Imprägniertes, dielektrisches Material für Hochspannungskabel, -Kondensatoren oder dergleichen und Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft ein imprägniertes, dielektrisehes Material für Hochspannungs kabel, -Kondensatoren oder dergleichen mit dem es möglich ist, die Verlustcharakteristik und Lebensdauer der damit hergestellten Kabel und Apparate wesentlich zu verbes sern.
Die Hauptursache der Zerstörung der artiger Kabel und Apparate liegt bekannt lich darin, dass bereits anfänglich und im Laufe der Zeit infolge der thermischen Aus dehnung und Zusammenziehung im Innern des Dielektrikums sich kleine Hohlräume bilden, in denen eine Glimmentladung ein setzt, die eine allmähliche Zerstörung des Dielektrikums bewirkt.
Um dieser Gefahr vorzubeugen, ist man bisher so vorgegangen, dass man den Träger des Tränkstoffes (in den meisten Fällen Papierschichten) und das Tränkgut vor dem Tränkprozess einer gründlichen Entgasung unterworfen hat.
Der Hauptzweck dieser Entgasung besteht darin, zu verhindern, dass während des Imprägnierprozesses, und zwar :dann, wenn das bereits bis zu einem gewissen Grad in die Isolation einge drungen ist, aus dem mangelhaft entgasten Tränkmaterial noch Gasreste austreten, die den weiteren Tränkvorgang behindern oder verlängern bezw. nach beendetem Tränk- prozess noch im dielektrischen Material er halten bleiben.
Die Praxis hat nun gelehrt, dass es zwar nach diesem bisher gebräuchlichen Verfahren möglich ist, Kabel oder dergleichen praktisch so gut zu imprägnieren, .dass ihre Verlust charakteristik ganz oder fast ganz frei ist von einem Verlustanteil, der auf die Gegen wart von Hohlräumen hindeutet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Dielektrika trotz anfänglich nahezu idealer Verlust- ,ristik einem Dauerbetrieb unter hoher c 'harakte elektrischer und thermischer Beanspruchung nicht gewachsen sind.
Die Erfindung geht nun aus von der Er- kenntnis, dass die so hergestellten Dielektrika der Zerstörung durch Glimmentladung ge rade .deswegen so leicht unterliegen, weil in den Hohlräumen, die sich auf Grund der Temperaturänderungen des Kabels im Laufe der Zeit naturnotwendig bilden, ein ver hältnismässig geringer Gasdruck herrscht. Bekanntlich ist die Durchschlagfestigkeit einer Gasschicht stark vom Druck abhängig; sie nimmt mit steigendem Druck sehr stark zu.
Das erfindungsgemässe dielektrische Ma terial ist daher so hergestellt, dass in der Tränkmasse eine relativ grosse Menge von Gasen, zum Beispiel inaktiven Gasen, gelöst ist. Die Lösungsfähigkeit der in Betracht kommenden Tränkmittel steigt bekanntlich ausserordentlich stark mit dem Druck an.
Befindet sich in einem Gefäss unter einem bestimmten Druck .die Tränkflüssigkeit, in der ein grosses Gasvolumen gelöst ist, und entsteht innerhalb dieser Tränkflüssigkeit ein Hohlraum, so gibt die Tränkflüssigkeit an diesen Hohlraum Gas ab, welches so lange aus der Flüssigkeit austritt und den Hohl raum ausfüllt, bis es unter dem gleichen Druck wie die Flüssigkeit steht.
Die Herstellung des imprägnierten di- elektrischen Materials kann in der Weise er folgen, dass das Gas in einen der zur H#,r- stellung des Materials verwendeten, dielek- trische Eigenschaften aufweisenden Stoffe, das heisst in die trockene Isolation oder in das Tränkmittel, vor dem Tränkprozess ein geführt wird.
Im folgenden werden zwei Herstellungs- verfahren für solches dielektrisches Material beispielsweise erläutert. Man kann mit den derzeit für die Entgasung verwendeten Ap paraturen, welche auf dem Zerstäubungs- prinzip beruhen, .dem Tränkmittel unter höherem Druck eine grosse Menge Gas, wie Stickstoff oder Kohlensäure einverleiben.
Will man vermeiden, dass eine so vorberei tete Tränkmasse das gelöste Gas wieder ab gibt, so braucht man sie lediglich unetr einen höheren Druck zu setzen, als er bei der Lö sung des Gases angewendet wurde. Mit die- ser Tränkmasse wird dann in an sich be kannter Weise die Kabelisolation oder der gleichen imprägniert.
Es ist hierbei gleich gültig, ob als fester Bestandteil des Isolier materials Papier verwendet wird oder andere 1' aterialien, wie beispielsweise Baumwoll- gespinst, Filmmaterialien oder Kombinatio nen aus verschiedenen Materialien. Weiterhin ist es gleichgültig, ob ein dünnflüssiges oder zähflüssiges<B>01</B> bezw. dickflüssiger oder er härtender Kompound angewendet wird.
Selbstverständlich kann ein mit dem be schriebenen dielektrischen Material herge stelltes Kabel in der üblichen Weise mit einem Bleimantel versehen werden. Statt des Bleimantels kann jedoch auch irgendeine an dere Umhüllung oder Bedeckung gewählt -werden.
Die Einführung des Gases in das dielek- trische Material eines Kabels ist auch so denkbar, dass das im Vakuum getrocknete Kabel vor dem Tränken mit einem Gas, zum Beispiel einem indifferenten Gas, bei .dem erforderlichen Druck gefüllt wird. Es ist angezeigt, in einem solchen Falle ein Gas zu verwenden, .das verhältnismässig leicht und in grösserer Menge in dem nun einzuführen den Tränkmittel (Öl oder Kompound) löslich ist.
Mit dem letztgenannten Verfahren kann man erreichen, dass bei völliger Tränkung des Kabels die innern Schichten, in denen bei Temperaturänderungen des Kabels insbeson dere die Gefahr der Hohlraumbildung vor liegt, in stärkerem Masse mit Gas beladen sind als die äussern Schichten.
Die Gase befinden sich in dem Kabel un mittelbar nach der Fertigstellung nicht als Gasblasen, sondern sie sind in dem Tränk mittel gelöst. Erst wenn im Laufe des Be triebes infolge der Temperaturschwankungen oder aus andern Gründen Hohlräume auf treten, entweicht Gas aus dem Tränkmaterial und füllt diese Hohlräume aus und ist nun mehr gleichsam in Bläschenform im Dielek- trikum enthalten.
Der Druck innerhalb dieser Bläschen steigt asympthotisch bis zu dem Wert an, der bei Lösung des Gases im Tränk- hompound vorlag-. Man kann somit, auf diese Weise je nach der Vorbehandlung des Tränk- mittels bezw. des Kabels beliebige Drucke innerhalb der Hohlräume, die sich im Betrieb hilden, erzielen. Praktisch wird man sich damit begnügen, den Druck so hoch zu wäh len, dass bei der herrschenden elektrischen Beanspruchung und Hohlraumgrösse kein Glimmen auftreten kann.
Bei verhältnis mässig geringer spezifischer Beanspruchung (beispielsweise bei Kabeln, bei denen das Di- elektrikum bereits aus mechanischen Grün den verhältnismässig stark bemessen ist), ge nügt beispielsweise ein Druck von einer Atmosphäre. Bei höheren Beanspruchungen (beispielsweise bei Hochspannungskabeln, bei denen man wiederum aus mechanischen Gründen auf eine relativ knappe Bemessung angewiesen ist), sind höhere Drucke erfor derlich, die etwa \? bis 10 Atmosphären und eventuell mehr betragen können.
Je nach der Höhe des Druckes, der im Kabel zugelassen ist, und je nach dem Ma terial, aus dem der Mantel besteht, wird man dafür Sorge tragen, dass eine unnötige oder unzulässige Weitung des Mantels nicht ein treten kann. Verwendet man als Mantel material beispielsweise Blei, so ist es zweck mässig, dieses bei hohen Drucken in bekann ter Weise, beispielsweise durch eine Druck bandage, druckfest zu gestalten.
Die Hoch spannungskabel können dem Gürteltyp, dem metallisierten Typ oder dem Dreimanteltyp angehören; ihre Leiter können Massivleiter, Vollseile oder Hohlseile sein, und die Kabel Ein- oder Mehrleiterkabel. In besonderen Fällen kann es auch zweckmässig sein, die ummantelten Kabel in an sich bekannter Weise in druckfesten Rohren zu verlegen. in denen auf das ummantelte Kabel von aussen her ein Druck ausgeübt wird, um eine Weitung des Mantels zu verhindern.
Impregnated dielectric material for high voltage cables, capacitors or the like and process for its manufacture. The invention relates to an impregnated, dielectric material for high-voltage cables, capacitors or the like with which it is possible to significantly improve the loss characteristics and service life of the cables and apparatus produced therewith.
The main cause of the destruction of this type of cable and apparatus is known to be the fact that initially and over time as a result of thermal expansion and contraction inside the dielectric, small cavities form in which a glow discharge sets in, which gradually destroys the Dielectric causes.
In order to prevent this risk, the previous approach was to subject the carrier of the impregnation material (in most cases paper layers) and the material to be impregnated to thorough degassing before the impregnation process.
The main purpose of this degassing is to prevent gas residues from escaping from the inadequately degassed impregnation material during the impregnation process, namely: when this has already penetrated the insulation to a certain extent, which hinder or impregnate the further impregnation process extend resp. remain in the dielectric material after the end of the impregnation process.
Practice has now shown that it is possible, using this previously common method, to impregnate cables or the like practically so well that their loss characteristics are completely or almost completely free of any loss that indicates the presence of cavities. It has been found, however, that such dielectrics, in spite of initially almost ideal loss characteristics, are not able to withstand continuous operation under high electrical and thermal stress.
The invention is based on the knowledge that the dielectrics produced in this way are easily subject to destruction by glow discharge, because in the cavities that naturally form due to the temperature changes in the cable over time, a ver relatively low gas pressure prevails. It is known that the dielectric strength of a gas layer is strongly dependent on the pressure; it increases sharply with increasing pressure.
The dielectric material according to the invention is therefore produced in such a way that a relatively large amount of gases, for example inactive gases, is dissolved in the impregnating compound. It is known that the dissolving power of the impregnating agents in question increases extraordinarily strongly with the pressure.
If the impregnating liquid, in which a large volume of gas is dissolved, is located in a vessel under a certain pressure, and a cavity is created within this impregnating liquid, the impregnating liquid releases gas into this cavity, which exits the liquid for a long time and creates the cavity until it is under the same pressure as the liquid.
The impregnated dielectric material can be produced in such a way that the gas is converted into one of the substances that have dielectric properties used to produce the material, i.e. into the dry insulation or the impregnating agent, is introduced before the impregnation process.
Two production methods for such a dielectric material are explained below, for example. With the equipment currently used for degassing, which are based on the atomization principle, a large amount of gas, such as nitrogen or carbonic acid, can be incorporated into the impregnating agent under higher pressure.
If one wants to avoid that an impregnating mass prepared in this way releases the dissolved gas again, one only needs to set it under a higher pressure than was used when the gas was dissolved. The cable insulation or the like is then impregnated with this impregnating compound in a manner known per se.
It does not matter whether paper is used as an integral part of the insulating material or other materials, such as cotton spun, film materials or combinations of different materials. Furthermore, it does not matter whether a thin or viscous <B> 01 </B> or. thick or hardening compound is used.
Of course, a cable made with the dielectric material described above can be provided with a lead sheath in the usual manner. Instead of the lead jacket, however, any other wrapping or covering can be chosen.
The introduction of the gas into the dielectric material of a cable is also conceivable in such a way that the cable, which has been dried in a vacuum, is filled with a gas, for example an inert gas, at the required pressure before it is impregnated. In such a case, it is advisable to use a gas that is relatively easy and in larger quantities soluble in the impregnating agent (oil or compound) to be introduced.
With the last-mentioned method, it can be achieved that when the cable is completely soaked, the inner layers, in which there is a particular risk of cavities when the temperature changes in the cable, are more heavily loaded with gas than the outer layers.
The gases are not in the cable immediately after completion as gas bubbles, but they are dissolved in the impregnation medium. Only when cavities appear in the course of operation as a result of temperature fluctuations or for other reasons does gas escape from the impregnating material and fill these cavities and is now contained in the dielectric in the form of bubbles.
The pressure within these bubbles rises asympthotically up to the value that was present when the gas was dissolved in the impregnation compound. One can thus, respectively, in this way, depending on the pretreatment of the impregnating agent. of the cable can achieve any pressure within the cavities that are in operation. In practice, you will be content with choosing the pressure so high that no glowing can occur with the prevailing electrical stress and cavity size.
In the case of relatively low specific stress (for example in the case of cables in which the dielectric is relatively high for mechanical reasons), a pressure of one atmosphere is sufficient, for example. In the case of higher loads (for example in the case of high-voltage cables, which in turn have to be relatively tightly dimensioned for mechanical reasons), higher pressures are required. up to 10 atmospheres and possibly more.
Depending on the level of pressure that is permitted in the cable and depending on the material from which the jacket is made, care will be taken to ensure that unnecessary or impermissible expansion of the jacket cannot occur. If lead is used as the jacket material, for example, it is useful to make it pressure-resistant at high pressures in a well-known manner, for example by means of a pressure bandage.
The high voltage cables can be of the belt type, the metallized type or the three-jacket type; their conductors can be solid conductors, solid ropes or hollow ropes, and the cables single or multi-core cables. In special cases it can also be useful to lay the sheathed cables in pressure-resistant pipes in a manner known per se. in which pressure is exerted on the sheathed cable from the outside in order to prevent the sheath from expanding.