DE1515715C - Elektrisches Hochspannungsdruckkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Hochspannungsdruckkabel mit einem massiven Dielektrikum aus Kunststoff für den oder die einzelnen Leiter, der/die für gasförmige Medien in axialer und radialer Richtung durchlässig ist/sind; bei dem das Dielektrikum unter Bildung eines Zwischenraums zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Druckmediums von einem flüssigkeits- bzw. gasdichten Mantel, beispielsweise einem Stahlrohr, umgeben ist.

Bei elektrischen Hochspannungskabeln wird häufig von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die elektrische Festigkeit vieler Isolierstoffe, die g'aserfüllte Hohlräume enthalten können, durch Druckanwendung erhöht wird. Hierauf beruhen die verschiedenen bekannten Bauarten der sogenannten elektrischen Druckkabel. So ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 792 064 ein Hochspannungskabel bekannt, dessen Isolierung mit einer drucknachgiebigen, für das Tränkmittel undurchlässigen Umhüllung umgeben und in einer druckfesten Rohrleitung, insbesondere Stahlrohrleitung, eingezogen sowie der Hohlraum dieses Schutzrohres um die Kabelseele mit einem geeigneten Druckmittel, insbesondere einem Gas, gefüllt ist. In diesem Falle wirkt die Hülle des Kabels bei Druck- bzw. Temperaturschwankungen als Ausgleichsmembran; sie wird bei Temperaturerhöhungen infolge der Ausdehnung des Tränkmittels aufgeweitet und beim Sinken der Temperatur durch das äußere Druckmittel wieder zusammengedrückt, damit Hohlräume im Dielektrikum nicht entstehen können. In der österreichischen Patentschrift 138 935 wird auf eine Hochspannungskabelausführung verwiesen, deren Dielektrikum teilweise einem hydraulischen Druck ausgesetzt ist, wodurch bei dem unter Druck stehenden Dielektrikum die Durchschlagsfestigkeit um ein vielfaches gegenüber der von unter atmosphärischem Druck stehenden Kabeln erhöht wird. Weiterhin wird in dieser Druckschrift auf die Möglichkeit verwiesen, das Dielektrikum dem Öldruck auszusetzen, indem eine undurchlässige Schicht an der Oberfläche des Dielektrikums aufgebracht wird, wodurch der hydrostatische Druck radial gegen den Leiter wirkt, so daß ein Druckgefälle zum Innenleiter hin entsteht. Auch aus der USA.-Patentschrift 2 147 402 ist ein Hochspannungskabel bekannt, das mit einer gas- oder flüssigkeitsunduchlässigen Hülle versehen und in einem druckfesten Rohr eingezogen ist sowie durch ein Druckmedium von außen unter Druck gesetzt wird, so daß im Dielektrikum des Kabels zum Innenleiter hin ein Druckgefälle entsteht. In der deutschen Patentschrift 583 979 ist ein Hochspannungskabel beschrieben, bei dem ein Durchspülen der festen Isolation mittels des flüssigen Isolationsmittels nach dem Verlegen des Bleikabels und während des Betriebes möglich ist, so daß die Luftbläschen aus dem fertigen Kabel ausgespült und ebenso solche Gasbläschen entfernt werden, die sich während des Betriebes bilden. Dabei wird das Durchspülen des fertigen Kabels dadurch erreicht, daß es nicht nur, wie bei bekannten Kabeln, auf einer Seite der Isolation, d. h. innen oder außen, einem Kanal für den Zutritt des unter Druck stehenden flüssigen Isolationsmittel besitzt, sondern sowohl auf der Innenseite wie auf der Außenseite mit derartigen Kanälen ausgestattet ist.

Bei den vorstehend beschriebenen Hochspannungskabeln handelt es sich ausschließlich um solche mit Papierisolierung, die zusätzlich mit Öl, Gas oder einer anderen zusätzlichen Isoliermasse getränkt und zusätzlich unter Druck gesetzt sind. Dabei wird dieser Druck von außen oder von innen oder beidseitig erzeugt. Durch das Tränken der Papierisolierung mit Öl, Gas od. dgl. sollen die in der Kabelisolierung vorhandenen Hohlräume mit dem öl oder Gas, das eine höhere elektrische Festigkeit als das Isolierpapier besitzt, ausgefüllt werden, um auf diese Weise die schädliche Einwirkung von Lufthohlräumen zu kompensieren, und gleichzeitig soll durch die Anwendung von Druck die Kabelisolierung derart unter Druck gesetzt werden, daß die mit öl oder Gas gefüllten Hohlräume zusammengedrückt werden, wodurch in deren Innerem eine Druckerhöhung eintritt, was wiederum eine Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit zur Folge hat.

Weiterhin sind Hochspannungsdruckkabel bekannt, deren Dielektrikum aus Kunststoff besteht. So bezieht sich beispielsweise die französische Patentschrift 1 178 121 auf ein elektrisches Hochspannungskabel mit einem massiven Dielektrikum aus Kunststoff für die einzelnen Leiter, die für flüssige oder gasförmige Druckmedien in axialer und radialer Richtung durchlässig sind; das massive Kunststoffdielektrikum wird einem Gasdruck ausgesetzt, ohne daß eine gasundurchlässige Hülle das Eindringen des Gases in das Dielektrikum verhindert. Das Dielektrikum wird also gewissermaßen mit dem Gas durchtränkt. Weiterhin ist aus der britischen Patentschrift 852 370 ein Hochspannungsdruckkabel mit Kunststoffisolierung bekannt, bei dem ein inertes Gas durch den gasdurchlässigen Innenleiter unter Druck eingespeist wird, so daß das Kabeldielektrikum von dem Gas durchdrungen wird und somit die darin befindlichen Hohlräume mit dem Gas ausgefüllt wer-

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den. Die USA.-Patentschrift 2 658 939 bezieht sich dere Dielektrizitätskonstanten als das Kunststoffdi-

dagegen auf ein Hochspannungsdruckkabel mit elektrikum selbst, was sich aber bei einer elektrischen

Kunststoffisolierung, bei dem das Kunststoffdielektri- Beanspruchung äußerst nachteilig auswirkt. Denn die

kum beidseitig mit einer flüssigkeits- bzw. gasdichten Zusammensetzung von Stoffen mit verschiedenen

Hülle umgeben ist und auf das Dielektrikum beidsei- 5 Dielektrizitätskonstanten hat bedeutende örtliche

tig, d. h. sowohl von innen als auch von außen, mit Feldstärke zur Folge, welche zum Glimmen oder

Hilfe eines Druckmediums unter Druck gesetzt wird, auch zum Überschlag führen kann. Durch die Erfin-

so daß die im Kabeldielektrikum befindlichen Gas- dung wird diese Gefahr beseitigt, da durch das Zu-

einschlüsse zusammengedrückt werden. Weiterhin sammenpressen des Kunststoffdielektrikums ein ho-

geht aus der vorstehenden USA.-Patentschrift als be- ίο mogenes, hohlraumfreies Dielektrikum entsteht. Die

kannt hervor, unter einseitigen Druckanwendungen Druckanwendung von außen hat den weiteren Vor-

von außen auf ein massives Kunststoffdielektrikum teil, daß sich eine größere Druckfläche ergibt und die

einzuwirken. Eine weitere Ausführungsform eines druckführenden Teile und die Zufuhrleitungen für

Hochspannungsdruckkabels mit Kunststoffdielektri- das Druckmedium auf Erdpotential liegen und nicht

kum ist in der USA.-Patentschrift 3 143 591 be- 15 auf Hochspannungspotential, wie das bei Kabeln der

schrieben, wobei das Kunststoffdielektrikum beidsei- Fall ist, bei denen das Druckmedium über den auf

tig unter Druck gesetzt wird und das Druckmedium Spannungspotential liegenden Innenleiter zugeführt

aus einer verdampfbaren, schlecht leitenden Flüssig- wird.

keit besteht und der Dampf dieser Flüssigkeit durch War bisher dem bekannten Stand der Technik zu das Kunststoffdielektrikum diffundieren kann. 20 entnehmen, den Druck in den vorhandenen, Restgase Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein oder zusätzliche Isoliermedien (Öl, Gas) enthaltenden Hochspannungskabel der eingangs genannten Art zu Hohlräumen der Kabeldielektrika von Hochspanschaffen, dessen Dielektrikum aus massivem Kunst- nungskabeln zu erhöhen, ohne daß die Restgase stoff weitgehendst homogen ist, d. h., daß in dem selbst entweichen sollten, so wird erfindungsgemäß Dielektrikum weder ein Füllmittel vorhanden ist 25 die gewünschte Erhöhung der Spannungsfestigkeit noch überhaupt Hohlräume, die ein derartiges Füll- des Kabeldielektrikums dadurch erreicht, daß die im mittel aufnehmen könnten, oder Hohlräume, in denen Dielektrikum vorhandenen Restgase gezwungen wer-Luft- oder Restgaseinschlüsse auftreten können, so den herauszudiffundieren, so daß ein in sich homogedaß eine Durchschlagsfestigkeit erreicht wird, die nes Dielektrikum entsteht. Durch die äußere Drucküber der liegt, die normalerweise mit kunststoffiso- 30 anwendung und das dadurch erzeugte Druckgefälle lierten Hochspannungskabeln vergleichbaren Durch- in der massiven Isolierung des Kabels wird diese mit messers erzielbar ist. ihrer Innenfläche durch plastische oder elastische Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Verformung hohlraumfrei gegen die Oberfläche des unmittelbar auf das Dielektrikum eine nachgiebige Leiters gepreßt. Aus diesem Grunde braucht erfingas- und/oder flüssigkeitsdichte Hülle aufgebracht ist 35 dungsgemäß an dieser Stelle die oft verwendete und daß der/die Leiter im Bereich der Kabelenden halbleitende Schicht nicht aufgebracht zu werden, somit der freien Atmosphäre verbunden ist/sind. fern sie nicht zur Vergleichmäßigung der Feldvertei-

Diese erfinderische Ausgestaltung erlaubt es ein- lung erforderlich ist.

mal, als Druckmedium beispielsweise Luft zu verwen- Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erden, da diese nicht in das Dielektrikum eindringen 40 findung besteht darin, daß eine leitende, insbesondere kann. Durch die Möglichkeit, Luft als Druckmedium metallische Schicht unterhalb der nachgiebigen, unverwenden zu können, können aber die Betriebsko- durchlässigen Hülle und unmittelbar auf der Obersten eines derartigen Kabels beträchtlich gesenkt wer- fläche des Dielektrikums als an sich bekannte Kabeiden, da die üblichen, als Druckmedien verwendeten abschirmung angeordnet ist. Da auch diese Schicht Gase (SF-6 od. dgl.), die in das Kunststoffidelektri- 45 durch die äußere Druckeinwirkung fest gegen das kum eindringen, relativ teuer sind. Zusätzlich muß Dielektrikum gepreßt wird, können sich an der bei den bekannten Kabeln verhindert werden, daß Grenzfläche zwischen dem Dielektrikum und der leidiese Gase in die freie Atmosphäre austreten, um mit tenden Schicht ebenfalls keine Hohlräume ausbilden, einer möglichst geringen Gasmenge auskommen zu die die elektrische Festigkeit des Kabels herabsetzen können. Dazu sind aber aufwendige Abdichtungen 50 könnten.

erforderlich, so daß sich in dieser Hinsicht eine er- Die Zeichnung zeigt als Beispiel ein Einleiterkabel

hebliche Verteuerung der bekannten Kabel gegen- nach der Erfindung in den

über dem gemäß der Erfindung hergestellten ergibt. F i g. 1 und 2 im Querschnitt und in

Dadurch, daß von außen auf das Kabeldielektrikum F i g. 3 in einer Ansicht des Kabels mit den Endein hoher Druck ausgeübt wird und im Inneren des 55 verschlüssen.

Kabeldielektrikums, d. h. im Leiter, Atmosphären- In den F i g. 1 und 2 bezeichnet 1 den gasdurchläs-

druck herrscht, wird erreicht, daß durch das derart sigen Leiter, 2 die Isolierung und 3 eine drucknach-

erzeugte Druckgefälle innerhalb des Kabeldielektri- giebige, aber gas- und flüssigkeitsdichte Hülle eines

kums Restgase aus eventuell vorhandenen Hohlräu- Kabels. Das Kabel ist lose in einem druckfesten men herausdiffundieren, so daß die Hohlräume voll- 60 Rohr 4, z. B. einem Stahlrohr, verlegt, das ein gasför-

kommen verschwinden. Dieses erzeugte hohlraum- miges oder flüssiges Druckmittel enthält. Der Leiter 1

freie Dielektrikum hat aber erhebliche Vorteile ge- ist nach F i g. 1 aus einzelnen Runddrähten 5 zu

genüber dem Dielektrikum, bei dem vorhandene einem in axialer und radialer Richtung gasdurchlässi-

Hohlräume lediglich mit einem Gas oder einer Flüs- gen Gebilde verseilt, wobei die zwischen den einzelsigkeit, wie dies bei den bisher bekannten Kabeln 65 nen Drähten befindlichen Zwickel 6 die Längskanäle

durchgeführt wird, unschädlich gemacht werden, und die schmalen Spalten 7 zwischen den in den ein-

denn die zum Füllen der Hohlräume geeigneten Gase zelnen Verseillagen nebeneinanderliegenden Drähten

oder Flüssigkeiten haben in der Regel erheblich an- die radialen Kanäle darstellen. In der Ausführungs-

form der F i g. 2 ist dieser Leiter als Hohlleiter aus nicht völlig dicht nebeneinander angeordneten Formdrähten 8 aufgebaut. Der Längskanal wird dabei von dem hohlen Innenraum 9 dieses Hohlleiters gebildet, während die langen, schmalen Spalten 10 zwischen den Formdrähten 8 die radialen Kanäle darstellen. Die Isolierung 2 des Kabels ist beispielsweise aus Polyäthylen in einer oder in mehreren Lagen massiv gespritzt. Mit 11 und 12 sind zu beiden Seiten der Isolierung 2 angeordnete halbleitende Schichten be- ίο zeichnet, die aus elektrisch halbleitend gemachtem Kunststoff, z. B. mit Ruß gefülltem Polyäthylen, bestehen können. Über der äußeren halbleitenden Schicht 12 und in elektrisch leitender Berührung mit dieser befindet sich ein Schirm 13, der beispielsweise aus Drähten oder Bändern aus Kupfer aufgebaut sein kann. Die darüber aufgebrachte drucknachgiebige Hülle kann ein durch Metallisieren genügend undurchlässig gemachter Kunststoffmantel oder ein dünner und genügend geschmeidiger Metallmantel, z. B. aus Blei oder Aluminium, sein. Im letztgenannten Falle ist ein besonderer Schirm 12 über der Isolierung 2 des Kabels entbehrlich. Über der drucknachgiebigen Hülle 3 sind einige Gleitdrähte 14 angeordnet, um das Einziehen des Kabels in das Rohr 4-zu erleichtern. Das Druckmittel in dem freien Innenraum 15 des Rohres 4 wird unter einem Überdruck von beispielsweise 15 atü gehalten.

In F i g. 3 ist das druckfeste Rohr mit dem Kabel teilweise aufgeschnitten dargestellt. An den Enden des Kabels sind die Endverschlüsse 16 aufgesetzt. Durch eine geeignete Vorrichtung (z. B. durch die Schelle 17) wird dafür Sorge getragen, daß das Druckmittel nicht zwischen die Hülle 3 und die Isolierung 2 des Kabels eindringen kann. Die Isolierung 2 ist an den Leiterenden abgesetzt, und über diese ist ein Endverschlußbolzen 18 in Form einer metallischen Hülse aufgeschoben, in der radial angeordnete, vorzugsweise schräg abwärts gerichtete Bohrungen 19 angeordnet sind, über die die Verbindung des Leiterhohlraums mit der Atmosphäre hergestellt wird.

An Stelle der Verlegung in einem druckfesten Rohr 4 kann das Kabel nach der Erfindung auch in Abstand über der drucknachgiebigen Hülle 3 von einem biegsamen, aber druckfesten Mantel umgeben sein, dessen freier Innenraum mit dem Druckmittel gefüllt ist. Dieser Mantel kann beispielsweise ein Aluminiummantel sein, der gewellt ist oder unter Einfügung von Abstand haltenden Drähten über der Hülle 3 des Kabels aufgebracht ist. In jedem Falle ist durch den von außen auf die Kabelisolierung wirkenden Überdruck und den im gasdurchlässigen Leiter herrschenden Unterdruck ein Herausdiffundieren zum Innenleiter hin etwa in der Isolierung vorhandener Gasteilchen sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Hochspannungsdruckkabel mit einem massiven Dielektrikum aus Kunststoff für den oder die einzelnen Leiter, der/die für gasförmige Medien in axialer und radialer Richtung durchlässig ist/sind; bei dem das Dielektrikum unter Bildung eines Zwischenraumes zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Druckmediums von einem flüssigkeits- bzw. gasdichten Mantel, beispielsweise einem Stahlrohr, umgeben ist, dadurchgekennzeichnet, daß unmittelbar auf das Dielektrikum (2) eine nachgiebige gas- und/oder flüssigkeitsdichte Hülle (3) aufgebracht ist und daß der/die Leiter (1) im Bereich der Kabelenden mit der freien Atmosphäre verbunden ist/sind.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (2) mit seiner Innenfläche unmittelbar an der Leiteroberfläche anliegt.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende, insbesondere metallische Schicht (13) unterhalb der nachgiebigen, undurchlässigen Hülle (3) und unmittelbar auf der Oberfläche des Dielektrikums (2) als an sich bekannte Kabelabschirmung angeordnet ist.