DE2516472C2 - Elektrisches Hochspannungs-Hochfrequenz-Impuls-Seekabel, Insbesondere zur Abschreckung von Haifischen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Hochspannungs-Hochfrequenz-Impuls-Seekabel, insbesondere zur Abschreckung von Haifischen, mit einem als Elektrode in einem hochwertigen Dielektrikum zentral angeordneten, mit einer Leiterglättungsschicht versehenen elektrischen Leiter aus Metall, einer zu dieser konzentrisch angeordneten, äußeren Feldbegrenzung und einer diese umgebende Bewehrung.

Es ist bekannt (ETZ-A Band 91 Heft 6/1970), vor dem Grobrechen der Kühlwassereinlaufbauwerke von in Küsten- oder Flußnähe gebauten Kraftwerken elektrische Scheucheinrichtungen, bestehend aus einem zumindest teilweise im Wasser verlegten Elektrodensystem und einem Impulsgenerator, anzuordnen, die mittels elektrischer Impulse die Fische vom Einlaufbauwerk fernhalten. Ferner ist es beispielsweise aus der Messe-Information der Fa. F&G Carlswerk AG zur Hannover Messe 1972 bekannt, daß bereits eine ähnliche Anlage als elektrische Haifisch-Barriere zum Abschirmen einer Badebucht gegen Haifische errichtet wurde, bestehend aus einem im Ausgang einer Badebucht verlegten, speziell ausgebildeten Unterwasserkabel, an dessen einem Ende ein Impulsgenerator angeschlossen ist, der hohe Stromstöße erzeugt. Diese fließen durch das Kabel zu dem an oder bei dem anderen Ufer befindliche.) Ende und von dort aus zurr Impulsgenerator zurück, wobei die Impulsform und die Impulsfolge so gewählt sind, daß der Strom längs des Kabels, also in einem Bogen um die zu schützende Badebucht herumfließt. Zufolge der Einwirkung dei Impulsströme auf das die Muskelbewegungen vor Mensch und Tier steuernde Nervensystem werden sie je nach deren Intensität von allen Lebewesen ah unangenehm oder äußerst schmerzhaft empfunden, se daß einerseits die vom Meer her kommenden Fische insbesondere Haifische, aber auch die innerhalb dei Barriere badenden Menschen davon abgehalten wer den, sich dem Kabel zu nähern, wobei zu ergänzen ist daP Haie wesentlich empfindlicher gegen elektrisch« Ströme sind als Menschen.

Das hierbei verwendete Hochspannungs-Impulska bei, das im wesentlichen quer zur den bei extremer Wetterbedingungen senr heftigen Wellenbewegunger des Wassers verlegt ist, muß sowohl hinsichtlich seinei elektrischen als auch seiner mechanischen Eigenschaf ten höchsten Anforderungen entsprechen, wenn di< Anlage über lange Zeitläufe hinweg wirksam erhalter bleiben soll. Dementsprechend muß das besagt! Einlei ter-Hochspannungs-Hochfrequenz-Impulskabel nicht nur mit besonderer Sorgfalt gefertigt und isolier! sondern auch mit zur Aufnahme der auf diese einwirkenden großen Kräfte geeigneten, besonder starken und gegen alle Umwelteinflüsse chemischer um physikalischer Natur widerstandsfähiger Bewehrunj versehen sein. Die bisher gewonnenen Erfahrungei haben gezeigt, daß die aus hochfesten, elektriscl isolierten Stahldrähten bestehende Bewehrung für dii

πιηε bzw Lenkung des von den zur impulsgenera-^Stehn Elektrode rückgeführten Strömen gebildeten tolane _Feldes von nicht unerheblicher Bedeutung f^lekt" _ie auch, daß die dem Seewasser unter den ^1St „deren elektrischen Feldbedingungen ausgesetzten 5 -Tren Schichten der Kabelisolierung zufolge eines als treeing effect« bekannten Phänomens im Laufe Ü 7eit durch Bildung von gegen das Innere des rfipktrikums wachsenden kleinen leitfähigen Bäum- I nVebilden zunehmende Beeinträchtigungen erfah- 10

Diese entstehen aus Zersetzungsprodukten des i^eni>«toffes durch die Einwirkung des Seewassers den vorliegenden spezifischen elektrischen bedingungen. Auch hat sich ergeben, daß die SriSfeit und Ausdehnung des Feldes des rückge- ,5 «hrten Stromes durch geringfügige Schaden an der "olierung _der Bewehrungsdrähte vermindert wird, weil ?n ein mehr oder weniger großer Teil des rnrkfließenden Impulsstromes nicht mehrdas Kabel ^i wie ein unsichtbarer Schlauch - umgibt, sondern 20 in dessen Randbereichen, nämlich den Bewehrungs-

^drnii Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem für den genannten Zweck bestimmten elektrischen Hochspannungs-Hochfrequenz-Impuls-Seekabel, unter ₂₅ Beibehaltung seiner mechanischen Festigkeit, einen Snckfluß von Impulsströmen über die Bewehrung m.t QwTerheit auszuschließen und schädliche Einwirkungen £ Seewassers auf das Kabeldielektrikum zu venne.- aZ nder in vorgegebenen Grenzen zu halten.

^d c"£t wM diese Aufgabe dadurch, daß die Rewehrung im Inneren eines elektrisch isolierenden, abriebfesten Außenmantels angeordnet ist der aus tem elastomer Wickel aus Band oder Garn beispielsweise aus Polypropylenbas.s besteht und daß Is Bewehrung aus einem hochfesten Kunststoff auf der Basis von aromatischem Polyamid bestehende mono- oder multifile Stränge oder Garn um das Kabel mit laneem Schlag aufgeseilt sind.

S 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 Somerer. Isolierstoffschicht beispielsweise.aus Polvpropylenband. Sie kann m allen jenen Fane, Sendet werden, in denen das Kabel im Bereich dnes vor dem offenen Meer zumindest te.lwe.se Schützten oder vorwiegend sandigen, flachen Strande zu verlegen ist, an dem weder starke Brandungen _So noch Sturmfluten zu erwarten sind. An solchen Stranden £ das Kabel beim oder nach dem Verlegen m.t deichender Sicherheit in den Sand eingebettet werden wobei zwar zumindest beim Verlegevorgang lie eingangs erwähnte hohe Festigkeit der Bewehrung _er ordeS, jedoch die Abriebfestigkeit des Außenmantels aus eichend ist, für die zu erwartende Lebensdauer des Kabels. Der Außenmantel muß hierbe, aus emem geeigneten Werkstoff, beispielsweise emem en spSeSd verstärkten Spezialgummi w.e faserverstärktes Polychloropren od. dgl. oder einem Kunststoff _eTo yureihan, Polyäthylen, Polyeste. od. dgl. bestehen so daß er Dielektrikum und Bewehrung teucht.g-Sdicht umschließt und somit von der E.nw.rkung des Seew sers frei hält. Bei schwierigen Küstenbedingun_g wobei das Kabel auch nach seiner Verlegung der Einwirkung großer mechanischer Kräfte durch Wellen Γ, ausgesetzt ist, empfiehl, es sich h.ngegen.

auf eine metallische und somit elektrisch leitfahige Bewehrung zu verzichten und statt dessen die oben geschilderte hochabriebfeste Bewehrung aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff vorzusehen.

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. Gleichzeitig bildet der sie umgebende elastomere Wickel nicht nur eine gute Zusammeniassung der die Bewehrung bildenden Stränge oder Garne sondern überdies eine das Kabel insbesondere bei dessen Transport und Verlegung vor mechanischen Schaden 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 Seewasserenv wirkung 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.

Bei diesem Kabelaufbau begrenzt d.e Zwischenschicht das elektrische Feld des durch das Kabel hindurch bis zu dessen Endelektrode gele te ten Impulsstromes, während die d.e Zwischenschic^ umgebende jedoch ihrerseits m.t der leitenden äußeren Feldbegrenzung versehene äußere Lage des Kabeldielektnkums, zwischen den beiden feldbegrenzenden Schichten, elektrisch im wesentlichen neutral un spannungsfrei ist. Sie bildet einen den eigentlichen Kabdkem schützend umgebenden Mantel, der den stromführenden Kabelkern von dem sich nngs um das Kabel erstreckenden äußeren Impulsrucksi.omfrfd trennt Dieses wird wiederum von der äußeren Sgen Fe.dbegrenzungsschicht gelenkt und gegen innen begrenzt, so daß die äußere Lage des Kabeld.elek 'tSums.die ja somit völlig fe.dfrei ist^edwe er erw. d

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I aue des Dielektrikums begrenzen.

Wenn für das Kabel besonders hohe mechanische Beanspruchungen zu erwarten sind empf.eh , es «ehnn weiterer Ausgestaltung der Erfindung daß die die

gen aromatiscncn rui.v.nm...

oder Strange eine Reißfestigkeit von mehr als 3000 N/mm², einen lüastizitätsriodul von wenigstens J3 000 N/mm·¹ und somit eine geringe Dehnung und überdies nebst großer Beständigkeit auch eine außerordentlich hohe Abriebfestigkeit aufweisen.

In bevorzugter Ausführung ist die innerhalb des Kabeldiolektrikums angeordnete leitende Zwischen-

schicht 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.

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.

In Anbetracht dieser besonderen Umstände und Erfordernisse muß die Herstellung eines solchen elektrischen Hochspannungs-Impuls-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.

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.

Die gründliche Überprüfung des Kabels auf Teilentladung nach Abschluß jedes wesentlichen Fertigungsvorgauges 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. Hierbei lassen sich Fehlerquellen wie Poren oder Fremdstoffeinschlüsse des Kabeldielektrikums durch

ίο 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.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsforrr des Kabels und

F i g. 2 in Ansicht einen Endabschnitt einer anderer Ausführungsform mit abgestufter Darstellung der einzelnen Lagen und Schichten.

In allen Zeichniingsfiguren ist der Leiter mit 1 und die diesen umgebende Leiterglättung mit 2 bezeichnet. Dei Leiter kann als Litzenleiter insbesondere Wiederkehr leiter ausgebildet sein oder auch im Hinblick auf der Skin-Effekt aus voneinander durch Papierzwischenlagen getrennten Segmenten aus Kupfer oder Aluminiurr bestehen, wobei im letzteren Falle wegen der Oxydhaui die isolierenden Zwischenlagen entfallen können. Dei mit der Leiterglättungsschicht 2 vorzugsweise au; einem durch Ruß- oder Graphitzusatz leitfähig gemach te Polyäthylen od. dgl. versehene Leiter 1 ist von einen auf die Leiterglättungsschicht unmittelbar aufgespritz ten Kabeldielektrikum 3 aus einem hochwertiger Isolierstoff, beispielsweise einem Hochdruckpolyäthy

len oder auch auf Polyamidbasis umgeben, dai seinerseits an seiner Außenfläche mit einer Feldbegren zungsschicht 6 versehen ist. Diese kann ebenfalls all eine über das Kabeldielektrikum 3 aufgespritzt« leitfähige Kunststoffschicht ausgebildet sein, sie kam aber auch aus einer Graphitschicht und einer darübei gewickelten Lage leitfähigen Papiers und/oder einei Metallfolie bestehen. Eine aus besonders stark bemesse nen Drähten bzw. Strängen aus hochfestem Kunststof bestehende Bewehrung 7 ist auf die äußere Feldbegren

zungsschicht 6 mit langem Schlag aufgeseilt

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besteh die Bewehrung aus legierten Stahldrähten, derei Zwischenräume mit einem Petrolatum, Schaumstof od. dgl. ausgefüllt sein können, um die Längswasser

dichtheit dieses Bereiches zu gewährleisten, wogegei die Bewehrung bei der in Fig.2 veranschaulichtei Ausführungsform aus multifilen Kunsistoffsträngen au der Basis eines aromatischen Polyamides gebildet isi Die Bewehrung 7 ist bei der in Fig. 1 gezeigtei

Ausführungsform von einem feuchtigkeitsdichtei Außenmantel 9 aus Kunststoff oder Gummi, beispiels weise dem unter dem Handelsnamen Neopren bekannt gewordenen Polychloropren umschlossen, der seiner seits von einem beispielsweise aus Polypropylengan

gebildeten elastomeren Wickel 8 umgeben sein kam welcher zum Schutz des Kabels bei dessen Transpor und Montage sowie insbesondere beim Setzen dessel ben 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Hochspannungs-Hochfrequenz-Impuls-Seekabel, mit einem als Elektrode in einem hochwertigen Dielektrikum zentral angeordneten, mit einer Leiterglättungsschicht versehenen elektrischen Leiter aus Metall, einer zu dieser konzentrisch angeordneten, äußeren Feldbegrenzung und einer diese umgebenden Bewehrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrung (7) im Inneren eines elektrisch isolierenden, abriebfesten Außenmantels (9) angeordnet ist, der aus einem elastomeren Wickel (8) aus Band oder Garn, beispielsweise aus Polypropylenbasis, besteht und daß als Bewehrung (7) aus einem hochfesten Kunststoff auf der Basis von aromatischem Polyamid besiehende mono- oder multifile Stränge oder Garne um das Kabel mit langem Schlag aufgeseilt sind.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bewehrung (7) bildenden hochfesten Kunststoffstränge aus einem durch Kondensation von m-Phenylendiamin und Terephthalsäure entstandenen aromatischen Polyamid bestehen.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leiterglättung (2) und der äußeren Feldbegrenzung (6) in dem Kabeldielektrikum eine sich konzentrisch zum Leiter (1) über dessen ganze Länge erstreckende elektrisch leitende Zwischenschicht (4) angeordnet ist.

4. Elektrisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Zwischenschicht (4) von einer auf die zylindrische Außenfläche eines inneren hochwertigen Kabeldielekt-ikums (3) aufgebrachten Graphitschicht, einer darüber gewickelten Lage leitfähigen Papiers und einer unmittelbar darüber aufgebrachten Metallfolie gebildet ist.

5. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrung (7) und der äußere Wickel (8) in einer Graphitschicht eingebettet sind.

6. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) in wenigstens zwei gegeneinander isolierte Segmente oder Stränge unterteilt ist.

7. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) als Wiederkehrleiter mit einer Vielzahl einzeln oder in Gruppen isolierter, miteinander in bestimmter Weise verseilter und verpreßter Leiterdrähte- bzw. -stränge ausgebildet ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Hochspannungs-Impuls-Seekabels nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein elektrischer Leiter mit einer leitfähigen Kunststoffschicht umspritzt und über diese das Kabeldielektrikuni aus einem hochwertigen thermoplastischen Isolierstoff in einer oder mehreren Lagen, gegebenenfalls über zusätzliehe leilfähige Schichten oder Lagen extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel vor dem Aufbringen der Feldbegrenzung bzw. der Bewehrung durch eine Teilentladungsmeßeinrichtuing hindurchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Zwischenschicht (4) und die äußere Lage (5) des Kabeldielektrikums erst nach Prüfung des Kabelkernes auf Teilentladung aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruchs oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrung (7) und deren Bewicklung (8) erst nach Prüfung der äußeren Lage (5) des Kabeldielektrikums auf Teilentladung aufgebracht werden.