DE1590111B1

DE1590111B1 - Verfahren zur Herstellung eines mit einem gasimpraegnierten Kunststoff-Dielektrium versehenen Hochspannungskabels

Info

Publication number: DE1590111B1
Application number: DE19661590111
Authority: DE
Inventors: Endacott John Derrick; Manktelow Anthony John
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1965-04-30
Filing date: 1966-04-28
Publication date: 1970-07-23
Also published as: NL6605813A; DK119118B; US3461219A; SE328044B; BE680229A; GB1110878A; CH474130A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Her- Bändern vorgesehen werden — nicht oder nur in

Stellung eines mit einem gasimprägnierten, ein- oder geringem Maße möglich ist; dank dem neuen Imprä-

mehrschichtigen, festen Kunststoff-Dielektrikum ver- gnierungsverfahren findet dennoch eine völlige Durch-

sehenen Hochspannungskabels, dessen Dielektrikum dringung des Dielektrikums mit dem Gas statt,

an einer oder mehreren seiner Oberflächen während S Mit dem neuen Verfahren können die Dielektrika

des Betriebes des Kabels der diffundierenden, imprä- sowohl von Einleiter- als auch von Mehrleiterhebel

gnierenden Einwirkung eines inerten, unter Druck imprägniert werden,

stehenden Gases ausgesetzt ist. Der in einem Hohlraum an einer bestimmten Stelle

Solche Kabel sind bekannt (britische Patentschrift eines Dielektrikums herrschende Gasdruck läßt sich

852 370). Das Gas wird dem in Längs- und Quer- ίο auf die nachfolgend beschriebene Weise berechnen,

richtung gasdurchlässigen Innenleiter von einem oder Die graphische Darstellung gibt die Abhängigkeit von

beiden Kabelenden her unter Druck zugeführt, um Druck und Zeit wieder. Die Berechnung gilt für die

in das aus extrudierten Kunststoffschichten bestehende vorzugsweise vor der Ummantelung stattfindenden

Dielektrikum hinein- und durch dieses hindurchzu- Vorimprägnierung, bei der die äußere Oberfläche des

diffundieren. 15 Dielektrikums dem Gas frei zugänglich ist.

Im Falle der Herstellung von Kabeln mit einem Die Änderungsgeschwindigkeit des Gasdruckes in

festen Dielektrikum aus stranggepreßtem Kunststoff einem kleinen Hohlraum läßt sich mit Hilfe des ersten

ist es schwierig, alle Hohlräume aus dem Dielektrikum und zweiten Fickschen Gesetzes abschätzen; damit

selbst und aus den Grenzflächen zwischen dem Di- kann man die zeitliche Änderung der Konzentration des

elektrikum und einer Abschirmung aus leitendem 20 Gases (die als vom Gasdruck abhängig angenommen

Kunststoffmaterial zu beseitigen, die an der Ober- wird) an derjenigen Stelle des Materials ermitteln, an

fläche des Dielektrikums anhaftet. Für den Fall, daß welcher der Hohlraum angenommen wird, wobei

das Dielektrikum aus Kunststoffbändern gewickelt dieser selbst vernachlässigt wird. Bei Anwendung der

wird, treten stets Hohlräume an den Kanten der Berechnung auf einen langen, rohrförmigen Körper,

Bänder auf. In beiden Fällen soll das Gas in diese 25 wie ihn das Dielektrikum eines Kabels darstellt,

Hohlräume eindringen und sie unter ausreichend kann diese ohne übermäßige Einbuße an Genauigkeit

hohem Druck füllen, so daß eine elektrische Entladung dadurch vereinfacht werden, daß man den rohrf örmi-

innerhalb der Hohlräume verhindert wird. gen Körper durch eine Platte mit derselben Wand-

Bei der bisherigen Gasimprägnierung von Hoch- stärke, jedoch ebenen parallelen Flächen ersetzt

Spannungskabeln, die mit dem Arbeitsdruck und bei 30 denkt.

der normalen Betriebstemperatur des Dielektrikums Aus den Fickschen Gesetzen kann abgeleitet werden,

erfolgte, wurde nicht immer, jedenfalls nicht in daß

vertretbarer Zeit, erforderliche Durchdringung des dp δ^ζρ

Dielektrikums erreicht.

= D-

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzu- 35

zeigen, um sicherzustellen, daß das inerte Gas in alle ist, wobei ρ der Druck, t die Zeit, χ die Positions-Hohlräume innerhalb des Dielektrikums und an koordinate, von der Mitte der Wandstärke der Platte seinen Grenzflächen bereits vor Inbetriebnahme des ausgerechnet, und D das Diffusionsvermögen ist. Kabels eindringt und auch anschließend unter Auf- Der Druck innerhalb eines flachen Körpers mit der

rechterhaltung eines ausreichenden Überdrucks dort 40 Dicke 2/, der auf seiner Oberfläche einem Druck verbleibt. Insbesondere sollen auch solche Hohlräume von p₀ ausgesetzt ist, kann durch Lösung dieser von dem Gas erreicht werden, die bei der normaler- Differentialgleichung mit den folgenden Anfangsweise erst bei Inbetriebnahme des Kabels erfolgenden und Grenzbedingungen erhalten werden: Imprägnierung nicht oder nur bei unzureichendem

Druck gefüllt werden; damit wird eine elektrische 45 _{hat<0 p==Q} _für alle Werte von χ

Entladung in diesen Hohlräumen wahrend des Be- ^-

triebes des Kabels verhindert. bei χ = ± / P = P für t > 0

Die gestellte Aufgabe· wird erfindungsgemäß da- ^{y yo}

durch gelöst, daß schon während der Herstellung des

Kabels das Dielektrikum mit dem inerten Gas unter 50 Aus dieser Lösung geht hervor, daß die Zeit, die Anwendung von erhöhten Werten des Gasdruckes für den Aufbau eines Druckes/? in dem ganzen und der Temperatur des Dielektrikums derart vor- Körper erforderlich ist, der dem Druck/J₀ vergleichimprägniert wird, daß anschließend bis zur Inbetrieb- bar ist, annähernd nähme des Kabels der größte Teil der Hohlräume im 4 /2

Dielektrikum und an seinen Grenzflächen mit dem 55 ₂

Gas unter einem Druck von mindestens 7 kg/cm² P

gefüllt bleibt. beträgt.

°* Abhängig« zwischen A und , in Setaden

wendbar ist, kommt sie doch auch für solche Kabel in 60 bei / = 0,127 cm, D = 3 ■ ΙΟ"⁷ cm^a/sec und 30⁰C ist Frage, bei denen das Dielektrikum aus glattwandigen der graphischen Darstellung zu entnehmen.

Kunststoffbändern aufgebaut ist, was durch den Kurven für andere Werte D' und /' an Stelle von

Begriff »festes Kunststoff-Dielektrikum« zum Aus- D und / können durch Änderung der Zeitskala im druck gebracht werden soll. Diese Bänder können Verhältnis

dann in solcher Weise angeordnet werden, daß ein 65 t' D l'^%

Hindurchtreten des Gases in Längsrichtung des Di- ~T~ ⁼ "^T " "IjT

elektrikums zwischen den einzelnen Lagen der Bänder

— wozu häufig Rillen oder Aufrauhungen an den erhalten werden.

ORIGINAL INSPECTED

Auf diese Weise gewinnt man die folgenden Werte für ein festes, aus Polyäthylen gebildetes Dielektrikum, das einem Außendruck von 150% des in den Hohlräumen erforderlichen Druckes (— = -Λ ausgesetzt ist.

Beispiel

Imprägnierungstemperatur

⁰C

Freier Abstand (/) von druckbeaufschlagter Oberfläche

mm

30

100

1,27
12,7
12,7

Imprägnierungszeit

IO

Sekunden I Stunden

3:10⁴ 3:10⁶ 1,57 · 10^s

8,3 833,3 44

D ist bei 30° C, wie oben angegeben, 3 · 10~⁷ cm²/sec, bei 100° C ergibt sich D zu 5,73 · 10~^β cm²/sec.

Auf diese Weise erhält man nach den Beispielen 2 und 3 bei einer Polyäthylenschicht von 25,4 mm Stärke durch Anwendung eines Außendruckes von 10,5 kg/cm² auf beide Oberflächen bei einer Temperatur von 100° C eine volle Imprägnierung — Innendruck 7 kg/cm² — in rund 40 Stunden, während bei 30°C rund 800 Stunden erforderlich sind. Um eine Imprägnierung mit einem Innendruck von 14 kg/cm² zu erhalten, bedarf es, wenn dieselben Werte von Temperatur und Zeitdauer wie beim vorigen Beispiel beibehalten werden, eines Gasdruckes von 21 kg/cm².

Um den Vorimprägnierungsprozeß rasch, jedoch ohne große Gefahr einer Beschädigung durchführen zu können, findet vorzugsweise ein Gasdruck Anwendung, der gleich ist dem l,5fachen Wert des Arbeitsdruckes des Gases bei Betrieb des Kabels und bei einer Temperatur des Dielektrikums, die über der mittleren Arbeitstemperatur des Dielektrikums, vorzugsweise nahe der maximalen Arbeitstemperatur liegt. Die Vorimprägnierung erfolgt vorzugsweise bereits in der Fabrik und wird zweckmäßigerweise in einem solchen Maße durchgeführt, daß der Gasdruck an allen Stellen des Dielektrikums einen Wert annimmt, der genügend weit über dem Arbeitsdruck des Kabels bei Betrieb liegt, um sicherzustellen, daß während der nachfolgenden Behandlung des Kabels im Laufe der Fertigstellung und Verlegung desselben der Gasdruck im überwiegenden Teil des Dielektrikums nicht unter den Arbeitsdruck fällt. Ein Abfall des Gasdruckes unter den Arbeitsdruck in der Nähe der Innen- und der Außenfläche des Dielektrikums kann hingenommen werden, da dieser nach der Verlegung des Kabels und vor der Indienststellung durch eine erneute Vorimprägnierung rasch wiederhergestellt werden kann.

Bevor der Kabelkern der Druckkammer zur Durchführung der Ummantelung entnommen wird, wird er auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Bei dieser Temperatur ist die Geschwindigkeit, mit der das Gas aus dem Dielektrikum ausdiffundiert, so gering, daß während des Ummantelungsvorganges nur ein geringer Gasdruckabfall zu verzeichnen ist und der Druck nur in einem kleinen Teil des Dielektrikums, nämlich in den Bereichen unmittelbar an der inneren und äußeren Oberfläche des Dielektrikums, sofern überhaupt, auf einen Wert abfällt, der unterhalb des Arbeitsdrucks des Kabels liegt. Nach der Ummantelung kann ein weiterer Gasverlust durch Abdichten der Enden des Mantels und Füllen des Raumes zwischen Kern und Mantel mit dem Gas bei Arbeitsdruck oder höherem Druck verhindert werden. Dadurch kann jeder weitere Druckabfall bis zur Durchführung der Verbindungsvorgänge ausgeschlossen werden. Auch während der Herstellung der Verbindungen läßt sich der Druckabfall des im Dielektrikum absorbierten Gases auf einem geringen Wert halten und wird sich im wesentlichen nur in den Bereichen an den inneren und äußeren Oberflächen des Dielektrikums sowie an die freiliegenden Kabelenden bemerkbar machen. Die vollständige Imprägnierung des Dielektrikums wird vor der Inbetriebnahme des Kabels jedoch durch Anwendung eines Gasdruckes in der Höhe des Arbeitsdruckes oder oberhalb desselben wieder hergestellt.

Findet das erfindungsgemäße Verfahren auf ein in einer Rohrleitung zu verlegendes Kabel Anwendung oder auf ein Kabel, das mit einer genügend starken, armierten Ummantelung versehen ist, so kann die Vorimprägnierung auch nach dem Überziehen des Kabels oder aber nach dem Einziehen desselben in die Rohrleitung vor Herstellung der Verbindungen erfolgen.

Findet die Vorimprägnierung des Dielektrikums mit dem Gas nach der Ummantelung statt und ist der Mantel dem dabei auftretenden Gasdruck nicht gewachsen, so kann man ein unter Überdruck stehendes Druckmittel derart auf die Außenseite des Mantels zur Einwirkung bringen, daß eine Ausdehnung des Mantels verhindert wird. Dies kann durch Einführen des gesamten Kabels in einen Druckbehälter erfolgen, in dem es sowohl innerhalb als auch außerhalb des Mantels dem Gasdruck ausgesetzt wird, oder dadurch, daß das ummantelte Kabel in eine unter entsprechendem Druck stehende Flüssigkeit eingetaucht und das Gas nur den offenen Enden des ummantelten Kabels zugeführt wird. Im letzteren Falle kann das Druckgefäß im wesentlichen aus einem Rohr von größerem Durchmesser als dem des Kabels und mindestens dessen Länge bestehen, oder es kann zu diesem Zweck die Rohrleitung verwendet werden, in der das ummantelte Kabel verlegt wird. Der Kabelmantel wirkt dann als gasundurchlässige Membran zwischen dem Gas innerhalb des Kabels ,das in das Dielektrikum hineindiffundiert, und dem Gas bzw. der Flüssigkeit außerhalb desselben, das den Raum zwischen Kabelmantel und Rohrleitung füllt, um den Kabelmantel gegen Aufweitung zu schützen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem gasimprägnierten, ein- oder mehrschichtigen, festen Kunststoff-Dielektrikum versehenen Hochspannungskabels, dessen Dielektrikum an einer oder mehreren seiner Oberflächen während des Betriebs des Kabels der diffundierenden, imprägnierenden Einwirkung eines inerten, unter Druck stehenden Gases ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß schon während der Herstellung des Kabels das Dielektrikum mit dem inerten Gas unter Anwendung von erhöhten Werten des Gasdruckes und der Temperatur des Dielektrikums derart vorimprägniert wird, daß anschließend bis zur Inbetriebnahme des Kabels der größte Teil der Hohlräume im Dielektrikum und an seinen Grenzflächen mit dem Gas unter einem Druck von mindestens 7 kg/cm² gefüllt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Vorimprägnierung bei einem Wert des äußeren Gasdruckes erfolgt, der gleich ist dem l,5fachen Wert des Arbeitsdruckes des Gases bei Betrieb des Kabels, und bei einer Temperatur des Dielektrikums, die über der mittleren Arbeitstemperatur des Dielektrikums, vorzugsweise in der Nähe der maximalen Arbeitstemperatur, liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei nach der Ummantelung to des Dielektrikums erfolgender Vorimprägnierung ein unter Überdruck stehendes Druckmittel derart auf die Außenseite des Mantels zur Einwirkung gebracht wird, daß eine Ausdehnung des Mantels verhindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorimprägnierung erst erfolgt, wenn der nicht ummantelte oder ummantelte Kabelkern in die für die Verlegung vorgesehene Rohrleitung eingezogen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verlegung des vorimprägnierten Kabelkernes diejenigen Teile des Dielektrikums, deren Hohlräume einen geringeren Gasdruck als 7 kg/cm² aufweisen, einer weiteren Vorimprägnierung ausgesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen