检测中或高压电缆内部场平滑层的干扰或断裂的装置

摘要

一种用于控制中或高压电缆特别是内和外半导电层制造的装置。为了进行控制，电流或电容由环绕电缆的测量电极测量，并连接到高频源。等电位电极在两侧结合测量电极。

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，该装置用于控制具有内部场平滑或控制层的中或高压电缆的制造。

背景技术

有塑料材料封皮的中或高压电缆的基本结构是这样的，通常由多个导线组成的导体由场控制或场平滑层环绕。这层由厚度或多或少的塑料材料的绝缘层环绕。绝缘层由外部的半导体层环绕。如果与绝缘层比较，半导体层是相对薄的并且也是塑料材料。为了导电的目的，这些层加有石墨以便达到弱导电的性质。这些半导体层的目的是要影响绝缘层内的电场强度。

由各层组成的封皮通常借助于适当的挤压头通过挤压施加到导体上。一个横向连接的通路结合到挤压机，其中横向连接有塑料材料。已知有多个检查与控制装置，以便检查电缆所需的性质和质量。一个重要的标准是电缆的直径。已提出多种测量直径的方案，它们通常基于光学测量方法。进一步的标准是导体在封皮内的位置。偏心的结果将降低一侧绝缘的厚度，并因而包含着击穿的危险。在DE 44 12 122C1中，公开了一种测量电缆绝缘内导体偏心率的方法。此外，已知可测量电缆绝缘壁厚度。这一方法中，测量导体的外径和绝缘体的外径之间的差值。

为了测量壁厚以及直径，特别是对于由多层组成的封皮，已知把x-射线指向电缆并把阴影投射到x-接收器。这一已知的方法还允许确定内部场平滑层及外部半导体层的厚度。还已知要提供两个彼此正交的测量通路(XY-轴)。

高压电缆的所述制造不排除出现对内部场平滑层干扰或断裂。这种情形下，在断裂处绝缘体中场强度增加，使得可能发生击穿。借助于所述的x-射线方法，场平滑层的短断裂不能被检测到，特别是如果它们在测量通路之外。

从EP 0 394 525 A1，已知通过至少两个彼此相继排布的环形探针移动电缆。每一个探针以导体形成电容，并由一电压源加载，使得在绝缘体有故障时电容被击穿短路。这一方法允许检测绝缘体的故障及它们的位置。通过该已知的方法不能检测到内部场平滑的扰动或断裂。这一层对电缆护套整个绝缘体的作用是可忽略的。在已知的方法中，如果外部半导体层或内部场控制层在一定的区域断裂，则会发生击穿。

对于中或高压电缆，尚不知道允许通过简单的装置可靠地检测所述层中断或干扰的设备或方法。

对于用于传输信号或用于低压应用的电缆，通过GB 2 003 613 A已知如何测量比电容。通常只要一个绝缘层的电缆通过充水的测量管移动。高频测量电压连接到该管。流过测量管和导体的电流取决于绝缘测量介电率以及与外径连接的厚度。对于这种电缆的制造，保持预定的比电容(每长度单位电容)是重要的，因为与电感伴随的电容的大小决定了电缆特性阻抗。电缆的用户必须考虑比特性阻抗。从DE 19809 890 C1已知如何在挤压车间的冷却通路提供用于测量比电容的第一测量电极，以及长度比第一测量电极小的第二测量电极。在一侧的第一和第二电极与在另一侧导体之间的电流被测量。第二测量电极的目的是要测量短暂出现的电容的变化。如果这种短暂的电容变化周期出现，这一结果对数据传输和高频电缆有反映并在离散的传输频率有损失。这样，出现所谓“结构返回损失”，这显然应当必须很小。

与中或高压电缆相关，是不测量电容的，因为对于电缆的工作不需要知道这一点。

发明内容

本发明根据这一问题提供了一种装置，通过这种装置以简单的方式能够对于中或高压电缆检测内部场控制和/或外部半导体层的干扰与断裂。

根据本发明，中或高压电缆通过充满水的一个金属圆筒移动。金属圆筒有相对小的长度并与高频电压源连接。例如频率为20kHz。一个测量装置测量圆筒电极与地连接的电缆导体之间流过的电流，并如果例如在场控制层中断时电流低于预定范围或偏离预定的阈值，则产生一信号。最好确定电流的一平均值，并然后检测对平均值的偏离。如果偏离超过预定量，则产生故障信号。电流的大小是来自测量电极与电缆导体之间的电容的结果。因而，也可测量电容并与预定的阈值比较。

金属材料圆筒等电位电极位于测量电极两端。等电位电极的长度是测量电极的倍数，例如最大到50倍。等电位电极电位与测量电极相同或比其高。

如所知，同轴电缆的电容可按以下确定：

$>>C>=>>>2>\pi >·>>ϵ>0>>·>>ϵ>r>>·>l>>>ln>R>/>r>>>>>$

或每米按pF计的电容的数量方程式：

$>>C>=>>>55,63>·>>ϵ>r>>>>ln>R>/>r>>>>>$

其中R是电缆绝缘体的外径，r是导体的外径。

本发明基于认识到具有一种比电导率的半导体层可作为电容测量用的导体，并因而中或高压电缆的电容实质上通过绝缘材料及其几何尺寸测量。

必须考虑到，以Ωcm计的外部半导体的比电阻ρ明显小于水的以Ωcm计的比电阻ρ。其结果是等电位电极具有一位置和尺度，或者必须加载电位，使得在测量电极指向区域的力线是径向的或集中到导体(聚集效果)。在测量电极区域中的外部半导体层必须不出现电位差，否则这会在纵向引起电流。

对于以上，电容由以下确定：

$>>>C>1>>=>>>55,63>·>>ϵ>r>>>>ln>R>/>>r>1>>>>>>$

其中

R＝绝缘体的外半径(无外半导体层)以及

R₁＝绝缘体的内半径(导体+内半导体层)。

在内部半导体层干扰r₁变为r₂的情形下，即在生产期间由于这一中断导体的半径范围充满绝缘体材料。外半径R实际上没有受到这一发生的影响。这样，在这一情形下，电容值C2为

$>>>C>2>>=>>>55,63>·>>ϵ>r>>>>ln>R>/>>r>2>>>>>>$

只要不存在半导体层。

虽然用于电容测量的已知装置具有与测量电极相同长度的屏蔽电极，但本发明中等电位电极长度与测量电极的比例大约为10∶1到50∶1，以便达到在测量电极与导体或平滑层之间径向或集中的力线分布。这考虑到外部半导体层的电导率比水的大10倍。

如果等电位电极没有足够的长度，则在电缆纵向所看到的测量电极的电场将受到外部半导体扩展。可能不能识别出平滑层短暂的中断。

等电位电极的长度决定在测量电极区域中径向均匀的电场达到什么量。可设想的是，替代均匀电场而建立在测量电极中心区有较大密度力线的一个场，这实际上意味着力线向导体的聚集。借助于这样的测量，可降低等电位电极的长度。为了达到这种聚集效果或避免不均匀电场，例如测量电极最好比等电位电极有较大直径。如果等电位电极的电位高于测量电极电位，则能够实现附加的聚集或至少补偿的效果。最后，能够设想形成等电位电极为凹面或锥形，使其较大的直径与测量电极相邻。

根据本发明进一步的实施例，中断或干扰的测量是与长度测量装置的长度信号相结合的，以便识别电缆上干扰的位置。例如早已知道借助于脉冲产生器的长度测量装置。

由于电容随绝缘体外径而变化，并由于电缆生产期间直径可能有变化，根据本发明进一步的实施例提供了测量外径并确定相对于所需直径的变化。响应检测的偏离，修改被测量的电流或电容的阈值。以此补偿依赖于直径变化的电流或电容值的变化。

附图说明

以下结合附图描述一示例性实施例，其中

图1示意示出中或高压电缆和根据本发明的装置的基本结构；

图2示出对于图1电缆根据本发明的测量装置的透视图；

图3示出与图1类似的图示，但有修改的测量电极；

图4示出与图1和3类似的图示，但结构有某些变化，以及

图5示出本发明进一步的实施例。

具体实施方式

图1和2示出通过具有导体即由多个导线组成的高压电缆10的一个横截面。导体由一个半导体场平滑或控制层16、一个适当的塑料绝缘材料绝缘层14以及一个外部半导体层18围绕。层次16、18相对于其余尺寸表示为比正常存在的较厚。这些层有半导电性质及场控制或场限制效果。

有所述结构的电缆通过同时把塑料材料挤压到导体12而制造。在这之中，可能出现层16和/或18有干扰或断裂。在20处示出一个断裂。所示的装置是要检测这种故障。

电缆10通过一个圆筒结构在箭头26的方向移动，该结构浸没在水16a中。该结构包括一个圆筒形测量电极2，其长度相对短，例如10mm，其通过线27连接到一个高频源。高频源的频率例如为20kHz，电压例如为20伏特。电流测量装置29连接在通向测量电极2的线路27中。

与测量电极2端头相邻，相同直径的等电位电极1，2被就位，对测量电极确定了一个小空间。等电位电极1，3的长度例如30倍于测量电极的长度，即300mm。测量电极2与等电位电极1，3在圆筒屏蔽电极4内，其与电极1，3处于相同的电位，并通过线路31连接到高频源。相对延伸的等电位电极1，3与测量电极2同轴，通过外部半导体层18并通过场控制层16，在环绕电缆30的测量电极2内实现了的一个均匀径向电场。

所示的结构可由一个绝缘体环绕，且这由导电的外壳(未示出)环绕，例如该外壳连接到作为导体12的地。水16a也具有在测量装置外的接地电位。

电流测量装置的测量值输入到一个评价装置2，一个阈值产生器5和一个测量电缆外径的直径测量装置6连接到该评价装置。

图3中所示的部件类似于图1中所示的部件，因而有相同的标号。唯一的差别在于，测量电极2的直径比等电位电极1，3的直径大一些。借助于这一测量而达到一种补偿，使得在测量电极2的末端径向电力线横向偏转，并这样明显降低了测量电极2的敏感度。还可设想实现过补偿，这在于径向力线向导体集中，其结果是聚集的效果。这种情形下，可降低等电位电极1，3的长度。

图4中的部件类似于图1和3的部件，并对它们提供相同的标号。其结构类似于图1。然而可以看到，等电位电极1和3及屏蔽电极4与一个相对于测量电极2的电压升高的电压连接。而且这样，如上所述补偿或偶尔地过补偿了测量电极的不均匀性。通过这一措施测量电极之下的流线(flux line)被聚集，并改进了纵向的分辨率。

如果电缆10没有故障，测量到基本上不变的电流I。明显的是，可能发生一定的变化。因而，在故障测量之前首先对于电流确定一平均值是适当的。已如上述，通过半导体层16与18的干扰或断裂可能发生故障，其结果是电容的变化，并因而电流变化。如果这种电流变化由装置2确定，该变化对平均值或阈值(阈值产生器5)具有预定的偏离，则产生一故障信号。识别出的故障例如结果是去除这部分电缆。为了识别故障的位置，在其纵向移动期间例如通过脉冲计数器测量电缆10的长度是适当的。长度测量装置没有示出。

图1中，长度测量装置8表示为测量沿测量位置被移动的电缆的长度。来自评价装置的故障信号被传送到第二评价装置，该装置还接收来自长度测量装置8的长度信号。在第二评价装置的输出出现一信号，其指示关于电缆一定位置的电缆故障。

要对图1作的补充是，直径测量装置6可把它的信号输入到阈值产生器5，以响应测量的直径修改该阈值。

水16a的作用是作为连接介质，并具有使高频电压直接连接到电缆20外层18的作用。

根据本发明的方法测量电流已足够。还可确定电容。然而，对于高压电缆的电容，没有可测量的参数以及对于这种电缆所需的标准。

图5中，指出一个类似于图1的测量装置，已省略了图1的电缆。测量电极2对应于图1的测量电极。等电位电极1’，3’不同于图1的等电位电极，而是它们形成为圆锥形，在与测量电极2相邻端有较大的直径。通过这些等电位电极，实现了在测量电极2区域中电力线的聚集。

另外，等电位电极1’，3’与中空反光镜相比可以分别是凹陷的或凸起的，以便实现力线在测量电极2的区域中所需的集中。