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Das hierbei verwendete Hochspannungs-lmpulskabel, das im wesentlichen
quer zur den bei extremen Wetterbedingungen sehr heftigen Wellenbewegungen des Wassers
verlegt ist, muß sowohl hinsichtlich seiner elektrischen als auch seiner mechanischen
Eigenschaften höchsten Anforderungen entsprechen, wenn die Anlage über lange Zeitläufe
hinweg wirksam erhalten bleiben soll. Dementsprechend muß das besagte Einleiter-Hochspannungs-Hochfrequenz-lmpulskabel
nicht nur mit besonderer Sorgfalt gefertigt und isoliert, sondern auch mit zur Aufnahme
der auf dieses einwirkenden großen Kräfte geeigneten, besonders starken und gegen
alle Umwelteinflüsse chemischer und physikalischer Natur widerstandsfähiger Bewehrung
versehen sein. Die bisher gewonnenen Erfahrungen haben gezeigt, daß die aus hochfesten,
elektrisch isolierten Stahldrähten bestehende Bewehrung für die
Steuerung
bzw. Lenkung des von den zur impulsgeneratornahen Elektrode rückgeführten Strömen
gebildeten elektrischen Feldes von nicht unerheblicher Bedeutung ist sowie auch,
daß die dem Seewasser unter den besonderen elektrischen Feldbedingungen ausgesetzten
äußeren Schichten der Kabelisolierung zufolge eines als »water treeing effect« bekannten
Phänomens im Laufe der Zeit durch Bildung von gegen das Innere des Dielektrikums
wachsenden kleinen leitfähigen Bäumchengebilden zunehmende Beeinträchtigungen erfahren.
Diese entstehen aus Zersetzungsprodukten des Isolierstoffes durch die Einwirkung
des Seewassers unter den vorliegenden spezifischen elektrischen Feldbedingungen.
Auch hat sich ergeben, daß die Wirksamkeit und Ausdehnung des Feldes des rückgeführten
Stromes durch geringfügige Schäden an der Isolierung der Bewehrungsdrähte vermindert
wird, weil dann ein mehr oder weniger großer Teil des zurückfließenden Impulsstromes
nicht mehr das Kabel -quasi wie ein unsichtbarer Schlauch - umgibt, sondern in dessen
Randbereichen, nämlich den Bewehrungsdrähten, fließt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem für den genannten
Zweck bestimmten elektrischen Hochspannungs-Hochfrequenz-lmpuls-Seekabel, unter
Beibehaltung seiner mechanischen Festigkeit, einen Rückfluß von Impulsströmen über
die Bewehrung mit Sicherheit auszuschließen und schädliche Einwirkungen des Seewassers
auf das Kabeldielektrikum zu vermeiden oder in vorgegebenen Grenzen zu halten.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Bewehrung im Inneren eines
elektrisch isolierenden, abriebfesten Außenmantels angeordnet ist, der aus einem
elastomeren Wickel aus Band oder Garn, beispielsweise aus Polypropylenbasis besteht
und daß als Bewehrung aus einem hochfesten Kunststoff auf der Basis von aromatischem
Polyamid bestehende mono-oder multifile Stränge oder Garn um das Kabel mit langem
Schlag aufgeseilt sind.
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Eine relativ einfache Lösung wäre auch das Aufbringen eines ausreichend
starken elektrisch isolierenden, abriebfesten Außenmantels über der in der üblichen
Weise aus hochfesten Stahldrähten bestehenden Bewehrung bzw. einer diesen zusätzlich
umgebenden elastomeren Isolierstoffschicht, beispielsweise aus Polypropylenband.
Sie kann in allen jenen Fällen angewendet werden, in denen das Kabel im Bereich
eines vor dem offenen Meer zumindest teilweise geschützten oder vorwiegend sandigen,
flachen Strandes zu verlegen ist, an dem weder starke Brandungen noch Sturmfluten
zu erwarten sind. An solchen Stränden kann das Kabel beim oder nach dem Verlegen
mit ausreichender Sicherheit in den Sand eingebettet werden, wobei zwar zumindest
beim Verlegevorgang die eingangs erwähnte hohe Festigkeit der Bewehrung erforderlich,
jedoch die Abriebfestigkeit des Außenmantels ausreichend ist, für die zu erwartende
Lebensdauer des Kabels. Der Außenmantel muß hierbei aus einem geeigneten Werkstoff,
beispielsweise einem entsprechend verstärkten Spezialgummi wie faserverstärktes
Polychloropren od. dgl. oder einem Kunststoff wie Polyurethan, Polyäthylen, Polyester
od. dgl. bestehen, so daß er Dielektrikum und Bewehrung feuchtigkeitsdicht umschließt
und somit von der Einwirkung des Seewassers frei hält. Bei schwierigen Küstenbedingungen,
wobei das Kabel auch nach seiner Verlegung der Einwirkung großer mechanischer Kräfte
durch Wellen und Brandung ausgesetzt ist, empfiehlt es sich hingegen,
auf eine metallische
und somit elektrisch leitfähige Bewehrung zu verzichten und statt dessen die oben
geschilderte hochabriebfeste Bewehrung aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff
vorzusehen.
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Es hat sich erwiesen, daß eine aus einem derartigen Werkstoff gebildete
Bewehrung den an sie gestellten Erfordernissen hinsichtlich mechanischer Festigkeit
und Abriebfestigkeit in hervorragendem Maße entspricht.
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Gleichzeitig bildet der sie umgebende elastomere Wickel nicht nur
eine gute Zusammenfassung der die Bewehrung bildenden Stränge oder Garne sondern
überdies eine das Kabel insbesondere bei dessen Transport und Verlegung vor mechanischen
Schäden bewahrende äußere Hülle. Da weder der elastomere Wickel noch die Bewehrung
aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, ist ein etwaiger Impulsstromrückfluß
durch diese Kabelteile völlig ausgeschlossen, wobei jedoch die Steuerung bzw. Lenkung
des äußeren das Kabel umgebenden Impulsstromfeldes durch die unterhalb der Bewehrung
befindliche leitfähige äußere Feldbegrenzungsschicht erfolgt. der zugleich auch
die Aufgabe zufällt, das eigentliche Kabeldielektrikum von den Folgen der Seewassereinwirkung
abzuschirmen. Diese Wirkung läßt sich noch dadurch wesentlich verbessern, daß zwischen
der Leiterglättung und der äußeren Feldbegrenzung in dem Kabeldielektrikum eine
sich konzentrisch zum Leiter über dessen ganze Länge erstreckende, elektrisch leitende
Zwischenschicht angeordnet ist.
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Bei diesem Kabelaufbau begrenzt die Zwischenschicht das elektrische
Feld des durch das Kabel hindurch bis zu dessen Endelektrode geleiteten Impulsstromes,
während die die Zwischenschicht umgebende jedoch ihrerseits mit der leitenden äußeren
Feldbegrenzung versehene äußere Lage des Kabeldielektrikums, zwischen den beiden
feldbegrenzenden Schichten, elektrisch im wesentlichen neutral und somit spannungsfrei
ist. Sie bildet einen den eigentlichen Kabelkern schützend umgebenden Mantel, der
den stromführenden Kabelkern von dem sich rings um das Kabel erstreckenden äußeren
Impulsrückstromfeld trennt. Dieses wird wiederum von der äußeren leitfähigen Feldbegrenzungsschicht
gelenkt und gegen innen begrenzt, so daß die äußere Lage des Kabeldielektrikums,
die ja somit völlig feldfrei ist, jedweder etwa die äußere leitfähige Feldbegrenzungsschicht
stellenweise durchsetzender Seewassereinwirkung zu widerstehen vermag ohne Schaden
zu erleiden. Mit dieser Anordnung läßt sich also der vorausgehend erwähnte Water-treeing-effect
vermeiden oder auf eine geringfügige, praktisch bedeutungslose Randzone der äußeren
Lage des Dielektrikums begrenzen.
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Wenn für das Kabel besonders hohe mechanische Beanspruchungen zu
erwarten sind, empfiehlt es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, daß die
die Bewehrung des Kabels bildenden hochfesten Kunststoffstränge aus einem durch
Kondensation von m-Phenylendiamin und Terephthalsäure entstandenen aromatischen
Polyamid bestehen. Untersuchungen haben ergeben, daß aus einem derartigen aromatischen
Polyamid bestehende Garne oder Stränge eine Reißfestigkeit von mehr als 3000 N/mm2,
einen Elastizitätsmodul von wenigstens 33 000 N/mm2 und somit eine geringe Dehnung
und überdies nebst großer Beständigkeit auch eine außerordentlich hohe Abriebfestigkeit
aufweisen.
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In bevorzugter Ausführung ist die innerhalb des Kabeldielektrikums
angeordnete leitende Zwischenschicht
von einer auf die zylindrische
Außenfläche des inneren hochwertigen Kabeldielektrikums aufgebrachten Graphitschicht,
einer darüber gewickelten Lage leitfähigen Papiers und einer unmittelbar darüber
aufgebrachten Metallfolie gebildet Mit dieser Ausbildung ist eine überaus wirksame
und langzeitig beständige Feldbegrenzungsschicht geschaffen, die -wie bereits erwähnt
- vorzugsweise von einer unmittelbar darüber aufgespritzten äußeren Lage eines hochwertigen
Kabeldielektrikums, beispielsweise aus einem Hochdruckpolyäthylen, umgeben ist,
deren Funktion bereits vorausgehend erläutert worden ist. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung ist es bei allen Ausführungsformen dieses Kabels günstig, wenn die
Bewehrung und der äußere Wickel bzw. ein solcher auf einen die Bewehrung umgebenden
Außenmantel aufgebrachter elastomerer Wickel in einer Graphitschicht eingebettet
sind. Diese dient als Außenelektrode bei den nachstehend näher erläuterten Prüfmessungen
und bewahrt das Kabel vor Schäden bei dessen Transport und Verlegung. Beim Versenken
des in die vorgesehene Lage gebrachten Kabels am Verlegeort wird die nunmehr bedeutungslos
gewordene Graphitschicht vom Wasser fortgespült.
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Im Hinblick auf die hohe Stärke bei gleichzeitiger relativ hoher
Frequenz der durch den Leiter des Kabels hindurch bis zu dessen Endelektrode fließenden
Impulsströme ist es zur Verringerung von Leitungsverlusten vorteilhaft, wenn der
Leiter als Wiederkehrleiter mit einer Vielzahl einzeln oder in Gruppen isolierter,
miteinander in bestimmter Weise verseilter und verpreßter Leiterdrähte bzw. Stränge
ausgebildet ist, wodurch der sogenannte Skin-Effekt weitgehend herabgesetzt ist.
Ebenfalls zur Verringerung des Skin-Effektes ist es von Vorteil, wenn der Leiter
in wenigstens zwei gegeneinander isolierte Segmente oder Stränge unterteilt ist.
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In Anbetracht dieser besonderen Umstände und Erfordernisse muß die
Herstellung eines solchen elektrischen Hochspannungs-lmpuls-Seekabels mit außerordentlicher
Sorgfalt durchgeführt werden, um nachträglich nur mit sehr großem Aufwand behebbare
Fertigungsfehler tunlichst zu vermeiden. Dementsprechend wurde ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Kabels, wobei ein elektrischer Leiter mit einer leitfähigen
Kunststoffschicht umspritzt und über diese das Kabeldielektrikum aus einem hochwertigen
thermoplastischen Isolierstoff, in einer oder mehreren Lagen gegebenenfalls über
zusätzliche leitfähige Schichten oder Lagen aufgebracht wird, so ausgestaltet, daß
das Kabel zumindest vor dem Aufbringen der Feldbegrenzung bzw. der Bewehrung durch
eine Teilentladungsmeßeinrichtung hindurchgeführt wird.
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Noch vorteilhafter ist es, wenn die leitende Zwischenschicht und
die äußere Lage des Kabeldielektrikums erst nach Prüfung des Kabelkernes auf Teilentladung
aufgebracht wird. Ebenso ist es vorteilhaft, daß die Bewehrung und deren Bewicklung
erst nach Prüfung der äußeren Lage des Kabeldielektrikums auf Teilentladung aufgebracht
werden. Eine weitere Prüfung der äußeren Lage des Kabeldielektrikums kann ferner
bei Verwendung der äußeren Graphitschicht als Außenelektrode sowie der äußeren Feldbegrenzungsschicht
bzw. der leitfähigen Zwischenschicht oder des Leiters selbst als innere Elektrode
am Montageort unmittelbar vor dem Auslegen des Kabels bzw. gegebenenfalls unmittelbar
vor dessen Absenkung ins Wasser erfolgen.
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Die gründliche Überprüfung des Kabels auf Teilentla-
dung nach Abschluß
jedes wesentlichen Fertigungsvorganges erfolgt in an sich bekannter Weise an einer
Teilentladungs-Meßeinrichtung, welche im wesentlichen aus einem mit ionisierbarer
Flüssigkeit gefüllten Isolierstoffrohr besteht, von dem ein bestimmter vom Kabel
durchlaufender Abschnitt unter hohem Potential steht, während der Leiter des Kabels
selbst geerdet ist.
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Hierbei lassen sich Fehlerquellen wie Poren oder Fremdstoffeinschlüsse
des Kabeldielektrikums durch Registrierung jedweder Änderungen des Meßpotentials,
das selbst bei geringfügigen Änderungen des dielektrischen Widerstandes sehr sensitiv
anspricht, punktgenau feststellen, wodurch mit Sicherheit gewährleistet ist, daß
das nach jedem Fertigungsvorgang geprüfte Kabeldielektrikum absolut fehlerfrei ist
und das derart gefertigte Kabel eine in gleichem Maße hohe mechanische und elektrische
Festigkeit besitzt.
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform
des Kabels und F i g. 2 in Ansicht einen Endabschnitt einer anderen Ausführungsform
mit abgestufter Darstellung der einzelnen Lagen und Schichten.
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In allen Zeichnungsfiguren ist der Leiter mit 1 und die diesen umgebende
Leiterglättung mit 2 bezeichnet. Der Leiter kann als Litzenleiter insbesondere Wiederkehrleiter
ausgebildet sein oder auch im Hinblick auf den Skin-Effekt aus voneinander durch
Papierzwischenlagen getrennten Segmenten aus Kupfer oder Aluminium bestehen, wobei
im letzteren Falle wegen der Oxydhaut die isolierenden Zwischenlagen entfallen können.
Der mit der Leiterglättungsschicht 2 vorzugsweise aus einem durch Ruß- oder Graphitzusatz
leitfähig gemachte Polyäthylen od. dgl. versehene Leiter list von einem auf die
Leiterglättungsschicht unmittelbar aufgespritzten Kabeldielektrikum 3 aus einem
hochwertigen Isolierstoff, beispielsweise einem Hochdruckpolyäthylen oder auch auf
Polyamidbasis umgeben, das seinerseits an seiner Außenfläche mit einer Feldbegrenzungsschicht
6 versehen ist. Diese kann ebenfalls als eine über das Kabeldielektrikum 3 aufgespritzte
leitfähige Kunststoffschicht ausgebildet sein, sie kann aber auch aus einer Graphitschicht
und einer darüber gewickelten Lage leitfähigen Papiers und/oder einer Metallfolie
bestehen. Eine aus besonders stark bemessenen Drähten bzw. Strängen aus hochfestem
Kunststoff bestehende Bewehrung 7 ist auf die äußere Feldbegrenzungsschicht 6 mit
langem Schlag aufgeseilt.
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Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besteht die Bewehrung
aus legierten Stahldrähten, deren Zwischenräume mit einem Petrolatum, Schaumstoff
od. dgl. ausgefüllt sein können, um die Längswasserdichtheit dieses Bereiches zu
gewährleisten, wogegen die Bewehrung bei der in Fig.2 veranschaulichten Ausführungsform
aus multifilen Kunststoffsträngen auf der Basis eines aromatischen Polyamides gebildet
ist.
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Die Bewehrung 7 ist bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform
von einem feuchtigkeitsdichten Außenmantel 9 aus Kunststoff oder Gummi, beispielsweise
dem unter dem Handelsnamen Neopren bekanntgewordenen Polychloropren umschlossen,
der seinerseits von einem beispielsweise aus Polypropylengarn gebildeten elastomeren
Wickel 8 umgeben sein kann, welcher zum Schutz des Kabels bei dessen Transport und
Montage sowie insbesondere beim Setzen desselben auf den Meeresgrund dient.
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Bei der in F i g. 2 veranschaulichten Ausführungsform ist die äußere
Feldbegrenzung 6 von der hochfesten Kunststoffbewehrung 7 umgeben, die ihrerseits
- ähnlich wie der Außenmantel gemäß F i g. 1 - von einem elastomeren Wickel 8 umschlossen
ist. Ferner ist bei dieser Ausführungsform innerhalb des Kabeldielektrikums eine
dieses in einen inneren die eigenliche
Kabelisolierung bildenden Abschnitt 3 und
eine äußere Lage 5 teilende, elektrisch leitende Zwischenschicht 4 vorgesehen, welche
den Leiter 1, sich über dessen ganze Länge erstreckend, konzentrisch umgibt. Der
Aufbau der leitenden Zwischenschicht 4 ist etwa gleich jenem der äußeren Feldbegrenzung
6.