DE2501811A1

DE2501811A1 - Hochspannungskabel mit synthetischer isolation und halbleitender beschichtung

Info

Publication number: DE2501811A1
Application number: DE19752501811
Authority: DE
Inventors: Mats Gunnar Dipl Ing Olsson; Carl Ove Dipl Ing Tollerz; Sven Gunnar Dipl Ing Wretemark
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1975-08-14
Also published as: SE7401244L; DK32675A; FI750213A; FI68477C; BR7500229A; NL7501168A; GB1493163A; AR211382Q; JPS50109479A; BE825068A; NO750313L; IT1031252B; FI68477B; CA1038052A; FR2260173A1; CH587545A5; SE384420B; AU7707175A; FR2260173B1

Description

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, St oc kh.o Im/Schweden

Hochspannungskabel mit synthetischer Isolation und halbleitender Beschichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungskabel mit synthetischer Isolation, auf die außen eine halbleitende Schicht aufgebracht ist. Diese äußere, halbleitende Schicht besitzt eine bestimmte Leitfähigkeit.

Bei einem typischen Hochspannungskabel ist um den Leiter aus Metall eine innere, halbleitende Schicht oder ein Band gewickelt oder extrudiert, über die wiederum eine Isolationsschicht extrudiert ist. Danach wird ein geerdetes Abschirmelement konzentrisch über der Isolation angebracht,

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das normalerweise aus einer halbleitenden Schicht und einer geerdeten Eüc icle itungsab schirmung aus Metall besteht, wodurch über der Isolation eine gleichmäßige Äquipotentialfläche erreicht wird. Eine nähere Untersuchung der Stromverhältnisse in der Schicht zeigt, daß die äußere, halblei-.tende Schicht einen kapazitiven Strom in der Schicht in radialer Richtung vom Leiter zu der umgebenden Abschirmung führt. Außerdem tritt in der Schicht ein ohmscher Strom auf, der die Spannungen ausgleicht, die infolge eventuell ungleichförmiger Feldverteilung in Umfangsrichtung auftreten. Der umgebende Kabelmantel kann auf der Metallabschirmung in nächster Nähe der äußeren, halbleitenden Schicht aufgebracht werden.

Bei synthetischen Kabeln, das heißt bei Kabeln mit einer gepreßten Plastik- oder Gummiisolation, ist normalerweise der innere Halbleiter im gleichen Arbeitsgang wie die Isolation aufgebracht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, mit dem gleichen Arbeitsgang auch den äußeren Halbleiter aufzubringen, in einer sogenannten Dreifach-Extrusion. Die halbleitende Schicht und das Isolationsmaterial haften dann gut aneinander, so daß man ein mechanisch und elektrisch zuverlässiges Produkt erhält. Die Dreifach-Extrusion wird vor allem bei höchsten Spannungen und darüber hinaus dann verwendet, wenn speziell ausgebildetes Installationspersonal zur Verfugung steht. Ein bekanntes Problem bei Hochspannungskabeln ist die zuverlässige Vorbereitung des Kabels beim Zusammenbau. Die Vorbereitung bedeutet, daß Teile des Kabelmantels zusammen mit den Abschirmungsschichten und der Isolation zur Verbindung der Leiter entfernt werden. Bei bekannten Kabelkonstruktionen ist zur Erleichterung dieser Vorbereitung des Kabels der äußere Halbleiter als Band ausgeführt, das direkt auf die Isolation aufgebracht ist oder als Schichten außen auf die Isolation und die halbleitenden Bänder lackiert oder aufgesprüht ist, außerhalb der lackierten Schicht. Ebenfalls bekannt ist es, auf

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die Isolation einen "Reifen" aus beispielsweise halbleitendem Gummi zu pressen, der die Isolation abdichtet. Nachteilig bei diesen bekannten Maßnahmen ist vor allem, daß es in den Luftspalten, die bei der Überlappung der halbleitenden Bänder entstehen, zu Glimmerscheinungen kommen kann. Außerdem kann es bei mechanischen und thermischen Beanspruchungen zu Spielräumen zwischen lose aufgebrachten halbleitenden Schichten und der Isolation kommen. Die halbleitende Farbe ist oft schwer zu entfernen, insbesondere wenn sie auf die darunterliegende Schicht zusammen mit einer Überhitzung fest aufgebrannt wurde. An den Kabelenden, wo der Halbleiter bei einem bekannten Verfahren über eine bestimmte Strecke vom Verbindungspunkt aus entfernt werden muß, treten an der so geschaffenen Abschirmungskante hohe Längsfeldstärken auf. Zur Verringerung der Feldstärke bei einem plötzlich endenden Schirm ist es bekannt, Schichten anzuordnen, die außerhalb der Isolation einen gewissen spezifischen Widerstand aufweisen und die über eine bestimmte Strecke von der Abschirmungskante zum Leiter reichen. Dabei fließt ein Teil des Bleierdungs-Rückleitungsstromes des Kabels durch die Widerstandsschicht und erzeugt einen ausgebreiteten Potentialanstieg, der die Feldstärke verringert und Glimmerscheinungen in der Luft vermeidet. Bei anderen bekannten Methoden zum Ausgleich der Feldstärke verwendet man spezielles Material oder spezielles Zubehör bei geschickter Arbeit der Monteure und zeitraubender Arbeit. Besonders mühsam ist die Beseitigung sämtlicher Reste der halbleitenden Schicht, insbesondere wenn diese mehr oder weniger an der isolierenden Oberfläche haftet. Man hat sich deshalb um die Herstellung halbleitender Schichten bemüht, die von der Isolationsoberfläche leicht entfernt werden können, ohne daß Reste auf dieser zurückbleiben. Je leichter sich der Halbleiter abschälen läßt, um so größer ist das Risiko von Beschädigungen bei Beanspruchungen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kabels mit

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einer oder mehreren Kabeladern, die jeweils eine äußere halbleitende Schicht von guter elektrischer und mechanischer Stabilität einschließen, die auch die vorliegenden Unzulänglichkeiten an den Kabelenden ausschließen. Die .Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlicher dargestellt. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Kabel gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Diagramm des Spannungsgradienten am Ende eines Kabels gemäß der Erfindung.

Die folgende Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf ein einadriges Kabel, gilt im wesentlichen aber auch für' eine einzelne Ader eines mehradrigen Kabels.

Beim Kabel gemäß Fig. 1 besteht der innere Leiter 1 beispielsweise aus verdrillten oder gepackten Drähten. Außerhalb davon ist eine halbleitende Schicht in Form halbleitender Bänder oder extrudierten halbleitenden Materials zum Ausgleich der Spannungsbeanspruchungen aus den einzelnen Drähten des inneren Leiters aufgebracht. Die Isolation 3 besteht beispielsweise aus Polyäthylenmaterial, dessen Stärke von der Nennspannung des Kabels abhängt. Auf der Isolation 3 wird eine äußere halbleitende Schicht 4- aufgebracht, meist durch Extrusion und nachfolgende Vulkanisation. Bei Kabeln bekannter Art ist der Oberflächenwiderstand, gemessen in Längsrichtung entlang der Außenfläche der Kabelader der äußeren, halbleitenden Schicht niedrig und beträgt meist ca. 10 Ohm je Quadrat. Man erhält hierbei ein Feldmuster im Kabel, das bei über der Netzfrequenz liegenden Frequenzen, beispielsweise bei Übergangsvorgängen (Blitzüberschläge und dergleichen), kleine Spannungs-

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gradienten in tangentialer Richtung zeigt. Nach Berechnungen kann jedoch der Oberflächenwiderstand der Schicht auf

2 4-erheblich mehr als die gewöhnlichen 10 bis 10 Ohm je Quadrat erhöht werden, die in der Praxis für zuverlässige Arbeit üblich sind. Gemäß der Erfindung wird ein Wert von mehr als 10 Ohm je Quadrat, beispielsweise von 10' 0hm je Quadrat gewählt. Die Vorteile der Schicht als Feldausgleichswiderstand bleiben dann im wesentlichen erhalten, während man gleichzeitig am Kabelende weitere Vorteile erreicht, wie in Verbindung mit Fig. .2 noch erläutert wird.

Die hochohmige, halbleitende Schicht kann wie bei bekannten Kabelkonstruktionen beispielsweise aus Polyäthylenmaterial· bestehen,mit Beimischungen von Kohlenstoff, beispielsweise Ruß, damit man den gewünschten spezifischen Widerstand erhält. Die Schicht wird dann durch Extrusion, vorzugsweise Dreifach-Extrusion aufgebracht', die beste elektrische und mechanische Stabilität· liefert. Das Aufbringen des äußeren Halbleiters ist auch mittels kontinuierlicher Lackierung mit einer hochohmigen Lackschicht prinzipiell auf die gleiche Weise möglich, wie sie heute bei niederohmigeη Schichten angewandt wird. Beispielsweise kann die Schicht durch Sprühen, Eintauchen oder elektrostatische Farbbeschichtung aufgebracht werden. Man erreicht hierbei eine gute Haftung auf der darunterliegenden Isolierschicht. Der extrudierte, äußere Halbleiter gemäß der Erfindung kann ein elastomeres, thermoplastisches oder quer verbundenes Plastikmaterial (vulkanisiert) sein, das bei der Herstellung so weit gebracht wird, daß es vollständig auf der isolierenden Oberfläche haftet, wodurch die Gefahr eines eventuellen Glimmens beseitigt wird. In bestimmten Fällen kann die hochohmige, halbleitende Schicht 4 mit einer Schicht 5 aus leitendem Plastikmaterial, Textilien, synthetischen Fasern oder dergleichen mit Widerstandswerten konventioneller Größe komplettiert werden. Das Ziel der Erfindung wird hierbei nicht verlassen, da das äußere Material bei der

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Vorbereitung des Kabelendes einfach, beseitigt werden kann.

Zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung ist in Fig. 2 die Spannungsverteilung entlang einem Kabelende dargestellt. Das Kabelende ist im Längsschnitt dargestellt und zeigt wie in Fig. 1 den inneren Leiter 1, auf den die innere, halbleitende Schicht 2 aufgebracht ist. Auf der Isolation 3 befindet sich die äußere, halbleitende Schicht 4 und zur Ableitung der Feldströme nach Erde ein geerdeter Metallschirm 6, beispielsweise aus Kupferdraht, der auf bekannte Weise aufgebracht ist. Darunter kann, wie erwähnt, eine zusätzliche halbleitende Schicht 5 vorhanden sein. Der Leiter hat ein Potential U , beispielsweise 12//3 oder 24-/V3 kV. Die Abschirmung hat das Potential O. Am Kabelende wird die geerdete Abschirmung zusammen mit der halbiert enden Schicht 5 entfernt, so daß ein Endabschnitt· 1 der äußeren, halbleitenden Schicht 4- frei liegt. Außerdem ist eLi Teil der inneren halbleitenden Schicht und der Isolation entfernt worden, so daß der Leiter 1 am Kabelende frei liegt. Die äußere, halbleitende Schicht wird in elektrischen Kontakt mit dem Leiter am freien Kabelende gebracht, beispielsweise durch Aufbringen einiger Schichten von halbleitendem Band 8. Interessant ist die Spannungsverteilung, die in der äußeren, halbleitenden Schicht auf der Strecke zwischen der Abschirmung 6 und dem inneren Leiter 1 ansteigt. Bei zu großem Spannungsgradienten tritt bei den in den Vorschriften verlangten Spannungsprüfungen ein unerwünschtes Glimmen auf. Das Glimmen zeigt sich bei bekannten Kabelkonstruktionen am Rand der Abschirmung, das heißt an dem Rand, an dem die Isolation des Kabels von der leitenden Oberflächenabdeckung entfernt ist, wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden. Bei der Kabelkonstruktion gemäß der Erfindung wird diese Oberflächenabdeckung, das heißt die äußere halbleitende Schicht 4, nicht entfernt, sondern beibehalten und dient so zum Ausgleich des Längsfeldes zwischen der äußeren Abschirmung 6 und dem .inneren Lei'ter Ϊ.

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Aus dem Diagramm erkennt man, daß durch, eine halb le it ende Schicht, deren Widerstand nach dem Erfindungsgedanken gewählt wurde, eine gleichmäßige Spannungsverteilung über dem freigelegten Kabelstück der Länge 1 erreicht wird. Der Kurvenverlauf im Diagramm ist für verschiedene Werte des Widerstandes ρ der äußeren halbleitenden Schicht

7 dargestellt. "Für einen bestimmten Wert ρ = 10' Ohm je Quadrat erzielt man eine annähernd lineare Spannungsverteilung. Bei einer Schicht von niedrigerem Widerstand, das

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heißt bei Werten von 10 bis 10 Ohm je Quadrat, kommt es zu starkem Leistungsverbrauch in der halbleitenden Schicht, die zur Entzündung führen kann. In der Praxis treten konzentrierte Kriechwege des Stromes und Oberflächenüberschläge auf, wenn eine halbleitende Schicht nicht vollständig homogen ist.

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Claims

Patentansprüche

Λ] Elektrisches Kabel mit einem Leiter und diesen umgebender Isolation aus -einem synthetischen Material und mit einer auf der Oberfläche der Isolation angeordneten äußeren Schicht aus halbleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, halbleitende Schicht (4) vorzugsweise aus einem synthetischen Material mit einem im wesentlichen spannungsunabhängigen Oberflächenwiderstand auf der Schichtaußenseite von mehr als 10 Ohm je Quadrat besteht und so aufgebracht ist, daß sie gut auf der darunterliegenden Isolation (3) haftet.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material der äußeren, halbleitenden Schicht (4-) zur Erzielung des gewünschten Oberflächenwiderstandes ein leitendes Material, beispielsweise Ruß, beigemischt ist.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_r daß der

Oberflächenwiderstand der äußeren, halbleitenden Schicht

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10 Ohm Je Quadrat rieht überschreitet und vorzugsweise

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im Bereich von 10 bis ΛΟ Ohm Je Quadrat liegt.
4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die äußere, halbleitende Schicht und in Kontakt mit dieser eine innere, halbleitende Schicht, aus beispielsweise Papier, Textilien oder synthetischem Material aufgebracht ist, die leicht zu entfernen ist, und daß die innere, halbleitende Schicht einen Oberflächenwiderstand entlang der Außenfläche der Schicht von weniger als 10 0hm Je Quadrat aufweist.
5. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, halbleitende Schicht kontinuierlich auf die Oberfläche der Isolation extrudiert oder erstreckt ist.

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6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, halbleitende Schicht durch kontinuierliches Lackieren, beispielsweise durch Sprühen, Eintauchen oder elektrostatische Farbbeschichtung aufgebracht ist.

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