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Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluß für elektrische Hochspannungskabel
mit mehreren oder einem hohlverseilten Leiter, der von einer Isolierung aus einem
thermoplastischen Material umgeben ist, die unter einem Druck zwischen
1 und 25 kg/cm2 steht, welcher von einer Flüssigkeit ausgeübt wird,
die mit beiden Seiten der Isolierung in Berührung steh4 und welcher Endverschluß
für jeden Leiter eine Isoliermuffe aufweist, deren Inneres sowohl den Endabschnitt
des hohlverseilten Leiters als auch eine Verbindungsleitung für die Flüssigkeit
zwischen der Axialleitung des Leiters und einem Hohlraum des Kabels aufnimmt.
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Es sind Kabel mit wenigstens einem Leiter bekannt, der von einer Isolierung
aus thermoplastischein Material, wie z. B. Polyäthylen oder Polyvinylehlorid, umgeben
ist, die von beiden Seiten dem Druck einer in einem dichten Mantel enthaltenen Flüssigkeit
unterliegt. Für derartige Kabel wird als Flüssigkeit reines Wasser mit schwacher
Leitfähigkeit verwendet, dessen spezifischer Widerstand zwischen 0,1 und
2 Megohmcm und dessen Druck zwischen 1 und 25 kg/cm2 beträgt.
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Die, Anordnung der Endteile der Hochspannungskabel in den Endverschlüssen
bringt bei Hochspannungskabeln aus elektrischen Gründen ein schwieriges Problem
mit sich. Beim Eintritt in den Endverschluß muß das Kabel aus seiner Außenummantelung
herausgeführt werden, die üblicherweise an Erdpotential liegt. Wegen dieser Herausführung
sollten Vorkehrungen getroffen sein, die es verhindern, daß sich ein elektrisches
Feld mit ungewöhnlich großen Feldstärke aufbaut, welches eine Längskomponente großer
Intensität aufweist. Ein derartiges Feld würde eine schnelle Zerstörung der Isolierung
an dieser Stelle bewirken. Um dies zu vermeiden, wurde bereits eine Feldabschirmung
vorgesehen, die den Maximalwert des Feldes vermindert, und/oder eine metallische
oder halbleitende konzentrische Abschirmung, welche Kondensatoren bildet, die das
Feld
derart korrigieren, daß dieses im wesentlichen radial verläuft. Diese
Einrichtungen sind jedoch sehr kompliziert. Es sind bereits Endverschlüsse für Hochspannungskabel
bekannt die von einer umlaufenden Flüssigkeit durchströmt werden, -welche
zur Kühlung des Kabels dient. Diese Flüssigk6it ist ein Isolationsöl, welches gleichzeitig
durch einen axialen Kanal strömt, der in den hohlverseilten Leiterndes Kabels angeordnet
ist und durch einen Ringraum, derdie Isolierung umgib4 welche diese Leiter bedeckt.
Die dichten Wandungen verhindern jeglichen Kontakt zwischen dem öl und den
Innenoberflächen der Leiter oder der Außenoberfläche der Isolierung.
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Bei dieser bekanntenAnordnung nimmt der Endverschluß den Endteil des
Kabels auf, der bis zur Anschlußklemme im Oberteil des Kabelendverschlusses führt.
Der Axialkanal für den ölumlauf ist an dieser Stelle mit einem Isolationsrohr verbunden,
welches in den Endverschluß eingesetzt ist und parallel zum Kabel verläuft. Dieses
Rohr ist im unteren Teil des Endverschlusses eingesetzt und führt zu einer Pumpe.
Diese Pumpe fördert das öl in den Ringraum des Kabels durch einen Kühler
und hält einen kontinuierlichen Umlauf der Flüssigkeit aufrecht.
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Bei dieser Anordnung überni:mintdas umlaufende öl keinerlei
elektrische Aufgaben. Dieses öl dient lediglich zur Kühlung des Kabels. Bei
einer derartigen bekannten Vorrichtung erstreckt sich der Leiter senkrecht in den
Porzellanendverschluß hinein. Es werden hier keinerlei Einflüsse auf die elektrischen
Zustände des Kabelendes erzielt. Es ist deshalb bei dieser bekannten Vorrichtung
erforderlich, die Isolation des Kabelteils, der in der Isolationsmuffe lieg zu verstärken.
Diese Verstärkung kann beispielsweise mittels einer Umwicklung erzielt werden, die
eventuell Kondensatorbeläge enthält, die konzentrisch zur Verlängerung des äußeren
Teiles des Kabelendes verlaufen, wodurch eine Feldablenkung erzeugt wird, die im
wesentlichen ein logarithmisches Profil hat. Es sind hier noch besondere Vorkehrungen
erforderlich, wenn man einen Kabelverschleiß durch eine Ionisation der Isolierung
vermeiden will, die sich im Kabelendverschluß befindet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelendverschluß
zu schaffen, welcher einen einfachen Aufbau hat und mit einfachen Mitteln eine Einwirkung
auf die elektrischen Verhältnisse innerhalb des Endverschlusses ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindungsleitung
durch die konzentrisch um den isolierten Endabschnitt des Leiters herum angeordnete
Isoliermuffe gebildet ist, und daß die Flüssigkeit in den Leitungen in an sich bekannter
Weise aus einer verdampfbaren Flüssigkeit mit geringer elektrischer Leitfähigkeit
besteht deren Dampf durch das thermoplastische Material der Isolierung hindurchdiffundieren
kann und deren spezifischer Widerstand zwischen 0, 1 und 2 Megohmcm beträgt.
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In vorteilhafter Weise wird eine schwachleitende Flüssigkeit verwendet,
die einerseits mit der Isolierung des Kabels in Verbindung steht und andererseits
mit dem wohlverseilten Leiter des Kabels. Dadurch werden alle Ionisationserscheinungen
ausgeschaltet. Weiterhin wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau ein elektrisches
Felderzeugt, welches praktisch über den gesamten Querschnitt radial verläuft und
es wird eine linear potentiale Verteilung sichergestellt. Man kann aber auch eine
Potentialverteilung nach einem vorher bestimmten und gewünschten Gesetz erzielen.
Auf alle Fälle ist es in vorteilhafter Weise möglich, die elektrischen Zusatzeinrichtungen
fortzulassen, die bei den bekannten Kabelendverschlüssen erforderlich ist. Mit Vorteil
kann die Verbindungsleitung in Form eines um den isolierten Leiter gewendelten,
an diesem eng anliegenden Isolierstoffschlauches angeordnet sein.
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Es kann ferner vorteilhaft sein, daß auf der Seite des Endverschlusses,
die für den Eintrittdes Kabels vorgesehen ist, die Verbindungsleitung unmittelbar
in den Hohlraum mündet, der zwischen den leitenden Abschirmungen der oder des Leiters
und dem Dichtungsmantel des Kabels vorgesehen ist.
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Der Anschlußteil des Leiters kann mit Vorteil durch die obere Wandung
hindurchgeführt sein, welche die Isoliermuffe begrenzt, und die Axialleitung des
Leiters kann mit der Rohrwendel über ein Rohr verbunden sein, welches ebenfalls
die obere Wandung der Isoliermuffe durchsetzt.
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Mit besonderem Vorteil kann die Flüssigkeit aus reinem Wasser bestehen.
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Mit Vorteil können die Widerstandswerte der im Endverschluß eingeschlossenen
Flüssigkeit derart bestimmt werden, daß die Stromwärmeverluste, die in
diesem
Widerstand durch die Streuströme erzeugt werden, nicht zu einer übermäßigen Erwärmung
des Endverschlusses führen.
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In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines Kabelendverschlusses,
F i g. 2 eine Axialschnittansicht einer Anordnung von zwei Kabelendverschlüssen
und F i g. 3 eine Axialschnittansicht eines Kabelendverschlusses mit einer
Rohrschlange.
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Die F i g. 1 zeigt den Dichtungsmantel 7 eines Hochspannungskabels
mit mehreren oder einem hohlverseilten Leiter. Der Dichtungsmantel 7 kann
Innendrücken in der Größenordnung von 1 bis 25 kg/CM2 widerstehen.
Der Dichtungsmantel 7
nimmt die Isolierung 5 des Kabels auf, die aus
einem thermoplastischen Material besteht. Die Isolierung 5
ist mit einer leitenden
Abschirmung 6 überzogen, die an Erdpotential liegt. Zwischen dem Dichtungsmantel
7 und der Isolierung 5 ist ein Ringraum 8
vorgesehen, der mit
einer Flüssigkeit gefüllt ist, die eine schwache Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise
reines Wasser mit einem spezifischen Widerstand zwischen 0,1 und 2 Megohmcm.
Im Innem der Isolierung 5 ist ein hohlversellter Leiter 3 angeordnet.
Der Leiter 3 ist um ein perforiertes Rohr 1 verseilt, welches einen
Kanal 11 aufweist. Dieses perforierte Rohr 1 ermöglicht der ini Kanal
11 enthaltenen Flüssigkeit einen guten Kontakt mit der inneren Oberfläche
der Isolierung 5.
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Das in F i g. 1 dargestellte Hochspannungskabel ist für einen
Betrieb mit 15 kV ausgelegt und weist einen Kabelendverschluß auf. Das Hochspannungskabel
weist ein Endstück auf, welches zwischen Dichtungen 18 eingespannt ist, die
auf einer Stützplatte 19 angeordnet sind. Gegen die Dichtungen
18 wird eine z. B. aus Porzellan bestehende Isoliennuffe 22 gedrückt, die
mit der Stützplatte 19 durch nicht dargestellte Bolzen verbunden ist. Die
Isoliermuffe 22 weist einen Kanal 23 auf, in welchem der Endabschnitt des
hohlverseilten Leiters liegt. Die Ab-
schirmung 6 endet vor der Isolierinuffe
22 und istmit ihrem Ende in einen mit dem Endstück 17 verbundenen Ring 24
eingesetzt, so daß sie das Potential des Dichtungsmantels 7 annimmt. Oberhalb
der Isolierung 5 ist der Leiter 3 in eine Klemme 25 eingesetzt,
die einen in der Verlängerung des Kanals 11 liegenden axialen Kanal
26 aufweist. Der Kanal 26 führt zu einem Querkanal 27" der in eine
Kammer 28 mündet, die von einer am Ende der Isoliermuffe 22 befestigten Glocke
29 ge- -
bildet wird.
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Eine Dichtung 31 dichtet einen an der Klemme 25
befestigten
Stab 32 ab. Der Stab 32 trägt eine Schelle 33 für den elektrischen
Anschluß des Hochspannungskabels an einem nicht dargestellten Leiter.
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Der Kanal 11 des perforierten Rohres 1 des hohlverseilten
Leiters 3 steht mit dem Ringraum 8 des Hochspannungskabels über die
Kanäle 26, 27, die Kammer 28 und den Ringraum 34 zwischen der Innenwand
der Muffe 22 und der Isolierung 5 in Verbindung. Diese Räume und Leitungen
sind mit Wasser gefüllt, welches durch eine Pumpe 35 unter Druck gesetzt
wird, die mit dem Endstück 17 über eine Leitung 36 verbunden ist und
aus einem Behälter 37 mit destilliertem Wasser gespeist wird.
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Bei dieser Ausführung muß der Querschnitt der Leitung 6 möglichst
klein sein, um die Stromwärmeverluste möglichst klein zu machen, welche in diesem
Abschnitt dadurch entstehen können, daß das Wasser auch bei beliebiger Reinheit
stets eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.
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Praktisch wird die Grenze der zulässigen Stromwärmeverluste durch
die zulässige Erwärmung der Isoliermuffe bestimmt.
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Im oberen Teil der Glocke 29 kann ein Sicher-: heitsventil
vorgesehen sein.
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In Fig. 1 sind die Abmessungen des Ringraumes 34 übertrieben
dargestellt. In der Praxis beträgt die Dicke dieses Ringraumes ein bis einige Millimeter
für einen Kabelendverschluß eines Hochspannungskabels für 15 kV (d. h. für
eine Spannung zwischen Leiter und Erde von etwa 8,65 kV). Wenn der Innendurchmesser
der Isoliennuffe 22 zu groß ist, kann dieser durch Einsetzen eines Polyäthylenrohrs
verkleinert wer-den. Bei einem Kabelendverschluß von 30 cm Höhe, einem Hochspannungskabel
mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Ringraum 34 von 2 mm Dicke wurden
bei einem Wasser mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 Megohmcm Verluste
von etwa 45 W festgestellt.
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Die F i g. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Hochspannungskabel
für große Leistung, wobei eine Kühlung erforderlich ist, um sehr große Stromdichten
zuzulassen.
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Bei dieserAusführungsform sind die beiden Kabelendverschlüsse
41a, 41b wie in Fig. 1 dargestellt ausgebildet, jedoch mit dem Unterschied,
daß- der Kabelendverschluß 41 a am Endstück 17 eine Meinbran 42 aufweist,
welche die Isolierung 5 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 43 umgibt.
Die Meinbran 42 trennt so den Ringraum 8 vom Ringraum 34 in der Isoliermuffe
22.
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Zusätzlich zur Druckpumpe 35 ist noch eine Umwälzpumpe 44 vorgesehen,
welche über eine Leitung 45 mit dem Endstück 17 verbunden ist, in die ein
Filter 46 und eine Kühleinrichtung 47 eingeschaltet ist.
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Die Pumpe 44 fördert in eine Leitung 49, welche mit dem Endstück
17 auf der anderen Seite der Membran 42 verbunden ist. Die Arbeitsweise ist
folgende: Während die Pumpe 35 das Wasser in dem Hochspannungskabel unter
Druck hält, saugt die Pumpe 44 das in der Isoliermuffe 22 enthaltene Wasser ab,
welches aus dem Kanal 11 kommt, und fördert das Wasser in den Ringraum
8. Hierdurch entsteht ein zwangläufiger Umlauf in dem ganzen Hochspannungskabel,
wie es durch die Pfeile angedeutet ist.
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Die Leistung der Pumpe 44 hängt von den Stromwärmeverlusten in den
Leitern 3 des Hochspannungskabels ab.
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Das in F i g. 2 dargestellte System kann natürlich auch bei
Hochspannungskabeln mit mehreren Leitern angewendet werden, wobei dann der Ringraum
8 für den Rückfluß des in den drei Leitern strömenden Wassers dient.
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F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsforin eines Kabelendverschlusses
mit einer Rohrschlange für den Wasserrückfluß. Der Endverschluß weist eine z. B.
aus Porzellan bestehende Isoliermuffe 51 auf, welche als Isolator dient und
an eine Scheibe52 mittels eines Flansches 53 angedrückt ist. Der Flanscb
53 ist an der Platte19 mittels Bolzen54 befestigt. Die Isolierung5 des Hochspannungskabels
läuft durch eine Dichtung 55 hindurch, wodurch der Eintritt
von
Wasser in den Ringraum 56 innerhalb der Isoliermuffe 51 verhindert
wird. Der Ringraum 56 ist mit einer Isoliermasse, wie z. B. Bitumen oder
plastifiziertes Polyäthylen, ausgefüllt.
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In die Isoliermuffe 51 ist oben eine abnehmbare Scheibe
57 eingesetzt. Die Isolierung 5 des Leiters ist bis zu einer Dichtung
58 geführt. Es ist ein Anschlußstück 59 für den Leiter 3 vorgesehen,
welches durch ein Endstück 61 verlängert wird, an dem ein gebogenes Rohr
62 angebracht ist, welches z. B. aus Kupfer besteht. F-in Verbindungsstück
63 stellt die Verbindung zwischen dem Rohr 62 und einer Rohrschlange
64 aus Polyvinylehlorid her, welche die Isolierung 5 des Leiters umgibt.
Die erste Windung 71 umgibt einen Sohraubstopfen 72, der an Erde liegt.
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Das untere Ende der Rohrschlange 64 durchsetzt die, Scheibe 52 in
einer Dichtung 65. Ein zweites Verbindungsstück 66 verbindet das Ende
67 der Rohrschlange 64 mit einem an dem Dichtungsmantel 7 des Kabels
angebrachten kupfernen Endstück 68.
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Die Verbindung des Kabelendverschlusses mit einer Leitung
73 kann mittels nebeneinanderliegender Metallplatten 74 erfolgen, welche
das Endstück 61 umfassen und welche miteinander durch Schrauben verbunden
sind.
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Die Rohrschlange 64 dient für den Umlauf des aus dem Kanal
11 kommenden Wassers in den Ringräum zwischen dem Dichtungsmantel
7 und der Ab-
schirmung 6.
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Die kohrschlange ermöglicht ferner die Vergfößerung der ränge der
einen Kriechweg bildenden Wasserleitung, was die Einstellung eines zweckmäßigen
Widerstandes ermöglicht, selbst wenn der spezifische Widerstand des Wassers nur
0,1 Megohmcm beträgt.
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So brauchen z. B. bei einem Kabelendverschluß für ein 15-kV-Hochspannungskabel
mit einer Rohrschlange von 20 mm Innendurchinesser und 1 in Länge
die Verluste nicht mehr als 25 W zu betragen.
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Dadurch, daß die Rohrschlange 64 die Isolierung 5
einschließt,
wird die gewünschte Einstellung des elektrischen Feldes an der Oberfläche der Isolierung
erzielt.