Schaltungsanordnung für eine Hochspannungskabelanlage

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schaltun¬ gen und ist bei der Überwachung von Hochspannungskabelanlagen anzuwenden, deren metallene, jeweils einen elektrischen Lei¬ ter bildende Kabelmäntel mit Mantelspannungsbegrenzern, soge¬ nannten Schutzwiderständen, beschaltet sind. Derartige Schutzwiderstände werden sowohl bei Kabelanlagen mit einsei¬ tig geerdeten Kabelmänteln als auch bei Kabelanlagen mit aus¬ gekreuzten Kabelmänteln zum Schutz des Korrosionsschutzes und der Manteltrennstellen gegen Überspannungen verwendet ("Electra", 1990, No. 148, S. 47 - 60) .

Bei einer bekannten Kabelanlage mit ausgekreuzten, metallenen Kabelmänteln bestehen die Mantelspannungsbegrenzer aus span¬ nungsabhängigen Widerständen, die im Bereich jeder Auskreu¬ zungsstelle zwischen jeden Kabelmantel und Erde geschaltet sind. Ein Ausfall eines solchen Widerstandes führt zu einer Störung des Auskreuzungssystems und kann qualitativ durch Kontrolle der Mantelstrόme erfaßt werden. Anschließend ist eine entsprechende Fehlerortung einzuleiten (DE-Z "Elektrizitätswirtschaft" , 1971, Heft 26, Seiten 753 bis 761).

Bei einer anderen bekannten Kabelanlage mit ausgekreuzten Ka¬ belmänteln ist die Überwachung der Mantelspannungsbegrenzer mit der Überwachung des Korrosionsschutzes der Kabelmäntel kombiniert. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kennlinien der als spannungsabhängige Widerstände (Varistoren) ausgebildeten Mantelschutzwiderstände individuell zu messen. Zur Durchfüh¬ rung dieser Messung ist parallel zur Kabelanlage ein mehrad¬ riges Pilotkabel verlegt, dessen Adern einerseits an die bei- den Pole einer Prüfspannungsquelle und andererseits an die

Kabelmäntel und die erdseitigen Anschlüsse der Varistoren an¬ geschlossen werden. Während der Messung der Kennlinien müssen die Erdverbindungen der Varistoren mit Hilfe von Schaltern aufgetrennt werden, wodurch für den Zeitraum der Messung die Schutzfunktion der Varistoren verloren geht. - Zur Zuführung der Meßspannung dient im übrigen ein Meßgenerator, der Glei- spannungen einstellbarer Höhe bis zu 10 kV erzeugt und der einen Strommesser enthält, mit dem Gleichströme im Bereich von A gemessen werden können (DE-Z "Elektrizitätswirtschaft", 1988, Heft 10, Seiten 527 bis 529) .

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung zu vereinfachen und dabei die Möglichkeit einer kontinuierlichen Überwachung wäh¬ rend des Betriebes der Kabelanlage zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jeder Mantelspannungsbegrenzer aus zwei in Reihe geschal¬ teten nichtlinearen Widerständen mit gleicher Widerstands¬ kennlinie besteht und daß die jeweilige Prüfader über einen Vorwiderstand in T-Schaltung an die beiden nichtlinearen Wi¬ derstände angeschlossen ist.

Eine derart ausgestaltete Schaltungsanordnung benötigt infol¬ ge der Aufteilung jedes Mantelspannungsbegrenzers in zwei nichtlineare Widerstände mit gleicher Widerstandskennlinie und der Zuführung der Meßspannung zum elektrischen Mittel- punkt dieses Mantelspannungsbegrenzers keine besonderen

Schalteinrichtungen zum Trennen von Erdverbindungen und er¬ laubt daher eine kontinuierliche, automatisierbare Überwa¬ chung der Mantelspannungsbegrenzer ohne Beeinträchtigung der Funktion der Kabelanlage im Normalbetrieb und im Kurzschluß- fall. Die Schaltung ist dabei sowohl für Kabelanlagen mit

einseitiger Erdung der Kabelmäntel als auch für Kabelanlagen mit ausgekreuzten Kabelmänteln geeignet, wobei die Mantels¬ pannungsbegrenzer in Dreieckschaltung oder in Sternschaltung mit geerdetem Sternpunkt angeordnet sein können. Bei Anord- nung der Mantelspannungsbegrenzer in Sternschaltung m t frei¬ em Sternpunkt werden insgesamt an jeder Auεkreuzungsstelle nur drei nichtlineare Widerstände mit gleicher Widerstands- kennlinie benötigt, da bei dieser Schaltungsart jeweils zwei der drei Widerstände in Reihe liegen, so daß sich eine weite- re Aufteilung der Widerstände in jeweils zwei Teilwiderstände gleicher Widerstandskennlinie erübrigt. -

Vier Ausführungsbeispiele der neuen Schaltungsanordnung sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit einseitiger Erdung der Metallmäntel, Figur 2 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, wobei die Mantelspan¬ nungsbegrenzer m Sternschaltung mit geerdetem Sternpunkt angeordnet sind,

Figur 3 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, bei der die Mantelspan- nungsbegrenzer in Dreieckschaltung angeordnet sind und Figur 4 eine Schaltungsanordnung für eine Kabelanlage mit ausgekreuzten Kabelmänteln, bei der die Mantelspan¬ nungsbegrenzer in Sternschaltung mit freiem Stern¬ punkt angeordnet sind. In den Figuren 1 bis 3 ist dabei jeweils nur eine Phase der Kabelanlage dargestellt.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die e ne Phase 1 einer dreiphasigen Kabelanlage, wobei der Leiter mit R und der Kabelmantel mit M _R bezeichnet sind. Der Mantel M _B ist an der Stelle 2 einseitig geerdet. Am anderen Ende ist der Ka-

belmantel M _R über zwei hintereinandergeschaltete Mantelspan¬ nungsbegrenzer 3 und 4 gegen Erde 20 geschaltet. An den elek¬ trischen Mittelpunkt der beiden als nichtlineare Widerstände gleicher Widerstandskennlinie ausgebildeten Mantelspannungs- begrenzer 3 und 4 ist über einen hochohmigen Vorwiderstand 7 die Prüfader 6 eines nicht näher dargestellten Prüfkabels in T-Schaltung ausgeschlossen. Diese Prüfader führt die Meßspan¬ nung von einer Meßspannungsquelle 8 heran, die in einem Me߬ gerät 10 angeordnet ist. Das Meßgerät 10 weist auch eine An- Zeigeeinrichtung für einen Stromsensor 9 auf, der im Zuge der Prüfader 6 innerhalb des Meßgerätes oder im Bereich der Wi¬ derstände 3 und 4 angeordnet ist und über eine Meldeader 11 die Anzeigeeinrichtung ansteuert. Diese Anzeigeeinrichtung kann auch an einer anderen Stelle einer entsprechenden Über- wachungseinrichtung angeordnet sein. - Die Meßschleife wird über die beiden Widerstände 3 und 4 und deren direkte bzw. indirekte, über den Kabelmantel M _R verlaufende Erdung und den geerdeten Pol der Prüfspannungsquelle 8 geschlossen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht im Prinzip dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, jedoch mit dem Unter¬ schied, daß die Mantelspannungsbegrenzer 3 und 4 im Bereich einer Auskreuzungsstelle zwischen aufeinanderfolgenden Teillängen einer dreiphasigen Hochspannungskabelanlage ange- ordnet sind. Die Mäntel der Teillängen 12 und 13 der Phase R sind dabei mit den Mänteln der Teillängen der übrigen, nicht näher dargestellten Phasen S und T ausgekreuzt, wobei die dargestellte Schaltungsanordnung, die der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 entspricht, jeweils einmal für jede Phase vor- handen ist. Bei Kabelanlagen mit mehreren Auskreuzungsstellen ist diese Schaltungsanordnung für jede Auskreuzungsstelle vorzusehen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 entspricht im wesentli- chen dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 jedoch mit dem Un-

terschied, daß der jeweilige bzw. die jeweiligen Mantelspan¬ nungsbegrenzer nicht gegen Erde geschaltet sondern unterein¬ ander in einer Dreieckschaltung verbunden sind. Bei Ausge¬ staltung der Mantelspannungsbegrenzer aus jeweils zwei hin- tereinander geschalteten, in ihrer Widerstandskennlinie glei¬ chen nichtlinearen Widerständen 3 und 4 besteht auch hier die Möglichkeit, die Meßspannung in T-Schaltung an die beiden je¬ weils hintereinander geschalteten nichtlinearen Widerstände heranzuführen. Die Meßschleife wird dabei für beide Teilwi- derstände über die geerdeten Kabelmäntel der anschließenden Kabelteillängen geschlossen.

Figur 4 zeigt schematisch eine dreiphasige Hochspannungska¬ belanlage mit den Phasen R, S und T, die im Bereich einer Auskreuzungsstelle mit den Mantelspannungsbegrenzern 23, 24 und 25 in Form einer Sternschaltung beschaltet sind. Die drei Mantelspannungsbegrenzer in Form von nichtlinearen Widerstän¬ den weisen jeweils die gleiche Widerstandskennlinie auf. Die Meßspannung ist an den freien Sternpunkt 26 herangeführt. Dieser Sternpunkt bildet zugleich den für die Funktion der neuen Schaltungsanordnung erforderlichen elektrischen Mittel¬ punkt zwischen jeweils zwei hmtereinandergeschalteten Man¬ telspannungsbegrenzern. Daher bedarf es in diesem Fall keiner weiteren Unterteilung der Mantelspannungsbegrenzer 23,24 und 25 in jeweils zwei Teilwiderstände.