DE2127274B2

DE2127274B2 - Gasisoliertes elektrisches Hochoder Höchstspannungskabel

Info

Publication number: DE2127274B2
Application number: DE2127274A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr.-Ing. 3012 Langenhagen Artbauer
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1971-06-02
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1979-11-08
Also published as: US3777045A; DE2127274A1

Description

Die vorliege.ide Erfindung betrifft ein gasisoliertes elektrisches Hoch- od°r Höchstspannungskabe! mit einem oder mehreren durch Abstandshalter in einem äußeren Mantelrohr zentriert an;j ordneten Innenleiter mit der höchsten Feldstärkenkonzentration in L.eiternähe, die in Richtung auf das umgebende Mantelrohr abnimmt.

Der Abstand leitender Teile einer Hochspannungsanordnung mit unterschiedlichem Potential und somit auch die Abmessungen der gesamten Hochspannungsanordnung sind bei gegebener Spannung und elektrischer Durchschlagsfestigkeit des Isolierstoffes durch J.ie maximale Feldstärke gegeben. Diese tritt bei homogener und meistens auch bei nicht homogener Isolierung auf der Oberfläche der leitenden Teile, im folgenden auch Elektroden genannt, auf und ist bei gleichem Elektrodenabstand um so größer, je kleiner der Krümmungsradius der Elektrode auf der der anderen Elektrode zugewandten Seite ist. Um im Interesse der Wirtschaftlichkeit möglichst kleine Abmessungen der gesamten Anordnung zu erreichen, bemüht man sich im allgemeinen darum, die Krümmungsradien der leitenden Teile, d. h. der Elektroden, möglichst groß zu halten. Hierbei ist es aus konstruktiven Gründen meist möglich, auf einer Elektrode eine kleinere Krümmung und niedrigere Feldstärke als auf der anderen zu erreichen; dann konzentriert sich die Bemühung darauf, die größere Feldstärke an der anderen Elektrode durch geeignete Formgebung dieses Teiles möglichst niedrig zij halten bzw, dies auch durch andere Maßnahmen im Bereich der größten Feldstärke zu erreichen.

Hochspannungsanordnungen, für die diese Überlegungen zutreffen, sind vor allem auch gasisolierte Hochspaniiiingskabel, wie sie bereits seit längerer Zeit bekannt sind (DE-OS 19 )4 812). Innerhalb des äußeren Mantelrohres ist von entsprechenden Abstandshaltern getragen der stromführende Innenleiter angeordnet, wobei der Raum zwischen Innenleiter und dem äußeren Mantelrohr in der Regel mit einem SFs-Gas gefüllt ist.

Ausgehend von den genannten Überlegungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei diesen bekannten gasisolierten Kabeln die maximale Feldstärke im Leiterbereich herabzusetzen, um bei gleichen geometrischen Abmessungen zur Erhöhung der Übertragungsspannung und damit der Leistung zu gelangen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung· dadurch erreicht, daß das Verhältnis der Feldstärkenkonzentration am Leiter zu der an der Innenfläche des Mantelrohres durch Formgebung des Leiters und/oder der Innenfläche des Mantelrohres steuerbar ist Dabei geht die Erfindung von der folgenden Beziehung zwischen Feldstärke und Spannung aus:

wobei
U die Spannung zwischen den Elektroden bzw. den

verwendeten leitenden Teilen, E die elektrische Feldstärke und ds das Linienelement des Weges zwischen der einen (S=O) und der andere (s=a) Elektrode längs einer Feldlinie ist.

Wird also die Feldstärke Ein dem Bereich der einen Elektrode vergrößert, dann hat dies zwangsweise die Herabsetzung der Feldstärke in dem übrigen Bereich, also auch auf der anderen Elektrode zur Folge. Denn nur so ist es möglich, daß der Wert des obigen Integrals ungeändert gleich U bleiben kann. Die Steuerung der Feldstärkenkonzentration kann in Weiterführung des Erfindungsgedankens je nach dem Aufbau des gasisolierten Kabels auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann beispielsweise die innere Oberfläche des Mantelrohres mit einer in Richtung auf den Leiter weisenden Profilierung versehen sein. Disse Profilierung kann in Längsrichtung, in Querrichtung oue: auch schraubenlinienförmig an der inneren Oberfläche des äußeren Teiles verlaufen. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn, wie es oft gefordert wird, das Hoch- oder Höchstspannungskabel flexibel sein soll, die zur Feldstärkenheraufsetzung benötigte Profilierung durch eine Wellung des Mantelrohres zu erzeugen. Je nach den gewünschten äußeren Abmessungen bzw. nach den vorhandenen Herstellungsmöglichkeiten kann die Wellung schraubenlinienförmig oder in sich geschlossenen Ringen verlaufen.

Eine gleiche oder ähnliche Maßnahme läßt sich auch für den innerhalb des Mantelrohres angeordneten Leiter treffen. So kann beispielsweise der Leiter, als Leiterseil ausgebildet, in einem gewellten Metallrohr angeordnet sein, so daß wegen der metallischen Berührung zwischen Leiterseil und Metallrohr letzteres die Leiterfläche darstellt und damit durch entsprechende Wahl der Profilierung mit /ur Steuerung der Feldstärkenkonzenlration hinzugezogen werden kann.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. I und 2 als Aiisführungsbeispiele dargestellten gasisolierten Hochspannungskabel näher erläutert.

Bei der Anordnung nach der F i g. I handelt es sich um zwei koaxiale Zylinder I und 2, wie sie vor allem z. B. bei gasisolierten koaxialen Leitungen, Einleiterkabeln und geschirmten Adern von Hoch· oder llöchstspunnungskabeln sowie Satnmelschienen vorkommen. Die maximale Feldstärke, die auf dem Innenleiter auftritt, ist hier

durch die bekannte logarithmische Formel gegeben. Wie aus der Figur ersichtlich, wird nach der Erfindung die Feldstärke am Innenleiter 1 durch Vergrößerung der Feldstärke am Außenleiter 2 herabgesetzt Die Vergrößerung der Feldstärke am Außenleiter geschieht dadurch, daß dieser nicht als glatter Zylinder, sondern mit einem geeigneten, in Längsrichtung, Querrichtung oder auch schraubenlinienförmig ein- oder mehrgänig angebrachten Profil versehen ist

Das Ausmaß der erzielten Herabsetzung der maximalen Feldstärke hängt davon ab, wie die Formgebung des Außenleiters geschieht Bleibt dabei der minimale Abstand der beiden Elektroden (Leiter) unverändert so ist die Auswirkung größer, als wenn der Außendurchmesser konstant gehalten wird und die Profilausbildung auf Kosten des Abstandes beider Leiter zustande kommt Im ersten Fall kann eine nennenswerte Verbesserung sogar auch gegenüber dem optimalen Verhältnis D/d=e erreicht werden, wobei e= 2,718 ist Im zweiten Fall wird eine solche Verbesserung erst ab einem größeren Verhältnis D/d beginnend und sich bei weiter wachsendem D/d vergrößern.

In Weiterführung der Erfindung hat ei sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Profilierung durch eine Wellung des äußeren Teiles zu erzeugen. Die Wellung kann dann schraubenlinienförmig oder auch in sich geschlossenen Ringen verlaufen, so wie es bei den sogenannten Wellrohren oder Wellmänteln allgemein bekannt ist. Wesentlich hierbei ist jedoch, daß nicht jedes Profil eine nennenswerte Herabsetzung der maximalen Feldstärke um so weniger die optimale Ausnutzung dieser Möglichkeit mit sich bringt. Ist nämlich der Krümmungsradius im zum Innenleiter zugewandten Scheitel der Wellen groß, dann beeinflußt die Wellung die Feldstärke am Innenleiter kaum. Bei kleinem Krümmungsradius dagegen kann nicht nur die verbessernde Wirkung ausfallen, sondern es kann eine Verschlechterung herbeigeführt werden, indem die Feldstärke an den Scheiteln der Wellen einen noch größeren Wert annimmt, als bei ungewelltem Außenleiter die Feldstärke am Innenleiter hat Um eine möglichst hohe elektrische Ausnützung des Kabelquerschnittes in dem obengenannten Sinne zu erreichen, muß die Bestimmung der Form des Wellprofils nicht wie üblich nur unter dem Gesichtspunkt mechanischer und technologischer Eigenschaften geschehen, sondern es muß der Krümmungsradius in den Scheiteln der Wellen in einem bestimmten, von dem Durchmesser des Innen- und des Außenleiters abhängigen Bereich liegen, wobei auch der Abstand der Wellen eine Rolle spielt.

Ein solches Ausführungsbeispie' ist in der Fig. 2 dargestellt Der innenicitcr eines gisisoüerten Hochoder Höchstspannungskabels ist mit 3 und der hierzu konzentrische Außenleiter mit 4 bezeichnet. Dieser Außenleiter 4 ist, wie aus der Figur ersichtlich, mii einer wendelförmig verlaufenden Wellung versehen, die so ausgebildet ist, daß die Feldstärke an dem Außenleiter 4, d. h. dem Teil mit der ursprünglich geringeren Feldstärke auf einen Wert unterhalb der ursprünglich höchsten Feldstärke, nämlich am Inn?neliter 3, erhöht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasisoliertes elektrisches Hoch- oder Höchstspannungskabel mit einem oder mehreren durch Abstandshalter in einem äußeren Mantelrohr zen- ί triert angeordneten Innenleiter mit der höchsten Feldstärkenkonzentration in Leiternähe, die in Richtung auf das umgebende Mantelrohr abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Feldstärkenkonzentration am Leiter zu der an der Innenfläche des Mantelrohres durch Formgebung des Leiters und/oder der Innenfläche des Mantelrohres steuerbar ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Mantelrohres mit ι > einer in Richtung auf den Leiter weisenden Profilierung versehen ist.

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung in Längsrichtung, quer hierzu oder schraubenlinienförmig an der inneren :o Oberfläche des Mantelrohres verläuft.

4. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung durch eine Wellung des Mantelrohres erzeugt ist.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- r> net, daß die Wellung schraubenlinienförmig oder in in sich geschlossenen Ringen verläuft.