DE2236854A1

DE2236854A1 - Abstandshalter fuer gasisolierte hochspannungskabel

Info

Publication number: DE2236854A1
Application number: DE2236854A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr Artbauer; Harald Roderburg; Friedrich Schatz
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1972-07-27
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1974-02-07
Also published as: GB1416207A; US3996414A; JPS6034324B2; JPS4992571A; DE2236854C2

Description

Kabel- und M e t a 1 1 w e r k e

=5

Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 1210

25. 7. 1972

Abstandshalter für gasisolierte Hochspannungskabel

Die vorliegende Erfindung betrifft Abstandshalter für gasisolierte Hochspannungskabel, die aus einem äußeren Wellrohr und einem darin zentrisch angeordneten, Strom führenden elektrischen Leiter bestehen.

Bekannt sind bereits gasisolierte Hochspannungsleitungen in Form eines äußeren Mantelrohres und einem im Innern dieses Rohres durch Abstandshalter elektrisch von dem Außenrohr getrennten Strom führenden Innenleiter, die aus einzelnen Teillängen von einigen Metern bestehen. Zur Abstandshalterung des inneren Leiters werden bei solchen Anordnungen scheibenförmige Abstandshalter verwendet, die auf die kurzen Teillängen von den Enden des Leiters her auf diesen aufgeschoben und in ihrer Lage gesichert werden, bis das,äußere Mantelrohr über den so vorbereiteten Leiter hinübergeschoben wird. Bei größeren Kabellängen, wo also einige hundert scheibenförmige Abstandshalter je Kabellänge eingesetzt werden, ist ein solches Verfahren ohne wesentliche Beeinträchtigung der Fertigungsgeschwindigkeit in einfacher Weise nicht durchführbar. Das gilt nicht nur für das Auffädeln der Abstandshalter auf den Innenleiter sondern auch für solche Verfahren, bei denen Abstandshalter unmittelbar durch Gießen oder Spritzgießen auf den Innenleiter aufgebracht werden.

309886/0673

_ 2 —

Bei Hochfrequenzkabeln für höchste Leistungen und beliebiger Länge, die aus einem Innenleiter und einem darüber angeordneten gewellten Außenleiter bestehen, werden auch bereits Abstandshalter verwendet, die aus drei gleichen, am Umfang des Leiters symmetrisch angeordneten Stützisolatoren bestehen und mit einem federnden* nicht geschlossenen Drahtring zusammengehalten werden. Diese Abstandshalter werden während des Ummantelungsprozesses, d. h. während der Außenleiter aus einem längseinlaufenden Metallband zum Rohr geformt und an den Kanten verschweißt wird, seitlich auf den Leiter aufgeschoben und durch die Kraft der Feder auf ihn gedrückt und festgehalten. Auch wenn man die für Hochspannung ungeeignete metallische Halterung und die Form der Stützisolatoren entsprechend ändern würde, hätten solche Abstandshalter für gasisolierte Hochspannungskabel den Nachteil, daß sie im Falle eines Durchschlages das Wandern des Lichtbogens und die Verbreitung der dabei entstehenden Zersetzungsprodukte bis weit von dem Durchschlageort zulassen. In einem solchen Fall müßte dann die gesamte verseuchte Länge ausgewechselt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abstandshalter vorzusehen, die auch bei praktisch endlosen Kabellängen ohne Behinderung der Fertigungsgeschwindigkeit aufgebracht werden und eine Wanderung im Falle des Durchschlages entstehender Zersetzungsprodukte nur bedingt zulassen.

Diese Aufgabe wird bei gasisolierten Hochspannungskabeln, die aus einem äußeren geerdeten Wellrohr und einem darin zentrisch angeordneten, Strom führenden elektrischen Leiter bestehen, gemäß der Erfindung durch Abstandshalter gelöst, die aus mindestens zwei über dem Leiter zu einer Vollscheibe zusammengefügten Einzelelementen bestehen, welche

309886/0673

durch Zusammenfügung senkrecht zur Achsrichtung unverrückbar in ihrer Lage auf dem Leiter fixiert sind. Derartige Abstandshalter können während der Formung des äußeren Mantelrohres fortlaufend von der Seite auf den Innenleiter aufgesteckt und dort arretiert -werden, bevor das äußere Mantelrohr geschlossen und anschließend gewellt wird. Die Scheibenkonstruktion verhindert darüber hinaus eine Wanderung solcher Zersetzungsprodukte, die infolge eines Durchschlages sich im Rohrinneren befinden oder im Betriebszustand entstehen. Die Einzelelemente sind so zusammengefügt, daß mit der Vereinigung zu einer Scheibe gleichzeitig die Befestigung auf dem Innenleiter erfolgt. Diese Befestigung auf dem Innenleiter, beispielsweise durch die Verwendung von Nuten und Federn an den Oberflächen der in Verbindung zu bringenden Teile, verhindert eine Bewegung der Abstandshalter in axialer Richtung, was z. B. für eine einwandfreie Fertigung unerläßlich ist.

Die Fixierung des Abstandshalters auf dem Leiter in der axialen Richtung kann auch dadurch erreicht werden, daß von den einander zugekehrten Flächen des Abstandshalter^ und des Leiters die eine mit einer oder mehreren Rillen und die andere mit einer entsprechenden Anzahl von Rippen versehen wird, so daß Rillen und Rippen in Eingriff kommen. Als besonders vorteilhaft ist hier z. B. ein über den Leiter zumindest im Bereich des Abstandshalters geschobenes Wellrohr anzusehen, in dessen Wellentäler entsprechend geformte Rippen des Abstandshalters eingreifen.

Die Teile des zur Vollscheibe zusammenfügbaren Abstandshalters werden gegen den Leiter mit einer solchen Kraft gedrückt, daß hierdurch eine ausreichende Reibungskraft erzielt wird. Diese Wirkung kann noch dadurch verstärkt werden, daß die sich berührenden Flächen nicht glatt sind. Es kann auch z. B. eine Oberfläche elastisch ausgebildet sein, z. B. durch

3098 8 6/0673

223685/

eine aufextrudierte Kunststoff- oder Elastomerschicht, während die andere Oberfläche mit Rillen, Rippen oder dergleichen versehen sein kann. Selbstverständlich können die angeführten Maßnahmen zur Festlegung der Abstandshalter in beliebiger Weise kombiniert werden.

Für die Halterung der zusammenfügbaren Einzelelemente der Abstandshalter zu einer Vollscheibe können einfache mechanische Hilfsmittel verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die Einzelelemente beispielsweise durch eine Klemmverbindung.zusammenzuhalten, etwa in Form einer Keilverbindung. Solche Keilverbindungen haben den besonderen Vorteil, die zulässigen Toleranzen der Abmessungen des Innenleiters durch ein mehr oder weniger großes Verschieben des Keiles auszugleichen, so daß in jedem Fall eine sichere Halterung der Abstandshalter auf dem Innenleiter gewährleistet ist.

Die Verbindung der Einzelelemente kann aber auch durch Kleben oder Schweißen erfolgen, so hat sich beispielsweise eine Verbindung durch Schweißen mittels Ultraschall als besondere vorteilhaft erwiesen. Dabei wird man vorteilhaft so vorgehen, daß auf den zueinander gekehrten Flächen der zu verbindenden Einzelelemente Rippen vorgesehen werden, mittels derer eine sichere Verbindung der jeweiligen Einzelteile hergestellt werden kann.

Andere Verbindungsmöglichkeiten wären die, ein Band oder auch einen Draht zu verwenden, deren Enden in einer der bekannten Weisen miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Klemmen oder Quetschen. Auch andere Verbindungselemente, wie Federringe oder Federbänder, die aufgrund der konstanten Vorspannung definierte Andruckkräfte erzeugen, könnten eine vorteilhafte Anwendung finden, oder auch solche Spannringe, wie sie beispielsweise bei geteilten Kugellagern angewendet werden.

309886/0673

Um einen sicheren Sitz des AbStandshalters auf dem Innenleiter zu gewährleisten, ist zwischen den einander zugekehrten Flächen der Einzelelemente vorteilhaft ein kleiner Spalt vorgesehen, so daß der Verschluß erst dann möglich ist, wenn die dem Innenleiter zugekehrte Fläche des Abstandshalters tatsächlich satt auf diesem aufliegt. .

Der bzw. bei mehreren Einzelelementen die zwischen den Einzelelementen nicht vermeidbaren Spalte verlaufen in Durchführung der Erfindung zumindest in der Nähe des Leiters senkrecht zu dessen Oberfläche, so daß bereits hierdurch eine, elektrische Entlastung spürbar wird. Die Spalte können weiter entlastet werden, wenn in Weiterführung der Erfindung im Bereich hoher Feldstärken, d. h. auf der dem Leiter zugekehrten Fläche der Abstandshalter, schwachleitende oder leitende Einsätze vorgesehen sind, die bei einem zweiteiligen Abstandshalter den Innenleiter nierenförmig umgeben und im Bereich der vorhandenen Spalte mit abgerundeten Kanten enden. Leitende Schichten können aber auch vorteilhaft an der dem Leiter abgekehrten Seite des Abstandshalters,, also beispielsweise im breit auslaufenden Kopfteil angeordnet werden, um für eine weitere elektrische Entlastung der Abstandshalter zu sorgen. Auf diese Weise ist es auch möglich, Entladungen in den Zwickelräumen zwischen dem umgebenden äußeren Wellrohr und dem Abstandshalter zu vermeiden. Als leitende Schicht kann beispielsweise ein leitender Anstrich, eine Metallisierung der Abstandshalter oder auch ein haftendes Metallteil verwendet werden. Die leitende Schicht kann aus einem Elastomeren oder auch aus einem hochelastischen Kunststoff bestehen und durch ihre Elastizität die Ungenauigkeiten des verwendeten Rohres des Abstandshalters und des Leiters ausgleichen, um so Spaltbildungen weitestgehend zu vermeiden. Für die Abstandshalter selbst kommen vorteilhaft solche Isolierstoffe in Frage, die bei hoher

309886/0673

mechanischer Festigkeit und Wärmebeständigkeit auch eine gewisse Elastizität aufweisen, wie beispielsweise Polykarbonat, Polyphenylenoxid (PPO) und Polysulfon.

Bei Reparaturarbeiten, z. B. Ersetzen einer Kabellänge durch eine neue und Füllen mit Isoliergas, ist es erforderlich, eine durchgehende Gasverbindung sicherzustellen. Dies ist bei Verwendung eines Wellrohres als Mantelrohr in vorteilhafter Weise durch die z. B. spiralförmig verlaufende Wellung gegeben, deren dem Leiter zugekehrten Wellentäler ein fortlaufendes Leitungssystem bilden.

Auch durchgehende Öffnungen im Abstandshalter selbst finden eine vorteilhafte Anwendung. Um einen Gasdurchlaß zu sichern, Schmutzteilchen, Zersetzungsprodukte etc. jedoch an einer Wanderung in Richtung des Kabels zu hindern, ist es zweckmäßig, in den Öffnungen Filter, z. B. in Form feinmaschiger Gitter, Netze, Gewebe, Papiere oder Vliese, vorzugsweise aus Kunststoffaβerη, vorzusehen. Kanäle können auch am äußeren Umfang der Abstandshalter vorgesehen sein, um einen Gasdurchlaß zu ermöglichen.

Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Zur Abstandshalterung des Innenleiters eines gasisolierten Hochspannungskabels im umgebenden äußeren Mantelrohr dient, wie aus der Figur 1 ersichtlich, eine aus den beiden Einzelelementen 1 und 2 bestehende Vollscheibe, die von der Seite her auf den Leiter J des Hochspannungskabels aufgebracht werden kann. Zum Zusammenhalt der beiden Einzelelemente 1 und 2 dient beispielsweise das Band 4. Im Schnitt ist diese Anordnung in Figur 2 dargestellt, wobei ersichtlich, daß die Abstandshalterscheibe einen aus elektrischen Gründen verjüngten Steg und ein breit auslaufendes Kopf- und Fußteil besitzt.

309886/0673 - 7 -

Zur Vermeidung von Entladungen, die in dem durch die Anwesenheit des Bandes 4 oder eines dem gleichen Zweck dienenden Drahtes oder dergleichen gestörten Bereich des elektrischen Feldes begünstigt werden, ist, wie aus Figur 3 ersichtlich, unterhalb des Bandes 4 eine leitende Schicht 5» beispielsweise aus einem Lack oder aus leitendem Kunststoff, vorgesehen.

Eine andere Ausgestaltung eines Abstandshalters nach der Erfindung ist in der Figur 4 daxgestellt, bei der statt des zentral gelegenen Bandes zum Zusammenhalt der beiden Einzelelemente 1 und 2 zwei in Muten im Kopfteil des Abstandshalters befindliche Einzeldrähte 6 verwendet sind, die vorteilhaft ebenfalls wieder in eine leitende Beschichtung 7 eingelagert werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in der Figur 5 dargestellt, bei der die beiden Einzelelemente 8 und 9 um den Leiter 10 herum aufklappbar und wieder zusammenklappbar angeordnet sind. Hierzu dient ein elastischer Steg 11, an dem die beiden Einzelelemente 8 und 9 zusammengehalten werden, und ein Verschlußteil 12, beispielsweise in Form eines Schnappverschlusses, der nach dem Umlegen der beiden Einzelelemente 8 und 9 um den Leiter 10 ein Aufklappen verhindert und den Abstandshalter in seiner Lage auf dem Leiter 10 sichert. Der nicht vermeidbare Spalt verläuft auch hier senkrecht zur Leiteroberfläche.

In der Figur 6 ist eine aus den beiden Einzelelementen 8 und 9 bestehende Vollscheibe dargestellt, bei der zur elektrischen Entlastung insbesondere im Bereich hoher Feldstärken, d. h. in Leiternähe, die leitenden Einlagen 13» z. B. aus Metall oder einem leitfähig gemachten Kunststoff, vorgesehen sind. Diese Einlagen weisen feldsteuernde Rundungen in der Nähe der einen Spalt zwischen sich einschließenden Einzelelemente 8 und 9 auf.

309886/0673

Oft kann es zweckmäßig sein, den aus einer geschlossenen Scheibe bestehenden Abstandshalter mit Durchtritteöffnungen zu versehen, um so z. B. einen Durchtritt des Isoliergases zu gestatten. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in der Figur 7 dargestellt, wo die um den Leiter 10 herumgelegten Halbscheiben 8 und 9 zwischen sich Durchtrittsöffnungen Ik einschließen.

Um die Gefahr eines Transportes von Schmutz- oder Staubteilchen durch diese Offnungen hindurch über eine längere Kabelstrecke zu vermeiden, hat es sich in Weiterführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, siebartige Einsätze 15 z. B. in Form eines Gewebes vorzusehen.

In der Figur 8 ist eine besonders vorteilhafte Möglichkeit angegeben, eine sichere Befestigung des Abstandshalters auf dem Innenleiter 17 zu erreichen. Hierzu ist der Innenleiter 17 an seiner Oberfläche mit Rillen l8 versehen, in die der Abstandshalter mit einer Wulst 19 eingreift. Vorteilhaft dürfte es sein, den Innenleiter oder z. B. auch eine den Innenleiter umgebende Leiterglättung in Form eines Wellrohres auszubilden, deren Wellentäler gleichzeitig zur Aufnahme der Abstandshalter dienen.

Zur Verbindung der Einzelelemente sind beliebige Mittel denkbar. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Klemmverbindung erwiesen, wie sie schematisch in der Figur 9 dargestellt ist. In den breit auslaufenden Kopfteilen und 21 der die Vollscheibe bildenden Halbscheiben 22 und 23 ist im Bereich des Spaltes ein längsgeteilter Keil 2k vorgesehen, der von der Klemme 23 umfaßt wird. Eine Bewegung der Klemme 25 in Pfeilrichtung führt zu einem Festklemmen der beiden Halbscheiben 22 und 23· An der dieser Verbindung entgegengesetzten Seite des Abstandshalters kann

309886/0673

eine gleiche oder ähnliche Verbindung vorgesehen sein. Aber auch die Anbringung einer Verbindung z. B. über einen elastischen Steg kann dort mitunter vorteilhaft sein. Eine solche Aus-führung sichert sowohl eine gute Verbindung der beiden Einzelelemente miteinander als auch das Festhalten des Abstandshalters auf dem Innenleiter. Das gilt auch dann, ■wenn der Durchmesser des Leiters und der Durchmesser der Öffnung im Abstandshalter nicht aufeinander abgestimmt sind, beispielsweise dann, wenn der Leiterdurchmesser etwa schwankt oder vom Sollwert abweicht.

Wie aus der Figur 9 weiter ersichtlich, sind in der dem nicht dargestellten Mantelrohr zugekehrten Fläche des breit auslaufenden Kopfteiles 21 und 20 in Achsrichtung des Kabels weisende, abwechselnd von beiden Kanten ausgehende Nuten 26 vorgesehen, die vorteilhaft bis über die Mitte des Kopfteiles hinausgehen und dazu dienen, einen gewissen Gasdurchtritt durch die an sich dicht abschließenden Abstandshalter zu ermöglichen. Im Zusammenhang mit dem darüber befindlichen, als Außenmantel dienenden Wellrohr ergibt sich darüber hinaus eine Verwirbelung des durch diese Nuten hindurchtretenden Gasstromes, so daß auch bei einem Durchschlag an einer Stelle des Kabels ein Verbreiten der dort entstandenen Zersetzungsprodukte nur über kürzere Strecken überhaupt möglich, eine durchgehende Gasverbindung zu den einzelnen, zwischen den Abstandshaltern liegenden Kabelstrekken jedoch gesichert ist.

309886/087 3

Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 1210

25- 7. 1972

Pa tentansprüche

Abstandshalter für gasisolierte Hochspannungskabel, bestehend aus einem äußeren, geerdeten Wellrohr und einem darin zentrisch angeordneten, Strom führenden elektrischen Leiter, gekennzeichnet durch mindestens zwei über dem Leiter zu einer Vollscheibe zusammenfügbare Einzelelemente, die durch Zusammenfügung senkrecht zur Achsrichtung unverrückbar in ihrer Lage auf dem Leiter fixiert sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die an den Verbindungsstellen der Einzelelemente gebildete Spalt zumindest in der Nähe des Leiters senkrecht zu dessen Oberfläche verläuft.

3· Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die an den Verbindungsstellen der Einzelelemente gebildete Spalt zumindest im Bereich des Leiters elektrisch entlastet ist.

k. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente durch ein Band oder einen Draht zusammengehalten werden.

309886/0673

5· Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente durch eine Klemmverbindung zusammengehalten sind.

6. Abstandshalter nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente durch eine Keilverbindung in ihrer Lage gesichert sind.

7· Abstandshalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente durch Kleben, Schweißen, insbesondere mittels Ultraschall oder dergleichen miteinander verbunden sind.

8. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die 'zusammenfügbaren Einzel-, elemente schwenk- oder klappbar miteinander verbunden sind.

9· Abstandshalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,■ daß zur Entlastung im breit auslaufenden Fußteil eine Einlage oder ein Auftrag aus einem leitfähigen Material vorgesehen ist, die bzw. der jeweils zwischen zwei Spalten den Leiter nierenförmig umgibt.

10. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Mantelrohr zugekehrten Fläche des breit auslaufenden Kopfteiles in Achs richtung des Kabels weisende, abwechselnd von beiden Kan ten ausgehende, jedoch nicht durchgehende Nuten vorgesehen sind.

11. Abstandshalter nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vollscheibe durchgehende, gegebenenfalls durch filterartige Ein- oder Aufsätze abgedeckte Öffnungen vorgesehen sind.

309886/0673

12. Abstandshalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Iiinenleiter mit rillen- oder wellenförmiger Oberfläche oder einer den Leiter umgebenden, Rillen oder Wellen aufweisenden Leiterglättung und einer Vollscheibe, die mit einer entsprechend ausgebildeten Profilierung in die Rillen oder Wellen unverrückbar hineinragt.

309886/0673

Leersei'te