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Kraftkabel mit gewelltem oder glattem längsge.£altetem metallischem
Abschirmungsband Kurze Zusammenfassung (Abstrakt) der Ereindung.
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Die Erin(}:ng betri££t ein Kraftkabel mit gewelltem oder glattem längsgefaltetem
metallischem Abschirmungsband. Dieses elektrostatische Abschirmungsband ist ein
Metallband mit geringem Widerstand und Blindwiderstand, jas längs über die Länge
eines isolierten Kraftkabels gefaltet ist, das um seine Isolation eine halbleitende
Isolierschich aufweist. Das längsgeBaltete Metallband gestattet die Ausdehnung der
unmittelbar unter ihm angeordneten Isolation und Isolationsabschirmung ohne wesentliche
Verformung dieser beiden.
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Wenn das Band aus einem Metall besteht, das einen dünnen KorrosionsschutzUberzag
benötiytS ist der Uberzug auf der der Isolationsabschirmung benachbarten Seite vorzugsweise
halbleitend ausgebildet, wn Ladestrom von der Isolation auEzunehmen. Das Metall
der elektrostatischen Abschirmung ist erfindungsgemäß mit der Isolationsabschirmung
elektrisch leitend verbunden.
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Beschreibuny der Erfindung.
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Durch die Erfindung soll eine bessere elektrostatische Abschirmung
£tIr Kraftkabel geschaffen werden. Diese AuEgabe wird erfindungsgemäß durch ein
im wesentlichen voll abdeckendes längsgefaltetes
glattes oder gewelltes
Metallband gelöst, welches die Ausdehnung der unmittelbar unter ihm angeordneten
Isolation und Isolationsabschirmung ohne esentlice Verformung ermöglicht, wenn das
Gabel sich bei erhöhten Temperaturen befindet, welche seinen NormaloNot- und turz-schlußbetriebsbedingungen
entsprechen. Das Band kann eine dUnne nichtmetallische Korrosionsschutzschicht auf
einer oder beiden Seiten haben. Diese Schutzschicht kann auf einer oder beiden Seiten
halbleitend sein, damit das metallische Abschirmunssband Ladestrom vom Isolationsbauteil
auEnehmen kann, jedoch bestimmte Metalle wie Aluminium, gegen Korrosion infolge
Eindringen von FeuchtiSkeit in das Kabel schützt. Das Aufbringen des Metallabschirmuncsbandes
in der Weise, daß es Uber die Länge des Kabel£ längsgefaltet ist, liefert weiterhin
einen permanenten Weg mit geringem widerstand und Blindwiderstand fUr Spannungs-
und Stromspitzen infolge Blitzschlag, Schalten oder Fehlerstrom, unabhängig davon,
ob das Metallband einfach oder für torrosionsschutz beschichtet ist. In Umfangsrichtung
verlaufende Wellungen im Band bei Verwendung an Kabeln mit größerem Durchmesser
erleichtern das Bieyen des Kabels während der Herstellung, Installation und beim
Vorbereiten des Kabels zum Spleißen und für Endmuffen.
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In der Mehrzahl der Fälle hat dds Abscnirmunjcsband die Form eines
längsgefalteten und überlappenden gewellten Abschirmungsbandes aus Kupfer oder Aluminium.
Im letzteren Fall hat das Aluminium an der der halbleitenden Isolationsabschirmuns
zugewandten Seite des Bandes eine fest mit ihm verbundene halbleitende Schicht einer
Verbindung auf der Grundlage von Polyäthylen oder Polyvinylchlorid.
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Die andere Seite des Bands kann die gleiche Schicht oder eine Ico-7
ierschicht eine Verbindung des gleichen Typs aufweisen undsesebenenfalls behandelt
oder mit einer Zusatzschicht versehen sein, um
die Verbindung mit
dem Außenmantel zu begünstigen. Im Fall des Kupferabschirnungsbandes kann ein längs
über die freiliegende Kante des Metallbandes aufgebrachtes Überbrückungsband mit
oder ohne einen Bindefaden (binder thread) benutzt werden, um zu verhindern, daß
die Kante des Metallbandes in den Mantel einschneidet. Die längsgefaltete Bandabschirmung
kann im gleichen Arbeitsgang wie der Gesamtmantel oder in einem getrennten Arbeitsgang
aufgebracht werden.
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Die Erfindung kann bei einem Einzelleiterkabel, welches als solches
eine oder/von der Fabrik her aus zwei oder mehr Einzelleiterkabeln verkabelte Anordnung
versandt werden kann oder in Mehrleiterkabeln mit einer Gesamtbeschichtung benutzt
werden.
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Das er£indungsgemäße Abschirmungsverfahren ist dem gegenwärtig benutzten
überlegen. Bei letzterem wird ein Metallband aus normalerweise einfachem oder verzinntem
Kupfer spiralSormig mit Überlappung um ungefahr 10 bis 25% seiner Breite über die
Isolationsstruktur xeinschl. der halbleitenden Isolatorabschirmung) des Kabels aufgebracht.
Bei dieser Art von gegenwärtig benutzter Abschirmung tritt bei höheren Temperaturen
unter normalen und besonders unter Not- -und Kurzschlußbetriebsbedingungen infolge
der Verstärkungswirkung der doppelten Dicke von Band an den Uberlappungen eines
ung ei ohmäßige Ausdehnung der Isolationsstruktur des Kabels auf. lnfolgedessen
werden bei erhöhten Temperaturen die Isolation und Isolationsabschirmung erheblich
verformt, so daß sie die Oberflächengestalt eines verschränkten oder BX-armierten
Kabels annehmen. lese erheb-Lichte Verformung kann die elektrischen Eigenschaften
und physikalische Unversehrtheit der Isolation nachteilig beeinflussen und den spezifischen
Widerstand der Isolationsabschirmlug erheblich vergröberen, was zu einem vorzeitigen
Versagen des Kabels führt.
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Bei dieser gegenwärtig angewandten Methode zur Aufbringung von Metallbandabschirmung
kann praktisch billiges Aluminiummetall nicht benutzt werden. Unbeschichtetes Aluminium
ist £ür diesen Zweck nicht geeignet, da es bei Eindringen von Feuchtigkeit in das
Kabel stark korrodiert. Die Aufbringung einer dünnen Schicht von halbleitendem oder
isolierendem Material auf eine oder beide Seiten des Aluminiumbandes, um es gegen
Korrosion zu schUtzen, führt zu einem sehr hohen Widerstand und Blindwiderstand
aufweisenden Weg, wenn das Band spiralförmig auf das Kabel aufgebracht wird, wodurch
ein Spiralweg mit geringer Ganghöhe für Spannung.sspitzen und Fehlerströme gebildet
wird.
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Die beiden angegebenen Nachteile werden erfindungsgemäß behoben, indem
das Band in Längsrichtung gefaltet statt spiralförmig aufgebracht wird. Außerdem
führt die Längsfaltung des Bandes um das Kabel zu einem für die gleiche Metallmenge
dauernd geringeren Widerstand und Blindwiderstand aufweisenden Abschirmungsweg als
bei spiralförmigem Aufbringen des Bandes, wenn das Kabel im Betrieb Alterung und
Lastwechsel unterworfen ist. Ein sehr wesentlicher Vorteil ist, daß das Längsfalten
des Metallabschirmungsbandes die Verwendung von korrosionsgeschütztem billigen Aluminiumband
gestattet, welches infolge einer fest mit ihm verbundenen halbleitenden Schicht
ermöglicht, daß die Aluminiumabschirmung Ladeströme von der Isolationsstruktur des
Kabels annimmt.
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Die Erfindung wird anhand von nur als Beispielen angegebenen Ausführungsformen
in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen sind entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines mit der
erfindungsgemäßen elektromstatischen Abschirmung versehenen Kraftkabels, und zwar
von außen nach innen inirner weiter weggebrochen, um den Innenaufbau des Kabels
zu zeigen; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt
ähnlich Fig. 2 einer Abwandlung mit abgewandelter Ausführung der Naht der Abschirmung;
Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 einer wiederum abgewandelten Ausführung der
Naht; Fig. 5 eine stark vergrößerte Teilansicht eines Teils der elektrostatischen
Abschirmung mit Korrosionsschutzüberzug; Fig. 6 einen stark vergrößerten Schnitt
einer abgewandelten Ausführung der erfi.ndungsgemaß«sn elektrostatischen Abschirmung;
Fig. 7 einen Schnitt durch drei vereinigte Einzelleiterkabel, die jedes mit der
erfinungsgemäßen elektrostatischen Abschirmung ausgerüstet sind; Fig. 8 einen Schnitt
durch ein Dreileiterkabel mit einer die drei Kabel umgebenden gemeinsanien elektrostatischen
Abschirmung; Fig. 9 eine schematische Ansicht der elektrostatischen Abschirmung
in gewellter Ausführung; Fig.10 ei Ansicht ähnlich Fig. 9 einer Abschirmung ohne
Wellung und Fig.11 einen stark vergrößerten Teil eines Schnitts durch die gewellte
elektrostatische Abschirmung der Fig.9, auf ein gabel aufgebracht und mit einem
Halbleiterfüllmaterial zur Verbesserung der elektrischen Verbindung zwischen dem
Metall der elektrostatischen Abschirmung und der Isolationsabschirmung des Kabels
versehen.
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Die Erfindung ist für Kraftkabel (Starkstromkabel) bestimmt, wovon
ein Beispiel in Fig.l gezeigt ist. Das gezeigte Kabel weist einen
Mittelleiter
12 aus Metall auf, der von einer halbleitenden Abschirmung 14 umgeben ist, über
der sich eine Isolationsschicht 16 von erheblicher Dicke, je nach der Stärke des
Kabels und der Spannung, für die es benutzt werden soll, befindet. Eine halbleitende
Schicht umgibt als Isolationsabschirmung 18 die Isolation 16.
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Um die Außenseite der isolationsabschirmung 18 ist ein Metallband
20 längs umgelegt, das in der Zeichnung als spiralförmig gewellt gezeigt ist und
an seiner Außenseite von einem Mantel 22 umgeben ist, der es vor mechanischer Beschädigung
schützt. Dieser beschriebene Aufbau ist für Kraftkabel bekannt.
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Bei den üblicheren Kraftkabelkonstruktionen ist die Abschirmung, welche
die Stelle des Metallbands 20 einnimmt, ein spiralförmig gewickeltes Band, bei dem
jeder Gang den nächsten um einen bestimmten Betrag überlappt. Solche Konstruktionen
haben den Nachteil, daß die Abschirmung dort, wo sich die Windungen überlappen,
eine größere Festigkeit als Reifen aufweist r als wo keine Uberlappung vorhanden
ist. Wenn die Isolation und Isolationsabschirmung sich während des Betriebs des
Kabels infolge von Erwärmung ausdehnen, werden sie an den überlappenden Abschnitten
des umgebenden Bandes stärker zurückgehalten, und die Ausdehnung bewirkt, daß die
Isolation und ihre Abschirmung an solchen Stellen verschiedene Durchmesser annehmen,
entsprechend der Oberfläche eines BX-Kabels, wie oben erwähnt.
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Am Platz des Bandes 20 sind längs umgelegte Bänder benutzt worden.
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Erfindungsgemäß wird nun das Band 20 so benutzt, daß es in elektriz
scher Verbindung mit der halbleitenden Isolationsabschirmung gehalten ist. Diese
erfindungsgemäße Konstruktion des Bands 20 ist in den Fig.2 und 5 genauer gezeigt.
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Fig.2 zeigt das Band 20 in einem verhältnismäßig kleinem Maßstab,
so daß der Korrosionsschutzüberzug auf diesem Band nicht dargestellt
ist.
Als Metall wird für das Band 20 vorzugsweise Aluminium verwendet, und da Aluminium
einen torrosionsschut2Uberzug benötigt1 sind Kunststoffüberzüge 23 und 24 an der
Außen- bzw. Innenseite eines Aluminiumbandes 26 vorgesehen (Fig.5).
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Das Aluminiumband 26 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,127 und
0,254 mm (5 bis 10 mils) und die Korrosionsschutzschichten 23 und 24 eine Dicke
zwischen 0,025 und 0,076 mm (1 bis 3 mils). Alle Schichten 23 und 24 können halbleitend
sein: um jedoch die elektrische Verbindung zwischen dem Aluminiumband 26 und der
vom Band 20 bedeckten Isolationsabschirmung aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich,
daß wenigstens die innere Beschichtung 24 halbleitend ist, falls nicht die gesamte
Beschichtung aus halbleitendem Material besteht.
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Die Schichten 23 und 24 bestehen vorzugsweise aus Polyäthylen, und
wenigstens der mit dem Metall in Berührung stehende Teil dieser Schichten 23 und
24 ist ein Copolymer mit reaktionsfahigen Carboxylgruppen, um eine chemische Bindung
zwischen den Schichten 23 und 24 und dem Aluminiumband 26 zu erhalten. Auf dem Aluminiumband
26 können andere Schutzschichten benutzt werden, beispielsweise kann das Polyäthylen
vernetzt oder der Überzug aus Polyvinylchlorid, Äthylenpropylenkautschuk oder anderem
Material auf Polyolefinbasis oder anderen dünnen nichtmetallischen Schichten zur
Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit hergestellt sein. Um für den Überzug 24 einen
halbleitenden tunststoPf zu erhalten, wird elektrisch leitendes Material, wie Ruß,
mit dem Kunststoff gemischt, wie es in der gabelindustrie übliche Praxis ist.
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Das Band 20 kann aus einem anderen Material als Aluminium, beispielsweise
aus Kupfer, Messing, Bronze, Stahl, rostfreiem Stahl, Zink oder Eisen- oder Nichteisenmetailen
bestehen, wobei das Metall im
Fall von Einzelleiterkabeln unmagnetisch
ist.
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Die Breite des Bandes 20 ist größer als der UmEang der Isolationsabschirmung
18, so daß die Randabschnitte 32 und 34 sich Uberlappen, jedoch nicht verschweißt
oder in anderer weise miteinander verbunden sind. Wenn sich die Isolation 16 und
die Isolationsabschirmung 18 beim'Erwärmen des Kabels ausdehnen, können die Randabschnitte
32 und 34 crei aufeinander gleiten, um den Durchmesser und Umfang der vom Band 20
gebildeten elektrostatischen abschirmung zu vergrößern.
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Fig.3 zeigt einen abgewandelten Aufbau, bei dem die elektrostatische
Abschirmung von einem längs über die der elektrostatischen Abschirmung ähnliche.
Isolationsabschirmung 18 umgelegten Band 20a gebildet ist. In Fig. 3 sind entsprechende
Teile ebenso wie in Fig.2, jedoch unter Zufügung des Buchstabens "a" bezeichnet.
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Das Band 20a ist von geringerer Breite als der Umfang der Isolationsabschirmung
18, so daß die Randabschnitte 32a und 34a einander nicht überlappen. Sie können
einander längs einer Stoßnaht berühren, oder es kann zwischen ihnen ein offener
Spalt 36 sein. Die Breite.dieses Spaltes verändert sich mit Temperaturveränderungen,
jedoch ist der Spalt stets schmal, so daß sich die vom Band 20a gebildete Abschirmung
im wesentlichen rings um den gesamten Umfang der Isolationsabschirmung 18 erstreckt.
Das aus Aluminium hergestellte Band 20a kann ebenso aufgebaut sein, wie mit Bezug
auf Fig.5 beschrieben.
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Fig.4 zeigt eine weitere Abwandlung, bei der die elektrostatische
Abschirmung von einem Band 20b gebildet wird, das ähnlich dem Band 20 der Fig.2
ist, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahlen unter Anfügung des
Index "b' bezeichnet sind. Dieses Band 20b weist Randabschnitte 32b und 34b auf,
die einander überlappen.
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Damit der äußere Rand 32b, besonders wenn das Band 20b eine scharEe
Kante besitzt, nicht in den Mantel 22 einschneidet oder ihn beschädigt, ist über
die Naht des Bandes 2Ob ein Überbrückungs- oder Abdeckband 38 aus Kunststoff aufgebracht,
um die Kante des äußeren Randabschnitts 32b abzudecken. Die Randabschnitte 32b und
34b können vorzugsweise frei übereinander gleiten, und das Abdeckband 38 kann entweder
mit dem Randabschnitt 32b oder dem Randabschnitt 34b oder mit beiden verbunden sein,
wenn das Material des Abdeckbands 38 genügend elastisch ist, um die Ausdehnung der
elektrostatischen Abschirmung bei Temperaturveränderungen der direkt darunter liegenden
Isolationsabschirmung und Isolation zu ermöglichen.
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Der Mantel @2 kann aus Polyäthylen mit niedriger, mittlerer oder hoher
Dichte, Copolymeren desselben, vernetztem Polyäthylen, Polyvinylchlori Neopren ,
chlorsulfoniertem Polyäthylen, chloriertem folyäthylen, Äthylenpropylenkautschuk
oder anderen Werkstoffen hergestellt sein> welche gegen mechanische Beschädigung
widerstandsfähig sind.
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Fig. 6 zeigt einen Aufbau, bei dem eine elektrostatische Abschirmung
von einem Band 20c gebildet ist, welches über seiner Außenfläche eine Korrosionsschutzschicht
23c und über den größten Teil seiner Innen£läche eine Korrosionsschutzschicht 24c
aufweist. Keine der Schichten 23c oder 24c ist halbleitend. Um die elektrische Verbindung
zu einem Metallband 26c des Bandes 2¢c herzustellen, sind Prägeflächen 42 des Bandes
20c in Richtung auf die Isolationsabschirmung 18 herausgedrückt und die Schutzschicht
24c über diesen Flächen entfernt. Daraus ergibt sich ein direkter Kontakt zwischen
dem Metallband 26c und der halbleitenden Isolationsabschirmung 18, um die elektrische
Verbindung zwischen dem Metall der elektrostatischen Abschirmung und dem halbleitenden
Material der Isolationsabschiztzg
herzustellen. Ein Band mit der
in Fig.6 gezeigten Ausbildung kann anstelle der anderen Bänder mit durchgehender
Beschichtung benutzt werden, wie in Fig. 5 gezeigt.
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Fig.7 zeigt drei Einzelleiterkabel, die miteinander verseilt sein
können. Bei diesem Aufbau hat jeder der Leiter seine eigene elektrostatische Abschirmung,
wie in Fig. 1 gezeigt, oder die elektrostatische Abschirmung kann irgendeiner der
abgewandelten AusEUhrungsformen gemäß den Fig. 3, 4 und 6 ausgebildet sein. Die
elektrostatische Abschirmung kann je nach der Größe des Kabels und denaGrad der
gewünschten Biegsamkeit gewellt oder nicht gewellt sein.
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Fig.8 zeigt ein Kabel mit drei Leitern, jeder mit einer Leiterab-Abschirmung,
Isolation und einer Isolationsabschirmung, wie in Fig.1 wobei die Teile mit den
gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet sind. Die Konstruktion
gemäß Fig.8 unterscheidet sich jedoch von der nach Fig.j dadurch, daß die Einzelleiter
12 keine gesonderten elektrostatischen Abschirmungen rings um ihre Isolation und
Isolationsabschirmungen aufweisen. Das Kabel der Fig.8 kann übliches Füllmaterial
46 enthalten, um ihm einen kreisförmigen Querschnitt zu verleihen, und enthält eine
einzige elektrostatische Abschirmung, die von einem die Gruppe der isolierten Leiter
12 umgebenden Band 20' gebildet ist.
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Diese vom Band 20' gebildete elektrostatische Abschirmung ist als
gewellt gezeigt, und die innere Buckel der wellung berühren die IsolationsaDschirmung
18 der Einzelleiter 12. Obgleich die Berührungsfläche des Bands 20' mit der halbleitenden
Isolationsabschirmung 18 der Leiter 12 begrenzt ist, stellt sie eine elektrische
Verbindung zwischen dem Band 20' und der Isolationsabschirmung 18 der Leiter 12
des in Fig. 8 gezeigten Kabels her.
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Fig.9 ist eine perspektivische Ansicht des längs umgelegten (gefalteten)
Bandes 20 der Fig. 1 und 2. Fig.10 zeigt ein ähnliches Band 20", das dem in Fig.
9 gezeigten Band in jeder Hinsicht ähnlich ist, außer daß es nicht gewellt ist.
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Fig.11 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform zur Erhöhung der Fläche
der elektrischen Verbindung zwischen dem Metallband 26 der elektrostatischen Abschirmung
und der halbleitenden Schicht der Isolationsabschirmung 18. Obgleich die meisten
der nach unten gerichteten Buckel 52 des gewellten Bandes 20 das halbleitende Material
der Isolationsabschirmung 18 berühren, ist die Berührungsfläche für die Stromübertragung
zwischen dem Band 20 und der Isolationsabschirmung 18 in Fig.11 durch eine halbleitende
Verbindung 54 vergrößert, welche den Raum zwischen der Isolationsabschirmung 18
und den nach oben gerichteten Buckeln des Bandes 20 ausfüllt.
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Diese Verbindung 54 hat auch den weiteren Nutzen, daß sie den Durchtritt
von feuchter Luft oder Wasser in Längsrichtung im Kabel zwischen dem Band 20 und
der halbleitenden Isolationsabschirmung 18 verhindert.