DE1055630B - Zugfestes Gleichstrom-Hochspannungskabel, insbesondere Tiefseekabel - Google Patents

Description

Für die Gleichstrom-Hochspannungsübertragung sind nach den bisher bekannten Vorschlägen Kabel mit einer getränkten Papierisolierung vorgesehen. Für den Fall der Verlegung derartiger Kabel in tiefen Gewässern müssen sie mit einer zugfesten und mögliehst torsionsfreien Bewehrung versehen werden, z. B. mit zwei Lagen von in entgegengesetzter Richtung verseilten Stahldrähten. Derartige Bewehrungen erhöhen in nachteiliger Weise das Gewicht des Kabels und sowohl die Herstellungs- als auch die Transport- und Verlegekosten. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.

Es ist bereits ein elektrisches Tiefseekabel;, insbesondere Fernmeldetiefseekabel, bekanntgeworden, bei welchem sowohl die Isolierung als auch die über dem Guttaperchamantel befindliche Panzerung bzw. Bewehrung .aus einer oder mehreren geschlossenen Lagen von Polystyrolformsträngen besteht und die Zwischenräume der Formstränge mit einer mehr oder weniger flüssigen oder zähflüssigen Masse ausgefüllt sind. Bei einem -derartigen Kabel kann infolge der Verwendung von zugfesten Polystyrolfornisträngen auf eine äußere Stahldrahtbewehrung verzichtet werden. Die Isolierung besteht aus mehreren Lagen von Polystyrolformsträngen, so daß die Isolierung ebenso wie die Panzerung für sich torsions frei ausgebildet werden kann. In Anlehnung an diese Konstruktion wird nach neueren bekannten Vorschlägen .zur Herstellung eines koaxialen Kabels über einem zentralen torsionsfreien Stahlseil ein dünnwandiges Kupferrohr als Innenleiter und über der Isolierung ein Außenleiter aus Kupferbändern oder in Form eines gewellten Kupfer- oder Aluminiumrohres angeordnet. Es wird also nicht nur die Isolierung, sondern .auch 4er Innenleiter zusammen mit dem -torsionsfreien Stahlseil zugfest und torsiomsfrei ausgebildet. Weiterhin wird nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag die aus profilierten Polystyrolsträngen bestehende Isolierung eines Tiefseekabels so zugfest ausgebildet, daß sie gleichzeitig die sonst von der Bewehrung aufgenommenen -Zugkräfte auszuhalten imstande ist. Über der Isolierung folgt ein wasserdichter Kabelmantel aus Polyäthylen oder aus Aluminium, der noch durch .äußere Lagen .aus Jute od dgl. .geschützt wird. Äußere Bewehrungsdrähte sind aber 4-5 nicht vorhanden.

Gemäß der Erfindung ist die Isolierung eines zugfesten - Gleichstrom-Hochsjp'annungskabels, insbesondere Tiefseelcabels., durch die Kombination von folgenden an sich bekannten Isolierschichten gekennzeichnet.: einer unmittelbar .auf dem Leiter aufliegenden Schicht hoher Durchschlagfestigkeit aus mehreren Lagen von Isolierstoffbändern und aus darüberliegenden abwechselnden Lagen von mit großem Schlag Zugfestes
Gleichs tr om-Ho chsp anrmngskab el,
insbesondere Tiefseekabel

Anmelder:

Siemens-Sctmckertwerke
Aktiengesellscnaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Slemens-Str. 50

Emst Fischer, Berlin-I.icMerfcldo,
ist als Erfinder genannt worden

verseilten zugfesten Isolierstoff-Formsträngen und gewickelten Isolierstoffbändern.

Bei einer derartigen Kombination bekannter Isolierschichten hei Gleichstrom-Hochspannungskabeln wird die erforderliche Durchschlagfestigkeit des Kabels in erster Linie durch die unmittelbar auf dem Leiter aufliegende Schicht aus mehreren Lagen von Isolierstoffbändern und die Zugfestigkeit des Kabels in erster Linie durch die über der inneren durehschlagfesten Isolierschicht angeordneten abwechselnden Lagen von mit großem Schlag verseilten zugfesten Isolierstoff-Formsträngen erreicht, wobei die über jeder Lage von zugfesten Isolierstoff-Formsträngen gewickelten Isolierstoffbänrier die Durchschlagfestigkeit der Isolierung noch weiterhin erhöhen und gleichzeitig ■die Formstränge in ihrer vorgeschriebenen Lage festhalten.

Die unmittelbar über dem Leiter angeordnete durchschlagfes.te Schicht ,kann in der in der Hochspannungs-Kabeltechnik üblichen Weise aus mehreren getränkten Papierbandlagen aufgebaut sein. Außer Papierbändern sind hierfür auch Folien aus Polystyrol, Polyäthylen od. dgl. verwendbar. Für die Isolierstoff-Formstränge eignet sich in erster Linie ein zugfester Isolierstoff, dessen spezifisches Gewicht möglichst wenig von I₃O abweicht, _z. B. Polystyrol, dessen Festigkeitseigenschaften in bekannter Weise durch ein Warmreckverfahren verbessert worden sind. Es sind aber auch andere zugfeste Isolierstoffe, wie Polyamid, -verwendbar. " "

Zur weiteren Erhöhung der Spannungsfestigkeit werden alle Hohlräume .der Isolierung in der in -der Hochspannungs-Kabeltechnik .üblichen Weise mit

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einem Öl, ζ. Β. Paraffinöl, das frei von Aromaten ist, oder einer geeigneten Tränkmasse ausgefüllt. Mit Rücksicht auf den auf ein Tiefseekabel lastenden hohen Wasserdruck werden als Ausfüllmassen vor-teilhaft halb- bzw. zähflüssige Isolierstoffe verwendet. Bei der Auswahl der Ausfüllstoffe ist darauf zu achten, daß diese gegenüber dem für die Formstränge verwendeten Isolierstoff, wie Polystyrol, indifferent sind. Beispielsweise kommen hydrierter Kautschuk oder andere verlustarme Stoffe, wie niedermolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 in Frage.

Der Leiter des Kabels wird zweckmäßig zugfest ausgebildet. Vorteilhaft besteht der Leiter ganz oder teilweise aus einem Material hoher Zugfestigkeit, z. B. aus Hartkupfer oder einer zugfesten Kupferlegierung, z. B. einer Beryllium-Kupfer-Legierung. Ferner sind zugfeste Aluminiumlegierungen hoher Leitfähigkeit verwendbar, z. B. eine Aluminiumlegierung mit 0,4 bis 0,5% Mg, 0,5 bis 0,6% Si und maximal 0,3% Fe. Besonders vorteilhaft ist es, den Leiter aus einem zentralen, vorzugsweise drallfreien Stahlseil und einer oder mehreren Verseillagen, gut leitender Formdrähte aufzubauen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den Fig. 1 bis 2 sind zwei Ausführungsbeispiele von Gleichstrom-Hochspannungskabeln gemäß der Erfindung dargestellt. Bei allen beiden Beispielen besteht der Leiter aus dem zentralen zugfesten Stahlseil 10 und den darum verseilten Profildrähten 11 aus Kupfer, Aluminium od. dgl. Der wasserdichte Kabelmantel 12 besteht aus Gewichtsersparnisgründen vorteilhaft aus einem unhygroskopischen Isolierstoff bzw. einer unhygroskopischen .Isolierstoffmischung, z. B. aus Polyäthylen oder aus einer Polyisobutylenmischung mit Ruß- und/oder Graphitzusatz, die einen geringen Anteil, vorzugsweise 2 bis 10 Teile, bezogen auf 100 Teile Polyisobutylen, eines vulkanisierbaren oder vernetzbaren Stoffes nebst den erforderlichen Vulkänisations- bzw. Vernetungsmitteln enthält.

Die Fig. 1 zeigt ein Gleichstrom-Hochspannungskabel, bei dem unmittelbar über dem Leiter eine durchschlagfeste getränkte Schicht 18 aus mehreren Lagen von Papierbändern angeordnet ist. Hierüber folgen eine Verseillage 13 ,'aus zugfesten Fäden aus gerecktem Polystyrol, eine ein- oder mehrlagige Isolierstoffbandwicklung 19, eine zweite in entgegengesetzter Richtung zur ersten Verseillage 13 gerichtete Verseillage 14, ebenfalls aüs Fäden aus gerecktem Polystyrol, eine ein- oder mehrlagige Isolierstoffbandwicklung 15, eine leitende Bandwicklung 16, ein wasserdichter Kabelmantel 12 und die äußeren getränkten Faserstoffschichtep 20 und 20', in die einzelne, mit großem Schlag verseilte Stahldrähte oder Stahllitzen 21 eingebettet sind. Alle innerhalb der Isolierung, d. h. innerhalb des Kabelmantels vorhandenen Hohlräume sind mit einer flüssigen bzw. halboder zähflüssigen Isoliermasse ausgefüllt. Hierdurch wird gleichzeitig die Durchschlagfestigkeit und die Druckfestigkeit der Isolierung wesentlich erhöht.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die Isolierung aus mehr als zwei Verseillagen von Isolkrstoff-Formsträngen besteht, und zwar aus den Verseillagen 23, 24, 25 und 26, wobei die Verseillagen 23 und 24 Rechtsdrall und die Verseillagen 25 und 26 Linksdrall haben. Zwischen den Verseillagen sind in Übereinstimmung mit der Fig. 1 die Isolierstoffbandwicklungen 27 und 28 ange-

ordnet. Eine weitere Abweichung von der Fig. 1 ist in der Anordnung einer dickeren Isolierschicht 29 etwa in der Mitte der Isolierung zu erblicken. Diese Schicht dient zur Erhöhung der Tordierbarkeit des Kabels und besteht vorteilhaft aus mehreren Lagen getränkter Papierbänder, die aber abweichend von der Schicht 18 vorzugsweise locker gewickelt sind. Die federnd-elastische Schicht 29 verhindert bei Tordierung des Kabels ein Aufdrehen der inneren Verseillagen 23 und 24. Tordierungen des Kabels treten insbesondere beim Einschießen desselben in den Vorratsraum des VerlegeschifFes ein. Daher ist es zweckmäßig, das Kabel so einzuschießen, daß die inneren Verseillagen 23 und 24 des Kabels zugedreht und die äußeren Verseillagen 25 und 26 aufgedreht werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Kabel in hohem Maße tordierbar wird und außerdem die Hohlräume innerhalb der Verseillagen mit der flüssigen bzw. zähflüssigen Isoliermasse gefüllt bleiben. Wenn sich das Kabel nach der Verlegung wieder im gestreckten Zustand befindet, wird unter dem von außen auf das Kabel wirkenden hohen Wasserdruck die Isolierung, sofern sich Hohlräume gebildet hatten, wieder vollkommen zusammengepreßt. Es wird also verhindert, daß eine Wanderung der flüssigen Isoliermasse bzw. des Isolieröls in Längsrichtung des Kabels erfolgt. Ferner ist abweichend von der Fig. 1 über dem Kabelmantel 12 eine als Außenleiter dienende gut leitende Schicht in Form einer Verseillage gut leitender Bänder 22 angeordnet, die vorteilhaft aus einem seewasserbeständigen Werkstoff bestehen.

Für den Fall einer Tiefseekabelanlage genügt es, nur das im tiefen Gewässer liegende Kabel in der erfindungsgemäßen Weise aufzubauen. Im flachen Gewässer, beispielsweise im Küstengebiet, wird das Kabel in bekannter Weise mit einer starken Bewehrung versehen, um es gegen mechanische Beschädigungen durch Schiffsanker od. dgl. zu schützen. Ein Beispiel einer Gleichstrom-Hochspannungs-Tiefseekabelanlage wird an Hand der Fig. 3 und 4 erläutert. Danach ist angenommen, daß zwischen den auf dem Lande befindlichen elektrischen Kraftstationen 30 und 31 zwei Gleichstrom-Hochspannungskabel, von denen das eine +200 kV und das andere —200 kV führen möge, durch das dazwischenliegende Gewässer 32 zu verlegen ist. Die ausgezogenen Linien 33 und 34 deuten die stark bewehrten, in üblicher Weise mit Papier isolierten Küstenkabel an und die gestrichelten Linien 33' und 34' die gemäß der Erfindung ausgebildeten Tiefseekabel. Die Küstenkabel 33 und 34 sind - nur für eine Wassertiefe a vorgesehen, die beispielsweise etwa 400 m betragen soll. Die Küstenkabel 33/34 und die Tiefseekabel 33734' sind durch die schematisch angedeuteten Verbindungsmuffen 35 möglichst zugfest miteinander verspleißt. Zu diesem Zweck werden die Verbindungsmuffen zweckmäßig mit mehreren zugfesten Organen, z. B. Stahldrähten, überbrückt.

Die Anzahl der Verseillagen von Isolierstoff-Formsträngen kann je nach den vorliegenden Verhältnissen eine andere sein. Bei dem Kabel gemäß der Fig. 2 können entweder die Verseillagen 23/24 oder die Verseillagen 25/26 durch eine. einzige Verseillage von Isolierstoff-Formsträngen ersetzt werden. Ferner können die Verseillagen 23 und 24 und ferner die Verseillagen 25 und 26 entgegengesetzte Drallrichtung haben. Die. Zugfestigkeit des Kabels kann auch durch über dem Kabelmantel liegende zugfeste Isolierstoff-Formstränge erhöht werden. Zum mechanischen Schutz des .vorzugsweise aus einem Isolierstoff bestehenden Kabelmantels können über diesem auch

Claims (7)

Schutzschichten aus dünnen Bändern aus Metall oder formfesten Isolierstoffen angeordnet sein. In bestimmten Fällen kann der Kabelmantel auch aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, bestehen, wobei der Mantel zur Vergrößerung der Biegsamkeit gerillt sein kann. Die IsolierstofE-Formstränge können anstatt des dargestellten kreisförmigen Querschnitts einen geeigneten Profilquerschnitt erhalten. Ferner können die Isolierstoff-Formstränge als Seile ausgebildet sein. ίο Patentansprcche:

1. Zugfestes Gleichstrom-Hochspannungskabel, insbesondere Tiefseekabel, gekennzeichnet durch die Kombination von folgenden an sich bekannten Isolierschichten: einer unmittelbar auf dem Leiter aufliegenden Schicht (18) hoher Durchschlagfestigkeit aus mehreren Lagen von Isolierstoffbändern und aus darüberliegenden abwechselnden Lagen von mit großem Schlaig verseilten zugfesten Isolierstoff-Formsträngen (13/14, 23/24, 25/26) und gewickelten Isolierstoffbändern (19,21,28,29).

2. Hochspannungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa in der Mitte der äußeren abwechselnden Lagen von Isolierstoff-Formsträngen und gewickelten Isolierstoffbändern liegende, aus gewickelten Isolierbändern, vorzugsweise aus imprägnierten Papierbändern bestehende Schicht (29) zur Erhöhung der Tordierbarkeit

des Kabels als eine verhältnismäßig dicke federndelastische Isolierschicht ausgebildet ist.

3. Hochspannungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlräume innerhalb der Isolierung mit einem flüssigen bzw. halbflüssigen oder zähflüssigen Isolierstoff ausgefüllt sind, der gegenüber dem für die Formstränge verwendeten Isolierstoff möglichst indifferent ist.

4. Hochspannungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit einem Kabelisolieröl, wie Paraffinöl, das frei von Aromaten ist, ausgefüllt sind.

5. Hochspannungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit hydriertem Kautschuk ausgefüllt sind.

6. Hochspannungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit niedermolekularem Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 ausgefüllt sind.

7. Hochspannungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über dem wasserdichten Kabelmantel angeordnete äußere Schutzhülle zwecks torsionsfreier Ausbildung keine bzw. nur einzelne verseilte zugfeste Bewehrungsdrähte enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 718 843;
»FTZ«, 1955, H. 1, S. 49 bis 58.

Hierzu 1 Blatt Zedchnurigen

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