DE1038140B - Electric cable, in particular power cable, with a device for monitoring its operating temperature - Google Patents

Electric cable, in particular power cable, with a device for monitoring its operating temperature

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DE1038140B
DE1038140B DES37610A DES0037610A DE1038140B DE 1038140 B DE1038140 B DE 1038140B DE S37610 A DES37610 A DE S37610A DE S0037610 A DES0037610 A DE S0037610A DE 1038140 B DE1038140 B DE 1038140B
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    • G01K7/34—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
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Description

Die Betriebssicherheit von Starkstromkabeln, insbesondere von Hochspannungsenergiekabeln, wird bekanntlich bei der Überschreitung einer bestimmten Kabeltemperatur herabgesetzt, weil dann mit einer das Kabel gefährdenden-Verringerung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit der Isolierung gerechnet werden muß. Daher liegen verschiedene Vorschläge für die Überwachung der Temperatur in Betrieb befindlicher elektrischer Leitungen und Kabel vor. So wurden beispielsweise Prüfdrähte in das Leitungsseil oder in die Zwickelräume von Starkstromkabeln gelegt, aus deren Widerstandsänderung auf die im Kabel herrschenden Temperaturverhältnisse geschlossen wurde.The operational safety of power cables, particularly high-voltage power cables, is becoming known when a certain cable temperature is exceeded, because then with a endangering the cable-reducing the electrical Dielectric strength of the insulation must be expected. Therefore, there are various proposals for monitor the temperature of operating electrical lines and cables. So were For example, test wires are laid in the cable or in the interstices of power cables whose change in resistance was inferred from the temperature conditions prevailing in the cable.

Ohne Verwendung elektrischer Hilfsmittel wurden auch schon in besonders in das Kabelinnere eingefügten Rohren oder Hohldrähten Gas- oder Flüssigkeitsmengen allseitig abgeschlossen, deren Druck- oder Volumensteigerung dann auch ein Maß für einen Temperaturanstieg im Kabel war.Without the use of electrical aids, they have already been inserted especially into the interior of the cable Pipes or hollow wires, gas or liquid quantities closed on all sides, their pressure or The increase in volume was then also a measure of an increase in temperature in the cable.

Diese bekannten Verfahren gestatten jedoch nur, über die ganze Kabellänge integrierend auf eine gemittelte Kabeltemperatur zu schließen. Damit ist es nicht möglich, beispielsweise an bestimmten Kabelstellen eine etwa durch besondere ungünstige Betriebsverhältnisse oder sich allmählich herausbildende Feh- ler eintretende unzulässige Erwärmung des Kabels festzustellen und hinsichtlich ihres Ortes einzumessen. Es ist aber für die Betriebssicherheit des Kabels notwendig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur der Isolierung an keiner Stelle der Kabellänge einen kritisehen Wert überschreitet. Sollte ein solcher Fall aus den oben genannten Gründen doch eintreten, dann sollte die betreffende Kabelstelle einmeßbar sein.However, these known methods only allow integrating to an averaged over the entire cable length Close cable temperature. So it is not possible, for example at certain cable points a malfunction that may be caused by particularly unfavorable operating conditions or gradually ler occurring inadmissible heating of the cable and to measure its location. However, for the operational safety of the cable it is necessary to ensure that the temperature of the insulation at no point of the cable length a criticism Value exceeds. Should such a case arise for the reasons mentioned above, then the cable point concerned should be measurable.

Dieses Problem darf aber nicht mit der Aufgabe verwechselt werden, die darin besteht, in der Isolierung des Kabels auftretende Fehler anzuzeigen und auch die Stelle des Fehlerortes durch Messung zu bestimmen. Zur Lösung der zuletzt genannten Aufgabe ist bereits so vorgegangen worden, daß ein besonderes Leitersystem im Kabel angeordnet wurde. Einer der Leiter besteht dabei aus leicht schmelzbaren Metallen und ist von den anderen durch durchlässigen Isolierstoff getrennt. Im allgemeinen wird sich da, wo ein Spannungsdurchbruch erfolgt, vorher in der Isolation des Kabels eine örtliche Erwärmung einstellen. Sie soll ausreichen, um das leicht schmelzbare Metall des einen Leiters zum Schmelzen zu bringen und dadurch einen Signalstromkreis zu schließen. Die örtliche Erwärmung an der Fehlerstelle bewirkt somit in der Überwachungsleitung eine dauernde Veränderung, die auch bestehen bleibt, wenn die Kabelstrecke abgeschaltet wird und dann die Fehlerstelle sich wieder abkühlt. Um daher die Überwachungsleitung wieder betriebsbereit zu machen, ist es erforderlich, den bestehenden Elektrisches Kabel,This problem must not be confused with the task of isolation of the cable to indicate errors occurring and also to determine the location of the error by measurement. To solve the last-mentioned problem has already been proceeded so that a special Conductor system was arranged in the cable. One of the conductors consists of easily fusible metals and is separated from the others by permeable insulating material. In general, it will be where a Voltage breakdown occurs, set a local heating in the insulation of the cable beforehand. she should be sufficient to melt the easily fusible metal of one conductor and thereby to close a signal circuit. The local heating at the point of failure thus causes the Monitoring line a permanent change that remains even if the cable route is switched off and then the fault cools down again. Therefore the monitoring line is ready for operation again to make it is necessary to replace the existing electrical cable,

insbesondere Energiekabel,especially power cables,

mit einer Einrichtung zur überwachungwith a device for monitoring

seiner Betriebstemperaturits operating temperature

Anmelder:Applicant:

Süddeutsche Kabelwerke,Süddeutsche Kabelwerke,

Zweigniederlassung derBranch of the

Vereinigte Deutsche Metallwerke A. G.,United German Metalworks A. G.,

Mannheim, Waldhofstr. 244Mannheim, Waldhofstr. 244

Dipl.-Ing. Franz Simons, Mannheim-Rheinau,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Franz Simons, Mannheim-Rheinau,
has been named as the inventor

Kurzschluß zu beseitigen, indem das Kabel an der Fehlerstelle geöffnet und die Überwachungseinrichtung durch eine neue ersetzt wird. Abgesehen davon, daß sich die Erfindung nicht mit diesem Problem befaßt, wäre aber auch die Anwendung der bekannten Maßnahme zeitraubend und kostspielig.Eliminate the short circuit by opening the cable at the point of failure and the monitoring device is replaced by a new one. Apart from the fact that the invention does not deal with this problem, however, the application of the known measure would also be time-consuming and costly.

Für den praktischen Betrieb einer Kabelanlage ist also das vorerwähnte Meldesystem für das Auftreten von Isolationsfehlern unzweckmäßig, weil jede Überschreitung der kritischen Temperatur eine Zerstörung des Meldesystems an der Fehlerstelle bewirkt. Das Ausbauen undErneuern der Überwachungseinrichtung bedingt ferner eine vollständige Abschaltung der Kabelanlage und damit eine Betriebsunterbrechung. Die Verwendung eines Überwachungssystems der vorerwähnten bekannten Art reicht nun aber keineswegs aus, um beispielsweise in Kraftwerkbetrieben mit einer großen Zusammenballung von Energiekabeln die Überwachung der zulässigen Kabeltemperatur durchzuführen. Längs des Weges des Kabels in Kanälen, Schalträumen usw. sind die Verhältnisse der Wärmeabführung meist so unterschiedlich und so schwer erfaßbar, daß eine Angabe der zulässigen Strombelastung nur mit großer Unsicherheit möglich ist. Es muß daher aus Sicherheitsgründen die Belastung des Kal>els fast immer kleiner gewählt werden, als es eigentlich erforderlich ist. Infolgedessen, können derartige Energiekabel in ihrer Leistungsfähigkeit nicht voll ausgenutzt werden.For the practical operation of a cable system, the afore-mentioned reporting system is necessary for the occurrence Insulation faults are inexpedient because every exceeding of the critical temperature leads to destruction of the reporting system at the point of failure. The removal and renewal of the monitoring device also requires a complete shutdown of the cable system and thus an interruption of operations. However, the use of a monitoring system of the aforementioned known type is by no means sufficient from, for example, in power plants with a large concentration of energy cables the Monitor the permissible cable temperature. Along the path of the cable in ducts, Switch rooms, etc., the heat dissipation ratios are usually so different and so difficult detectable that an indication of the permissible current load is only possible with great uncertainty. It therefore, for safety reasons, the load on the cal> els must almost always be chosen to be smaller than it is actually required. As a result, these types of power cables cannot perform well be fully exploited.

Zur Messung der Temperatur in Kabeln ist auch schon VOn Thermoelementen Gebrauch gemacht wor-Thermocouples have already been used to measure the temperature in cables.

809 6OO/353809 600/353

Claims (2)

den. Sie sind vorteilhaft an den Stellen anzuordnen, an denen durch die Überbeanspruchungen plötzlich Temperatursprünge befürchtet werden müssen. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur ständig zu überwachen und Kabeldurchschläge vorauszusehen. Bekannt ist es ferner, zur Anzeige hoher Außentemperatur für Feuermeldesysteme ein Signalkabel zu verwenden, dessen Leiter mit Nylon isoliert sind. Ein Instrument zeigt dann einen Spannungsabfall an. wenn die Außentemperatur so hoch angestiegen ist, daß der vorerwähnte Isolierstoff erweicht und sich somit sein negativer Temperaturwiderstandskoeffizient ändert, wodurch ein Stromschluß im Signalkabel herbeigeführt wird. Hierbei wird somit die Änderung des Aggregatznstandes des Isolierstoffes benutzt, um den Fehler anzuzeigen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Überwachung der Betriebstemperatur von insbesondere elektrischen Energiekal>eln, die bisher bekanntgewordenen Maßnahmen nicht ausreichen, weil sie sich der Widerstandsänderung bedienen, die aber für eine >chnelle Anzeige zu träge und für eine genaue Anzeige nicht sicher genug arbeitet. Daher scheidet auch die Benutzung von Thermostaten und die auf der Änderung des negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten beruhende Kunststoffisolierung aus. Bei dem neuen Kabel werden erfindungsgemäß die im Meldekreis liegenden mit einer saugfähigen Isolierung versehenen Leiter allseitig von einem solchen Tränkmittel umgeben, bei dem sich die Dielektrizitätskonstante bei einer bestimmten Kabeltemperatur in einem Maße ändert, daß diese Änderung zur Anzeige und Einmessung des Ortes der Temperaturänderung im Kabel benutzbar ist. Als Tränkmittel kann beispielsweise Natriumthiosulfat oder Paraffin Anwendung finden. Der Erfindungsgedanke ist in den Abbildungen erläutert. Abb. 1 veranschaulicht einen Querschnitt durch ein Dreimantelkabel mit einem Meldekabel Ausführung; Abb. 2 ist ein Querschnitt durch ein Mehrleiter-Meldesystem nach Art der Erfindung. In einem Mehrleiterkabel 1, entsprechend der Darstellung nach Abb. 1 ist ein Mehrleiter-Meldesystem 2 in der Achse des Kabels zwischen den drei Adern 3 untergebracht. Die Leiter sind in der Abb. 2 mit 4, 5 und 6 bezeichnet. Der Leiter 4 ist mit einer geschlossenen Kunststoffhülle7 umgeben, während die Leiter 5 und 6 je eine Isolierung aus einer Papierkordel 8 besitzen, über der sich je eine mit Lücke gewickelte Papierbandlage 9 befindet. Die drei Adern sind miteinander so verseilt, daß die Lücken 10 der Papierbandlagen 9 zueinander versetzt liegen. Die drei Adern werden von einem gemeinsamen Kunststoffmantel 11 umschlossen und sind mit einer Natriumthiosulfat- oder Paraffinmasse 12 als Tränkmittel so vollständig getränkt, daß bisheriger alle Hohlräume der Kabelseele mit diesem Tränkmittel ausgefüllt sind. Wenn im Kabel die Temperatur über einen kritischen Wert steigt, etwa infolge eines eintretenden Fehlers, ändert sich bei einer f ür die Tränkmasse ganz bestimmten Temperatur die Dielektrizitätskonstante, wobei sich der Wellenwiderstand so ändert, daß nach einem der bekannten Verfahren zur Fehlerortbestimmung die Lage des Fehlers im Kabel eingemessen werden kann. Der Leiter 4 wird als Hilfsleiter hierbei benutzt, weil der Widerstand seiner Isolierung 7 unbeeinflußt bleibt. Die Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Natriumthiosulfats tritt bereits bei etwa 47° C auf. Paraffin als Tränkmittel kann gegebenenfalls mit Zusätzen Anwendung finden. Die Einmessung des Fehlerortes erfolgt tunlichst durch eine Laufzeitmessung mittels eines Impulsgerätes. Für die in das Leitungssystem hineinlaufenden Impulse bildet die erwärmte Stelle des Dielektrikums eine Reflexionsstelle, die einmeßbar ist. Diese Messung der Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Tränkmittels für den Isolierstoff ist sehr viel genauer als die Messung auf Grund von Widerstaudsänderungen. weil bekanntlich die Änderung bereits innerhalb kleiner Temperaturintervalle deutlich sichtbar gemacht werden kann. Patent λ νsprccke:the. They are advantageously to be arranged at those points where sudden temperature jumps must be feared due to excessive stress. This makes it possible to constantly monitor the temperature and anticipate cable breakdowns. It is also known to use a signal cable whose conductors are insulated with nylon to display high outside temperatures for fire alarm systems. An instrument will then indicate a voltage drop. when the outside temperature has risen so high that the aforementioned insulating material softens and thus its negative temperature resistance coefficient changes, whereby a current short in the signal cable is brought about. In this case, the change in the aggregate state of the insulating material is used to indicate the error. The invention is based on the knowledge that the previously known measures are insufficient for monitoring the operating temperature of, in particular, electrical energy calibrators, because they make use of the change in resistance which, however, is too slow for quick display and not reliable enough for accurate display is working. Therefore, the use of thermostats and plastic insulation based on the change in the negative temperature resistance coefficient is ruled out. In the new cable, according to the invention, the conductors provided with absorbent insulation in the reporting circuit are surrounded on all sides by such an impregnating agent in which the dielectric constant changes at a certain cable temperature to such an extent that this change is used to display and measure the location of the temperature change in the cable is usable. Sodium thiosulphate or paraffin, for example, can be used as impregnating agents. The idea of the invention is explained in the figures. Fig. 1 illustrates a cross-section through a three-jacket cable with a signal cable version; Figure 2 is a cross-section through a multi-conductor reporting system according to the invention. In a multi-conductor cable 1, as shown in FIG. 1, a multi-conductor reporting system 2 is accommodated in the axis of the cable between the three wires 3. The conductors are labeled 4, 5 and 6 in Fig. 2. The conductor 4 is surrounded by a closed plastic sheath 7, while the conductors 5 and 6 each have an insulation made of a paper cord 8, over which there is a paper tape layer 9 wound with a gap. The three cores are stranded with one another in such a way that the gaps 10 of the paper tape layers 9 are offset from one another. The three wires are enclosed by a common plastic jacket 11 and are so completely soaked with a sodium thiosulfate or paraffin compound 12 as an impregnating agent that previously all cavities in the cable core have been filled with this impregnating agent. If the temperature in the cable rises above a critical value, for example as a result of a fault that occurs, the dielectric constant changes at a temperature that is quite specific for the impregnating mass, with the characteristic impedance changing so that the position of the fault is determined using one of the known methods of fault location can be measured in the cable. The conductor 4 is used here as an auxiliary conductor because the resistance of its insulation 7 remains unaffected. The change in the dielectric constant of sodium thiosulphate already occurs at around 47 ° C. Paraffin as an impregnating agent can optionally be used with additives. The measurement of the fault location is carried out as far as possible by measuring the transit time using a pulse device. For the impulses running into the line system, the heated point of the dielectric forms a point of reflection that can be measured. This measurement of the change in the dielectric constant of the impregnating agent for the insulating material is much more accurate than the measurement based on changes in resistance. because, as is well known, the change can be made clearly visible even within small temperature intervals. Patent λ νsprccke: 1. Elektrisches Kabel, insbesondere Energiekabel, mit einer Einrichtung zur Überwachung seiner Betriebstemperatur und bei deren Überschreitung zur Ermittlung des durch Wärmeeinwirkung entstandenen Fehlerortes, wobei die Kabeladern mit einem elektrischen Meldesystem verbunden sind und eine Isolierung aufweisen, die bei Temperaturänderungen ihre elektrischen Eigenschaften ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meldekreis liegenden, mit einer saugfähigen Isolierung (8) versehenen Leiter (5, 6) allseitig von einem solchen Tränkmittel (12) umgeben sind, bei dem sich die Dielektrizitätskonstante bei einer bestimmten Kabeltemperatur in einem Maße ändert, daß diese Änderung zur Anzeige und Einmessung des Ortes der Temperaturänderung im Kabel benutzbar ist.1. Electrical cable, in particular power cable, with a device for monitoring its operating temperature and, if it is exceeded, to determine the heat effect fault location, whereby the cable cores with an electrical reporting system are connected and have an insulation that changes their electrical properties when the temperature changes changes, characterized in that the lying in the reporting circuit, with an absorbent Insulation (8) provided conductors (5, 6) are surrounded on all sides by such an impregnating agent (12), in which the dielectric constant changes at a certain cable temperature to an extent that that this change is used to display and measure the location of the temperature change in the Cable is usable. 2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Tränkmittel Paraffin oder Natriumthiosulfat, das gegebenenfalls mit Zusätzen versehen ist, Anwendung findet.2. Electrical cable according to claim 1, characterized in that the impregnating agent or paraffin Sodium thiosulphate, which is optionally provided with additives, is used. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 624 998;
schweizerische Patentschrift Nr. 150 426;
USA.-Patentschriften Nr. 1152 932, 2 495 867. 581 213;Considered publications:
German Patent No. 624 998;
Swiss Patent No. 150 426;
U.S. Patent Nos. 1152,932, 2,495,867,581,213; Aufsatz in der Zeitschrift für angewandte Physik, V. Band, Heft 2, 1953, S. 52 bis 60.Article in the journal for applied physics, Volume V, Issue 2, 1953, pp. 52 to 60. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © SM 600/353 9. 58© SM 600/353 9. 58
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