DE1907946C3 - Mit Kunststoff isoliertes und ummanteltes Starkstromkabel mit Aluminiumleitern - Google Patents

Description

an der Leiteroberfläche von mit Masse oder öl getränkten Starkstromkabeln die nahtlose Aufpressung einer Aluminiumhülle statt .der früher zur Feldverbesserung benutzten Bleihülle unmittelbar über dem verseilten Kupferleiter bekannt.

Aus der schweizerischen Patentschrift 4 65 024 ist eine Erhöhung der Zugfestigkeit von elektrischen Kabelleitern durch eine Einlagerung von Verstärkungsdrähten aus Stahl bekannt. Die Einzelleiter sind dort zunächst mit einer Halbleiterschicht und danach mit einer mit dieser verschweißten Isolierung umhüllt.

Die Erfindung beschäftigt sich nun nicht mit der allgemeinen Aufgabe, die Aluminiumleiter und insbesondere den Aluminium-Nulleiter eines mehradrigen Starkstromkabels selbst gegen Korrosionsschaden zu sichern und dadurch die Betriebssicherheit zu erhöhen. Der Erfindung liegt vielmehr die spezielle Aufgabe zugrunde, den Aluminium-Nullleiter von mehradrigen Kabeln derart auszugestalten, ao daß er trotz Auftreten von Korrosionen seine Funktion als Schutzleiter mit Sicherheit erfüllt und hierdurch die Betriebssicherheit der ganzen Kabelanlage erhöht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese spezielle Aufgabe in Erkenntnis des bei mit Kunststoff isolierten und ummantelten Starkstromkabeln mit Aluminiumleitern, insbesondere vom Typ NAYY anstehenden Sicherheitsproblems dadurch gelöst, daß der Nulleiter aus einem massiven Aluminiumleiter besteht, der fest und hohlraumfrei um einen gegenüber Aluminium korrosionsfesteren, im Querschnitt schwächeren, nur etwa fünf bis zehn Prozent des Querschnitts des Aluminiumleiters aufweisenden massiven Draht herumgepreßt ist. Dieser Draht soll insbesondere aus Kupfer bestehen.

Diese Lösung ist aus wirtschaftlichen und technischen Gründen besonders günstig und eignet sich sowohl für runde als auch für sektorförmige Nullleiter von beliebig großem Querschnitt.

Durch die für die Erfindung wesentliche, feste und vor allem hohlraumfreie 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 trocknen, bevor er in die Presse einläuft, die den Aluminiumleiter um ihn herumpreßt. Um die Haftung der Grenzschichten zu erhöhen, kann man den Kupferdraht vorher besonders aufrauhen.

Für die Wahl der Größe des geringeren Querschnitts des korrosionsfesteren eingepreßten Drahtes im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt des neuen Nulleitcrs gemäß der Erfindung sind im Rahmen der Vorschrift, daß er nur etwa fünf bis zehn Prozent des Querschnitts des Aluminiumleiters betragen soll, teils technische und teils wirtschaftliche Gründe in Betracht zu ziehen Bei der Ausführung der Erfindung mit einem Kupferdraht empfiehlt sich z. B. den heute üblichen Aluminiumsektorleitern von 70 bis 185 mm² ein Kupferdrahtquerschnitt von 4 bis 16 mm'-. Der eingepreßte Kupferdraht muß nämlich einerseits den Nullungsbedingungen nach VDEOlOO entsprechen und darf andererseits weder durch den höchstmöglichen Betriebsstrom noch durch den höchsten auftretenden Überstrom zerstört werden, d. h. bei diesen Strömen durchschmelzen.

Weil Kupfer eine höhere Leitfähigkeit als Aluminium hat, könnten z. B. bei Sektorkabeln die Maße der Nulleiter gegenüber denen der anderen Sektorleiter verringert werden, z. B. nach einem aus der deutschen Patentschrift 8 80 330 bekannten Vorschlag durch Verringerung des öffnungswinkels der NuIlleiter auf 60° und Vergrößerung des öffnungswinkels der Phasenleiter auf je 110°. 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.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man an Stelle nur eines Kupferdrahtes auch mehrere entsprechend dünnere Kupferdrähte in den Aluminium-NuIJeiter parallel nebeneinander — gegcbenenfalls auch über dessen Querschnitt verteilt — achsparallel einpressen lassen.

Die Erfindung beruht auf folgender Überlegung:

In dem eingangs erwähnten Fall einer mechanisehen Beschädigung der Isolierung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Nulleiters eines Starkstromkabeis 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 Ausgleichsstrom, der im Nulleiter fließen kann, wild ausreichend durch den mit passendem Querschnitt gewählten Kupferdraht übertragen.

Wenn nämlich zunächst das Aluminium nur unmittelbar an der Beschädigungsstelle, z. B. auf wenige Zentimeter Länge, 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 so weit fortgeschritten ist, daß eine größere Strecke des Aluminiums fehlt, wird der Kupferdraht eine hohe Temperatur, nämlich je nach dem gewählten Querschnitt und der auftretenden Nullstromstärke eine Temperatur von einigen Hundert Grad Celsius 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 Kabelstrecke kommt. Diese erwünschte »Selbstreinigung« 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 Durchleuchtung 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Form eines Querschnitts eines Starkstromkabels vom Typ NAYY dargestellt.

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 Mitte, befindet sich der eingepreßte, z. B. runde Kupferdraht S. Er kann aber auch profiliert und/oder in Richtung zur Sektorspitze hin verschoben sein. Alle vier aus Aluminium bestehenden Sektor-

leiter sind zunächst von einer eigenen Leiterisolierung 6 und dann gemeinsam von einer Gürtelisolierung 7 umgeben. Darüber liegt der Außenmantel 8. Die Isolierung und der Mantel können, wie bekannt, aus dem gleichen Kunststoff oder verschiedenen Kunststoffen bestehen, z. B. auf Polyvinylchloridbasis oder Polyäthylen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. H. B ax in der Zeitschrift »Elektrizitätswirtschaft«,

   Patentansprüche: 67. Jahrgang, 1968, auf den Seiten 420 und 421 hin

   gewiesen.

   ~ t. Mit Kunststoff isoliertes und ummanteltes Es sind schon mehrere Vorschläge bekannt-

   Starkstromkabel mit Aluminiumleitern, da- 5 geworden — z.B. aus den deutschen Gebrauchsdurch gekennzeichnet, daß der Nulleiter mustern 19 18275, 19 19568 und I960 340 — die aus einem massiven Aluminiumleiter (4) besteht, Bauart NAYY so zu verändern, daß der Nulleiter der fest und hohlraumfrei um einen gegenüber besser geschützt ist. Ein Vorschlag geht z. B. dahin, Aluminium korrosionsfesteren, im Querschnitt die Phasenleiter in Nierenform um den Nulleiter schwächeren, nur etwa fünf bis zehn Prozent des xo anzuordnen, so daß er nur nach Beschädigung der Querschnitts des Aluminiumleiters aufweisenden Phasenleiter verletzt werden kann, was zum Kurzmassiven Draht (5) herumgepreßt ist. schluß und damit zur Abschaltung des Kabels führen
2. 2. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch würde. Andere auf dem gleichen Gedanken begekennzeichnet, daß als korrosionsfester Draht ruhende Vorschläge gehen dahin, nur den Nulleiter ein Kuprerdraht (5) in den Aluminiumleiter (4) 15 — entweder in Fotm eines Sektorleiters oder in Form eingepreßt ist. einer konzentrischen äußeren Bandlage — nicht aus
3. 3. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch Aluminium, sondern aus Kupfer anzufertigen, das gekennzeichnet, daß an Stelle nur eines korro- bekanntlich weniger korrosionsanfällig ist. In dieser sionsfesten Drahtes mehrere entsprechend dünnere Richtung liegt auch der seit 1966 bekannte VorDrähte in den Aluminium-Nulleiter achsparallel 20 schlag, einen kupferplattierten Aluminiumleiter als nebeneinander über dessen Querschnitt verteilt Nulleiter zu benutzen. In eine andere Richtung geht eingepreßt sind. der Vorschlag der deutschen Auslegeschrift 12 52 774,
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Starkstrom- kunststoffisolierte, mehrdrähtige, verdichtete Alukabels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, miniumleiter an ihrer Oberfläche innerhalb der sie daß der Kupferdraht besonders getrocknet und/ 15 umgebenden Kunststoffisolierung mit einer korro- oder aufgerauht wird, bevor er in die Presse ein- sionshemmenden, haftenden, wachsartigen Masse zu läuft, due den Aluminiumleiter um ihn herum- imprägnieren. Die bisher bekanntgewordenen Vorpreßt, schlage für den Nulleiterschutz sind teils aus konstruktiven und teils aus wirtschaftlichen Gründen

   30 nicht günstig und haben sich nicht durchsetzen können.

   Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen sind als

   Nulleiter an sich schon mehrfach bekannt, aber nur in anderen Ausgestaltungen und zu anderen Zwecken 35 als bei der Erfindung (DT-AS 12 82 244; CH-PS 2 21 060). Bekannt ist z. B. durch die deutsche Patentschrift 6 75 187 die Herstellung von elektrischen

   Bei elektrischen Starkstromkabeln zeichnen sich Leitern aus Kupfer-Aluminium-Legierungen statt wie insbesondere auf dem Gebiet der Nicderspannungs- früher allgemein üblich aus dem teueren reinen kabel immer deutlicher Obergänge ab von den bisher 40 Kupfer; die schlechten mechanischen Eigenschaften üblichen Werkstoffen, nämlich Kupfer für die Leiter, solcher Legierungen verbieten ihre Anwendung in Papier für die Isolierung und Blei für den Mantel, zu Kabeln. Besser brauchbar sind plattierte Leiter, die anderen Werkstoffen, insbesondere zu Aluminium für zumeist — z. B. nach der deutschen Patentschrift die Leiter und Kunststoffen für die Isolierung. Bei 9 12 459 — aus einer Aluminiumseele mit dünner den Mänteln konkurriert Aluminium ebenfalls mit 45 Kupferplattierung zwecks besserer Lötbarkeit be-Kunststoffcn z. B. bei den Typen NAKLEY und stehen. Es ist jedoch — ebenfalls aus der schon NAYY. Beim dreiadrigen Typ NAKLEY dient der genannten deutschen Patentschrift 6 75 187 — auch Aluminiummantcl zugleich als Nulleiter, während beim die umgekehrte Kombination einer Kupferseele mit vieradrigen Typ NAYY mit Kunststoffmantel, der einer hier etwas dickeren Aluminiumplattierung zur zumeist mit Sektorleitcrn ausgeführt wird, ein Leiter 50 Erzeugung einer anorganischen Isolierschicht durch als Nulleiter dient. Die Erfindung befaßt sich mit Oxydation der Aluminiumhülle bekannt,
   einem Sicherheitsproblem, das bei diesem aus Wirt- In dieser Richtung liegt auch die aus der USA.-Pa-

   schaftlichkcitsgründen besonders interessanten Typ tcntschrift 27 00 712 bekannte Maßnahme, die Ge-NAYY seit einiger Zeit in der Fachwelt erörtert wird, fahr der Beschädigung einer aus Chlortrifluoräthylenohne daß bislang eine wirklich befriedigende Lösung 55 polymerisat bestehenden Isolierung von Kupferleitern des Problems gefunden worden ist. in elektrischen Kabeln bei erhöhter Temperatur in-

   Dic Fachwelt macht sich nämlich im Zuge all- folge der Nachbarschaft des Kupfers dadurch zu vergemeiner Überlegungen über die Gefahren, die bei hüten, daß alle Kupferleiter des Kabels mit einer nur mechanischen Kabelbcschädigungen z. B. bei Erd- dünnen Aluniiniumschicht umhüllt sind, die zur arbeiten durch Spitzhacken oder SpielAc, ohne Kurz- 60 weiteren Verbesserung oberflächlich oxydiert sein Schlußauslösung auftreten können, auch Gedanken kann. Hier besteht somit eine in den Dimensionen über die Gefahr, die vielleicht bei NAYY-Kabcln im Vergleich zur Erfindung gerade umgekehrte Ausauftreten könnte, wenn der Aluminium-Nulleiter mit- gestaltung der Leiter mit der Folge, daß deren Leitsamt seiner Isolierung mechanisch nur angekratzt wert anders als bei der Erfindung im wesentlichen wird, dann zu korrodieren beginnt und eines Tages 65 von dem dicken Kupferkern und nicht von der ohne Kontrolle und Auslösung der vorgesehenen dünnen Aluminiumhülle bestimmt ist. Ferner ist aus Sicherheitsvorrichtungen unterbrochen wird. Auf der deutschen Patentschrift 8 28 732 zur FeIdli Gefahr ist insbesondere in dem Aufsatz von verbesserung und Verhütung der Tränkmittelalterung