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Mit Kunststoff isoliertes und ummanteltes Starkstromkabel mit Aluminiumleitern
Bei elektrischen Starkstromkabeln zeichnen sich insbesondere auf dem Gebiet der
Niederspannungskabel immer deutlicher Übergänge ab von den bisher üblichen Werkstoffen,
nämlich Kupfer für die Leiter, Papier für die Isolierung und Blei für den Mantel,
zu anderen Werkstoffen, insbesondere zu Aluminium für die Leiter und Kunststoffen
für die Isolierung. Bei den Mänteln konkurriert Aluminium ebenfalls mit Kunststoffen,
z.B. bei den Typen NAKLEY und NAYY. Beim dreiadrigen Typ NAKLEY dient der Aluminiummantel
zugleich als Nulleiter, während beim vieradrigen Typ NAYY mit Kunststoffmantel,
der zumeist mit Sektorleitern ausgeführt wird, ein Leiter als Nulleiter dient. Die
Erfindung befasst sich mit einem Sicherheitsproblem, das bei diesem aus Wirtschaftlichkeitsgründen
besonders interessanten Typ NAYY seit einiger Zeit in der Fachwelt erörtert wird,
ohne dass bislang eine wirklich befriedigende Lösung des Problems gefunden worden
ist.
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Die Fachwelt macht sich nämlich im Zuge allgemeiner Überlegungen über
die Gefahren, die bei mechanischen Kabelbeschädigungen, z.B. bei Erdarbeiten durch
Spitzhacken oder Spiesse, ohne Kurzschlussauslösung auftreten können, auch Gedanken
über die Gefahr, die vielleicht bei NA??-Kabeln auftreten könnte, wenn der Aluminium-Nulleiter
mitsamt seiner Isolierung mechanisch nur angekratzt wird, dann zu korrodieren beginnt
und eines Tages ohne Kontrolle und Auslösung der vorgesehenen Sicherheitsvorrichtungen
unterbrochen wird. Auf diese Gefahr ist insbesondere in dem Aufsatz von H. Bax in
der Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft" 67. Jahrgang 1968 auf den Seiten 420 und
421 hingewiesen.
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Es sind schon mehrere Vorschläge bekannt geworden, die Bauart NAYY
so zu verändern, dass der Nulleiter besser geschützt ist. Ein Vorschlag geht z.B.
dahin, die Phasenleiter in Nierenform um den Nulleiter aniuordnen, so dssß er
nur
nach Peschädigung der Phasenleiter verletzt werden kann, was zum Kurzschluss und
damit zur Abschaltung des Kabels fuhren würde. Andere auf dem gleichen Gedanken
beruhende Vorschläge gehen dahin, nur den Nulleiterentweder in Form eines Sektorleiters
oder in Form einer konzentrischen äusseren Endlage - nicht aus Aluminium, sondern
aus Kupfer anzufertigen, das bekanntlich weniger korrosionsanfällig ist. In dieser
Richtung liegt auch der Vorschlag, einen kupferplattierten Aluminlumleiter als Nulieiter
zu benützen. In eine andere Richtung geht der Vorschlag, kunststoffisolierte mehrdrahtige
verdichtete Aluminiumleiter an ihrer Oberfläche innehalb der sie umgebenden Kunststoffisolierung
mit einer korrosionshemmenden haftenden wachsartigen Masse zu imprägnieren. Die
bisher bekannt gewordenen Vorschläge sind teils aus konstruktiven und teils aus
wirtschaftlichen Gründen nicht günstig und haben sich nicht durchsetzen können.
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Die Erfindung löst das bei mit Kunststoff isolierten und ummantelten
3tarkstromkabeln mit Aluminiumleitern, insbesondere vom Typ NAYY, anstehende 3icherheitsproblem
mit einer neuen Aluminium-Kupfer-Leiterkombination dadurch, dass der Nulleiter aus
einem um einen gegenüber Aluminium korrosionsfesteren, insbesondere aus Kupfer bestehenden
massiven Draht von geringerem Querschnitt fest und hohlraumfrei herumgepressten
massiven Aluminium leiter hergestellt wird.
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Diese Lösung ist aus wirtschaftlichen und technischen Gründen besonders
gunstig und eignet sich sowohl für runde, insbesondere aber auch für sektorförmige
Nulleiter von beliebig grossem Querschnitt.
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Durch die für die Erfindung wesentliche feste und vor allem hohlraùmfreie
Umpressung des korrosionsfesteren Kupferdrahtes mit dem massiven Aluminiumleiter
wird die an den Grenzschichten von Kupfer und Aluminium bei anderen Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen
erfahrungsgemäss bestehende und von der Fachwelt deshalb mit Recht als bedenklich
angesehene Korrosionsgefahr für den normalen Betriebszustand des erfindungsgemäss
ausgebildeten Kabels ausgeschlossen. Um ganz sicher zu gehen, kann man--den Kupferdraht
besonders
trockners, bevor er in die presse einläuft, die den Aluminiumleiter
um ihn herumpresst. Um die Haftung an den Grenzschichten zu erhöhen, kann man den
Kupferdraht vorher besonders aufrauhen.
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Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen sind an 5 ich mehrfach bekannt,
aber nur in anderen Ausgestaltungen und zu anderen Zwecken als bei der Erfindune.
Bekannt ist z.B. die Herstellung von elektrischen Leitern aus Kupfer-Aluminium-Legierungen
statt,wie früher allgemein üblich, aus dem teuren reinen Kupfer; die schlechten
mechanischen Eigenschaften solcher Legierungen verbietet ihre Anwendung in Kabeln.
Besser brauchbar sind plattierte Leiter, die zumeist aus einer hluminiumseele mit
dimer Kupferplattierung zwecks besserer Lötbarkeit bestehen; es ist jedoch auch
die umgekehrte Kombination einer Kupferseele mit einer hier etwas dickeren Aluminiumplattinierung
iur Erzeugung einer anorganischen Isolierschicht durch Oxydation der Aluminiumhülle
bekannt. Schliesslich ist zur Feldverbesserung und Verhütung der Tränkmittelalterung
an der Leiteroberfläche von mit Masse oder Q1 getränkten Starkstromkabeln die nahtlose
Aufpressung einer Aluminiumhülle statt der früher zur Feldverbesserung benutzten
Blei hülle unmittelbar über dem verseilten Kupferleiter bekannt.
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Fur die Wahl der Grösse des geringeren Querschnitts des korrosionsfesteren
eingepressten Drahtes im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt des neuen Nullleiters
sind teils technische und teils sirtschaftliche Gründe in Betracht zu ziehen. Bei
der Ausführung der Erfindung mit einem Kupferdraht empfiehlt sich z.B. bei den heute
üblichen Aluminiumsektorleiten von 70 bis 185 mm² ein Kupferdrahtquerschnitt von
4 bis 16 2 etwa 5 bis 10 Prozent.
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Weil Kupfer eine höhere Leitfahigkeit als Aluminium hat, können die
Maße der Nulleiter gegenüber denen der anderen Sektorleiter verringert werden, z.B.
nach einem bekannten Vorschlag durch Verringerung des Öffnungswinkels der Nulleiter
auf 60° und Vergrösserung des Öffnungswinkels des Phasenleiter auf je 19O. Dies
empfiehlt sich jedoch dann nicht, wenn die bei
gleichen Maßen aller
Sektorleiter leichtere Montage der Kabel für wichtiger als die Aluminium-Einsparung
angesehen wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man anstelle
nur eines Kupferdrahtes auch mehrere entsprechend dünnere Kupferdrähte in den Aluminium-Nulleiter
parallel nebeneinander - gegebenenfalls auch über dessen Querschnitt verteilt -
achsparallel einpressen lassen.
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Die Erfindung beruht auf folgender Überlegung: In dem eingangs erwähnten
Fall einer mechanischen Beschädigung der Isolierung eines erfindungsgemäss ausgebildeten
Nulleiters eines Starkstromkabels kann zwar im Laufe der Zeit das aussenliegende
Aluminium wegkorrodieren, Jedoch bleibt der schliesslich freigelegte korrosionsfeste
innenliegende Kupferdraht unter praktisch allen Betriebsbedingungen unbeschädigt
erhalten und stellt die Schutzmassnahme der Nullung sicher. Der Ausgleichs strom,
der im Nulleiter fliessen kann, wird ausreichend durch den mit passendem Querschnitt
gewählten Kupferdraht übertragen.
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Wenn nämlich zunächst das Aluminium nur unmittelbar an der Beschädigungsstelle
z.B. auf wenige Zentimeter Länger wegkorrodiert, kann der Kupferdraht selbst bei
relativ kleinem Querschnitt den gesamten Nulleiterstrom führen, weil die Wärmeableitung
durch das benachbarte, noch nicht wegkorrodierte Aluminium noch gross ist. Wenn
dann die Korrosion soweit fortgeschritten ist, dass eine grössere Strecke des Aluminiums
fehlt, wird der Kupferdraht eine hohe Temperatur, nämlich je nach dem gewählten
Querschnitt and der auftretenden Nullstromstärke eine Temperatur von einigen Hundert
Grad Celsiums annehmen, die aber durch richtige Querschnittswahl unterhalb des Schmelzpunktes
von Kupfer bei maximal etwa 1000 Grad Celsius liegen soll, und durch die grosse
Wärmeentwicklung im Kabel die Kunststoffisolierung auch der Phasenleiter zerstören,
so dass es schliesslich zu einem Kurzschluss und damit zur Abschaltung der Kabelstreoke
kommt. Diese erwünschte "Selbstreinlgung" entspricht also im Ergebnis, jedoch im
Wege eines ganz anders gearteten Vorgangs der Selbstreinigung bei papierisolierten
mit Öl oder Masse getränkten Starkstromkabeln,
bei denen es im Fall
einer Mantelbeschädigung zu einer Durchfeuchtung der Papierisolierung und als Folge
davon ebenfalls zum Kurzschluss und zur Abschaltung der gefährdeten Kabelstrecke
kommt. Diese Selbstreinigung wird in Netzen der Energieversorgungsunternehmen als
zweckmässig angesehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Form
eines Querschnitts eines Starkstromkabels vom Typ NAYY dargestellt.
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Die drei sektorförmigen massiven Phasenleiter sind mit 1, 2 und 3
und der erfindungsgemäss ausgebildete, ebenfalls sektorförmige massive Nulleiter
mit 4 bezeichnet. Innerhalb des Nulleiterquerschnitts, z.B. in seiner Mittes befindet
sich der eingepresste, z.B. rundeSupferdraht 5. Er kann aber auch profiliert und/oder
in Richtung zur Sektorspitze hin verschoben sein.
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Alle vier aus Aluminium bestehenden Sektorleiter sind zunächst von
einer eigenen Leiterisolierung 6 und dann gemeinsam von einer Gürtelisolierung 7
umgeben. Darüber liegt der Aussenmantel 8. Die Isolierungen und der Mantel können
wie bekannt aus dem gleichen Kunststoff oder verschiedenen Kunststoffen bestehen,
z.B. auf Polyvinylchloridbasis oder Polyäthylen.
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6 Patentansprüche 1 B1. Zeichnung