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Hochspannungskabel
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eine diskontinuierliche, in Fig. l dargestellte Potentialverteilung zu vermeiden. In Fig. 1 stellt die voll ausgezogene Linie den Verlauf des Potentialgradienten als Funktion des radialen Abstandes vom Kabel- leiter dar, wenn innerhalb der Isolation keine leitenden Einlagen vorgesehen sind, die sich auf vorgege- benen Potentialen befinden, wogegen die gestrichelten Linien den Verlauf des Potentialgradienten ange- ) ben, wenn solche leitenden Einlagen mit vorgegebenen Potentialen angewendet werden. In Fig. 1 bedeu- tet R1 den Radius des Kabelleiters, während R2 den Aussenradius der Kabelisolation bezeichnet.
Die leitenden Einlagen können auf verschiedene Arten hergestellt werden, wobei aber zu beachten ist, dass die Gegenwart dieser Einlagen die Imprägnation des Isolationspapiers nicht verhindern oder hem- men darf. Beispielsweise können für diesen Zweck dünne Metallbänder oder Bänder aus metallisiertem Papier oder auch metallisierte Kunststoffbänder angewendet werden. Diese Bänder können in Form von schraubenlinienförmigen Windungen unter Überlappung der Bandränder auf den Kabelleiter gewickelt werden, wobei die Bänder perforiert sein müssen, um den Durchtritt des Imprägnationsmediums (flüssiges Öl oder sonstige Isolierflüssigkeit) zu ermöglichen.
Anderseits können die Bänder auch mit Zwischenräu- men zwischen den einzelnen Windungen gewickelt werden, wobei sich eine Perforation der Bänder erüb- ! right, weil diese Zwischenräume bereits ausreichen, um eine gute Imprägnation zu gewährleisten. Diese
Ausführung ist zwar günstiger als die zuerst erwähnte, weist aber ebenso wie jene einen schwerwiegenden
Nachteil auf. Zwischen den einzelnen Windungen der Bänder aus Isolationspapier ergeben sich nämlich in beiden Fällen Spalte, die mit dem Imprägnationsmedium gefüllt sind und in denen die Schichtdicke dieses Mediums mindestens gleich gross wie, wenn nicht (je nach der Art und Weise, mit der die Bewick- lung aufgebracht wird, welche die metallische Oberfläche bildet) grösser als die Dicke der zum Aufbau der Isolation verwendeten Papierstreifen ist.
Diese Spalte, die in radialer Richtung einerseits durch eine metallische Oberfläche und anderseits durch eine isolierende Oberfläche begrenzt werden, sind die Ur- sache komplizierter Erscheinungen, die auf der Tatsache beruhen, dass bekanntermassen metallische Ober- flächen, die sich in innigem Kontakt mit einer Isolation befinden, eine katalytische Wirkung auf be- stimmte Reaktionen und Zersetzungsvorgänge im Imprägnationsmedium ausüben und dadurch nicht nur eine Änderung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften desselben beschleunigen, sondern diese
Eigenschaften auch in nicht zulässiger Weise beeinträchtigen. Überdies muss noch erwähnt werden, dass die.
metallischen Bänder Auszackungen oder Vorsprünge aufweisen können, besonders wenn sie einem Per- forationsvorgang unterworfen worden sind, und dass diese Oberflächenunregelmässigkeiten zu Korona- entladungen führen können, die für die Lebensdauer des Kabels schädlich sind. Auf die beschriebene Weise lässt sich also zwar eine gute Ausnutzung der Kabelisolation erreichen, doch treten dabei Erscheinungen auf, die zu einer vorzeitigen Ionisation Anlass geben.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Kabel zu schaffen, bei dem die vorstehend er- läuterten Mängel behoben sind, zugleich aber die Vorteile, die sich durch die Einfügung metallischer
Einlagen mit vorgegebenen Potentialen innerhalb der Kabelisolation erzielen lassen, unverändert beibe- halten werden. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäss die metallischen, in die Isolation eingebetteten
Einlagen lückenlos durch Bänder aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier abgeschirmt, so dass ein direkter Kontakt zwischen dem die leitende Einlage bildenden Metall und der angrenzenden Isolation vermieden wird.
Theoretische Untersuchungen und Experimente haben ergeben, dass die Einfügung einer geschlossenen
Lage aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier zwischen einer metallischen Oberfläche und der Iso- lation erheblich dazu beiträgt, den Wert der elektrischen Beanspruchung zu erhöhen, bei dem eine Ioni- sation einsetzt. Im vorstehend erläuterten Falle, in dem zwischen der metallischen Oberfläche und der
Isolation mit Imprägniermedium gefüllte Spalte liegen, ergibt sich beispielsweise, wenn die metalli- sche Oberfläche derart mit Russ beladenem Papier abgedeckt wird, dass eine direkte Berührung zwischen dem Imprägnationsmedium und der metallischen Oberfläche vollkommen verhindert wird, eine 30-bis 40% igue Erhöhung der Beanspruchung, bei welcher der Ionisationseinsatz erfolgt.
Die Abschirmung der auf vorgegebenen Potentialen gehaltenen metallischen Einlagen mit russbelade- nem Papier erfüllt einen zweifachen Zweck. Neben der schon geschilderten Wirkung, einen direkten Kon- takt zwischen den metallischen Oberflächen und der Isolation zu verhindern und dadurch die im Hinblick auf den lonisationseinsatz zulässige elektrische Beanspruchung zu erhöhen, hat sie auch noch die weitere
Wirkung, allfällige Vorsprünge und Unregelmässigkeiten der metallischen Oberflächen vollkommen abzuschirmen, so dass auf diese Weise Koronaentladungen beseitigt bzw. verhindert werden, die ansonsten in diesen Zonen auftreten könnten.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Fig. 2 hervor. Diese Figur zeigt einen Querschnitt durch ein Einleiterkabel gemäss der Erfindung.
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Der Kabelleiter 1 kann ein kompakter, verseilter Leiter, wie in der Zeichnung angedeutet, oder auch ein verseilter Leiter mit einem axialen Durchlass sein, der von einer Metallwendel begrenzt ist, welche als Stütze für die Leiterdrähte wirkt und für Öl durchlässig ist. Um diesen Kabelleiter 1 ist ein Band 2 aus mit Russ beladenem Papier gewickelt ; durch dieses Band wird in an sich bekannter Weise das elektrische Verhalten des Kabels bei üblichen Netzfrequenzen verbessert. Diese Wicklung 2 ist von einer ersten Isolationsschicht 3 bedeckt, die aus Papier besteht, das je nach der Art des Kabels mit Öl oder einem andern
Isolierstoff imprägniert ist.
Die Isolationsschicht 3 ist wieder von einer geschlossenen Wicklung 4 aus mit
Russ beladenem Papier bedeckt, über der sich eine Wicklung 5 befindet, die aus Metallbändern gebildet ist und eine leitende Einlage bildet, die während des Kabelbetriebes auf ein vorbestimmtes Potential ge- bracht wird. Die Aussenfläche der metallischen Wicklung 5 ist mit einer geschlossenen Wicklung 6 aus mit Russ beladenem Papier abgedeckt. Es ist somit erkennbar, dass die metallische Einlage 5 durch die geschlossenen Wicklungen 4 und 6 aus mit Russ beladenem Papier vollständig von den Isolationsschichten 3 und 7 getrennt ist.
Die die zweite Isolationsschicht 7 umschliessende metallische Wicklung 9 bildet eine zweite leitende
Einlage, die ebenfalls auf ein vorbestimmtes Potential gebracht wird und von den benachbarten Isolationsschichten 7 und 11 mit Hilfe geschlossener Wicklungen 8 und 10 aus mit Russ beladenem Papier getrennt ist. Die äussere Isolationsschicht 11 ist vom Kabelmantel 12 umschlossen, der üblicherweise aus Blei besteht und durch metallische (nicht gezeichnete) Bewehrungen verstärkt sein kann ; sie kann aber auch von einer (ebenfalls nicht gezeichneten) Schutzschicht aus thermoplastischem Material abgedeckt sein.
Beim Kabel nach Fig. 2 ist somit die gesamte Kabelisolation durch zwei metallische Einlagen 5 und 9 in drei Schichten 3,7 und 11 unterteilt. Es versteht sich, dass die Anzahl dieser metallischen Einlagen je nach den Betriebsbedingungen, denen das Kabel unterworfen werden soll, geändert werden kann. Die Bewicklung aus mit Russ beladenem Papier muss in sich geschlossen, d. h. lückenlos sein, damit jeglicher Kontakt zwischen der Isolation und den metallischen Oberflächen verhindert wird.
Demnach kann diese Bewicklung beispielsweise durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln von Bändern mit vorgeschriebener Überlappung benachbarter Windungen oder aber durch Aufwickeln von Bändern mit Abständen zwischen den Windungen und nachfolgendes Aufwickeln weiterer Bänder mit gleicher Steigung in solcher Weise hergestellt werden, dass die zweite Wicklung die Zwischenräume zwischen den Windungen der ersten Wicklung überdeckt. Kabel mit dem geschilderten erfindungsgemässen Aufbau können sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom verwendet werden.
Das geschilderte Ausführungsbeispiel lässt im Rahmen der Erfindung natürlich noch verschiedene Ab- änderungen zu. So können beispielsweise die Steigung der Bewicklung aus mit Russ beladenen Papierbändem, die Breite dieser Bänder und die Überlappung der Ränder der einzelnen Windungen modifiziert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungskabel, dessen Isolation durch eine Papierbewicklung gebildet ist, die mit Öl oder einer ändern Isolierflüssigkeit imprägniert ist, wobei die Kabelisolation n elektrisch leitende Einlagen enthält, die auf vorgeschriebenen Potentialen gehalten werden und in Dickenrichtung der Kabelisolation so angeordnet sind, dass sie diese in (n+1) Schichten unterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrisch leitende Einlage auf beiden Seiten mit geschlossenen Bandwicklungen aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier bedeckt ist, so dass ein direkter Kontakt zwischen der Kabelisolation und der elektrisch leitenden Einlage verhindert ist.
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High voltage cables
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to avoid a discontinuous potential distribution shown in FIG. In FIG. 1, the solid line shows the course of the potential gradient as a function of the radial distance from the cable conductor if no conductive inserts are provided within the insulation that are at specified potentials, while the dashed lines show the course of the Specify potential gradients if such conductive inserts are used with predetermined potentials. In FIG. 1, R1 denotes the radius of the cable conductor, while R2 denotes the outer radius of the cable insulation.
The conductive inlays can be manufactured in various ways, but it should be noted that the presence of these inlays must not prevent or inhibit the impregnation of the insulation paper. For example, thin metal strips or strips made of metalized paper or metalized plastic strips can be used for this purpose. These tapes can be wound onto the cable ladder in the form of helical turns with the tape edges overlapping, whereby the tapes must be perforated to allow the impregnation medium (liquid oil or other insulating liquid) to pass through.
On the other hand, the tapes can also be wound with gaps between the individual windings, in which case the tapes are perforated! right, because these spaces are already sufficient to ensure good impregnation. This
Execution is cheaper than the first mentioned, but like that it has a serious one
Disadvantage on. In both cases there are gaps between the individual turns of the strips of insulation paper which are filled with the impregnation medium and in which the layer thickness of this medium is at least as great as, if not (depending on the manner in which the winding is made is applied, which forms the metallic surface) is greater than the thickness of the paper strips used to build up the insulation.
These gaps, which are limited in the radial direction on the one hand by a metallic surface and on the other hand by an insulating surface, are the cause of complicated phenomena that are based on the fact that, as is known, metallic surfaces that are in intimate contact with an insulation have a catalytic effect on certain reactions and decomposition processes in the impregnation medium and thereby not only accelerate a change in its physical and electrical properties, but also accelerate it
Impair properties also in an impermissible manner. It should also be mentioned that the.
Metallic strips can have serrations or protrusions, especially if they have been subjected to a perforation process, and that these surface irregularities can lead to corona discharges which are detrimental to the service life of the cable. In the manner described, good utilization of the cable insulation can be achieved, but phenomena occur that give rise to premature ionization.
The aim of the present invention is to create a cable in which the deficiencies explained above are eliminated, but at the same time the advantages that result from the addition of metallic
Inserts with specified potentials can be achieved within the cable insulation and are retained unchanged. For this purpose, according to the invention, the metallic ones are embedded in the insulation
Inserts are completely shielded by strips of semiconducting paper loaded with soot, so that direct contact between the metal forming the conductive insert and the adjacent insulation is avoided.
Theoretical studies and experiments have shown that the insertion of a closed
A layer of semiconducting paper loaded with soot between a metallic surface and the insulation contributes significantly to increasing the value of the electrical stress at which ionization occurs. In the case explained above, in which between the metallic surface and the
If the metallic surface is covered with soot-laden paper in such a way that direct contact between the impregnation medium and the metallic surface is completely prevented, there is, for example, a 30 to 40% increase in stress in which the ionization is used.
The shielding of the metallic inlays, which are kept at a given potential, with soot-laden paper serves a twofold purpose. In addition to the already described effect of preventing direct contact between the metallic surfaces and the insulation and thereby increasing the electrical stress permissible with regard to the use of ionization, it also has another one
Effect of completely shielding any protrusions and irregularities of the metallic surfaces, so that in this way corona discharges are eliminated or prevented, which could otherwise occur in these zones.
Further features of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to FIG. 2. This figure shows a cross section through a single-core cable according to the invention.
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The cable conductor 1 can be a compact, stranded conductor, as indicated in the drawing, or a stranded conductor with an axial passage that is delimited by a metal helix, which acts as a support for the conductor wires and is permeable to oil. A tape 2 made of paper loaded with soot is wound around this cable ladder 1; this band improves the electrical behavior of the cable at normal mains frequencies in a manner known per se. This winding 2 is covered by a first insulation layer 3, which consists of paper, depending on the type of cable with oil or another
Insulating material is impregnated.
The insulation layer 3 is again with a closed winding 4 from
Covered soot-laden paper, above which there is a winding 5, which is formed from metal strips and forms a conductive insert which is brought to a predetermined potential during cable operation. The outer surface of the metallic winding 5 is covered with a closed winding 6 made of paper loaded with soot. It can thus be seen that the metallic insert 5 is completely separated from the insulation layers 3 and 7 by the closed windings 4 and 6 made of paper loaded with soot.
The metallic winding 9 surrounding the second insulation layer 7 forms a second conductive one
Insert, which is also brought to a predetermined potential and is separated from the adjacent insulation layers 7 and 11 by means of closed windings 8 and 10 made of paper loaded with soot. The outer insulation layer 11 is enclosed by the cable sheath 12, which usually consists of lead and can be reinforced by metallic reinforcement (not shown); but it can also be covered by a protective layer made of thermoplastic material (also not shown).
In the cable according to FIG. 2, the entire cable insulation is divided into three layers 3, 7 and 11 by two metallic inserts 5 and 9. It will be understood that the number of these metallic inserts can be varied depending on the operating conditions to which the cable is to be subjected. The wrapping of paper loaded with soot must be self-contained, i.e. H. be complete so that any contact between the insulation and the metallic surfaces is prevented.
Accordingly, this winding can be produced, for example, by winding strips in a helical manner with the prescribed overlap of adjacent turns or by winding strips with gaps between the turns and subsequent winding of further strips with the same pitch in such a way that the second winding clears the spaces between the turns of the first winding covered. Cables with the described structure according to the invention can be used both for alternating current and for direct current.
The described embodiment can of course also be modified within the scope of the invention. For example, the pitch of the wrapping of soot-laden paper tapes, the width of these tapes and the overlapping of the edges of the individual turns can be modified.
PATENT CLAIMS:
1.High-voltage cable, the insulation of which is formed by a paper wrapping that is impregnated with oil or another insulating liquid, the cable insulation containing n electrically conductive inserts that are held at prescribed potentials and are arranged in the thickness direction of the cable insulation so that they are in Subdivide (n + 1) layers, characterized in that each electrically conductive insert is covered on both sides with closed tape windings made of semiconducting paper loaded with soot, so that direct contact between the cable insulation and the electrically conductive insert is prevented.