-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Erfassen und Lokalisieren eines internen Lichtbogens in einem
gasisolierten elektrischen Kabel.
-
Ein solches elektrisches Kabel ist insbesondere in der
französischen Patentanmeldung FR-A-2 714 203 beschrieben, die
am 21. Dezember 1993 im Namen von GEC ALSTHOM T+D SA
eingereicht ist.
-
Es umfaßt eine dichte zylindrische äußere Hülle aus Stahl, in
der drei Phasenleiter parallel zur Achse der Hülle angeordnet
sind. Eine Hülle aus Aluminium ist zwischen den Leitern und
der Hülle aus Stahl sehr nahe an der letzteren eingefügt und
bildet eine magnetische Abschirmung, die es erlaubt, die
Erwärmung der Stahlhülle zu verringern. Es ist angegeben, daß
das Kabel aus mehreren Abschnitten besteht, wobei ein
Abschnitt gebildet ist durch stumpf anstoßende Verschweißung
vor Ort von fabrikmontierten Kabelelementen. Jedes
Kabelelement umfaßt ein Hüllelement aus Stahl, ein Hüllelement
aus Aluminium und drei von isolierenden Armen gehaltene
Leiter; ein solches Kabelelement hat eine Länge von ca. 10 m,
ein Abschnitt, der aus etwa 10 Elementen besteht, hat eine
Länge von ca. 100 m. Das Kabel ist mit isolierendem Gas wie
etwa Stickstoff unter Druck gefüllt. Das Dokument gibt ferner
an, daß zwei benachbarte Abschnitte durch eine Trennwand
getrennt sind, die insbesondere die Dichtigkeit zwischen den
zwei Abschnitten gewährleistet.
-
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines internen Lichtbogens für
ein solches gasisoliertes elektrisches Kabel ist in der
Patentanmeldung FR-A-2 719 125 beschrieben.
-
Die Vorrichtung umfaßt eine optische Faser, die in einer
Schleife angeordnet ist, deren zwei Stränge sich jeweils
entlang des Kabels erstrecken und dabei die dichten Trennwände
dicht durchqueren, und wobei die Schleife an einem der Enden
des Kabels offen ist, wobei ein erster Strang eingerichtet
ist, um von dem Defekt erzeugtes Licht aufzufangen und zu
übertragen und der andere Strang umhüllt ist, so daß er
lichtundurchlässig ist, und wobei die Vorrichtung Mittel zum
Auffangen des Lichtes an jedem der Enden der Schleife und zum
Messen der Zeitdauer aufweist, die zwischen den Auftritten des
Lichtes am Ende eines jeden der Stränge liegt. In jedem
Abschnitt erlaubt ein Lichtkonzentrator, die Intensität des
auf der Faser gesendeten Lichtes zu erhöhen.
-
Diese Vorrichtung, die das Erfassen des Auftretens eines
starken internen Lichtbogens ermöglicht, ist nicht empfindlich
genug, um einen internen Lichtbogen von geringer Intensität zu
erfassen.
-
Die Reihenschaltung der Lichtkonzentratoren entlang der Faser
führt nämlich zu einem Lichtverlust an jedem Übergang. Wenn
der interne Lichtbogen schwach ist, ist das aufgefangene Licht
zu schwach, um an den Enden der Faser erfaßt zu werden.
-
Eine andere Kontrollvorrichtung, die die Verwendung mehrerer
optischer Fasern vorsieht, ist aus dem Dokument EP-A-0 673 098
bekannt.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine
Erfassungsvorrichtung anzugeben, die es erlaubt, einen
internen Lichtbogen auch von geringer Intensität zu erfassen
und zu lokalisieren.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen
eines internen Lichtbogens für ein gasisoliertes Kabel, das
eine Mehrzahl von durch dichte Trennwände getrennten
Abschnitten umfaßt, wobei jeder Abschnitt eine zylindrische
Hülle aus Stahl, eine zylindrische Abschirmung aus Aluminium
koaxial zu und innerhalb der Hülle und drei Leiter umfaßt, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß sie angeordnet zwischen der
Hülle und der Abschirmung optische Fasern in einer Anzahl
gleich der Anzahl der Abschnitte des Kabels umfaßt, die sich
von einem Ende des Kabels zum anderen erstrecken, wobei jeder
der Abschnitte von einer einzigen Faser überwacht ist, die der
Überwachung eines Abschnittes zugeordnete Faser in diesem
Abschnitt einen in die Faser in Reihe eingefügten
Lichtaufnehmer umfaßt, und daß die Vorrichtung an ihrem Ende
Mittel zum Aufzeichnen des von den optischen Fasern im Fall
eines internen Lichtbogens in einem Abschnitt emittierten
Lichtes umfaßt.
-
Vorzugsweise umfaßt der Lichtaufnehmer Stücke von
fluoreszierender Plastikfaser, die in die der Überwachung des
Abschnittes zugeordnete Faser in Reihe eingefügt sind.
-
Vorteilhafterweise ist die Zahl der fluoreszierenden
Faserstücke drei, und diese Stücke sind jeweils an den zwei
Enden des Abschnittes und in der Mitte des Abschnittes
angeordnet.
-
Die fluoreszierenden Plastikfaserstücke haben eine Länge von
zwischen 0,15 und 1 m.
-
Vorzugsweise sind die Mittel zum Aufzeichnen des Lichtes durch
mit geeignetem superempfindlichen Fotopapier bestückte Platten
gebildet.
-
Bei einer ersten Ausgestaltung sind die Platten flach und
ortsfest. Bei einer Variante sind die Platten zylindrisch und
rotierend.
-
Bei einer besonderen Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung zur
Erfassung eines internen Lichtbogens mehrere Gruppen von
optischen Kabeln, die jeweils mehrere optische Kabel in Reihe
umfassen, wobei jede Gruppe von optischen Kabeln jeweils nur
der Überwachung eines Teiles der Abschnitte des gasisolierten
elektrischen Kabels zugeordnet ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
-
- Fig. 1 eine schematische Ansicht eines gasisolierten
elektrischen Kabels ist, an der das Prinzip der Erfindung
erläutert wird,
-
- Fig. 2 eine Teilansicht im Aufriß eines gasisolierten
elektrischen Kabels mit vier Abschnitten ist, die den
Lichtaufnehmer zeigt, mit der jeder Abschnitt ausgestattet
ist,
-
- Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines optischen Kabels
mit vier Fasern ist,
-
- Fig. 4 eine schematische Ansicht eines gasisolierten
elektrischen Kabels mit zehn Abschnitten ist, das zwei Gruppen
von optischen Kabeln umfaßt.
-
Fig. 1 zeigt schematisch ein gasisoliertes elektrisches Kabel
mit vier Abschnitten T1 bis T4. Der Klarheit der Zeichnung
wegen sind nur die äußere Hülle E der Abschnitte, die
Aluminiumabschirmung AL und die Trennwände C1 bis C5
dargestellt, die die verschiedenen Abschnitte begrenzen.
-
Die Erfassung erfolgt mit Hilfe von optischen Fasern FO1 bis
FO4, deren Zahl gleich der der Abschnitte ist und die sich von
einem Ende des elektrischen Kabels zum anderen erstrecken.
Jede optische Faser ist der Überwachung eines bestimmten
Abschnittes zugeordnet.
-
Die der Überwachung eines gegebenen Abschnittes zugeordnete
Faser ist mit einem Lichtaufnehmer assoziiert, der später
definiert wird. Die Lichtaufnehmer der Abschnitte T1 bis T4
sind jeweils mit CL1 bis CL4 bezeichnet.
-
An wenigstens einem Ende der Fasern FO1 bis FO4 ist ein
Lichtaufzeichnungselement wie etwa eine geeignete Fotoplatte
oder ein Fotopapier P1 angeordnet, das für das von der Faser
übertragene Licht empfindlich ist. Vorzugsweise werden
Lichtaufzeichnungselemente P1 und P2 an jedem Ende der
optischen Fasern sehr nahe an diesen plaziert, wie Fig. 1
zeigt.
-
Im Falle des Auftretens eines internen Lichtbogens in einem
gegebenen Abschnitt fängt der Lichtaufnehmer, der dem
betreffenden Abschnitt zugeordnet ist, das Licht des
Lichtbogens auf und überträgt es über die Faser bis zu seinen
Enden, wo es auf die Fotoplatte oder das Fotopapier einwirkt.
Durch Feststellen der Einwirkungsspuren auf den Fotoplatten
oder Fotopapieren wird abgeleitet, welcher Abschnitt defekt
ist.
-
Die fotografischen Elemente können flach und ortsfest oder
zylindrisch und auf einer rotierenden Trommel angeordnet sein.
In letzterem Fall kann man bei Kenntnis der
Drehgeschwindigkeit der Trommel die Dauer des internen
Lichtbogens daraus ableiten.
-
Die Fig. 2 zeigt die praktische Realisierung der
Erfassungsvorrichtung am Beispiel eines gasisolierten
elektrischen Kabels mit vier Abschnitten, die jeweils eine
Länge von ca. 100 m haben.
-
Man erkennt in der Fig. 2 den Abschnitt T3, der an die
Abschnitte T2 und T4 angrenzt und von letzteren jeweils durch
dichte Trennwände C3 und C4 getrennt ist, sowie die
Abschlußtrennwände C1 und C5.
-
Die optischen Fasern sind in dem Zwischenraum angeordnet, der
zwischen der äußeren Hülle E aus Stahl des elektrischen Kabels
und der Abschirmung AL aus Aluminium liegt.
-
Die Fasern sind in einer gemeinsamen Hülse G aus isolierendem
Material mit guter Beständigkeit gegen den Lichtbogen wie etwa
PTFE angeordnet, wie in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt
ist. Das so gebildete optische Kabel COp erstreckt sich von
einem Ende des elektrischen Kabels zum anderen und durchquert
dabei dicht die Trennwände C1, ..., C3, C4, C5, z. B. mit Hilfe
von Dichtungen J1, ..., J3, J4, J5. Die Dichtungen sind
vorzugsweise aus heißschrumpfbarem Material. Um das Ziehen des
optischen Kabels durch die Trennwände zu erleichtern, ist es
nämlich von Nutzen, Dichtungen zu haben, die ein ausreichendes
Spiel aufweisen. Die Abdichtung wird nach Anbringung des
optischen Kabels erreicht durch Erhitzen der heißschrumpfbaren
Dichtungen.
-
Der optische Aufnehmer ist für jeden der Abschnitte wie folgt
aufgebaut. Als Beispiel wird der Abschnitt T3 genommen.
-
Das optische Kabel ist in der Umgebung eines der Enden des
Abschnittes, z. B. in der Umgebung der Trennwand C3, auf einem
kurzen Stück (z. B. 10 bis 50 cm) entblößt, und die der
Überwachung des Abschnittes T3 zugeordnete optische Faser FO3
ist an diesem Ort durchgeschnitten. Ein Ende dieser Faser ist
durch einen speziellen Verbinder mit dem Lichtaufnehmer
verbunden, der vorzugsweise drei Stücke aus fluoreszierenden
Fasern FF31, FF32 und FF33 umfaßt, die jeweils nahe an der
Trennwand C3, in der Mitte des Abschnittes des elektrischen
Kabels und nahe an der Trennwand C4 angeordnet sind. Der
Klarheit der Zeichnung wegen sind die Stücke aus
fluoreszierender optischer Faser mit einem dickeren Strich
dargestellt. Diese fluoreszierenden Faserstücke mit einer
Länge zwischen 0,15 und 1 m sind untereinander und mit den
Enden der Faser FO3 durch optische Faserelemente aus Quarz
verbunden. Die Verbindungen erfolgen durch Schweißungen oder
durch spezielle Verbinder, die in der Figur durch Punkte
dargestellt sind.
-
Es wird daran erinnert, daß eine fluoreszierende Faser die
Eigenschaft hat, Licht an ihrer Außenfläche aufzunehmen und
ein durch Fluoreszenz induziertes Licht, das eine gegebene
Frequenz hat, axial zu übertragen. Es ist dieses induzierte
Licht, das von den fotografischen Elementen P1 und P2 erfaßt
wird.
-
Im Falle eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei
Aluminiumelektroden hat die dominierende Linie oder das
dominierende Spektrum eine Wellenlänge in einem Bereich von
600 bis 650 nm. Dies entspricht dem roten Licht. Bei der
Anwendung zur Erfassung eines internen Lichtbogens in einem
elektrischen Kabel der in der vorliegenden Patentanmeldung
beschriebenen Art wählt man vorzugsweise eine rot
fluoreszierende Faser, die die größte Empfindlichkeit liefert.
Die Faserstücke FF31 und FF33, die nahe an den Trennwänden C3
bzw. C4 angeordnet sind, durchqueren die Aluminiumabschirmung
AL durch geeignete Öffnungen, die in dieser Abschirmung
gebildet sind. Sie haben eine U-Form und können an dem
metallischen Teil der Trennwand befestigt sein. Sie können
geschützt und versteift sein durch Einbetten in eine Platte
aus transparentem Material wie etwa Plexiglas.
-
Das Faserstück FF32, das in der Mitte des Abschnittes des
elektrischen Kabels plaziert ist, ist auf einem transparenten
Fenster H, z. B. aus Plexiglas, plaziert, das an der
Abschirmung AL angeordnet ist. Bei einer Variante ist das
Stück FF32 entlang eines Schlitzes angeordnet, der in der Wand
der Abschirmung gebildet ist. In diesem Fall ist das
Faserstück vorteilhafterweise in eine transparente Platte,
z. B. aus Plexiglas, eingebettet.
-
Der oben beschriebene optische Aufnehmer erlaubt es, Licht
aufzufangen, das von jedem beliebigen internen Lichtbogen
kommt, auch wenn er von geringer Intensität ist.
-
Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltungsvariante für ein elektrisches
Kabel von großer Länge, das z. B. wenigstens 10 Abschnitte von
100 m umfaßt.
-
Zwei Probleme stellen sich, wenn die optischen Kabel lang
sind.
-
Einerseits führt die hohe Zahl von Schweißungen zu Dämpfungen
des Signals, die prohibitiv sein können.
-
Andererseits kann das Ziehen eines langen Kabels durch alle
dichten Trennwände schwierig sein, wenn die Zahl von
Abschnitten zu groß ist.
-
Um diese Probleme zu lösen, verwendet man optische Kabel von
begrenzter Länge (z. B. 500 m), die stumpf verschweißt werden,
und man begrenzt die Zahl von optischen Fasern pro Kabel, was
es erlaubt, die Zahl von Schweißstellen zu begrenzen, die sich
aus der Einfügung von Lichtaufnehmern ergeben.
-
Beim Beispiel der Fig. 4, bei der das elektrische Kabel 10
Abschnitte hat, verwendet man zwei Gruppen von optischen
Kabeln CO1 und CO2 mit je 5 optischen Fasern. Die Gruppe von
optischen Kabeln CO1 ist für die Überwachung von fünf
Abschnitten zuständig, z. B. die Abschnitte T1 bis T5, die
Gruppe von optischen Kabeln CO2 ist für die Überwachung der
Abschnitte T6 bis T10 zuständig.
-
Die Gruppe von optischen Kabeln CO1 umfaßt fünf optische Kabel
mit fünf optischen Fasern, deren Länge gleich der eines
Abschnittes des elektrischen Kabels (z. B. 100 m) ist, von
denen jeder mit einem optischen Aufnehmer (CL1 bis CL5)
versehen ist. Diese Kabel von 100 m sind in Reihe verbunden;
das letzte Kabel ist mit einem optischen Kabel mit 5 Fasern
mit einer Länge von 500 m verbunden.
-
Die Gruppe von optischen Kabeln CO2 besteht in ähnlicher Weise
aus einem Kabel von 500 m in Reihe mit 5 Kabeln von 100 m, die
der Überwachung der Abschnitte T6 bis T10 zugeordnet sind.