DE2021172C3 - Elektrisches Kabel für Hoch- und Höchstspannungsbeanspruchung, insbesondere mit Polyäthylenisolierung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel für Hoch- und Hochstspannungsbeanspruchung, bestehend aus einer den oder die Leiter oder eine darüber angeordnete Leiterglättung umgebenden Isolierung aus einem Olefinpolymerisat und einer *o weiteren Schicht, wie Strahlungsschutz, Kupferschirm u. dgl. umschließenden äußeren Umhüllung.

Für die Isolierung von elektrischen Kabeln und Leitungen werden bekanntlich feste Olefinpolymerisate, wie z. B. Polyäthylen, Polyisobutylen oder Polypropylen verwendet, denen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit gegebenenfalls sogenannte Spannungsstabilisatoren beigegeben sind. Trotz dieser Beimengungen erfüllten die so hergestellten Kabel jedoch bisher nicht immer die an sie gestellten Förderungen, da die Ursachen für die auftretenden Fehler nicht einwandfrei ermittelt werden konnten.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß einen starken, bisher jedoch nicht erkannten Einfluß auf die Spannungsfestigkeit thermoplastischer Kunststoffe, z. B. des Polyäthylens, bei Spannungen über 6 kV und bei mechanischer Beanspruchung die Anisotropie des betreffenden Werkstoffes ausübt, d. h. die Fähigkeit des Stoffes, seine physikalischen Eigenschaften auf Grund äußerer Einflüsse in bestimmten Vorzugsrichtungen zu ändern, pie Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß jeder Durchschlag im Isolierstoff durch einen Teildurchschjag in Form von feinen Kanälen oder Bäumchen eingeleitet wird und das Wachstum der Kanäle oder Bäumchen je nach der Höhe und Spannungsarm Stoßspannung oder Oleich- bm. Wechselspa,rinMng. von Mikrosekunden bis zu Jahren dauern kann, wobei der Isolierstoff unabhängig davon eine starke DurchscWagsabhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung aufweist. So wird, wie Versuche gezeigt haben, beispielsweise beim Polyäthylen, die Zeitstandsfestigkeit unter der Einwirkung mechanischer Zugspannungen um den Faktor 10 vermindert. Wesentlich hierbei ist aber, daß in Verbindung mit der stark herabgesetzten Zeitstandsfestigkeit das Polyäthylen eine Durchschlagsvorzugsrichtung aufweist, die senkrecht zur mechanischen Zugspannung wirksam ist. In dieser Eigenschaft soll im folgenden als elektrische Durchschlagsanisotropie bezeichnet werden.

Der Erfindung liegt Uie Aufgabe zugrunde, dafür ^\t sorgen, daß die bei der Herstellung, beim Transport und der Verlegung eines elektrischen Kabels für Hoch- und Höchstspannungen auftretenden mechanischen Beanspruchungen nicht zu einer Verminderung der Spannungsfestigkeit des Kübel·? führen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unmittelbar an der Innen- und/oder Außenfläche der den oder die Leiter umgebenden Isolierung eine dünne Schicht aus einem Isolierwerkstoff angrenzt, der gegenüber der Isolierung bei mechanischer Zugbeanspruchung senkrecht zu dieser eine geringere Durchschlagsneigung aufweist.

Es ist zwar bereits grundsätzlich bekannt (britische Patentschrift 914 245), einen elektrischen Leiter für Hochspannungskabel, die eine Polyäthylenisolierung aufweisen, mit Polyvinylchlorid zu überziehen und als weitere Schicht eine Polyamidschicht vorzusehen, jedoch dient diese Schichtenkombination nicht zur Vermeidung der eingangs erwähnten mechanischen Spannungen bzw. der Verbesserung der elektrischen Isolierung durch auf Grund mechanischer Spannungen herabgesetzter Durchschlagsfestigkeit.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Kombinationsisolierung aus zwei oder mehreren Isolierschichten, die sich gegenseitig in ihren Eigenschaften ergänzen, führt beispielsweise bei einer Kombination Polyvinylchlorid—Polyäthylen-Polyvinylchlorid als Kabelisolierung dazu, daß die an sich hohe Durchschlagsfestigkeit des Polyäthylens erhalten bleibt und die bei Spannungsbeanspruchungen einsetzende Kanal- oder Bäumchenbildung zunächst nur auf die dünnen Schichten außerhalb des Polyäthylens beschränkt bleibt, die im Falle des Polyvinylchlorids eine wesentlich geringere Anisotropie zeigen und daher zur Bremsung des Bäumchenwachstums bestens geeignet sind. Die Gesamtdurchschlagsfestigkeit des Kabels wiru damit wesentlich erhöht.

Darin ändert auch wenig, daß die an die Innen- und/oder Außenflächen der Isolierung angrenzenden dünnen Schichten z. B. einen größeren Verlustwinkel haben können als die eigentliche Isolierung. Da die die Bäumchenbildung hemmenden Schichten nämlich in Durchführung der Erfindung je nach anliegender Spannung bei Schichtdicken von etwa 0,2 bis 0,8 mm nur in sehr kleinen Mengen im Kabel vorhanden sind, tragen sie zur Erwärmung des Kabels nicht btil.

An Stelle des Polyvinylchlorids hat sich in Weiterführung der Erfindung aber auch eine dünne Schicht aus Epoxydharz als vorteilhaft erwiesen, die, in dünner Schicht aufgebracht, wesentlich zur Spannungsfestigkeit beiträgt.

Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten polyäthylenisolierten Einleiter-Hochspannungskabels näher erläutert.

Über dem aus einzelnen verseilten Kupfer- oder

„„„.. Aluminiumdrähten aufgebauten Leiter I des Hochspannup.gskabels ist diß Leiterglttttung 2 aus einem leitenden extrudierten Copolymer aufgebracht. Die Isolierung 3 besteht aus vernetztem oder unvernetztem Polyäthylen, das durch an sich bekannte Zusätze stabilisiert sein kann. Mit 4 ist eine Leitschicht, z. B. aus einem Graphitauftrag, bezeichnet, die zur Feldbegrenzung dient. Um diese Schicht 4 vor mechanischer Beschädigung durch den aus gewickelten Kupferbändern bestehenden Schirm 6 insbesondere dann zu schützen, wenn bei auftretenden Wärmespielen während des Betriebes oder auch bereits bei der Verlegung sich örtüche Verschiebungen zwischen der Isolierung 3 und dem Schirm 6 einstellen, ist die Polsterschicht 5 aus gewickelten Bändern, z. B. aus mit Graphit getränkten Textilgeweben, Kreppapier, Faservliesen u. dgl. vorgesehen, über dem metallischen Schirm 6 ist dann eine weitere Polsterschicht 7 aus Kunststoffbändern aufgebracht, die schließlich von dem eigentlichen Kabelmantel 8 aus witterungsbeständigem Polyäthylen oder Polyvinylchlorid überdeckt ist.

Um nun die Isolierung 3 eines solchen Hochspannungskabels zu verbessern und die Gesamtdurch-Ä. «<=", axemen Auslührungskann es »Ibslvcnttmlfeli je nach den zu er-I ^chamschen,Spannungen. a-£ »-- sein, lediglich die innere ObKlBOJe «Kr * ^egendiewirksame Feldstarke m. L=, ς bereich durch eine dünne Schicht, vorzugsweise 0 3 mm, aui einem Werkstoff geringerer elektrischer DurchTchlagsanisotropie als die Isolierung selbst, zu schützen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   ; I. "Elektrisches Kabel für Hoch- und Höchstspftnnungsbeanspruehung, bestehend aus einer den oder die Leiter oder eine darüber angeordnete Leiterglättung umgebenden Isolierung aus einem Olefinpolymerisat und einer weitere Schichten, wie Strahlungsschutz, Kupferschirm u.dgl. umschließenden äußeren Umhüllung,dadurch ge- to kennzeichnet, daß unmittelbar an der Innen- und/oder Außenfläche der den· oder die Leiter umgebenden Isolierung (3) eine dünne Schicht (9, 10) aus einem Isolierwerkstoff angrenzt, der gegenüber der Isolierung bei mechanischer Zugbeanspruchung senkrecht zu dieser eine geringere Purchschlagsneigung ausweist.
2. 2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 mit einer Isolierung aus Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht (9,10) aus Poly- ao vinylchlorid vorgesehen ist.
3. 3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 mit einer Isolierung aus Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht (9,10) aus einem Epoxydharz vorgesehen ist.
4. 4. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der dünnen Schicht (9,10) je nach der Höhe der angelegten Spannung vorzugsweise etwa 0,2 bis (),& /nm beträgt.