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Hochspannungskabel.
Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel. Zur Erreichung hoher Spannungen bei Kabeln sind bereits Vorschläge-gemacht worden, die darauf hinausgehen, leitende metallische Beläge in die Kabelisolation einzubetten und diese zwangsweise auf bestimmten Potentialen zu halten, sei es, dass man
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zwischen den Belägen, u. zw. ausserhalb des Kabels an den zugänglichen Kabelenden Zusatzkapazitäten in Form von Kondensatorenbatterien schaltet. Auf diese Weise wollte man mit Recht eine bessere gleichmässige Ausnutzung der Kabelisolation herbeiführen und somit mit geringen Isolationsstärken sehr hohe Spannungen überwinden.
Solehe Kabelanlagen haben aber keine praktische Bedeutung ge-
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durch die erforderlichen Kosten für Neuanschaffungen, wie Transformatoren mit besonderen Anzapfungen, oder grossen Kondensatorenbatterien und die für letztere erforderlichen Gebäudeanlagen usw. Ferner stellt sich heraus, dass die metallischen Beläge verhältnismässig stark werden mussten mit Rücksicht auf die sehr beträchtlichen Stromstärken, welche diese Beläge führen müssen. Hochspannungskabel
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gebildeten Teilkapazitäten und den Anzapfungen der Transformatoren, oder zwischen den Belägen und den zugeschalteten Kondensatorenbatterien grosse Stromstärken fliessen, wodurch eine zusätzliche Erwärmung des Dielektrikums und somit eine Herabsetzung der Leistungsfähigkeit des Kabels bedingt wird.
Will man ein kürzeres Kabelstück in eine Freileitunganlage einfügen, wie z. B. bei Kreuzungen
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haupt nicht anwendbar, da man doch unmöglich für solch kurze Kabelstücke besondere Transformatoren oder Kondensatoren zum Anschluss der Beläge aufstellen kann.
Die Erfindung gibt eine neue Konstruktion für den Bau von Hochspannungskabeln an, welche eine bedeutende Herabsetzung der Abmessungen der Kabel zulässt, ohne die oben erwähnten Nachteile aufzuweisen.
Bekanntlich erhält man bei Hochspannungskabeln die geringsten Abmessungen, wenn man den Aderdurchmesser 2'72mal so gross wie den Leiterdurchmesser wählt. Hieraus folgt, dass bei gegebener Übertragungsspannung und vorgeschriebener maximal zulässiger Beanspruchung in der Isolation der Leiterdurchmesser verhältnismässig gross ausfällt. Da man aber, um an Kosten zu sparen, den Leiterquerschnitt nicht gern grösser machen wird, als mit Rücksicht auf die zu übertragende Stromstärke notwendig ist, wählt man zweckmässig, wie in Fig. 1 dargestellt, einen rohrförmigen Querschnitt und füllt den Innenraum mit einem geeigneten Material, wie Jute od. dgl., aus.
Gemäss der Erfindung wird für den Kabelleiter ebenfalls ein rohrförmiger Querschnitt gewählt, der Innenraum wird jedoch hier mit hochwertigem Isolationsmaterial ausgefüllt und in diesem sowie in den Isolationsschichten um den Leiter leitende Beläge eingebettet, wie in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur bedeuten : A einen Hilfs-
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eingebetteten leitenden Belägen, L den ringförmigen Hauptleiter und M den geerdeten Mantel (Blei od. dgl. ). Die Beläge werden untereinander elektrisch leitend verbunden, u. zw. so, wie in der. Fig. 2 schematisch angedeutet. Diese Verbindungen werden nicht nur am Anfang und Ende des Kabels, sondern
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alle gleich gross sind. Bezeichnet man die einzelnen Teilkapazitäten der Isolation B in Richtung von L nach A mit b1, b2... b" und die.
Teilkapazitäten der Isolatoren C in Richtung von L nach M mit zw
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entsprechend dünner Schichten :
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sein muss. Die kombinierten Teilkapazitäten sind alle gleich gross und es entfallen demnach auf jede von diesen gleich hohe Teilspannungen, woraus folgt, dass die mittleren Beanspruchungen der einzelnen Isolationsschichten in der ganzen Kabelisolation, sowohl in B als auch in C, annähernd gleich sind. Die gleiche Überlegung gilt auch sinngemäss, wenn man die verschiedenen Schichtstärken nicht in gleicher Stärke wählt oder die Anzahl der Schichten gering macht usw.
Man kann stets die Spannungsverteilung, welche von den Teilkapazitäten abhängig ist, so einstellen, dass die gewünschten maximal zulässigen lokalen Beanspruchungen nicht überschritten werden. Trotzdem also in einem solchen Kabel der Leiter gewissermassen zweimal gegen Erde, gegen A und gegen M, isoliert werden muss, lässt er sich in wes'nt- lich geringeren Abmessungen, als wie normale Kabel herstellen, wie aus nachstehenden zwei Tabellen ersichtlich. In beiden Tabellen ist eine Maximalbeanspruchung von 6 kVjmm für die Isolation und ein Ldterquerschnitt von 18-5mm2 zugrunde gelegt.
In Tabelle 1 sind die Abmessungen normaler Kabel in einer Konstruktion nach Fig. 1 und in Tabelle 2 die Abmessungen von Kabeln nach der Erfindung in einer Konstruktion nach Fig. 2 angegeben. In beiden Tabellen sind auch die Aussendurchmesser von Drebstromkabeln unter Bleimantel enthalten :
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<tb> Tabelle <SEP> 1.
<tb>
Nennspaunung <SEP> Eff. <SEP> Gebrauchs- <SEP> Äusserer <SEP> Leiter- <SEP> Durchmesser <SEP> unter <SEP> Bleimantel
<tb> kV <SEP> Sp@nnung <SEP> kV <SEP> durchmesser <SEP> in <SEP> mm <SEP> Einleiter <SEP> mm <SEP> Dreileiter <SEP> mm
<tb> di <SEP> da
<tb> 100 <SEP> 58 <SEP> 19@4 <SEP> 52@6 <SEP> 113
<tb> 150 <SEP> 87 <SEP> 29 <SEP> 78@8 <SEP> 170
<tb> 200 <SEP> 116 <SEP> 38@7 <SEP> 105@2 <SEP> 227
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Tabelle <SEP> 2.
<tb>
Spannung <SEP> A <SEP> Durchmesser
<tb> (Nennspg. <SEP> bzw. <SEP> Durch- <SEP> B <SEP> L <SEP> C <SEP> unter <SEP> Bleimantel
<tb> Gebrauchspg. <SEP> messer <SEP> mm <SEP> Einleiter <SEP> Dreileit <SEP> r
<tb> 100 <SEP> - <SEP> 58 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 24 <SEP> 24 <SEP> -28@6 <SEP> 28@6 <SEP> - <SEP> 49@6 <SEP> 49@6 <SEP> 107
<tb> 150 <SEP> - <SEP> 87 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 35@5 <SEP> 35@5 <SEP> - <SEP> 38@8 <SEP> 38@8 <SEP> - <SEP> 70@3 <SEP> 70@3 <SEP> 151
<tb> 200 <SEP> - <SEP> 116 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 47 <SEP> 47 <SEP> - <SEP> 49@6 <SEP> 49@6 <SEP> - <SEP> 91@6 <SEP> 91@6 <SEP> 197
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Betrachtet man das Schema in Fig. 3, so sieht man, dass die zusätzlichen Teilkapazitäten b, bs-1 usw. klein sind und im Vergleich zu ihren Komplement-Teilkapazitäten C,,, C"-1 usw. nahezu vernachlässigbar sind. Lässt man daher die Teilkapazitäten bm , bs-1 usw. unabgeglichen, so kann man hiedurch eine weitere Verkleinerung der Kabelabmessungen erreichen, wie aus Fig. 4 und dem dazugehörigen Schema Fig. 5 ersichtlich. In der Praxis wird man naturgemäss mit einer möglichst geringen Anzahl von Belägen auszukommen suchen und es soll daher nachstehend gezeigt werden, dass man für die oben angeführten Verhältnisse wesentlich geringere Abmessungen erhält als in den Tabellen 1 und 2, auch
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wenn die ganze Kabelisolation nur in drei Teile unterteilt wird.
Die Kabel sollen nach folgendem Schema,
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aufgebaut werden, d. h. : der innere Hilfsleiter hat einen Durchmesser von x2 mm und der röhrenörmige Hauptleiter einen inneren Durchmesser von xi uni einen äusseren Durchmesser von y ; bei den Durch- messern x"yl, y, und z sind Beläge eingewickelt, welche folgendermassen untereinander elektrisch ver-
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mit e2 die Teilspannung zw. y1/y2 bzw. a/% und mit e3 die Teilspannung zw.
Y2/Z, so kann die Berechnung eines solchen Kabels wie folgt durchgeführt werden :
Gegeben sind in der Regel : die Spannung E in kV, der Leiterquerschnitt Q in mm2, die
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können somit nur dann eindeutig gestimmt werden, falls es möglich ist, 10 Bedingungsgleichungen zwischen obigen Unbekannten aufzustellen.
Zunächst folgt aus der Bedingung, dass die in den einzelnen Schichten maximal zulässigen Beanspruchungen festgelegt sind :
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verknüpft sind.
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Da somit zur Bestimmung der obigen zehn Unbekannten nur neun Gleichungen zur Verfügung stehen, so sind unendlich viele Lösungen möglich. Man kann also, wenn man beispielsweise Y2 beliebig wählt, sämtliche hiezu gehörige Kabelabmessungen auf Grund obiger Gleichungen bestimmen. Für jedes gewählte y. ergibt sich ein anderer äusserer Kabeldurchmesser z. Das wirtschaftlich günstigste Kabel ergibt sich, wenn z am kleinsten ist, d. h. zu obigen neun Gleichungen tritt noch die Minimumbedingung hinzu :
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Nunmehr kann also, wenn E1 Q undd gegeben sind, das zugehörige günstigste Kabeleindeutig bestimmt werden.
Für die bereits eingangs gewählten Verhältnisse von E= 58,87 und 115 kV, Q = 185 mm2 und
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<tb> Tabelle <SEP> 3.
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Durchmesser
<tb> Spannung <SEP> x2 <SEP> x1 <SEP> x0 <SEP> y0 <SEP> y1 <SEP> y2 <SEP> z <SEP> c1 <SEP> c2 <SEP> c3 <SEP> unter <SEP> Bleimantel
<tb> Einleiter <SEP> Dreileiter
<tb> 100- <SEP> 58 <SEP> 2@1 <SEP> 5@5 <SEP> 9@7 <SEP> 18@5 <SEP> 21@9 <SEP> 24 <SEP> 43@5 <SEP> 9@3 <SEP> 6@0 <SEP> 42@7 <SEP> 43@5 <SEP> 93@5
<tb> 150- <SEP> 87 <SEP> 4@1 <SEP> 10@5 <SEP> 18@1 <SEP> 24 <SEP> 30@4 <SEP> 34@5 <SEP> 61 <SEP> 16@9 <SEP> 11@5 <SEP> 58@6 <SEP> 61 <SEP> 131
<tb> 200-116 <SEP> 5@1 <SEP> 12@8 <SEP> 21@8 <SEP> 27 <SEP> 34@7 <SEP> 39@8 <SEP> 79 <SEP> 20@3 <SEP> 14@2 <SEP> 81@5 <SEP> 79 <SEP> 170
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wenn man die Anzahl der Teilspannungen grösser macht. Die Berechnung erfolgt dann in der gleichen Weise wie oben, jedoch kommt eine entsprechend grössere Anzahl von Gleichungen in Frage.
Das Kondensatorkabel bietet noch den Vorteil, dass der Leiterquerschnitt nicht mehr wie bisher mit Rücksicht auf die Feldverteilung unbedingt kreisrund ausgeführt werden muss, sondern jede beliebige Form erhalten kann. Bei Kabeln für niedrigere Betriebsspannungen wurde der Leiterquerschnitt mit Rücksicht auf Raumersparnis sektorförmig ausgeführt. Bei höheren Spannungen war ein solcher Querschnitt jedoch nicht zulässig, weil die Beanspruchung des Isolationsmaterials in der Nähe der zugespitzten Leiterkante zu gross wurde. Beim Kondensatorkabel kann infolge der zwangsweisen Verteilung der Beanspruchungen eine solche erhöhte Beanspruchung nicht auftreten.
Man kann somit auch sektor-
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Um das Kabel besser durchtränken zu können, wird man zweckmässig die einzuwickelnden Beläge (Folien) vor Gebrauch an zahlreichen Stellen durchlochen, am besten nadelstichartig. Ebenso kann man statt der Folien Gewebe aus feinsten elektrisch leitenden Fäden einwickeln.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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