Hochspannungsölkabel Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspan- nungsölkabel für Wechsel- oder Gleichspannung, wo bei zwischen dem Leiter und dem Kabelmantel min destens zwei Schichten eines organischen Kunststoffes vorhanden sind, die nur durch Öl voneinander ge trennt sind.
Diese bekannten Kabel haben aber bisher keine ausgedehnte Anwendung finden können, da die Be wegungsmöglichkeit des Öls in der Kabelisolation zu gering war.
Im Zusammenhang hiermit ist denn auch bereits vorgeschlagen worden., zwischen den Schichten Di stanzstücke anzuordnen.
Der so vergrösserte Raum zwischen den filmför migen Schichten begünstigt zwar die Bewegung des Öls, ist aber für die Durchschlagfestigkeit der Kabel nachteilig.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, bei Hochspan- nungskabeln mit einer Kabelisolation, bestehend aus einer Anzahl Kunststoffschichten, in diesen Schichten in grösserem Abstand voneinander Rillen anzubrin gen. Diese Massnahme hatte ebenfalls einen günstigen Einfluss auf die Ölbewegung, aber die Durchschlag festigkeit dieser Kabel war nur wenig höher als. die jenige von Kabeln, in denen diese Rillen fehlten.
Es wurde nun gefunden, dass eine beträchtliche Verbesserung der Durchschlagfestigkeit der Kabel erreicht werden kann, wenn die Oberfläche der Schichten auf eine besondere Weise bearbeitet ist.
Die Erfindung besteht nun darin, dass die Schich ten aus Isolationsmaterialfolien bestehen, die minde stens an einer Seite eine mit Erhöhungen und Ver tiefungen versehene Oberfläche aufweisen.
Als Isolationsmaterial kommen nur die Kunst stoffe in Betracht, die gegen die Einwirkung des im Kabel vorhandenen Öls in hohem Masse beständig sind, wie Polyester, von denen hochpolymere Po1y- methylenterephthalate, insbesondere Polyäthylen- terephthalat, sowie Polycarbonate Vertreter sind, Polyamide, Polyalkane, wie Polyäthylen, Polypropen, Polytuten, Polybutadien oder Mischpolymerisate da von, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Celluloseester,
wie Celluloseacetat. Von diesen Kunststoffen werden vorzugsweise diejenigen gebraucht,. deren dielektrische Konstante möglichst wenig von derjenigen des zwischen den film- förmigen Schichten vorhandenen Öls verschieden ist. In diesem Fall ist die Verteilung der Feldstärke im Dielektrikum beträchtlich günstiger als wenn der Unterschied grösser ist.
Das Öl wird bei einem geringen Unterschied., was die dielektrischen Konstanten an belangt, weniger schwer belastet, so dass die Durch schlagfestigkeit der vorgeschlagenen Konstruktion grösser isst und demzufolge eine grössere Feldstärke zugelassen werden .kann.
In Kabeln für Wechselspannung werden weiter hin an erster Stelle Kunststoffe mit niedrigen dielek- trischen Verlusten angewandt werden.
Eine wichtige Rolle bei der Wahl des. anzuwen denden Kunststoffes spielt auch der Erweichungs@ punkt dieses Stoffes im Zusammenhang mit der in den Kabeln zuzulassenden Maximaltemperatur.
Dazu kann bemerkt werden, dass die normale Gebrauchstemperatur der beschriebenen Kabel zwi schen 60 und 80 C liegt, während bei Kurzschluss Temperaturen zwischen 120 und 180 C auftreten können. Durch das Treffen von besonderen Massnah men kann jedoch ein Erreichen des letztgenannten Temperaturgebietes verhindert werden. In diesem Falle sind Kunststoffe mit einem niedrigeren Erwei- chungspunkt als Isolationsmaterial brauchbar.
Im Zusammenhang mit diesem und jenem werden als Ausgangsstoff für die Schichten vorzugsweise Polyester, wie hochpolymere Polymethylenterephtha- late und Polycarbonate angewandt.
Die Folienoberfläche kann beispielsweise gewellt sein und dadurch erhalten werden, dass die Folie zwi schen profilierte und gegebenenfalls erwärmte Druck walzen geführt wird.
Auch ist es möglich, die Folienoberfläche so zu behandeln, dass man auf die Oberfläche Teilchen geringer Abmessungen festklebt. Dies kann so er reicht werden, dass man die Folienstreifen mit einer Klebemittelschicht bedeckt, sodann die Teilchen auf die Oberfläche bläst und schliesslich das Klebemittel erhärten lässt. Auch können die Teilchen in warm plastischem Zustand auf die Oberfläche gestäubt wer den.
Die auf die Oberfläche geblasenen Stoffe können aus dem gleichen Polymer wie die Folie oder aus anderen Stoffen bestehen.
Die angewandten Stoffe können bei dieser Aus führung sowohl organischer wie anorganischer Art sein.
Ferner können die Erhöhungen an einer oder beiden Oberflächen dadurch erhalten werden, dass vorzugsweise mit Hilfe von Schleifscheiben die Ober fläche bekratzt wird.
Dieses Kratzen kann dadurch ausgeführt werden., dass die Folienstreifen mit einer verhältnismässig ge ringen Geschwindigkeit in .der Längsrichtung über eine Schleiffläche gezogen werden, die mit einer Ge schwindigkeit, die beträchtlich grösser als die Fort bewegungsgeschwindigkeit der Folie ist, quer zur Längsrichtung des Streifens hin und her bewegt wird. Zur Verbesserung des Kontaktes zwischen der Folie und der Schleiffläche kann letzterer in der Fortbewe gungsrichtung der Folie eine konvexe Oberfläche ge geben werden, während die Folie mit einer Krüm mung über diese gewölbte Oberfläche geführt wird.
Eine sogenannte Gaufrierung der Oberfläche wird jedoch vorgezogen, da hiermit eine sehr genaue und über die ganze Oberfläche gleichmässige Rauhung der Oberfläche erhalten werden kann.
Das Muster der Gaufrierung kann verschiedene Formen aufweisen, um eine genügende Rauhung zu erhalten.
In Kabeln, bei denen die Isolationsmaterialschich- ten aus schraubenlinienförmig gewundenen Folien streifen bestehen, die in aufeinanderfolgenden Schich ten versetzt zueinander angeordnet sind, kann vor zugsweise ein Gaufrierungsmuster angewandt werden, das aus geradlinigen und parallel zueinander verlaufen den Rillen besteht, die quer zu den Längsrändern der Streifen gerichtet sind und bis zu diesen Rändern durchlaufen.
Bei einem derartigen Muster sind zwischen den genannten Längsrändern rillenföry-nige kleine Kanäle vorgesehen, durch welche eine Strömung des Öls er folgen kann. Unter quer wird in diesem Zusammenhang so wohl eine Richtung senkrecht zur Länge des Folien- streifens wie eine Richtung" die mehr oder weniger davon abweicht, verstanden. Im Prinzip ist es nur erforderlich, dass die Rillenrichtung die Längsrich tung des Streifens schneidet.
Vorzugsweise wird das Linienmuster aber derart auf den Folienstreifen angebracht, dass die Rillen un ter einem rechten Winkel mit der Achse dieser Strei fen verlaufen. Dieser Verlauf der Rillen sichert eine grösstmögliche Bewegung des Öls.
Die Tiefe der Vertiefungen hängt vorzugsweise von der erwünschten Bewegung des Öls im Kabel ab. Günstige Resultate werden erhalten, wenn der Ab stand zwischen den Vertiefungen nicht kleiner als dreimal die Tiefe dieser Vertiefungen ist. So kann z. B. die Tiefe 10 Mikron und der gegenseitige Ab stand der Vertiefungen nicht grösser als 0,3 mm sein.
Bei einer Dicke der Folien von 50 bis 80 Mikron, einer Breite von 20 mm und einer geradlinigen Gau- frierung erweisen sich linienförmige Rillen mit einer Tiefe von 8 Mikron und einer Rillendichte von 10 pro mm als vorteilhaft. Die Werte gelten für eine Viskosität des Öls von etwa 40 centistokes bei 20 C.
Bei Anwendung von dünneren Folienstreifen als Kabelisolation kann und muss in vielen Fällen die Tiefe der Rauhung auch geringer sein. Bei einer Foliendicke von 10 Mikron wird die Rillentiefe z. B. 1 Mikron sein.
Um das oben beschriebene Resultat in bezug auf die Ölströmung zu erzielen, genügt es im allgemei nen, die Schichten einseitig aufzurauhen, aber es ist auch möglich, dies beidseitig zu tun. Mit dieser dop pelseitigen Behandlung der Folie sind aber verschie dene Nachteile verbunden. An erster Stelle ist diese Ausführungsform kostspieliger.
Ferner besteht besonders bei Anwendung von Gaufrierwalzen zur Gewinnung der geraubten Ober flächen die Gefahr, dass Erhöhungen auf der einen Folienoberfläche mehr oder weniger passend in die Vertiefungen der dagegen anliegenden Oberfläche eines anderen Streifens greifen. Dadurch wird eine gleichmässige Ölströmung gehemmt.
Dieser letzte Nachteil kann jedoch dadurch be seitigt werden, dass die beiden Seiten der Folie auf verschiedene Weise gaufriert werden. Dies kann aber Anlass zu einer ungleichmässigen Bewegung des Öls im Kabel geben.
Auch im Zusammenhang mit dieser letzten Tat sache wird es vorgezogen, für den Aufbau des Kabels einseitig geraubte Schichten anzubringen.
Falls die Folien des Kunststoffes eine Schrumpf neigung aufweisen bei den Temperaturen, die im Kabel auftreten können, kann es vorteilhaft sein, diese Folien vor der Anordnung um den Leiter auf bekannte Weise, wie durch Erwärmung in spannungs freiem Zustand, derart zu stabilisieren:, dass bei der erwähnten Temperatur keine oder praktisch keine Schrumpfneigung mehr in den Folien vorhanden ist. Bei Anwendung von Streifen, bestehend aus hoch polymeren Polymethylenterephthalaten in Kabeln, die auch bei wiederholtem Kurzschluss ihre Bewegungs möglichkeit für das<B>öl</B> beibehalten müssen, hat sich eine vorhergehende Erwärmung auf etwa 180 C der sich in spannungsfreiem Zustand befindenden Strei fen als vorteilhaft erwiesen.
Ist es dagegen nur erforderlich, dass die Kabel gegen die im normalen Betrieb vorkommenden Tem peraturen beständig sein sollen -dies, wenn Massnah men getroffen sind, bei Kurzschluss eine weitere Tem peratursteigung zu verhindern - so genügt eine weniger weitgehende Stabilisation.
Obwohl es möglich ist, in den Kabeln für alle Schichten Folienstreifen derselben Dicke zu gebrau chen, ist dies nicht nötig. Vorteilhafter ist es, unmit telbar um den Leiter Schichten einer Dicke von weniger als 50 Mikron mit geradlinigen Rillen einer Tiefe von 3 bis 5 Mikron anzuwenden, wobei die Schichten aus schraubenlinienförmig gewundenen Streifen einer Breite von 10 bis 15 mm bestehen,
während in grösserem Abstand vom Leiter Streifen einer Dicke von mehr als 50 Mikron und einer Ril- lentiefe von 8 bis 12 Mikron bei einer Streifenbreite von 15 bis 20 mm angewandt werden.
High-voltage oil cable The invention relates to a high-voltage oil cable for alternating or direct voltage, where at least two layers of an organic plastic are present between the conductor and the cable jacket, which are only separated from one another by oil.
These known cables have so far not been able to find widespread use, since the possibility of movement of the oil in the cable insulation was too low.
In connection with this, it has also already been proposed to arrange punching pieces between the layers.
The increased space between the film-shaped layers promotes the movement of the oil, but is disadvantageous for the dielectric strength of the cables.
It has also already been proposed that, in high-voltage cables with cable insulation consisting of a number of plastic layers, grooves be made in these layers at a greater distance from one another. This measure also had a beneficial effect on the oil movement, but the dielectric strength of these cables was only low higher than. that of cables in which these grooves were missing.
It has now been found that a considerable improvement in the dielectric strength of the cables can be achieved if the surface of the layers is processed in a special way.
The invention consists in that the layers consist of foils of insulation material, which have at least one side with a surface provided with elevations and depressions.
Only those synthetic materials come into consideration as insulation material, which are highly resistant to the action of the oil present in the cable, such as polyesters, of which high-polymer polyethylene terephthalates, in particular polyethylene terephthalate, and polycarbonates are representatives, polyamides, polyalkanes, such as Polyethylene, polypropene, polytutene, polybutadiene or copolymers there from, polyvinyl chloride, polystyrene and cellulose ester,
like cellulose acetate. Of these plastics, those are preferably used. whose dielectric constant differs as little as possible from that of the oil present between the film-shaped layers. In this case the distribution of the field strength in the dielectric is considerably more favorable than when the difference is greater.
With a slight difference, the oil is less heavily loaded, as far as the dielectric constants are concerned, so that the dielectric strength of the proposed construction is greater and consequently a greater field strength can be permitted.
In cables for AC voltage, plastics with low dielectric losses will continue to be used primarily.
The softening point of this substance in connection with the maximum temperature allowed in the cables also plays an important role in the choice of the plastic to be used.
It should be noted that the normal usage temperature of the cables described is between 60 and 80 C, while temperatures between 120 and 180 C can occur in the event of a short circuit. By taking special measures, however, reaching the last-mentioned temperature range can be prevented. In this case, plastics with a lower softening point can be used as insulation material.
In connection with this and that, polyesters, such as high-polymer polymethylene terephthalates and polycarbonates, are preferably used as the starting material for the layers.
The film surface can, for example, be corrugated and obtained by guiding the film between profiled and optionally heated pressure rollers.
It is also possible to treat the surface of the film in such a way that particles of small dimensions are adhered to the surface. This can be achieved by covering the film strips with an adhesive layer, then blowing the particles onto the surface and finally allowing the adhesive to harden. The particles can also be dusted onto the surface in a warm, plastic state.
The fabrics blown onto the surface can be made from the same polymer as the film or from other fabrics.
The substances used can be both organic and inorganic in this execution.
Furthermore, the elevations on one or both surfaces can be obtained by scratching the surface, preferably with the aid of grinding wheels.
This scratching can be carried out by pulling the film strips at a relatively low speed in the longitudinal direction over a grinding surface, which is transverse to the longitudinal direction of the strip at a speed that is considerably greater than the speed of movement of the film and is moved here. To improve the contact between the film and the grinding surface, the latter can be given a convex surface in the direction of movement of the film, while the film is guided with a curvature over this curved surface.
A so-called embossing of the surface is preferred, however, since this allows a very precise and even roughening of the surface to be obtained over the entire surface.
The pattern of the embossing can have various shapes in order to obtain a sufficient roughening.
In cables in which the insulation material layers consist of helically wound foils, which are arranged offset from one another in successive layers, an embossed pattern can preferably be used, which consists of straight and parallel grooves that run transversely to the longitudinal edges the stripes are directed and run through to these edges.
In such a pattern, grooved small channels are provided between said longitudinal edges through which a flow of the oil can follow. In this context, transverse is understood to mean both a direction perpendicular to the length of the film strip and a direction that deviates more or less therefrom. In principle, it is only necessary that the groove direction intersects the longitudinal direction of the strip.
Preferably, however, the line pattern is applied to the film strip in such a way that the grooves run at right angles to the axis of these strips. This course of the grooves ensures the greatest possible movement of the oil.
The depth of the recesses preferably depends on the desired movement of the oil in the cable. Favorable results are obtained when the distance between the depressions is not less than three times the depth of these depressions. So z. B. the depth 10 microns and the mutual from stood the wells not be greater than 0.3 mm.
With a thickness of the foils of 50 to 80 microns, a width of 20 mm and a rectilinear embossing, linear grooves with a depth of 8 microns and a groove density of 10 per mm are advantageous. The values apply to a viscosity of the oil of about 40 centistokes at 20 C.
When using thinner foil strips as cable insulation, the depth of the roughening can and must in many cases be less. With a film thickness of 10 microns, the groove depth z. B. 1 micron.
In order to achieve the result described above with regard to the oil flow, it is generally sufficient to roughen the layers on one side, but it is also possible to do this on both sides. However, various disadvantages are associated with this double-sided treatment of the film. In the first place, this embodiment is more expensive.
Furthermore, especially when embossing rollers are used to recover the stolen surfaces, there is the risk that elevations on one film surface will more or less fit into the depressions of the surface of another strip which is in contact with it. This prevents an even flow of oil.
However, this last disadvantage can be eliminated by embossing the two sides of the film in different ways. However, this can give rise to uneven movement of the oil in the cable.
In connection with this last fact, too, it is preferred to apply layers stolen on one side for the construction of the cable.
If the foils of the plastic have a tendency to shrink at the temperatures that can occur in the cable, it can be advantageous to stabilize these foils in a known manner, such as by heating them in a stress-free state, before they are arranged around the conductor: at the temperature mentioned there is no or practically no tendency to shrink in the films. When using strips consisting of highly polymeric polymethylene terephthalates in cables, which must retain their freedom of movement for the <B> oil </B> even after repeated short circuits, the strip, which is in a tension-free state, has been heated to around 180 C beforehand fen proven to be beneficial.
If, on the other hand, it is only necessary that the cables should be resistant to the temperatures occurring during normal operation - if measures have been taken to prevent a further rise in temperature in the event of a short circuit - less extensive stabilization is sufficient.
Although it is possible to use foil strips of the same thickness for all layers in the cables, this is not necessary. It is more advantageous to use layers less than 50 microns thick immediately around the conductor with straight grooves 3 to 5 microns deep, the layers consisting of helically wound strips 10 to 15 mm wide,
while at a greater distance from the conductor strips with a thickness of more than 50 microns and a groove depth of 8 to 12 microns and a strip width of 15 to 20 mm are used.