CH673169A5

CH673169A5 -

Info

Publication number: CH673169A5
Application number: CH327287A
Authority: CH
Inventors: Peter Madry
Original assignee: Kabelmetal Electro Gmbh
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1990-02-15
Also published as: DE3632722A1; DE3632722C2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Einleiter-Hochstromkabel, insbesondere ein innengekühltes Hochstromkabel, dessen isolierter Leiter nach aussen elektrisch abgeschirmt ist. The present invention relates to an electrical single-conductor high-current cable, in particular an internally cooled high-current cable, the insulated conductor of which is electrically shielded from the outside.

Wassergekühlte Einleiter-Hochstromkabel bestehen üblicherweise aus einem das Kühlmedium führenden Innenrohr, dem darüber angeordneten Leiter in Form segmentförmiger Einzelelemente, sowie der Leiterisolierung, die von einer Abschirmung überdeckt ist. Zweck dieser Abschirmung ist zum einen, einen geerdeten Berührungsschutz zu haben, und zum anderen, eventuell im Kabel aufgetretene Fehler messtechnisch einfach erfassen zu können. Ein solches Kabel besitzt aber zwischen Leiter und Abschirmung eine erhebliche Betriebskapazität, die besonders bei hohen Spannungen hohe Ladeströme erfordert. Schnelle Regelvorgänge in der Strom- und Spannungsführung werden durch diese hohe Betriebskapazität erschwert bzw. unmöglich gemacht. Den Nebeneffekt der verwendeten Abschirmung versucht man möglichst gering zu halten, indem für die Kabelisolierung Werkstoffe eingesetzt werden, die neben einem hinreichenden Isolationswiderstand auch noch eine möglichst geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen. Die heute für Kabelisolierungen gebräuchlichen Olefinpolymere oder -copoly-mere erfüllen diese Forderungen nur bedingt, bzw. sind für den Einsatz für Hochstromkabel mit den verhältnismässig grossen Leiterquerschnitten aufgrund der benötigten besonderen Verarbeitungstechnik und des hohen Preises zu kostenintensiv. Water-cooled single-conductor high-current cables usually consist of an inner tube carrying the cooling medium, the conductor arranged above it in the form of segment-shaped individual elements, and the conductor insulation, which is covered by a shield. The purpose of this shielding is, on the one hand, to have an earthed protection against accidental contact and, on the other hand, to be able to easily detect any errors that may have occurred in the cable. However, such a cable has a considerable operating capacity between the conductor and the shield, which requires high charging currents, particularly at high voltages. Fast control processes in the current and voltage routing are made difficult or impossible by this high operating capacity. The side effect of the shielding used is attempted to be kept as low as possible by using materials for the cable insulation which, in addition to a sufficient insulation resistance, also have the lowest possible dielectric constant. The olefin polymers or copolymers commonly used today for cable insulation meet these requirements only to a limited extent, or are too cost-intensive to use for high-current cables with the relatively large conductor cross sections due to the special processing technology required and the high price.

Ausgehend von diesem Stand der Technik bezweckt die Erfindung ein Hochstromkabel zu schaffen, das sich durch eine geringe Betriebskapazität auszeichnet und dennoch kostengünstig herstellbar ist. Based on this prior art, the invention aims to provide a high-current cable which is characterized by a low operating capacity and is nevertheless inexpensive to manufacture.

Das erfindungsgemässe elektrische Einleiter-Hochstromkabel entspricht den kennzeichnenden Merkmalen im Patentanspruch 1. The electrical single-conductor high-current cable according to the invention corresponds to the characterizing features in patent claim 1.

Ein hierdurch gebildetes Mischdielektrikum im elektrisch beanspruchten Bereich zwischen Leiter und Abschirmung, z.B. s aus Luft und dem Isolierwerkstoff Polyethylen, führt zu einer wesentlichen Herabsetzung der Betriebskapazität. Kleinere Ladeströme als bisher üblich erleichtern den Betrieb des Kabels, insbesondere ermöglichen sie eine schnellere Spannungs- oder Stromregelung. Die Erfindung vereint somit die beiden grundle-lo genden Eigenschaften elektrisch hochwertiger Isolierungen, nämlich hohen Isolationswiderstand und kleinstmögliche Dielektrizitätskonstante in sich. Der Einsatz einer aufgeschäumten Isolierung scheidet wegen der ungenügenden mechanischen Festigkeit aus. A resulting mixed dielectric in the electrically stressed area between the conductor and the shield, e.g. s made of air and the insulating material polyethylene, leads to a significant reduction in the operating capacity. Smaller charging currents than previously customary make the operation of the cable easier, in particular they enable faster voltage or current regulation. The invention thus combines the two basic properties of electrically high-quality insulation, namely high insulation resistance and the lowest possible dielectric constant. The use of foamed insulation is ruled out because of the insufficient mechanical strength.

i5 An sich ist es bereits bekannt, die äussere Leitschicht eines elektrischen Mittel- oder Hochspannungskabels mit einem Profil auszustatten (DE-OS 2 808 214), wobei die Zwischenräume zwischen hochstehenden Stegen oder Rippen zur Abdichtung gegen Feuchtigkeit mit einem unter Feuchtigkeitseinfluss quell-20 baren Material ausgefüllt sind. Abweichend von den hier zugrundeliegenden elektrischen Problemen bei Hochstromkabeln geht es bei der bekannten Anordnung um mechanische Probleme bei der Längsabdichtung elektrischer Hochspannungskabel. i5 As such, it is already known to provide the outer conductive layer of an electrical medium or high-voltage cable with a profile (DE-OS 2 808 214), the gaps between upstanding webs or ribs for sealing against moisture with a swellable 20 bar under the influence of moisture Material are filled out. In a departure from the electrical problems with high-current cables on which this is based, the known arrangement deals with mechanical problems in the longitudinal sealing of electrical high-voltage cables.

Vorteilhaft wird nach Anspruch 2 das Profil selbst Teil der 25 Isolierung sein. Dabei kann das Profil nach den Ansprüchen 3 und 4 durch längsverlaufende, aber auch durch wendeiförmig auf der Isolierung verlaufende Stege gebildet sein. In beiden Fällen ist nach Anspruch 5 der Raum zwischen den Stegen des Profils ausgefüllt. According to claim 2, the profile itself will advantageously be part of the insulation. The profile can be formed according to claims 3 and 4 by longitudinal, but also by helically extending webs on the insulation. In both cases, the space between the webs of the profile is filled according to claim 5.

3o Eine andere zweckmässige Ausführungsform ergibt sich nach Anspruch 6 dann, wenn das Profil durch eine oder mehrere auf der Isolierung aufgebrachte Wendeln gebildet ist. Auf diesen Wendeln aus geeigneten Materialien stützt sich dann die Abschirmung gleichsam wie über einem Abstandshalter ab. 35 Werden, wie bei wassergekühlten Kabeln üblich, grosse Leiterquerschnitte und entsprechend hohe Leitergewichte verwendet, dann reicht für den angegebenen Zweck wegen der Steifigkeit des Kabels eine offene Bewicklung der Isolierung oft aus. Another practical embodiment results according to claim 6 when the profile is formed by one or more helixes applied to the insulation. The shielding is then supported on these coils made of suitable materials, as it were over a spacer. 35 If, as is usual with water-cooled cables, large conductor cross-sections and correspondingly high conductor weights are used, then an open winding of the insulation is often sufficient for the stated purpose due to the stiffness of the cable.

Die Wendeln können aus einem dem Werkstoff der Isolie-40 rung vorteilhaft angepassten Isolierstoff bestehen. Sie können aber auch nach Anspruch 7 aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein, so dass beispielsweise die Abschirmung und die Wendeln aus Kupfer bestehen. The coils can consist of an insulating material which is advantageously adapted to the material of the insulation. But they can also be made of a metallic material according to claim 7, so that, for example, the shield and the coils are made of copper.

Zweckmässig ist es ferner, die Abschirmung als geschlossene 45 metallische Hülle auszubilden. Dies kann z.B. nach Anspruch 8 ein längsnahtverschweisster, gewellter Metallmantel aus Kupfer, Stahl oder Aluminium sein. Es kann aber auch ein an sich bekannter sog. Schichtenmantel oder nach Anspruch 9 ein Kunststoffbeschichtetes, längseinlaufend zur Hülle geformtes und an so den Kanten verklebtes Metallband verwendet werden. Weiter ist es nach Anspruch 10 möglich, dass die Abschirmung aus einem auf das Profil gewickelten Metallband besteht. It is also expedient to design the shield as a closed metallic shell. This can e.g. according to claim 8 be a longitudinally welded, corrugated metal jacket made of copper, steel or aluminum. However, it is also possible to use a so-called layered casing known per se or, according to claim 9, a plastic-coated metal strip that is formed longitudinally into the casing and thus glued to the edges. It is further possible according to claim 10 that the shield consists of a metal strip wound on the profile.

Nachfolgend werden anhand von zwei Zeichnungsfiguren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. 55 Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel und Two exemplary embodiments of the invention are described below with reference to two drawing figures. 55 Fig. 1 shows the first embodiment and

Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Fig. 2 shows the second embodiment.

Anwendungsgebiet solcher Kabel ist u.a. die Energieübertragung bei verhältnismässig niederer Spannung, z.B. 3 kV Betriebsspannung zwischen Leiter und Abschirmung, mit einer 60 kurzzeitigen Regelung der Strom- und Spannungswerte, wie sie z.B. für schnell veränderliche Magnetfelder benötigt wird. Der der hohen Stromübertragung angepasste Leiter 1 ist, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, in miteinander verseilte Einzelsegmente 2, die hier sektorförmig im Querschnitt ausgebildet sind, aber 65 auch beliebige andere Querschnittsformen aufweisen können, aufgeteilt. Der Leiter 1 ist von der Isolierung 3, beispielsweise aus Polyethylen, umgeben, an die ein nach aussen weisendes Profil 4 in Form von Stegen angeformt ist. Auf diesem Profil 4 Field of application of such cables is energy transmission at a relatively low voltage, e.g. 3 kV operating voltage between conductor and shield, with 60 short-term regulation of the current and voltage values, e.g. is required for rapidly changing magnetic fields. 1, the conductor 1, which is adapted to the high current transmission, is divided into individual segments 2 stranded with one another, which here are sector-shaped in cross section, but may also have any other cross-sectional shapes. The conductor 1 is surrounded by the insulation 3, for example made of polyethylene, to which an outwardly pointing profile 4 in the form of webs is molded. On this profile 4

3 3rd

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stützt sich als Abschirmung 5 ein gewellter Metallmantel ab, der z.B. aus Kupfer besteht und zusammen mit dem Profil 4 der Isolierung 3 luftgefüllte Kammern 6 einschliesst. Diese Kunststoff-Luft-Isolierung des Leiters 1 führt zu einer erheblichen Senkung der Betriebskapazität zwischen dem Leiter 1 und der durch den Metallmantel gebildeten Abschirmung 5. Die Betriebskapazität setzt sich nun aus einer Reihenschaltung der Kapazitäten von Isolierung 3 und Luft-Stegkombination 6, 4 zusammen. a corrugated metal jacket is supported as a shield 5, which e.g. consists of copper and includes 3 air-filled chambers 6 together with the profile 4 of the insulation. This plastic-air insulation of the conductor 1 leads to a considerable reduction in the operating capacity between the conductor 1 and the shield 5 formed by the metal jacket. The operating capacity is now composed of a series connection of the capacities of insulation 3 and air-bridge combination 6, 4 .

Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 zeigt die Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Kabel durch ein inneres, ein Kühlmittel führendes Rohr 7 während des Betriebes gekühlt wird. Über dem Rohr 7 sind die Einzelsegmente 2 des Leiters 1 verseilt angeordnet. Sie werden überdeckt von der Isolierung 3. Diese Isolierung 3 weist wiederum als Profil 4 angeformte Stege auf, die die Abstützung der Abschirmung 5, etwa in Form eines Schichtenmantels überneh- In a departure from the exemplary embodiment according to FIG. 1, FIG. 2 shows a second exemplary embodiment in which the cable is cooled during operation by an inner tube 7 carrying a coolant. The individual segments 2 of the conductor 1 are arranged stranded above the tube 7. They are covered by the insulation 3. This insulation 3 in turn has webs molded onto it as a profile 4, which take over the support of the shield 5, for example in the form of a layer jacket.

5 men. Die Kammern 6 können zusätzlich auch mit einem anderen Isoliermaterial gefüllt sein. Entscheidend ist aber eine Dielektrizitätskonstante für diesen Werkstoff, die erheblich unter der des für die Isolierung 3 eingesetzten Werkstoffes liegen muss. 5 men. The chambers 6 can also be filled with another insulating material. What is decisive, however, is a dielectric constant for this material, which must be considerably lower than that of the material used for the insulation 3.

io Die Höhe des Profils 4 entspricht zweckmässig etwa der Wanddicke der Isolierung 3. Die Breite der Isolierung 3 ist vorteilhaft so gross, dass höchstens 50% des Raumes zwischen der Isolierung 3 und der Abschirmung 5 ausgefüllt sind. The height of the profile 4 suitably corresponds approximately to the wall thickness of the insulation 3. The width of the insulation 3 is advantageously so large that at most 50% of the space between the insulation 3 and the shield 5 is filled.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

673 169

1. Electrical single-conductor high-current cable, the insulated conductor of which is electrically shielded from the outside, characterized in that the conductor insulation (3) has a profile (4) on the outside, on which the shield (5) rests in the form of a metallic sheath .

2. Cable according to claim 1, characterized in that the profile (4) is itself part of the insulation (3).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Cable according to claim 2, characterized in that the profile (4) is formed by longitudinal webs.

4. Cable according to claim 2, characterized in that the profile (4) is formed by webs extending helically on the insulation (3).

5. Cable according to claim 3 or 4, characterized in that the space between the webs of the profile (4) is filled.

6. Cable according to claim 1, characterized in that the profile (4) is formed by one or more spirals applied to the insulation (3).

7. Cable according to claim 6, characterized in that the coils consist of a metallic material.

8. Cable according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shield (5) consists of a corrugated metal jacket, e.g. from a jacket made of copper, steel or aluminum.

9. Cable according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shield (5) consists of a plastic-coated, longitudinally shaped to the sheath and glued to the edges of the metal band.

10. Cable according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shield consists of a metal strip wound on the profile.