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Dokumentenidentifikation DE69702546T2 19.04.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0788207
Titel Vorrichtung zum Detektieren eines internen Lichtbogens für ein gasisoliertes elektrisches Kabel
Anmelder GEC Alsthom T et D S.A., Paris, FR
Erfinder Pham, Van Doan, 69330 Meyzieu, FR
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69702546
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, GB, IT, LI, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 27.01.1997
EP-Aktenzeichen 974001828
EP-Offenlegungsdatum 06.08.1997
EP date of grant 19.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2001
IPC-Hauptklasse H02B 13/065

Beschreibung[de]

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.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Erfassen eines internen Lichtbogens für ein gasisoliertes elektrisches Kabel, das eine Mehrzahl von durch dichte Trennwände (C1, C2, ...) getrennten Abschnitten (T1, T2, ...) umfaßt, wobei jeder Abschnitt eine zylindrische Hülle (E) aus Stahl, eine zylindrische Abschirmung (AL) aus Aluminium koaxial zu und innerhalb der Hülle und drei Leiter umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie angeordnet zwischen der Hülle (E) und der Abschirmung (AL) optische Fasern (FO1, FO2, ...) 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 Abschnitts zugeordnete Faser in diesem Abschnitt einen in die Faser in Reihe eingefügten Lichtaufnehmer (CL1, CL2, ...) umfaßt, und daß die Vorrichtung an jedem Ende Mittel (P1, P2) zum Aufzeichnen des von den optischen Fasern im Fall eines internen Lichtbogens in einem Abschnitt emittierten Lichts umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtaufnehmer Stücke (FF31, FF32, FF33) von fluoreszierender Plastikfaser umfaßt, die in die der Überwachung des Abschnitts zugeordnete Faser in Reihe eingefügt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der fluoreszierenden Faserstücke (FF31, FF32, FF33) drei ist und daß diese Stücke jeweils an den zwei Enden und in der Mitte des Abschnitts angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke (FF31, FF32, FF33) von fluoreszierender Plastikfaser eine Länge von zwischen 0,15 und 1 Meter haben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufzeichnen des Lichts durch mit geeignetem superempfindlichem Photopapier bestückte Platten (P1, P2) gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (P1, P2) flach und ortsfest sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (P1, P2) zylindrisch und rotierend sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Gruppen von optischen Kabeln (CO1, CO2) umfaßt, die jeweils mehrere optische Kabel in Reihe umfassen, wobei jede Gruppe von optischen Kabeln jeweils nur der Überwachung eines Teils der Abschnitte des gasisolierten elektrischen Kabels zugeordnet ist.







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