DE2435079A1

DE2435079A1 - Starkstromkabel mit folienisolierung und verfahren zur herstellung eines solchen kabels

Info

Publication number: DE2435079A1
Application number: DE19742435079
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Frankl
Original assignee: Siemens AG Oesterreich
Current assignee: Siemens AG Oesterreich
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1975-05-15
Also published as: GB1458457A; IT1020318B; FR2242757A1; FR2242757B1

Description

Starkstromkabel mit Folienisolierung und Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels __

Die Isolierung von Hochspannungskabeln ist üblicherweise aus Isolierbändern aufgebaut, wobei diese Isolierbänder aus Papier oder aiis einem Kunststoff oder auch aus einem Mischwerksto-ff aus Papier und Kunststoff bestehen können. Derartige Isolierungen werden nach dem Aufbringen der Papierbänder mit einem Isolieröl getränkt. Das Aufbringen der- Isolierbänder erfolgt mit Hilfe von Spinnern, mit denen die Isolierbänder in konzentrischen, schraubenförmigen Lagen auf den Leiter des Kabels aufgesponnen werden, wobei die nebeneinanderliegenden Windungen jeder Isolierbandlage derart aufgebracht werden, daß die Kanten der Isolierbänder einen geringen Abstand voneinander aufweisen. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die Isolierbänder bei Verbiegungen des Kabels seitlich verschieben können. Palten und Stauchungen der Isolierbänder, insbesondere bei großen Isolierschichtdicker-, werden dadurch vermieden (DT-PS 957 049, DT-OS 1 465 607). Nach dem Aufbringen der Isolierbänder wird der derart umwickelte Leiter in einem Vakuumgefäß getrocknet. Hierbei werden durch Wärmezufuhr und Drucksenkung die Eeuchtigkeitsreste aus den Isolierbändern entfernt, worauf die aus diesen Isolierbändern aufgebaute Isolierung mit einem Isolieröl getränkt und imprägniert wird.

Bei der Herstellung von Kabeln mit einer Kunststoffisolierung wie beispielsweise einer Polyvinylchlorid- oder Polyäthylen-

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Isolierung wird der Kunststoff durch einen Extruder auf den leiter des Kabels aufgebracht. Beim Extrudieren derartiger Isolierungen muß - vor allem bei größeren.Isolierwanddicken die Bildung von Hohlräumen innerhalb der Isolierstoffschicht unterbunden werden. Auch kleine Poren können hier beim Betrieb des Kabels innerhalb kurzer Zeit zu einem Durchschlag führen, wobei besonders zu beachten ist, daß der von papierisolierten Kabeln her bekannte sogenannte Selbstheilungseffekt bei kunststoffisolierten Kabeln entfällt. Bei papierisolierten, getränkten Kabeln kann eine beginnende Ionisierung in einem Hohlraum der Isolierung infolge der sie begleitenden örtlichen Erwärmung ein Nachfließen der Kabeltränkmasse und damit die Ausfüllung des Hohlraumes, d.h. seine Heilung, bewirken, wenn die Isolierung aus geschichteten Papierbändern besteht. Bei Kabeln mit einer extrudierten Kunststoffisolierung kann ein derartiger "Vorgang naturgemäß nicht stattfinden. Demgegenüber stehen die anderen Vorteile der extrudierten Kunststoffisolierung, und zwar geringere Verluste und geringeres Gewicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Starkstromkabeln mit einer getränkten Isolierung aus lagenweise aufgesponnenen Isolierbändern zu vereinfachen und die elektrischen Eigenschaften eines derartigen Kabels zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Starkstromkabel aus, bei dem zwischen den benachbarten Windungen jeder Isolierbandlage ein Zwischenraum vorhanden ist. Gemäß der Erfindung ist die Isolierung aus vorgetrockneten, vor imprägnierten und mit einer Heißschmelzmasse (hot melt) überzogenen Papierbändern aufgebaut.

Bei einem derart aufgebauten Starkstromkabel ist das für die Imprägnierung der Papierbänder erforderliche Imprägniermittel

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bereits "beim Aufbringen der Isolierbänder in dem Isolierpapier enthalten. Dadurch, daß die vorimprägnierten Papierbänder mit oiner Heißschmelzmasse' überzogen sind, ist in den Papierbändern ein Überschuß an Imprägniermittel gespeichert. Beim Aufspinnen der Papierbänder auf den Leiter.quillt dieses Imprägniermittel bzw. die Tränkmasse seitlich aus den Papierbändern heraus und füllt die zwischen den einzelnen Windungen jeder Isolierbandlage vorhandenen Hohlräume aus. Dadurch erübrigt sich eine nachträgliche Tränkung der aufgesponnenen Isolierbänder. Gemäß der Erfindung ausgebildete Starkstromkabel sind daher vor allem für Übertragungsspannungen im Höchstspannungsbereich, also beispielsv/eise für 380 oder 450 kV geeignet, da bei derartigen Kabeln wegen der Dicke der Isolierung eine normale Tränkung nur unter Schwierigkeiten möglich ist.

Um dem in den Isolierbändern gespeicherten Imprägniermittel den Austritt aus diesen Bändern beim Aufspinnen zu ermöglichen, kann man derart vorgehen, daß die vorgetrockneten und vorimprägnierten Papierbänder lediglich an den Deckflächen mit einer Heißschmelzmasse überzogen sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die vorgetrockneten und vorimprägnierten Papierbänder allseits mit einer Heißschmelzmasse überzogen sind, die dann beim Aufbringen der Papierbänder auf den leiter des Kabels unter dem Einfluß von auf die Papierbänder ausge- . übten Zug- und/oder Druckbeanspruchungen an den Bandkanten aufplatzt und somit dem Imprägniermittel die Möglichkeit gibt, seitlich aus den vorimprägnierten Papierbändern herauszuquellen.

In Weiterbildung der Erfindung kommen für die vorimprägnierten Papierbänder als Imprägniermittel bzw« Tränkmittel übliche Isolieröle für Starkstromkabel, insbesondere für Ölkabel, in Betracht, während als Heißschmelzmassen solche auf der Basis von

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Wachsen, Paraffinen oder Asphalt, insbesondere aber solche auf der Basis von Mischsystemen mit den Komponenten Polyäthylen, Polyisobutylen, Hart- und Mikrowachsen und Copolymeren verwendet werden. Derartige Heißschmelzmassen sind unter dem Sammelnamen "hot melts" bekannt; sie selbst sind nicht Gegenstand des Schutzbegehrens.

Die Herstellung von im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Isolierbändern kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine Trägerbahn aus trockenem Papier mit einer Imprägnierungsflüssigkeit getränkt und darauf mit einer Heißsehmelzmasse überzogen wird, wobei diese Trägerbahn in einer Schneidvorrichtung in parallele Längsstreifen unterteilt v/ird. In diesem Pail erhält man Isolierbänder, die lediglich an den Deckflächen, nicht aber an den Schmalseiten bzw« Seitenkanten mit einer Heißschmelzmasse überzogen sind. Wenn man allseitig mit einer Heißschmelzmasse überzogene Isolierbänder erhalten will, wird die Trägerbahn aus trockenem Papier zunächst über eine Trockenwalze durch einen Imprägnierbehälter und anschließend über eine Schneidewalze zu Schmelzwalzen geführt, mit denen die Heißschmelzmasse auf die einzelnen Papierbänder aufgebracht wird, und wird anschließend einer Aufwickelvorrichtung zugeführt. Hierbei wird also schon nach der Imprägnierung mit Hilfe der Schneidwalze eine Reihe von parallelen,, schmalen Einzelstreifen erzeugt, deren jeder mit Hilfe der Schmelzwalzen mit einer Heißschmelzmasse überzogen wird und von dort nach Abkühlung aufgerollt und anschließend aufbewahrt wird. Bei der Herstellung der vorimprägnierten, mit einer Heißschmelzmasse überzogenen Isolierbänder wird die Trägerbahn aus Papier beim Imprägniervorgang zweckmäßig nicht durch Anpreßrollen geführt, sondern durch ein Gefäß mit Imprägnierflüssigkeit ge-

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leitet, wobei durch lauchwalzen der erforderliche Kontakt zwischen Papier und Flüssigkeit gewährleistet ist. Zur Aufbringung der Heißschmelzmasse in einer Schmelzwalzeneinrichtung ist es zweckmäßig, den Abstand der Walzen, zwischen denen das getränkte Papier hindurchläuft, veränderbar zu gestalten, um nicht nur eine Anpassung an die jeweilige Papierstärke zu ermöglichen, sondern um vor allem die Dicke des Überzuges aus der Heißschmelzmasse in weiteen Grenzen einstellen zu können.

Um beim Aufspinnen der im Rahmen der Erfindung vorgesehenen vorgetrockneten, vorimprägnierten und mit einer Heißschmelz— masse überzogenen Isolierbänder auf den Leiter des Kabels das seitliche Herausquellen des Imprägniermittels aus den Isolierbändern sicherzustellen, ist in Weiterbildung der Erfndung bei einem Verfahren zur Herstellung derartiger Starkstromkabel vorgesehen, daß zwischen den benachbarten Windungen jeder Isolierbandlage 'ein vorgebbarer Abstand in Längsrichtung des Kabels eingehalten wird und daß auf die Isolierbänder während des Aufspinnens eine auch die Dielektrizitätskonstante der Isolierung bestimmende, veränderbare Zugspannung ausgeübt wird, unter deren Einwirkung die Isolierbänder komprimiert v/erden und Imprägniermittel seitlich aus den Isolierbändern hervorquillt.

Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Starkstromkabels sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des zur Herstellung des Starkstromkabels vorgesehenen Verfahrens sind in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt den Leiter 1 eines Starkstromkabels, der durch eine Papierbändermaschine 2 mit einer Anzahl von Papierbandspinnern 3 läuft. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur

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zwei P_apierbandspinner dargestellt, obwohl übliche Papierbändermas chinen bis zu zwanzig Spinner aufweisen, die jweils mit 12 Bandhaltern 4 ausgestattet sein können. Auf den Bandhaltern 4 sind Isolierbänder in Spulenform angeordnet, bei denen es sich um "vorgetrocknete, vorimprägnierte und mit einer Heißschmelzmasse überzogene Papierbänder handelt.

Durch das Aufspinnen der Isolierbänder auf den Leiter des Kabels ergibt das in Figur 2 dargestellte Spinnbild.

Der Querschnitt der zur Umspinnung verwendeten Isolierbänder ist in Figur 3 dargestellt. Im vorliegenden EaIl ist maschinenglattes Kabelpapier vorgesehen, welches vorgetrocknet und mit einer Imprägnierflüssigkeit 7 getränkt ist. Das Papierband 8 ist von einer vergleichsweise dünnen Schicht 9 einer Heißschmelzmasse allseitig umgeben. Anstelle eines allseitig mit Heißschmelzmasse umgebenen Papierbandes kommt auch die Verwendung eines Papierbandes in Betracht, das nur an seinen Breitseiten mit der Heißschmelzmasse beschichtet ist.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie bei einem Spinnbild nach Fig. die Tränkung der zwischen den einzelnen Windungen eines Isolierbandes vorhandenen Fugen 6 zustandekommt. Die unter Zug aufgesponnenen Isolierbänder unterliegen einer Verdichtung von etwa 10$. Als Folge dieser Verdichtung entweicht das Imprägniermittel 7 aus den zusammengepreßten Papierbändern 8, wobei die Schicht 9 aus der Heißschmelzmasse seitlich aufreißt, und füllt die zu beiden Seiten des Isolierbandes vorhandenen Fugen 6 aus. Durch Regelung der Zugspannung beim Aufbringen der Isolierbänder kann somit auf einfache Weise einerseits die Verdichtung der Papierbänder und damit das Raumgewicht der Isolation, andererseits in Abhängigkeit hiervon die aus dem

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jeweils aufgewickelten Isolierband austretende Menge an Imprägnierflüssigkeit "bestimmt werden. Die Größe der Zugspannung wird hierbei derart gewählt, daß die Fugen 6 zwischen den einzelnen Windungen jeder Isolierbandlage -vollständig durch die Imprägnierflüssigkeit ausgefüllt werden. Da sich im vorliegenden Pail das üblicherweise auftretende Papiervolumen als Folge der erhöhten Zugspannung während des Umspinnens um etwa 10$ verringert, das normale Fugenvolumen zwischen den einzelnen Windungen jeder Isolierbandlage etwa 5 bis 6°/o beträgt, wird das Fugenvolumen durch die austretende Imprägnierflüssigkeit vollständig ausgefüllt.

In Abhängigkeit von der auf die Isolierbänder beim Aufspinnen ausgeübten Zugspannungen kann somit der Mengenanteil der Imprägnierflüssigkeit an der G-esamtisolierung verändert und vorbestimmt werden. Daraus ergibt sich, daß die von der Zugspannung beim Aufspinnen der Isolierbänder abhängige Verdichtung bei Annahme eines konstanten Fugenabstandes und gleicher Grundstoffe die Dielektrizitätskonstante der Isolierung maßgeblich beeinflußt, daß also durch die Wahl der Zugspannung beim Aufwickeln der Isolierbänder auch die Dielektrizitätskonstante der Isolierung in vogebbaren Grenzen veränderbar ist. ,

4 Figuren

5 Ansprüche

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Claims

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Pate ntansp rüche

1./Starkstromkabel mit einer getränkten Isolierung aus lagenweise auf gesponnenen Isolierbändern, wobei zwischen den benachbarten Windungen jeder Isolierbandlage ein Zv/ischenraum vorhanden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Isolierung aus vorgetrockneten, vorimprägnierten und mit einer Heißschmelzmasse (holt melt) überzogenen Papierbändern (5) aufgebaut ist.

2. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgetrockneten und vorimprägnierten Papierbänder lediglich an den Deckflächen mit einer Heißschmelzmasse überzogen sind.

5. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgetrockneten und vorimprägnierten Papierbändern lediglich an den Deckflächen mit einer Heißschmelzmasse überzogen sind.

3. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgetrockneten und vorimprägnierten Papierbänder (8) allseitig mit einer Heißschmelzmasse (9) überzogen sind, die beim Aufbringen der Papierbänder auf den leiter des Kabels unter dem Einfluß von auf die Papierbänder ausgeübten Zug und/oder Druckbeanspruchungen an den Bandkanten aufplatzt.

4. Starkstromkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbänder (8) mit einem üblichen Isolieröl (7) für Starkstromkabel, insbesondere für Ölkabel,

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imprägniert und mit einer Heißschmelzmasse (9) auf der Basis von Wachsen, Paraffinen oder Asphalt, insbesondere auf der Basis von Mischsystemen mit den Komponenten Polyäthylen, Polyisobutylen, Hart- und Mikrowachsen und öopolymeren überzogen sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Starkstromkabels nach einem der Ansprüche 1 bis 4» bei dem die vorgetrockneten, vorimprägnierten und mit einer Heißschmelzmasse überzogenen Papierbändern auf den leiter des Kabels lagenweise aufgesponnen v/erden, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den benachbarten Windungen jeder Papierbandlage ein vorgebbarer Abstand (6) in Längsrichtung des Kabels eingehalten wird und daß auf die Papierbänder während des Aufspinnens eine auch die Dielektrizitätskonstante der Isolierung bestimmende, veränderbare Zugspannung ausgeübt wird, unter deren Einwirkung die Isolierbänder komprimiert werden und das Imprägniermittel seitlich aus den Papierbändern austritt.

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