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Hochspannungskabel.
Die Betriebssicherheit eines elektrischen Kabels hinsichtlich der Spannungsbeanspruchung wird erhöht, wenn man sein Isolationsmaterial unter Druck setzt. Dies wurde bisher dadurch erreicht, dass in dem Kabel, getrennt von seiner elektrischen Isolationsschicht, Röhren mit durchlässigen Wandungen zur Aufnahme und Fortleitung eines flüssigen oder gasförmigen Druckmittels angeordnet sind, das an geeigneten Stellen durch äussere mechanische Mittel unter Druck gesetzt wird.
Die durchlässigen Wandungen gestatten eine freie und unmittelbare Entwicklung des hydrostatischen Druckes der Druekflüssigkeit auf alle Punkte der inneren oder äusseren Oberfläche der Aderisolation und auch die Tränkung des schon mit dem äusseren Schutzmantel versehenen Kabels von diesen Röhren aus. Durch die bleibende Verbindung zwischen Druck-und Isoliennaterial, die bei dieser Anordnung mit durchlässigen Wandungen besteht, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten.
Das isolierende Tränkmaterial muss identisch mit dem Druckmittel, d. h. es muss bei den niedrigsten Betriebstemperaturen noch flüssig sein. Dies ist aus elektrischen Gründen vielfach unerwünscht. Die Druckrohr müssen ferner im allgemeinen vor dem Versand der Kabel in der Fabrik entleert werden. Hiedurch verliert auch die Aderisolation ganz oder teilweise ihr Imprägniermittel. Es ist daher eine zweite Imprägnierung nach Verlegung des Kabels erforderlich, die zeitraubend und weniger zuverlässig ist. Die Imprägnierung vor Aufbringen des Bleimantels nach dem allgemeinen üblichen Verfahren und unter Benutzung der überall vorhandenen Betriebseinrichtungen ist mit dem flüssigen Druckmittel kaum durchführbar. Die Verwendung eines vom Druckmittel verschiedenen, z.
B. dickflüssigen Imprägniermittels ist sehr schwierig, weil die beiden Mittel später, insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen, sich in unkontrollierbarer Weise vermischen. Ausserdem bietet die Imprägnierung von mehradrigen Kabeln nach der Verseilung der Adern grosse Schwierigkeiten : die Adern müssten einzeln vor dem Verseilen imprägniert werden.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung gelingt es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Die Erfindung bietet daher grosse Vorteile bei der Anwendung von künstlichem Druck in Kabeln, insbesondere für Kabel üblicher Herstellungsalt mit gewöhnlicher, vom Druckmittel verschiedener Imprägniermasse.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es nicht erforderlich ist, die Druckflüssigkeit in körperlicher Berührung mit dem Imprägniermittel der Isolationsschicht zu halten, sondern dass die günstige Wirkung des Druckes auf die Erhöhung der Betriebssicherheit des Kabels auch dann eintritt, wenn zwischen Druckmittel und Isolation eine undurchlässige Membran geschaltet wird. Diese muss jedoch genügend geschmeidig sein, um die Übertragung des Druckes vom Druckmittel auf die Isolation möglichst an allen Punkten, u. zw. gleichmässig zu gestatten.
Gemäss der Erfindung werden daher genügend undurchlässige, genügend geschmeidig Schichten zwischen dem eigentlichen Isoliermaterial und den Kanälen zur Aufnahme und Fortleitung des Druckmittels in dem Kabel angeordnet. Falls daneben noch Röhren mit durchlässigen Wandungen in den Druckkanälen benutzt werden, so geschieht dies aus andern, z. B. mechanischen Gründen.
Auf der Zeichnung sind beispielsweise mehrere Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Einleiterkabel mit einer undurchlässigen Schicht am hohlen Kupferleiter. Fig. 2 zeigt in Querschnitt ein verseiltes Dreileiterkabel mit metallisierten Adern,
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wobei eine undurchlässige Schicht (Membran) bei dem hohlen Kupferleiter jeder Ader angeordnet ist.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein Kabel, mit vollen Kupferleitern, bei dem die Druckkanäle in den Beilaufzwiekeln angeordnet sind. Die undurchlässige Schicht befindet sich an der Oberfläche der Isolation der Adern. Fig. 4 veranschaulicht einen Querschnitt durch ein verseiltes Dreileiterkabel mit Gürtelisolation und Druckkanälen besonderer Form an Stelle des Beilaufmaterials. Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines Einleiterkabels mit der Membran an der Isolationsoberfläche und dem Druekkanal zwischen dieser Oberfläche und dem äusseren Schutzmantel. Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt hiezu, Fig. 7 ist ein Querschnitt eines armierten Einleiterkabels mit metallisierter Isolation, Membran und einem gemäss Fig. 5 beschaffenen Druekkanal.
Fig. 8 zeigt ein verseiltes Dreileiterkabel mit metallisierten Adern, Membran an der Oberfläche des Kabelquerschnittes und Druckkanal zwischen dieser Oberfläche und dem äusseren Schutzmantel. Fig. 9 zeigt ein verseiltes Dreileiterkabel mit metallisierten Adern ähnlich wie Fig. 2, mit hohlen Leitern, wobei jedoch die Druckkanäle nicht im Innern der Leiter liegen. sondern den Raum der Beilaufzwickel einnehmen. Die Membran liegt an den Aderoberflächen.
Das Einleiterkabel gemäss Fig. 1 besteht aus dem Metalleiter a, der Isolation b und dem Bleimantel e. Der Leiter a ist hohl, der Innenraum cl dient als Druckkanal. Die aktive Isolation b ist gegen den Metalleiter hin durch eine Membran a ; abgeschlossen.
Die Herstellung dieses Kabels und seine Verlegung kann in der allgemein üblichen Weise erfolgen, d. h. es wird auf den Kupferleiter a eine Membran x aufgebracht und das Isolationsmaterial b aufgesponnen, worauf das Kabel in beliebiger Imprägniermasse getränkt werden kann. Hierauf wird der Bleimantel e angebracht.
Die Membran x kann in verschiedener Weise aus einer oder mehreren Schichten ausgeführt werden, wenn sie nur der doppelten Bedingung genügt, für das Tränkmaterial in der Isolation b und für das Druckmittel in dem Kanal cl genügend undurchlässig und ausserdem genügend geschmeidig zu sein.
Diese Membran x kann also aus leitendem oder nicht leitendem Material bestehen ; sie kann die Form eines dünnen Zylinders mit oder ohne Naht, oder die Form eine aufgewickelten Bandes haben. Im letzten Falle wählt man vorteilhaft ein Band aus Papier oder Gewebe, das mit synthetischem Harz oder einem ähnlichen Körper getränkt ist. Hiedurch nämlich wird das Band und die von ihm gebildete Membran undurchlässig, auch an den überlappen Rändern des Bandes, weil dieselben bei der Anwendung von Hitze während des Trocknens der Isolierschicht b vor deren Tränkung zusammenkleben.
Man erhält so eine undurchlässige Schicht, die sich vollkommen geschmeidig als undurchlässige Membran an die Innenfläche der Aderisolation b anlegt, da die Membran praktisch aus demselben Material (Papier) besteht, aus dem auch die Isolation b, abgesehen von der Tränkung ; aufgebaut ist.
Nachdem dieses Kabel in der bekannten Weise hergestellt ist, unterscheidet es sich von einem gewöhnlichen Einleiterkabel nur durch die eingefügte Membran x und den Hohlraum d. Nach der Verlegung kann der Hohlraum cl leicht mit dem Druckmittel, z. B. einem dünnflüssigem Öl, gefüllt werden, nachdem gegebenenfalls durch Anwendung von Vakuum und Wärme oder einfach durch die durchgeführte warme Luft, die anhaftende Feuchtigkeit entfernt wurde.
In den Kabelmuffen wird zweckmässig eine durchgehende Verbindung des Druckkanals d auf die gewünschte Streckenlänge hergestellt. Die äusseren Druckorgane, z. B. Druckpumpen, Batterien von
Gasflaschen od. dgl., durch welche der Druck des Druckmittels erzeugt wird, werden zweckmässig dort angeschlossen, wo Kabelendverschlüsse vorhanden sind.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines verseilten Dreileiterkabels mit metallisierten Adern, wobei jede Ader nach Fig. 1 aufgebaut ist. f ist die doppelte Bandeisenarmierung, g die elektrisch leitende Schicht der Aderoberflächen ; diese kann z. B. nach bekanntem Verfahren metallisiert sein, um das Kabel strahlungsfrei zu machen. Diese Metallisierung ist vorteilhaft durchlässig, um die Imprägnierung zu gestatten. A sind die Beilaufzwickel, die in üblicher Weise mit Jute oder anderem Stoff ausgefüllt sind.
Die Herstellung der gesamten Kabelseele unter Blei erfolgt genau wie bei Fig. 1, d. h. die hohlen Kupferleiter a werden mit der Membran x und dem Isoliermaterial b besponnen, miteinander und mit dem Material h trocken verseilt, imprägniert, mit Blei umpresst und armiert. Die Verlegung und Unter- drucksetzung erfolgt ebenfalls sinngemäss wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 beschrieben.
Die Membran x verhindert während des Tränkens ein Eindringen der Tränkmasse in die Kanäle cl sowie im Betrieb eine Diffusion zwischen den Massen in b und d. Sie überträgt aber mechanisch den Druck von cl auf b, wodurch die Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit der Isolation b herbeigeführt wird.
Die Anordnungen nach Fig. 1 und 2 haben den Nachteil, dass das Druckmittel unter Hochspannung steht, so dass also an den äusseren Druckerzeuger entsprechende Vorkehrungen getroffen werden müssen.
Dieser Nachteil ist bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 3,5, 6,7, 8 und 9 vermieden, da die Wandungen des Druckkanal an Erde liegen. Bei der Anordnung gemäss Fig. 4 führen die Druckkanäle nur einen gewissen Bruchteil der Betriebsspannung.
Fig. 3 zeigt ein verseiltes Dreileiterkabel mit metallisierten Adern und vollen Leitern, wobei die Zwickelräume als Druckkanäle dienen, und die gemäss der Erfindung vorgesehene Membran. S an den Aderoberfläehen angeordnet ist. In den Zwickelräumen sind biegsame und für das Druckmittel durchlässige Röhren c angeordnet, die beispielsweise aus schraubenförmig gewundenem Draht bestehen kfinnen
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Füllmaterial bei der Durchführung der Erfindung nicht nötig. Die Anordnung im Innern der Beilaufzwickel kann auch anders sein, z. B. wie in Fig. ss gezeigt, wo die Beilaufzwickel gänzlich mit dem Druckmittel angefüllt sind.
Die Herstellung des Kabels nach Fig. 3 erfolgt in anderer Weise als die Herstellung der Kabel gemäss Fig. 1 und 2. Die mit der Isolation b versehenen Leiter a werden zunächst als Einzeladern imprägniert und nach dem Verlassen der Imprägnierungsgefässe mit der undurchlässigen Membran x versehen. Diese Membran kann in verschiedener Weise ausgeführt werden, z. B. auch so, dass sie gleichzeitig den Zweck der Metallisierung erfüllt.
In diesem Fall, der in Fig. 3 dargestellt ist, können die Adern unmetallisiert imprägniert und nachher mit einem metallisierten Papierband umwickelt werden, dessen Metallschicht nicht perforiert, also dicht ist, und wobei das Papier ausserdem mit synthetischem Harz bestrichen oder getränkt sein kann, so dass die überlappt aufgebrachte Bewicklung mit diesem Material bei der späteren Erwärmung an den überlappen Rändern zusammenklebt und eine'völlig dichte, fest anhaftende und gleichzeitig dem Strahlungssehutz dienende Membran bildet. Das Zusammenkleben der Ränder ist jedoch nicht (unbedingt) erforderlich, um eine genügend undurchlässige Schicht zu verwirklichen.
An Stelle dieses Materials können auch andere Ausführungsformen in Metall gewählt werden.
Im andern Fall, d. h. wenn die Adern schon im metallisierten Zustand, also mit durchlässigen Metalloberflächen, imprägniert werden, wird die undurchlässige Schicht nach der Imprägnierung, z. B. in der Weise aufgebracht, dass man die Adern durch eine entsprechende Flüssigkeit oder Paste zieht, die später erhärtet. Man kann auch z. B. über die durchlässige Metallisierung ein mit synthetischem Harz getränktes Papierband oder Textilband wickeln.
Wenn man den leitenden Kontakt zwischen den metallisierten Aderoberfläehen und dem Bleimantel aufrechterhalten will, so müssen im zweiten Fall entsprechende Vorkehrungen getroffen werden.
Z. B. kann man die aufgebrachte Flüssigkeit oder Paste nach der Imprägnierung von der Ader an denjenigen Stellen abstreifen, welche durch die überlappte Bespinnung der Metallisierung etwas hervorragen. Wenn ein besonderes getränktes Band aufgesponnen wird, so kann dasselbe in bekannter Weise durch fadenförmige Metalleinlagen den gewünschten Kontakt herstellen.
Drei oder mehr der so fertiggestellten Einzeladern werden nun mit dem Beilaufmaterial h und den Röhren c verseilt, und hierauf wird der Bleimantel e und die Armierung f aufgebracht.
Das auf diese Weise hergestellte Kabel wird nach dem Verlegen ähnlich behandelt, wie oben beschrieben. Wenn das Beilaufmaterial h nicht hygroskopisch ist oder beim Verseilen schon getränkt war, so ist aus den Druckkanälen nur wenig Feuchtigkeit zu entfernen, ihre Trocknung und Füllung nach erfolgter Montage des Kabels ist also sehr einfach.
In Fig. 4 ist ein gewöhnliches verseiltes Dreileiterkabel mit Gürtelisolation i und Drahtarmierung f dargestellt, bei dem die Druckkanäle durch undurchlässige biegsame Röhren x begrenz werden, welche die Form der Beilaufzwickel haben und deren Raum einnehmen, so dass anderes Beilaufmaterial in Wegfall kommt. Die Druckröhren x können natürlich ihren Zweck nicht völlig erfüllen, da sie nur auf einen Teil der Isolationsoberfläche anliegen, anderseits kann dieses Kabel in der üblichen Weise hergestellt und imprägniert werden.
Das Kabel gemäss Fig. 5 und 6 ist nicht armiert ; das Einleiterkabel gemäss Fig. 7 trägt dagegen doppelte Bandarmierung. Fig. 5 zeigt eine undurchlässige Membran x an der Oberfläche der Isolation ; der Druckkanal d befindet sich zwischen dieser Membran und dem Bleimantel e und wird durch eine aus genügend festem Material bestehende Schraube c für das Druckmittel freigehalten.
Bei der Fig. 7 ist angenommen, dass das Einleiterkabel strahlungsfrei ist, d. h. ausser der Membran x eine Metallisierung g besitzt.
In Fig. 8 ist dasselbe wie in Fig. 7, jedoch für ein armiertes Dreileiterkabel mit metallisierten Adern a, b, g dargestellt, wobei die Membran x an der Oberfläche der ganzen Kabelseele vorgesehen ist.
Der Druckkanal d befindet sich wieder zwischen der Seele und dem Bleimantel, freigehalten durch die Schraubenwindungen e.
Die Kabel gemäss Fig. 5-8 können in gewöhnlicher Weise hergestellt und imprägniert werden, das Aufbringen der Membran erfolgt nach der Imprägnierung. Die Behandlung nach der Verlegung geschieht in der oben beschriebenen Weise.
In Fig. 9 ist endlich eine weitere Abänderung eines armierten verseilten Dreileiterkabels mit metallisierten Adern, ähnlich wie in Fig. 3, dargestellt. Seine Druckkanäle d nehmen den ganzen Raum der Beilaufzwickel ein und sind begrenzt durch die metallisierten Membranen x an den Oberflächen der
Adern und durch den Bleimantel e. Die Kupferleiter a sind hohl.
Die Herstellung dieses Kabels ertolgt zweckmässig trocken unter Blei und armiert. Man kann dann die Adern b von den hohlen Metalleitern aus trocknen und imprägnieren, u. zw. gleichzeitig oder auch nicht mit der Füllung der Druckkammern d. Das Imprägniermittel für die Isolation b kann identisch mit oder verschieden von dem Druckmittel in den Kanälen cl sein.
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Diese Ausführungsform bietet also grosse Freiheit bezüglich der Wahl der Imprägnier-und Druck- mittel und ermöglicht die Ausübung des Druckes von beiden Seiten der Isolation aus, von aussen und von innen, wenn man im Hohlleiter a ebenso wie in den Kanälen d ein genügend dünnflüssiges Mittel verwendet. Diese Ausführungsform hat allerdings im letzten Fall die Nachteile der zweiten Imprägnierung nach der Montage. Wenn man dagegen in den hohlen Leitern a;dieüblichen Imprägniermassen verwendet, so fällt dieser Nachteil weg.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen nimmt die Armierung f den vom Druckmittel nach aussen hin ausgeübten Druck auf. Bei fehlender Armierung muss der Bleimantel e gegebenenfalls durch Legierung so widerstandsfähig ausgeführt sein, dass er diesem Druck standhält, wenn das Kabel nicht in genügend widerstandsfähige Rohre eingezogen wird.
Die Druekkanäle cl der Ausführungsformen gemäss Fig. 3,5, 6,7, 8 und 9 bedürfen keiner besonderen Verbindung in den Muffen, sondern sie können mit dem Innenraum der letzteren einfach frei in Verbindung stehen, wenn dieser Innenraum der Muffen mit dem Druckmittel angefüllt ist. Die Muffen müssen dann nach aussen ebenfalls drucksieher ausgeführt sein, was für ihre eigene Betriebssicherheit von demselben Vorteil ist, wie für das eigentliche Kabel selbst.
In der vorstehenden Beschreibung ist mit Bezug auf gewisse Figuren der Zeichnung von der Verwendung der Erfindung für Kabel gesprochen, die nach bekannten Verfahren metallisiert sind. Es ist indessen zu betonen, dass die Erfindung allgemeine Bedeutung hat, und dass sie für alle Hochspannungkabel benutzt werden kann, gleichgültig, wie deren Zusammensetzung oder Herstellungsverfahren beschaffen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochspannungskabel, dessen Isolation unter Druck steht, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme und Fortleitung des Druckmittels dienenden Kanäle von dem eigentlichen Isoliermaterial durch genügend undurchlässige und genügend geschmeidig Schichten getrennt sind.