DE1465212A1 - Isoliertes elektrisches Kabel,insbesondere fuer besonders hohe Spannungen - Google Patents

Description

PATENTANWALT 146521

HPL-ING. ERICH SCHUBERT ^Tetefo»^!f⁰*⁷¹'^3M0»

Telegromra-AoV.: Patschub, Segen • . ■ . Postscheckkonten:

Kola 106931, Esteo 2Ö3i2 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, » Segen, Bserner Strafle 227 FilialenSieeenu.Oberhausen (KkUu)

Poitfatii 335 .

63 097 Kü/Schm . 3. Sept. 1965

■· Exp],

Firma Associated Electrical Industries Limited, 33, Grosvenor Place, LONjX)W, ÖW1 , England

Ji¹Mr diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen ."atentaniueldurig Nr. 36 902/64 vom 9. September 1964 beansprucht.

Isoliertes elektrisches Kabel, insbesondere für besonders hohe Spannungen.

Die Erfindung bezieht sich auf isolierte elektrische Kabel, insbesondere auf Energieüberträgungskubel zur Verwendung bei besonders hohen Spannungen.

Der Entwurf büw. Aufbau von Kabeln für den Betrieb bei Spannungen, die zur Zeit zu den höchsten gehören und wahrscheinlich auüti in ZuKunft gehören werden, bringt das .Problem mit aich, eine Isolierung vorzusehen, welche einen dielektrischen Verlust hat, der

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beträchtlich geringer ist als derjenige, welchen. Dielektrika aufweisen, die zur Zeit allgemein für Hochs ρ armungs kabel verwendet werden, und welche der angelegten Spannung unter Hochtemperatur bedingungen widersteht und dennoch den Kabelleiter ohne übermäßige Deformierung ausreichend abstützt wenn das Kabel gebogen wird oder wenn die Temperatur durch Vollast oder "berlaststrom, den das Kabel übermitteln muß, erhöht wird. Dielektrische feststoffe (selbst die des verlustarmen Typs) sind, wenn sie auch eine ausreichende mechanische .Festigkeit bei angemessenen Temperaturen haben, dennoch übermäßigen elektrischen Hystereseverlusten ausgesetzt, welche die durch den Leiter erzeugte Wurme steigern und ein Wärme-Durchgehen /thermal runaway/ und den nachfolgenden elektrischen und mechanischen Zusammenbruch der Isolierung zur Folge haben. Die dielektrischen Verluste bei Öl oder anderen flüssigen Isoliermedien sind ebenfalls übermäßig hoch. Ss ist daher notwendig, gasförmige Isolier ine dien in Verbindung mit einem Minimum von festem isolierendem Material zu verwenden,um mechanischen Bedingungen zu genügen.

Für Hochfrequenz-Nachrichten- oder -j?ernmeldezwecke sind Koaxialkabel bekannt, bei denen der Innenleiter innerhalb des Außenleiters durch isolierende Abstandsrohre gehalten wird, die in Längsrichtung der Leiter verlaufen, wobei jedes Rohr einen

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im wesentlichen kontinuierlichen L^n^skoutukt mit den beiden Leitern und mit zwei benachbarten Rohren herstellt; die Zwischenräume in unü zwischen den Kohren werden mit Gas gefüllt, das für die erforderlichen verlustarmen Eigenschaften sorgt bzw. diese ermöglicht. Bei solchen Kabeln ist es wesentlich, zur Erzielung der erforderlichen Hochfrequenzeigenschaften sicherzustellen, diä der ivontakt-Flächenbereich zwischen dem Innenleiter und der festen Isolierung auf eine?! Liiniaium gehalten wird, wobei der einzige Kontakt zwischen dem Inrienleiter und den Vbstandsrohren besteht. ±>as letzterwähnte Merkmal macht diese bekannten Ausführuugsformen für Hochs oannuri-s-.be ist ung 8-übertragungskabel ungeeignet, weil selbst bei Verwendung eines gasförmigen Isoliermediums, wie beispielsweise stickstoff und HexafluorsohwefeL bzw. Schwefel-Hexafiuorid, welches nicht so leicht ionisiert wie Juuft, dennoch eine Tendenz bestehen würde, daß eine Ionisierung an Stellen beginnt, wo das Gas mit dem Iriuenleiter in Berührung steht, unü die i'olgen davon können dort unheilvoll sein, wo das Kabel in einer Anlage verwendet wird, die einen großen Betrag von Energie oder Leistung in eine Dehleröder Störstelle einspeisen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ausführungs-, form für ein isoliertes elektrisches Kabel zu schaffen, weichee für Hochspannung-Energie- oder -Leistungsübertragung geeignet ist.

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Bei einem isolierten elektrischen Kabel gemäß der Erfindung ist ein Leiter von im wesentlichen rundem Querschnitt von einer Isolierschicht umgeben und wird innerhalb einer äußeren leitenden Schicht gehalten, die von der Isolierschicht durch Isolierroiire in Abstand gehalten wird, welche in Längsrichtung des Kerns verlaufen und von Jenen jedes einen im wesentlichen kontinuierlichen Längskontakt mit der Isolierschicht auf dem Leiter und mit zwei benachbarten Rohren, zwischen denen es liegt, herstellt, wobei die Zwischenräume innerhalb und zwischen den Rohren L-^ngsleitungen für ein gasförmiges Isoliermedium bilden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher besenrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 im Querschnitt ein Jiabel nach der Erfindung, während Fig. 2 eine Ausführungsform ähnlich der Fig. 1 wiedergibt, mit der Ausnahme, daß dieses iCabel Isolierrohre aufweist, deren Querschnittsformen von denen der Rohre nach Fig. 1 abweichen.

Gemäß beiden Figuren, in denen gleichen Teilen die gleichen Bezugszeichen gegeben wurden, weist das Jiabel einen zentralen Leiter 1 von im wesentlichen rundem G-esaiatquerschnitt auf. Dieser Leiter kann verseilt bzw. verlitzt sein und·, wie dargestellt, aus runden Drähten bestehen oder aus Drähten, die so geformt sind, daß sie den Gesaintdurchmesser für eine gegebene Quersclinittafliehe, des Leitermaterials vermindert; als Alternative kann der Leiter auch verschiedene verseilte oder verlitzte Jbeiter auf-

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weisen, von denen «jede!· in eine Sefctorform gebracht ist, derart» daö, wenn sie^usamiaengelegt weiden, sie einen im wesentlionen runden weiter bilden, und in dieaefli jfaile können abwecnseliide Seiet ore·' bzw. icann ,jeder zweite Sektor aur bekannte Weise leient isoliert söin. uet· iiöitof kann mit einer inneren -ueituug (nicht dargestellt) versehen sein, die eine höhere Rate von rfcirmeze*·* streuung voiii Leiter weg uiit-'.eis einer Isolierflüssigkeit oder' eines IsoüergfeLses, welche öz.v. welches durch sie hinaurOhströüit, er Jiöf-;liont.

.)er Leiter 1 icaaa von einer iaetailisühen üohicht 2 umgebe π .sei,:, .Jin aiciherz.vistellen» daß die iiuMere Oberfl iohe des Deiters -jin einheitliches Potential f^;hrt} diese joüicnt kiin/i. aus einem jr.uoferban.a "bestehen.· Eine Halbleitersohicht 3 ist vorzugsweise

dein Leiter 1 oder der metallischen Jchicht 2 und einur angeordneten isolierenden Schicht 4 vorgesehen. Me Halb-* leiterschicht 3> die, wenn sie vorgesehen ist, 'dazu dient, die Auswirkung irgendwelcher iiohlriuue, die sich unter der isolierenden Johioht 4 Dilden, zu vermindern, Icann au3 einem halbleitenden

ischeü la'seriaa. bestehen, a.ti, aus mit xLohlenstofi io Polyethylen, -^ie Isoliurschicht 4 icann aus einem isolierenden theriaosplastischen Material, z.B. eoly ,.th,ylen. oder /olyorop.yleii bf3stehen; dadurch wird etwas geschaffen, das man als "Ijpan-iun ;sbarriere" bezeichnen ka/in, um das Potential zu ue-

¹, »ein dass gasförmige Isoiieriflediuiü ausgesetzt ist, so auf aiese Weise die Möglich/eit geucnafj:en wira, duü dus x.e it er potential ohne Verursachung einer Ionisation des Oases

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höher sein kann als es möglich sein würde, wenn das Gas in direkten Kontakt mit dem aDKeschirmten Leiter käme. Die Schichten 2, 3 Uiid 4 können durch einen Bandaufwicielvorgang, durch uniuittel^ bares Strangpressen oder durch irgendein anderes geeignetes Ver·^ fahren aufgebracht werden.

Eine Anzahl von Isolierrohren 5 ist vorzugsweise schraubenförmig um den isolierten j\ern herum angeordnet und durch eine -Äußere isolierende Schicht 6 fixiert, die aus Polyäthylen oaer Polypropylen in 3and- oder Strungpreßform bestehen kann. Eine äußere Halbleiterschicht 7, in ihrem v/eaen ode^ ihrer Funktion ihnlich der inneren Halbleiterschicht 3, Kann zwischen die äußere Isolierschicht 6 und ein;: metallische Abschirniungsschicnt 8 eingebracht werderj. -Uieae Schicht 8 kann die äußere Hülle des Aabels bilden. i)as iCabel kann'jedoch auch in einer drucKbeatändigen Hülle (nicht dargestelt) irgendeiner geeigneten Ausführun^sform eingeschlossen werden, die z.B. aus Metall, aus einer Legierung, aus thermoOlastisCi-iem oder warmhürtbarem. Harz mit oaer ohne Verstärkung außen oder innerhalb der Hülle ode'.· innerhalb des HIllenmaterials bestehen kann. Insbesondere kann die Hülle aus einem gewellten Aluminiummantel bestehen, der durch lidngsschweißen vom Streifen aus Aluminium aufgebracht wird·, wobei nachfolgend das sich daraus ergeoende Rohr gewellt wird.. Der Mantel kann mit Bändern überzogen werden oder mit einer stranggepreßten Schicht, die eine Beständigkeit gegen Korrosion und/oder eine Isolierung für den Mantel je nach Erfordernis ergibt.

Die äußere Abschirmungsschioht 8 sollte eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben, da ihr Zweck darin besteht, einen guten

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elektrischen Kontakt zwischen der äußeren Oberfläche der kabelisolierung und der ErdfIt ehe herzustellen, die normalerweise die Kabelhülle sein wird; die Hülle wird normalerweise nicht auf ihrer ganzen L..nge Erdpotential führen, sondern an einer oder mehreren Stellen entlang des Kabelstranges geerdet sein.

Die Rohre 5 sind so ausgelegt, daß sie eiije meonaniscne Abstützung für den Leiter 1 bilden, um diesen konzentrisch innerhalb der Abschirmung, oder Hülle 8 zu halten. Jedes Rohr stellt im wesentlichen einen kontinuierlichen Längskontakt mit der Isolierschicht 4 auf dem Leiter 1 und mit zwei benachbarten Rohren, zwischen denen es angeordnet ist, her. Die Räume innerhalb und zwischen den Rohren bilden Längsleitungen für ein gasförmiges Iaoliermedium. Die Rohre können rund sein, werden jedoch vorzugsweise stranggepreßt oder dadurch hergestellt, daß ein flacher Streifen entsprechend geformt und möglicherweise geschweißt wird, und zwar in eine der in den Figuren 1 und 2 dargtsteilen Ausführun.-'sformen, so daß die zusamiaenge setzt en Rohre eine im wesentlichen kontinuierliche zylindrische Außenoberfliche bilden, wodurch eine gleichmäßigere "Verteilung der Beanspruchjmg erzielt wird, und so daß benachbarte Rohre im wesentlichen lediglich in Linienberührung miteinander stehen, wodurch ein im wesentlichen · großes Verhältnis von gasförmiger zu fester isolierung auf irgendeiner Radiallinie von der Mitte des Leiters 1 zur außeren Abschirmung 8 erzielt wird. In der letzteren Hinsicht zumindest ist die Winkelform der Innenseite jedts Rohren, wie in iMg. 2 dargestelJt, abgebogenen i'orm nach i?'ig. 1 vorzuziehen. Diese Aub-

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führung s f orin_ erfordert nicht ein Zusammendrücken der Isolierrohre, wie es bei der Herstellung bestimmter bekannter Hocnfrequenz-koaxialkabel durch Verminderung des -Durchmessers des äußeren Leiters erfolgt.

Die Ausf iihrungsformen der Rohre gemäß den JPign. 1 und 2 scliaf 'en außerdem einen relativ langen elektrischen Weg Zvd.soh.en dem weiter und der äußeren Abschirmung entlang jeder feststoff/ Gas-Grenzfläche und ermöglichen insbesondere "bei der Auaführungsform nach !■'ige 2 große individuelle Gasräume, insoesondere in der Nähe des Leiters, so daß der Widerstand gegen Wärmeströmung vom Leiter her so gering wie möglich ist.

Ein. geeignetes material, aus dem die Rohre 5 stranggepreßt werden können, ist Polypropylen, welches einer elektrische.!! Beanspruchung in der Größenordnung von 75-100 kV/oni widerstenen kanu, und einen guten Üoerflachen-Jiriech- "bzw. Durchschlagwert /surface flashover value/ hat.

Die Stärke der Isolierung wird jedoch hauptsächlich durch das G-as gebildet, mit welchem das Kabel gefüllt ist und welches zweckmäßigerweise auf einen Druck von 150 - 250 Pfund pro Quadratzoll Atmospharendruck (etwa 10 - 18 kg/cm Atmosphärendruok) ge-' bracht werden kann. Das Gas sollte im Hinblick auf seine elektrischen Eigenschaften ausgewählt werden -- in der Hauptsache in Bezu:-', auf die ihm innewohnende elektrisciie I^estigKeit und seiner Fähigkeit, Entladungen in irgendwelchen An^renisun^sspaiten oder

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anderen Hohlräumen in dem nut er Druck stehenden -KLeleictrikuni zu unterdrücken — wobei Beispiele geeigneter ü-ase stickstoff, Hexafluorsjhvefel und Gemische dieser ü-ase sind.

Die mechanischen Eigenschaften der Rohre 5 werden gewöhnlich so gewählt, daß das Kabel während der Herstellung gebogen oder ui:i eine Trommel oder einen /uaick im Kabelstrang gelegt werden kann, während der Leiter 1 im wesentlichen konzentrisch innerhalb der Abschirmung ö, selbst bei hohen Üemoeraturen, gehalten wird. Rohre, die in die ^eytalt nach jj'ic· 1 oder i'ig. 2 sfcraggepreßt werden, können schraubenförmig um den isolierten weiter herumgelegt werden, um ei e Ijchla^l.ange zu bilden, die ausreicht, um ein wiederholtes Biegen des Kabels ohne übermäßige Erhöhung der elektrischen oder mechanischen Beanspruchung in irgendeinem Teil des Dielektrikums zu gestatten.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Srfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten 'üeucnreibung und Zeichnung offenbart sind.

fat ent anspräche

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Claims (9)

PATENTANWALT »IPL.-ING. ERICH SCHUBERT 1465212 Te.efon:mn)32409 Telegramm-Adr.: Polschuh, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 203<2 Bankkonten: Deutsche Bank AG., Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SQiUBERT, 5? Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.) Postfach 325 ' . 65 097 Kü/Ws 6. September 1965 Patentana prüche

1. Isoliertes elektrisches Hochspannungskabel mit einem Leiter von im wesentlichen rundem Querschnitt» der innerhalb und im Abstand von einer äußeren leitenden Schicht durch Isolierrohre gehalten ist, die in Längsrichtung des Kerns verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter von einer Isolierschicht (4) umgeben ist, und daß jedes Rohr einen im wesentlichen kontinuierlichen Längskontakt mit der Isolierschicht (4) des Leiters (1) und mit zwei angrenzenden Rohren (5)» zwischen denen es liegt, herstellt, wobei die Hohlräume innerhalb und zwischen den Rohren Längsleitungen für ein gasförmiges Isoliermedium bilden.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr einen Längskontakt mit jedem angrenzenden Rohr nur an oder in unmittelbarer Nähe der äußeren leitenden Schicht »bildet.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes Rohres erste und zweite Wandteilstücke

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aufweist, wobei sich das erste Wandteilstück bogenförmig um die Achse des Kabels zwischen den Kontaktstellen mit den benachbarten Rohren erstreckt, und wobei sich das zweite Teilstück zwischen diesen Kontaktstellen mit den benachbarten Rohren und über eine Kontaktstelle mit der isolierenden Schicht hinweg erstreckt.

4·. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wandteilstück gekrümmt ist.

5. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wandteilstück flachseitig ausgebildet ist.

6. Kabel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre eine stranggepreßte Form haben.

7. Kabel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr aus einem flachen Streifen hergestellt ist, der entsprechend in den gewünschten Querschnitt geformt ist.

8. Kabel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus Polypropylen bestehen.

9. Kabel nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohre in Längsrichtung des Kabelkerns und schraubenförmig um diesen herum erstrecken.

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