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Elektrisches Hochspannungskabel Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Hochspannungskabel für Gleich- oder Wechselstrom, deren ölgetränktes Dielektrikum
aus mehreren Lagen von Isolierstreifen aus ölundurchlässigen Kunststofffolien gewickelt
ist, die voneinander durch dünne isolierende Zwischenlagen mit öldurchlässiger Struktur
getrennt sind.
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Kabel dieser Art werden häufig durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln
von dünnen Streifen aus Kunststoff auf die Leiter isoliert, wobei die Zwischenräume
zwischen diesen Streifen mit Mineralöl ausgefüllt werden. Da der Kunststoff für
das Öl nicht durchlässig ist, bereitet es große Schwierigkeiten, eine gute
Imprägnierung der Isolation zu gewährleisten, und es kann leicht vorkommen, daß
zwischen den Streifen Luftblasen eingeschlossen werden.
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Der Einschluß von Luftblasen in der Kabelisolation ist bekanntlich
sehr schädlich, weil die Luftblasen leicht zu Ionisationserscheinungen Anlaß geben
können, durch welche die Lebensdauer des Kabels wesentlich vermindert wird; insbesondere
kann das Kabel dann nicht mehr hohen Betriebsspannungen standhalten.
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Um beim Imprägnieren eine gute ölwanderung zu bewirken, ist es bekannt,
zur Herstellung der Isolation Streifen aus Kunststoff zu verwenden, die durch eine
geeignete Bearbeitung zumindest an einer Oberfläche aufgerauht worden sind (britische
Patentschrift 854 797). Diese Bearbeitung besteht beispielsweise darin, daß
an der Streifenoberfläche parallele, gerade Rillen erzeugt werden, die quer zu den
Streifenkanten über die gesamte Streifenbreite verlaufen. Diese Rillen werden in
großer Anzahl vorgesehen und haben eine Tiefe zwischen 1 und 10 Mikron.
Auf diese Weise wird eine gute Beweglichkeit des Öls zwischen den Streifen erreicht,
so daß das Öl leicht zwischen den einander zugekehrten Streifenoberflächen
hindurchtreten kann und infolgedessen beim Imprägnieren die Luft aus der Isolation
ausgetrieben wird.
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Die aufgerauhten Streifen werden durch Durchleiten einer Folie aus
Kunststoff zwischen zwei gegebenenfalls beheizten Walzen (Gaufrierung) erzeugt,
von denen eine an ihrer Mantelfläche mit geeigneten Vorsprüngen versehen ist, welche
gegen die Folie drücken und in diese Rillen einprägen; anschließend daran wird die
Folie in Streifen geschnitten. Dieses Verfahren erfordert die Anwendung von Spezialmaschinen
und erhöht dadurch die Kosten der Streifen erheblich.
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Es ist auch ein Hochspannungskabel der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem das Dielektrikum aus Isolierstreifen aus ölundurchlässigen Kunststofffolien
mehrlagig gewickelt ist, deren Lagen voneinander durch vorimprägniertes Papier getrennt
sind, dessen faserige Struktur einen leichten Durchtritt des Imprägnieröls ermöglicht
(deutsche Patentschrift 924390).
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Ein wesentliches Problem bei der Herstellung des Dielektrikums von
Kabeln, die für sehr hohe Spannungen bestimmt sind, ist nun aber die möglichst weitgehende
Vermeidung dielektrischer Verluste. Aus diesem Grunde werden für den Aufbau des
Dielektrikums spezielle Kunststoffe mit kleinen Verlustwinkeln, wie Polypropylen,
verwendet. Wenn im Dielektrikum Lagen aus Kunststoffolie abwechselnd mit Lagen aus
Papier verwendet werden, kann der Vorteil des Kunststoffmaterials nur beschränkt
ausgewertet werden, weil Papier höhere dielektrische Verluste als z. B. Polypropylen
hat. Ferner verschlechtern sich die Eigenschaften von Kabelpapier durch Wärmeeinwirkung
mit der Zeit, und durch das verschlechtertePapierwerden auch die dielektrischen
Verluste des Öls erhöht, mit dem das Papier in Berührung steht. Es ergeben sich
daher bei Kabeln, deren Dielektrikum aus Lagen aus Kunststoffolien und Trennlagen
aus Papier besteht, infolge der Mitverwendung von Papier schon anfänglich höhere
dielektrische Verluste, und diese Verluste nehmen mit der Zeit noch zu.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausführung eines elektrischen
Hochspannungskabels der eingangs genannten Art so, daß gute Dauerfestigkeit der
Isolation, geringe dielektrische Verluste und niedrige Herstellungkosten bewirkt
werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die dünnen Trennlagen
durch Einzelfäden, durch ein Gewebe oder durch eine geschlossene Umklöppelung
aus
gegenüber dem Imprägnieröl beständigem Kunststoff gebildet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung von aus Kunststoff bestehenden
Trennlagen zwischen den ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Streifen gelingt es,
die dielektrischen Verluste auf ein Minimum herabzusetzen, und durch die Anwendung
von Einzelfäden, Geweben oder Umklöppelungen wird dabei sichergestellt, daß sich
regelmäßig verteilte Fadenzwischenräume ergeben, wodurch trotz der Undurchlässigkeit
des Kunststoffes für Öl eine vollkommene Durchwanderung des Dielektrikums
mit Öl möglich ist, so daß der Einschluß von Luftblasen mit Sicherheit vermieden
werden kann.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand
der Zeichnung beschrieben.
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F i g. 1 zeigt perspektivisch einen gemäß der Erfindung aufgebauten
Kabelkern, wobei einige Teile desselben zur Freilegung darunterliegender Teile weggeschnitten
sind; F i g. 2 stellt in ähnlicher Weise ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar.
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In F i g. 1 bezeichnet 1 den verseilten Leiter, über
den ein Abschirmstreifen 2 bekannter Art gewickelt ist. Rings um diese Abschirmwicklung
2 befindet sich eine erste Fadenwicklung 3 aus Kunststoff. Diese Wicklung
3 und die gleichbezeichneten weiteren Wicklungen bilden dünne, isolierende
Trennlagen, die je aus einer Vielzahl von Einzelfäden bestehen.' welche schraubenlinienförinig
mit geeigneter Steigung um die jeweils darunterliegende Streifenwicklung gewickelt
sind. über der ersten Trennlage 3, welche die Abschirmwicklung 2 umhüllt,
wird eine Wicklung 4 aus Isolierstreifen aufgebracht, und dieser Vorgang wird durch
abwechselndes Aufwickeln von Trennlagen 3 und Isolierstreifen 4 wiederholt,
bis die gewünschte Dicke des Dielektrikums erreicht ist. Die zwischen den die Trennlagen
bildenden Fäden verbleibenden Zwischenräume sowie die Zwischenräume zwischen den
Kanten der Streifen 4 können hierauf leicht mit dem Isolieröl ausgefüllt werden,
das zur Imprägnierung der Kabelisolation verwendet wird.
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Statt einer Bewicklung mit Kunststoffäden kann zur Herstellung der
Trennlagen auch so vorgegangen werden, daß jeder einzelne Isolierstreifen mit einem
Gewebestreifen bedeckt wird, der aus Kunststofffäden besteht; ferner ist es auch
möglich, jede einzelne Wicklung aus Isolierstreifen mit einer geschlossenen Umklöppelung
aus Kunststoff zu versehen, die in bekannter Weise hergestellt werden kann.
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F i g. 2 stellt einen Kabelkern dar, der unter Anwendung eines
Gewebes für die Trennlagen hergestellt ist. In F i g. 2 ist mit l' der verseilte
Leiter und mit 2` dessen Abschirinwicklung bezeichnet. Mit 3'
sind die aus
einem dünnen Gewebe aus Kunststoff bestehenden Trennlagen und mit 4' die Isolierstreifen
bezeichnet. Auch in diesem Falle wird eine sehr gute Durchwanderung der verschiedenen,
das Dielektrikum bildenden Lagen mit dem Imprägnieröl sichergestellt.
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Für die Trennlagen 3, X wird bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung der gleiche Kunststoff wie für die Isolierstreifen 4, 4' (F i
g. 1 und 2) verwendet.
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Da die dielektrische Festigkeit einer ölschicht bekanntlich um so
höher ist je ]deiner deren Dicke ist, sollen für die Trennlagen Einzelfäden
mit sehr kleinem Durchmesser bzw. Gewebe oder Umklöppelungen mit sehr geringer Dicke
angewendet werden, um so die lichte Weite des Ölspaltes zwischen den Isolierstreifen
klein zu halten und damit eine hohe dielektrische Festigkeit der in der Isolation
vorhandenen ölschichten zu sichern. Für die Einzelfäden wird ein Fadendurchmesser
von 0,025 mm bevorzugt. Wenn für die Trennlage an Stelle von Einzelfäden
ein Gewebe verwendet wird, so ergibt sich bei gleicher Fadenstärke eine maximale
Dicke des Gewebes von 0,05mm.
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Die für die Herstellung der Isolierstreifen und der Trennlagen verwendeten
Kunststoffe müssen vor allem gegenüber der Einwirkung des im Kabel befindlichen
Öls widerstandsfähig sein, wie beispielsweise Polypropylen, Polytetrafluoräthylen,
Polyäthylenterephthalat, Polybutylen, Polystyrol und Polykarbonate. Diese Kunststoffe
sind gegenüber der Einwirkung von Öl bei Raumtemperaturen beständig und werden
darüber hinaus auch nicht bei hohen Betriebstemperaturen des Kabels, die
80' C überschreiten können, schädlich beeinflußt. überdies haben sie eine
hohe dielektrische Festigkeit.
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Polypropylen, Polytetrafluoräthylen und die Polykarbonate haben neben
geringen dielektrischen Verlusten auch noch den Vorteil einer niedrigen Dielektrizitätskonstante,
die nur wenig von jener des Öls verschieden ist; sie sind demzufolge besonders für
Wechselstromkabel geeignet.
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Bei Kabeln der geschilderten erfindungsgemäßen Bauweise kann durch
geeignete Wahl der Gewebedicke bzw. des Durchmessers der Einzelfäden zwischen den
Isolierstreifen eine ölschicht genau definierter Stärke sichergestellt werden, um
so die einander widerstreitenden Forderungen einer hohen dielektrischen Festigkeit
und einer genügenden Beweglichkeit des Öls gut zu befriedigen.
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Das Dielektrikum gemäß der Erfindung eignet sich sowohl für Wechselstrom-
als auch für Gleichstromkabel. Bei beiden bewährt sich die höhere elektrische Festigkeit
des Dielektrikums, beim Wechselstromkabel werden zudem die Verluste durch kleineren
Verlustwinkel und kleinere Dielektrizitätskonstante verringert.