einer Stelle 22 an dem Kabel entfernt von dem geerdeten Aufhängebereich 20 verbunden ist, und dem besagten Bereich 20 gebildet. Dieser Strompfad beinhaltet einen Lichtbogenspalt 24, so dass Strom eher entlang dieses Pfades fließen wird als entlang der Oberfläche des Kabels 10 zwischen der Stelle 22 und dem geerdeten Aufhängebereich 20, wenn ansonsten ein Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei einem Strom oberhalb eines vorbestimmten Wertes (z. B. 1 mA) an der Kabeloberfläche zwischen der Stelle 22 und dem Bereich 20 auftreten würde.
Die dargestellte elektrisch leitende Einrichtung 21 weist ein Verklemmmittel 26 auf, das an der Stelle 22 mit dem Kabel verklemmbar ist. Wie dargestellt, ist eine mechanische Verstärkung 27 mit zumindest einem schraubenförmig gewundenen metallischen Element zwischen dem Verklemmmittel 26 und dem Kabel vorgesehen, aber diese kann auch weggelassen werden.
Wie es besser in 2 zu sehen ist, ist der Strompfad zwischen der Einrichtung 21 und dem geerdeten Bereich 20 definiert durch (i) ein Klemmmittel 28, das bei dem geerdeten Bereich 20 mit der mechanischen Verstärkung 16 verklemmt ist; (ii) einem länglichen elektrisch leitenden Element 30, z. B. eine Stange, die sich von dem Klemmmittel 28 im Wesentlichen parallel zu dem Kabel 10 erstreckt; und (iii) ein elektrisch leitendes ringförmiges Element 32, dargestellt als röhrenförmige Hülse, vorgesehen angrenzend an das Verklemmmittel 26 und elektrisch damit verbunden.
Die Stange 30 ist an der Achse der Hülse 32 positioniert, und ein Lichtbogen ist zwischen der inneren Fläche der Hülse und der externen Oberfläche des Bereichs der Stange, der sich innerhalb der Hülse befindet definiert. Typischerweise ist dieser Lichtbogenspalt ungefähr 4 mm groß.
Isolierende Arme 34 innerhalb der Hülse ordnen die Stange zentral relativ zu der Hülse an, und die Stange kann sich, wie es dargestellt ist, durch die Hülse hindurch und nach jenseits der Hülse erstrecken, obwohl dies nicht notwendig ist. Die zusätzliche Länge der Stange jenseits der Hülse in der dargestellten Anordnung führt dazu oder ermöglicht es, dass die Position des Verklemmmittels 26 weiter von dem geerdeten Bereich 20 entfernt ist. Typischerweise wird sich das Klemmmittel jedoch ungefähr 1 m von dem geerdeten Bereich 20 entfernt befinden. Die Arme 34 sind in Umfangsrichtung beabstandet Apertur und erstrecken sich radial zwischen der Hülse und der Stange. In der dargestellten Ausführungsform sind zwei Arme vorgesehen.
Der Lichtbogenspalt kann sich irgendwo entlang des Strompfads zwischen der Einrichtung 21 und dem geerdeten Bereich 20 befinden. Statt die Hülse 32 angrenzend an das Klemmmittel 28 vorzusehen und die Stange sich von dem Klemmmittel 28 hin zu der Hülse erstrecken zu lassen, wie dargestellt, kann die Hülse z. B. auch angrenzend an das Klemmmittel 28 vorgesehen sein, wobei sich die Stange dann von dem Verklemmmittel 26 zu der Hülse erstreckt. In anderen Worten kann die Position des Klemmmittels und des Verklemmungsmittels vertauscht werden.
Die Arbeitsweise der Anordnung wird nun mit besonderem Bezug auf die 3 und 4 beschreiben.
Zunächst kann wohl angenommen werden, dass, wenn die Oberfläche des Kabels 10 trocken ist, kein Strom entlang seiner Länge strömen wird. Wenn jedoch die Kabeloberfläche nass wird, wird ein Strom in Richtung des geerdeten Aufhängebereichs 20 aufgrund des Spannungsgradienten fließen. Dies ist in 3a dargestellt, wo das elektrische Feld aufgrund von benachbarten Stromkabeln (nicht dargestellt) als 20 kV angegeben ist.
Der Strom ist am höchsten angrenzend an den geerdeten Bereich und verursacht ein Austrocknen der nassen Kabeloberfläche, so dass ein trockenes Band sich um die Kabeloberfläche herum in dem Bereich des Kabels zwischen dem geerdeten Bereich und der Einrichtung 21 zu bilden beginnt, wie bei 50 in 3b dargestellt. Wenn sich dieses trockene Band bildet, steigt der Widerstand des feuchten leitfähigen Films an der Oberfläche. Nachdem sich das trockene Band gebildet hat, kann seine Größe zunehmen, und wenn ansonsten bei einem Strom oberhalb eines vorbestimmten Betrags (z. B. 1 mA) ein Lichtbogenüberschlag stattfinden würde, der die Kabeloberfläche beschädigen würde, wird der Strom wie in den 2 und 3c dargestellt, entlang des Strompfads zwischen der Einrichtung 21 und dem geerdeten Bereich 20 geleitet, der den Lichtbogenspalt zwischen der Stange und der Hülse beinhaltet. Die Größe des Lichtbogenspalts ist natürlich so gewählt, dass ein Stromfluss entlang des Strompfads zwischen der Einrichtung 21 und dem geerdeten Bereich 20 statt entlang der Kabeloberfläche erzeugt wird, wenn ein Lichtbogenüberschlag über das trockene Band hinüber den oben erwähnten vorbestimmten Strom überschreiten würde.
Ein sekundäres trockenes Band kann sich anschließend an dem Kabel angrenzend an das Ende der Einrichtung 21 entfernt von dem geerdeten Bereich 20 zu bilden beginnen, wie in 4a bei 52 dargestellt. In diesem Fall erfolgt der Stromfluss entlang des leitenden Pfads zwischen der Einrichtung 21 und dem Bereich 20 wie zuvor, wie in 4a dargestellt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das sekundäre trockene Band gebildet wird, wenn der kombinierte Widerstand dieses trockenen Bandes und der bereits vorhandenen leitenden Brüche (des ersten trockenen Bandes und des Lichtbogenspalts) den Stromfluss verhindert, wie in 4b dargestellt.
Obwohl 3 ein elektrisches Feld von 20 kV bezeichnet, wird angenommen, dass die Ausführungsform typischerweise in Feldern mit 10 kV oder mehr verwendet werden wird.
Die Ausführungsform isoliert nicht das Kabel, sondern dient stattdessen dazu, den Lichtbogenüberschlag an der Kabeloberfläche zu beschränken, wenn der Lichtbogenstrom einen vorbestimmten Wert erreicht, z. B. 1 mA.
Obwohl die Ausführungsform einen Lichtbogenspalt in dem Strompfad verwendet, könnte eine äquivalente Festkörpereinrichtung, z. B. ein Varistor, stattdessen vorgesehen sein, um die gleiche Funktion zu erfüllen wie der Lichtbogenspalt.
Die Hülse-Stange-Isolator-Anordnung zum Schaffen des Lichtbogenspaltes ist so, dass der Spalt bei der Montage automatisch auf einen gewünschten Wert festgelegt wird und sich nicht mit der Zeit aufgrund einer Schwankung der Ausrichtung verändert. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Anordnung auch andere Anwendungen haben kann, z. B. bei beschichteten Leitern, Transformatoren oder jede andere Anwendung, die traditionelle Lichtbogenhörner verwendet, statt solcher Lichtbogenhörner.

Claims

Anordnung zur Verwendung bei einem geerdeten Aufhängebereich eines vollständig dielektrischen, freitragenden Kabels, das an diesem Bereich in einem elektrischen Feld an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, um einen Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei diesem Bereich zu beschränken, welche Anordnung eine elektrisch leitende Einrichtung (21) aufweist, die mit dem Kabel entfernt von dem geerdeten Bereich (20) verbindbar ist, Mittel zum Definieren eines Stromweges zwischen der Einrichtung (21) und dem geerdeten Bereich (20) mit einem Klemmmittel (28), das mit dem Kabel in dem geerdeten Bereich (20) verklemmt ist, sowie ein längliches elektrisch leitendes Element (30), das sich von dem Klemmmittel (28) oder der Einrichtung (21) aus erstreckt, wobei die Mittel zum Definieren des Stromweges einen Lichtbogenspalt oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung haben, beispielsweise einen Varistor, der die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung ein Verklemmmittel (26) aufweist, das mit dem Kabel verklemmbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtbogenspalt zwischen einem elektrisch leitenden ringförmigen ersten Element (32) und einem an dessen Achse positionierten elektrisch leitenden zweiten Element (30) definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei ein isolierendes Mittel (34) das zweite Element (30) relativ zu dem ersten Element (32) anordnet.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, wenn Anspruch 3 von Anspruch 2 abhängt, wobei das erste ringförmige Element (32) angrenzend an das Klemmmittel (28) oder das Verklemmmittel (26) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei das ringförmige erste Element (32) angrenzend an das Verklemmmittel (26) vorgesehen ist und das zweite Element (30) ein längliches Element aufweist, das sich von dem Klemmmittel (28) aus hin zu dem ringförmigen ersten Element erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei das ringförmige erste Element (32) angrenzend an das Klemmmittel (28) vorgesehen ist und das zweite Element (30) ein längliches Element aufweist, das sich von dem Verklemmmittel (26) hin zu dem ringförmigen ersten Element (32) erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung ein elektrisch leitendes ringförmiges erstes Element (32) und ein elektrisch leitendes zweites Element (30) aufweist, das an dessen Achse positioniert ist, so dass ein Lichtbogenspalt zwischen der inneren Oberfläche des ersten Elements und der äußeren Oberfläche des zweiten Elements definiert ist.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei ein isolierendes Mittel (34) das zweite Element relativ zu dem ersten Element anordnet.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei das isolierende Mittel in Umfangsrichtung beabstandete radiale Arme (34) aufweist, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Element erstrecken.
Installation mit einem vollständig dielektrischen selbsttragenden Kabel, das an einem geerdeten Aufhängebereich des Kabels in einem elektrischen Feld an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, mit einer Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche angrenzend an den geerdeten Bereich.
Installation mit einem vollständig dielektrischen freitragenden Kabel, das an einem geerdeten Aufhängebereich des Kabels in einem elektrischen Feld an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, in welcher eine elektrisch leitende Einrichtung mit dem Kabel entfernt von dem Bereich verbunden ist und Mittel zwischen der Einrichtung und dem geerdeten Bereich angeschlossen sind, die einen Stromweg definieren, der einen Lichtbogenspalt hat oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung, beispielsweise einen Varistor, der die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt.
Verfahren zum Beschränken eines Trockenband-Lichtbogenüberschlags angrenzend an einen geerdeten Aufhängebereich eines vollständig dielektrischen freitragenden Kabels, das an diesem Bereich an einem Mast oder ähnlichem aufgehängt ist, wobei Strom entlang eines Stromweges gerichtet wird, der einen Lichtbogenspalt oder eine äquivalente Festkörpereinrichtung beinhaltet, beispielsweise einen Varistor, die die gleiche Funktion erfüllt wie der Lichtbogenspalt, statt entlang der Oberfläche des Kabels, wenn ansonsten ein Trockenband-Lichtbogenüberschlag bei einem Strom oberhalb eines vorbestimmten Wertes auftreten würde.