DE967315C

DE967315C - Method for comparing the electrical stress on the insulation of high-voltage direct current cables

Info

Publication number: DE967315C
Application number: DEA9422D
Authority: DE
Inventors: Richard Troeger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-03-29
Filing date: 1942-03-29
Publication date: 1957-10-31

Description

Bekanntlich nimmt mit zunehmender Stärke der Kabelisolierung die ungleichmäßige Beanspruchung der einzelnen Isolierlagen einen derartigen Grad an, daß der spezifische Aufwand an Isoliermaterial wesentlich vergrößert werden muß und dadurch das Kabel eine wesentliche Verteuerung erleidet. Die innere Lage der Isolierung unmittelbar über dem Leiter ist am höchsten beansprucht; die Beanspruchung nimmt nach dem Bleimantel zu logarithmisch ab. Um den Nachteil dieser ungleichmäßigen Beanspruchung zu beseitigen, sind verschiedene Wege beschritten worden, z. B. Abstufung der Isolierschichten in der Weise, daß die inneren Lagen aus einem Material von größerer Dielektrizitätskonstante bestehen als die äußeren Lagen. Dieses Verfahren hat sich jedoch praktisch wegen Fabrikationsschwierigkeiten nicht durchgesetzt. It is known that the greater the thickness of the cable insulation, the greater the uneven stress of the individual insulating layers to such a degree that the specific amount of insulating material must be increased significantly and thereby the cable suffers a substantial increase in price. The inner layer of insulation immediately above the conductor is the most stressed; the stress decreases too logarithmically after the lead jacket. To the disadvantage of this uneven To eliminate stress, various paths have been taken, e.g. B. Gradation the insulating layers in such a way that the inner layers are made of a material of larger size Dielectric constants exist as the outer layers. However, this procedure has proven practical not enforced due to manufacturing difficulties.

Ein zweiter Weg, der für Wechselstromkabel vorgeschlagen wurde, besteht darin, konzentrisch metallische Zwischenlagen anzubringen, die mit entsprechenden Anzapfungen der Transformatoren verbunden werden und so das Potentialgefälle von den inneren Lagen der Isolierung nach außen zwangläufig festlegen. Auch dieser Weg führte nicht zum Ziel. Er verlangt eine derartige Unter-A second approach that has been suggested for AC power cables is to be concentric to attach metallic intermediate layers with corresponding taps on the transformers connected and so the potential gradient from the inner layers of the insulation to the outside necessarily set. This path did not lead to the goal either. He demands such a sub-

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teilung der Isolierung, daß z. B. bei gleicher Abstufung der Spannung jeweils die Kapazität der nach dem Leiter zugekehrten Lagen kleiner ist als die Kapazität der äußeren Lagen. Daraus folgt, daß in der Metallschicht für die Potentialsteuerung ein Ladestrom fließt, der, zumal bei langen Kabeln, beträchtliche Werte annehmen kann. Man ist daher gezwungen, die Zwischenlage mit einem größeren Querschnitt auszuführen, also besondere Aufwendüngen an Material und Kosten zu machen.division of insulation that z. B. with the same gradation of voltage in each case the capacity of the after the conductor facing layers is smaller than the capacity of the outer layers. It follows, that in the metal layer for the potential control a charging current flows which, especially with long cables, can assume considerable values. One is therefore forced to fill the intermediate layer with a larger one Execute cross-section, so to make special expenditures in terms of material and costs.

Die Erkenntnis dieser Nachteile ergab, daß der Einbau von konzentrischen metallischen Zwischenlagen jedoch bei Gleichstromhochspannungskabeln wesentliche Vorteile bringt. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Vergleichmäßigung der elektrischen Beanspruchung der Isolierung von Gleichstromhochspannungskabeln mit dem Kennzeichen, daß eine oder mehrere konzentrische metallische Zwischenlagen in die Isolierung einao gearbeitet werden, deren Potential durch besondere Gleichstromspannungsteiler derart gesteuert wird, daß eine die Isolierung gleichmäßig beanspruchende Spannungsabstufung an den Zwischenlagen entsteht. Recognition of these disadvantages showed that the installation of concentric metallic intermediate layers However, it has significant advantages in the case of direct current high-voltage cables. The invention relates to hence a method for equalizing the electrical stress on the insulation of DC high voltage cables marked as having one or more concentric metallic interlayers are worked into the insulation einao whose potential is due to special DC voltage divider is controlled in such a way that an evenly stressing the insulation Tension gradation occurs at the intermediate layers.

as Zu dem Zweck werden besondere Gleichstromspannungsteiler vorgesehen bzw. Schaltungen gewählt, welche die gewünschte Spannungsteilung herstellen. Die einfachste Methode besteht darin, einen ohmschen Widerstand parallel zu den Gleichstromklemmen zu legen, also bei einadrigen Gleichstromkabeln zwischen Leiter und Bleimantel, und die Spannung für die Zwischenlagen des Kabels nach Bedarf abzugreifen. Hierfür genügt ein Widerstand von so großem Betrag, daß die dadurch bedingten Energieverluste vernachlässigt werden können. Bei diesem Verfahren wird lediglich beim Einschalten und Ausschalten kurzzeitig eine ungleiche Spannungsbeanspruchung der Isolierschichten hervorgerufen, bis die metallische Zwischenlage aufgeladen ist. Bekanntlich lassen aber Kabel kurzzeitige Überbeanspruchungen zu, ohne daß die Spannungsfestigkeit dadurch herabgesetzt wird. Statt der Widerstände kann man auch Ketten von Primärelementen oder Sammlerbatterien oder in Reihe geschalteten Gleichstromschienen verwenden, denen die für die Kabelzwischenlagen benötigten Spannungen entnommen werden. Hierfür genügen Elemente von kleiner Leistung.As for this purpose, special DC voltage dividers are used provided or selected circuits that produce the desired voltage division. The simplest method is to to put an ohmic resistor parallel to the DC terminals, i.e. single-core DC cables between conductor and lead sheath, and the voltage for the intermediate layers of the cable to tap as needed. A resistance of such a large amount is sufficient for this that the related energy losses can be neglected. With this procedure, only the Switching on and switching off briefly results in an unequal voltage stress on the insulating layers caused until the metallic intermediate layer is charged. It is well known that cables are short-term Overstressing without reducing the dielectric strength. Instead of the resistors, you can also use chains of primary elements or accumulator batteries or in Use series-connected DC busbars with the ones required for the cable spacers Tensions are taken. For this purpose, elements of low power are sufficient.

Bei Stromrichtern besteht die Möglichkeit, die Schaltung von vornherein so auszuführen, daß die gewünschte Spannungsabstufung durch Abgriff am Stromrichter selbst erreicht wird. Beispielsweise ermöglicht die Brückenschaltung in einfacher Weise eine einmalige Unterteilung der Spannung, wenn man den Transformator in Stern schaltet und den Sternpunkt mit der Zwischenlage des Kabels verbindet, wie es in Fig. ι schematisch dargestellt ist. Hierbei bedeuten ι und 2 einen dreiphasigen Stromrichter in Brückenschaltung mit dem Sternpunkt o. Dieser ist mit der Zwischenlage 4 des Kabels verbunden und bewirkt, daß diese dauernd auf einem Zwischenpotential gehalten wird, das dem Mittelwert der Klemmspannung' des Stromrichters entspricht, dessen Ausführungen mit dem Leiter 3 und dem Bleimantel 5 des Kabels verbunden sind.In the case of converters, there is the option of performing the circuit from the outset so that the desired voltage gradation is achieved by tapping on the converter itself. For example the bridge circuit enables a one-time division of the voltage in a simple manner, if you connect the transformer in star and the star point with the intermediate layer of the cable connects, as shown in Fig. ι schematically. Here ι and 2 mean a three-phase Converter in bridge circuit with the star point o. This is with the intermediate layer 4 of the Cable connected and causes it to be kept permanently at an intermediate potential that corresponds to the mean value of the terminal voltage 'of the converter, the versions of which correspond to the Conductor 3 and the lead sheath 5 of the cable are connected.

Fig. 2 zeigt die Schaltung einer Doppelbrücke mit den beiden Einzelbrücken 1 und 2. Sie gestattet die Verwendung von drei Zwischenlagen 3, 4 und 5 und mithin eine vierfache Spannungsabstufung der Kabelisolation. Hierbei kann man die Brückenzweige verschieden abstufen, falls eine ungleichmäßige Spannungsabstufung für die Kabelkonstruktion Vorteile bietet.Fig. 2 shows the circuit of a double bridge with the two individual bridges 1 and 2. They are permitted the use of three intermediate layers 3, 4 and 5 and therefore a four-fold voltage gradation of the Cable insulation. Here you can graduate the bridge branches differently, if an uneven one Voltage gradation for the cable construction offers advantages.

Die Berechnung zeigt, daß schon bei einfacher Unterteilung ganz wesentliche Ersparnisse an Isoliermaterial erzielt werden. Sie betragen beispielsweise, bezogen auf ein Kabel ohne Unterteilung mit einem Leiterdurchmesser von 20 mm und einer Gesamtisolationsstärke von 14 mm, rund 28%.The calculation shows that even with a simple subdivision, significant savings are made Isolating material can be achieved. They are, for example, based on a cable without subdivision with a conductor diameter of 20 mm and a total insulation thickness of 14 mm, round 28%.

Um etwaige Ladeströme durch Oberwellen der Zwischenspannung zu vermeiden, kann man die Anschlußleitungen zu den Zwischenlagen mit Blind- oder Wirkwiderständen oder gleichzeitig mit beiden versehen. Sie dienen auch dazu, das Auftreten zu großer Lade- oder Entladeströme beim Ein- oder Ausschalten zu verhindern, durch die unter Umständen eine zu starke Erwärmung der Zwischenlage herbeigeführt werden könnte.In order to avoid any charging currents caused by harmonics in the intermediate voltage, the Connection lines to the intermediate layers with reactive or active resistances or at the same time provided with both. They also serve to prevent excessive charging or discharging currents from occurring to prevent when switching on or off, which may result in excessive heating the intermediate layer could be brought about.

Bei großen Kabelstrecken kann man die Zwischenlagen in der Längsrichtung in einzelne voneinander getrennte Abschnitte unterteilen, um bei Störungen und Schaltvorgängen die freie Entladeenergie zu begrenzen, und die einzelnen Abschnitte, wie in Fig. 3 angedeutet, über Blind- und Wirkwiderstände miteinander verbinden. Dabei werden die Wirkwiderstände zweckmäßig so bemessen, daß größere periodische Schwingungen nicht auftreten können.In the case of long cable runs, the intermediate layers can be separated from one another in the longitudinal direction Subdivide separate sections in order to use the free discharge energy in the event of malfunctions and switching processes to limit, and the individual sections, as indicated in Fig. 3, via reactive and effective resistances connect with each other. The effective resistances are expediently dimensioned in such a way that larger periodic oscillations do not occur can.

Anstatt die Abschnitte der Zwischenlagen über Widerstände miteinander zu verbinden, kann man an ihrer Stelle oder zusätzlich an den Trennstellen Sicherungen einbauen, die eine Überbeanspruchung der an den gestörten Abschnitt angrenzenden Abschnitte der Zwischenlagen verhindern, wie dies in Fig. 3 durch 6 angedeutet ist.Instead of connecting the sections of the intermediate layers with one another via resistors, one can Install fuses in their place or in addition at the separation points to prevent excessive stress of the sections of the intermediate layers adjoining the disturbed section, as shown in 3 is indicated by 6.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for equalizing the no electrical stress on the insulation DC high-voltage cables, characterized in that one or more concentric metallic intermediate layers are incorporated into the insulation, their potential is controlled by special DC voltage divider in such a way that the insulation Evenly stressful stress gradations arise on the intermediate layers.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the control voltages are tapped from a high-resistance resistor located between the outer conductors of the DC voltage will.

3. The method according to claim 1, characterized in that that the control voltages, one

Collector battery or taken from a chain of DC machines connected in series between the outer conductors of the DC voltage.

4. The method according to claim 1, characterized in that that converters are used to generate the direct current and circuits are selected for this purpose, which allow the removal of intermediate voltages, and that these are used as control voltages be used for the intermediate layers of the cable.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the spacers at one or both ends of the cable over Reactive and / or effective resistances can be connected to the control voltages.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized characterized in that the intermediate layers are divided into several mutually isolated route sections divided and that these sections at the separation points via reactive and / or effective resistances be connected to each other.

7. The method according to claim 6, characterized in that the sections instead of Resistances or additionally connected by fuses.

Considered publications:
Klein, "Kabeltechnik", 1929, p. 61, paragraph 3;
Esselborn, "Textbook of Electrical Engineering",

1920, Vol. I, pp. 315, 316;

"Meyers Lexikon", 7th edition, Vol. 9, 1928,

P. 1183.

1 sheet of drawings