DE2548974A1

DE2548974A1 - Gasisoliertes elektrisches hochoder hoechstspannungskabel

Info

Publication number: DE2548974A1
Application number: DE19752548974
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Ing Wanser
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1977-05-12
Also published as: US4092485A; GB1502758A; JPS5257985A

Description

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Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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20. Nov. 1975

Gasisoliertes elektrisches Hoch- oder Hochstspannungskabel

Die vorliegende Erfindung betrifft ein gasisoliertes Hochoder Höchstspannungskabel zur Übertragung hoher Ströme, bestehend aus einem stromführenden Innenleiter und einem koaxial hierzu in Abstand gehaltenen äußeren metallischen Mantelrohr.

Beim Transport hoher elektrischer Energie, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, ergeben sich immer mehr Schwierigkeiten dadurch, daß die bisher verwendeten Kabel und Leitungen nicht mehr ausreichen. Neben den in der Entwicklung befindlichen Supraleiterkabeln ist man daher in neuerer Zeit immer mehr dazu übergegangen, auch sogenannte gasisolierte elektrische Kabel einzusetzen, die im wesentlichen aus dem stromführenden Innenleiter, einer Abstandshalterung und einem äußeren metallischen Mantelrohr bestehen, wobei der Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr, z.B. mit einem SFg-Gas gefüllt ist.

Zur praktischen Ausführung werden im wesentlichen zwei Systeme vorgeschlagen, wobei sich das eine durch die Verwendung starrer Innen- und Außenleiter in Rohrform auszeichnet, während

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das andere die Verwendung flexibler metallischer Bauelemente vorsieht. Während bei den starren Rohrsystemen die Montage einer Kabellänge durch Zusammenfügen von verhältnismäßig kurzen Einzellängen auf der Baustelle erfolgt, können die flexiblen Systeme wie übliche Kabel behandelt, d.h. bei der Fertigung auf Kabeltrommeln aufgewickelt und bei der Verlegung von diesen wieder abgewickelt werden.

Schwierigkeiten bei beiden Ausführungen bereiten jedoch die verhältnismäßig großen Durchmesser des Innenleiters, wenn, wie erforderlich, hohe Ströme übertragen werden sollen. Hohe Querschnitte führen bei entsprechendem Kupferquerschnitt zu einem hohen Gewicht und hoher Steifigkeit des Innenleiters , die sich abgesehen von der verminderten Biegbarkeit auch auf die abstandshaltenden Elemente nachteilig auswirken.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die bei zumindest gleicher Stromubertragungsfähigkeit auch in großen Längen herstellbar ist und sich durch einen einfachen Aufbau sowie Verbesserung der Montagefähigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem gasisolierten elektrischen Hochoder Hochstspannungskabel der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Innenleiter aus einem Kern aus einem Alkali-Metall, einer Legierung oder zwei oder mehreren Alkali-Metallen innerhalb einer angrenzenden Schutzhülle aus einem thermoplastischen oder elastomeren Material und einer diese umschließenden metallischen Umhüllung in Form eines gewellten Metallrohres besteht. Bei zumindest gleicher Stromubertragungsfähigkeit kann das Gewicht des Innenleiters erheblich reduziert und damit die abstandhaltenden Elemente gegenüber den bisherigen Ausführungen in

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ihrem mechanischen Aufbau erheblich vereinfacht und in ihrer Dimensionierung wesentlich verringert werden. Schwierigkeiten beim Auftrommeln z.B. einer flexiblen Ausführung, d.h. mit gewelltem äußeren Mantelrohr, unter erhöhter Beanspruchung der Abstandshalter und damit Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung treten nicht mehr auf. Das gewellte Mantelrohr bietet zudem infolge der hohen Gewölbesteifigkeit einen zusätzlichen Schutz für den im Innern befindlichen Kern aus einem Alkali-Metall. Wärmedehnungen bei Belastungen werden von der isolierenden Schutzhülle in ausreichendem Maße aufgefangen, zusätzliche Dehnkräfte in radialer oder axialer Richtung, die bei extremen Beanspruchungen möglich sind, werden durch das gewellte Metallrohr kompensiert.

An sich sind elektrische Leiter aus Alkali-Metall bereits bekannt (DAS 1 490 β37)· Bekannt ist hieraus auch bereits ein Verfahren zur Herstellung solcher Leiter, bei dem unmittelbar auf den Alkali-Metall-Kern eine Schutzhülle aus einem thermoplastischen Material aufextrudiert wird. Als äußere Abschirmung bei hohen Spannungen ist hierbei ein Metallband vorgesehen, das aus Kupfer oder Aluminium besteht und durch Falzen, Löten oder dgl. an den Kanten verbunden ist. Abgesehen davon, daß diese Ausführung wegen der verhältnismäßig geringen Ausdehnungsmöglichkeit des geschlossenen Metallschirmes für die Übertragung hoher und höchster Stromstärken nicht geeignet ist, ist die mechanische Stabilität eines solchen Leiters nicht groß genug, um ihn als Innenleiter eines gasisolierten Hochspannungskabels einzusetzen. Denn der Innenleiter eines gasisolierten Kabels hat nicht nur die elektrische Aufgabe der Stromübertragung, sondern auch die mechanische Aufgabe, das Mantelrohr über abstandshaltende Elemente in einer konzentrischen Lage zu halten.

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Zur Herstellung eines nach der Erfindung ausgebildeten Innenleiters für gasisolierte Hoch- und HöchstSpannungskabel hat es sich in Durchführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das gewellte Metallrohr aus einem längseinlaufenden, zum Rohr geformten, an den Kanten verschweißten und anschließend gewellten Metallband, vorzugsweise aus Kupfer, besteht. Ein solches Metallrohr ermöglicht nämlich die kontinuierliche Herstellung des Innenleiters, indem in einem Arbeitsgang der Alkali-Metall-Kern mit der Schutzhülle aus einem thermoplastischen oder elastomeren Material umgeben wird und anschließend nach einer entsprechenden Kühlung der Schutzhülle in gleichen Arbeitsgang der so vorbereitete Strang von der metallischen Hülle umschlossen wird. Diese Hülle ist gasdicht verschweißt, sie wird anschließend gewellt und liefert einen extrem flexiblen, praktisch endlos herstellbaren Innenleiter für solche Kabeltypen.

Die Schutzhülle liegt in Weiterführung der Erfindung zweckmäßig dicht auf dem Alkali-Metall-Kern auf, was sich ohne Schwierigkeiten bei der Extrusion der Hülle erreichen läßt, während die metallische Umhüllung die Schutzhülle oft nur lose umschließt. Das hat den Vorteil, daß innerhalb der metallischen Umhüllung eine weitgehend freie Bewegbarkeit des inneren Kernes möglich ist, so daß auch extreme Ausdehnungen aufgefangen werden. Die metallische Umhüllung verhindert zudem den Zutritt von Sauerstoff und Feuchtigkeit auch bei längerem Betrieb des Kabels.

Mitunter kann es auch vorteilhaft sein, den Raum zwischen der Schutzhülle und der Umhüllung mit einem inerten Schutzgas zu füllen, das einmal zum Schutz des inneren Kernes und gleichzeitig ggf. für eine Überwachung der Dichtigkeit der metallischen Umhüllung herangezogen werden kann.

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Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn die Schutzhülle selbst die Wärmeleitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit erhöhende Zusätze enthält. So können der für die Umhüllung verwendeten thermoplastischen oder elastomeren Masse Ruß, Metallflitter o.a., die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit verbessernde Zusätze beigegeben werden. Desgleichen kann es oft vorteilhaft sein, wenn über der an sich isolierend ausgebildeten äußeren Schutzhülle eine leitfähige Schicht als äußere Abschirmung angeordnet ist. Auf dieser Schicht können dann mit Vorteil die Wellentäler der darüber angebrachten metallischen Umhüllung aufliegen.

Die Erfindung sei anhand des in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten gasisolierten Hochspannungskabels näher erläutert.

Der Kern 1 des Innenleiters besteht aus einem Alkali-Metall, z.B. Natrium, er wird umgeben von der Schutzhülle 2, die dicht auf dem Kern 1 aufliegt und aus einem thermoplastischen Material, z.B. Polyäthylen, besteht. Als feuchtigkeitsdichter Schutz zur Verhinderung des Eindringens von Sauerstoff dient die metallische Hülle 3» die die Form eines Wellrohres aufweist. Die Wellen verlaufen im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von geschlossenen Ringen, die Wellung kann auch wendelförmig verlaufen, das hat insbesondere Vorteile, wenn der Zwischenraum zwischen der Umhüllung 3 und der Schutzhülle 2 zur Führung eines inerten Gases ausgenutzt werden soll. Die metallische Umhüllung 3 ist mechanisch ausreichend stabil, so daß sie gleichzeitig zur Abstützung der Abstandshalter k verwendet werden kann, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus am Umfang verteilten Stützelementen 5 und diese haltende metallische Ringe 6 bestehen. Aber auch scheibenförmige Abstandshalter können bei der dargestellten Konstruk-

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tion vorteilhaft Anwendung finden. Als äußeres Mantelrohr 7 dient ein ebenfalls gewellter Metallmantel, der von einem äußeren Schutzmantel 8 aus einem thermoplastischen Material überdeckt ist.

Abweichend von dieser flexiblen Ausführung eines gasisolierten Kabels, das sich in großen Längen herstellen, auf Trommeln aufwickeln und zur Montage von diesen abwickeln und verlegen läßt, ist es selbstverständlich auch möglich, als äußeres Mantelrohr das einer starren Ausführung zu wählen, das in kurzen Längen zur Montagestelle angeliefert und dort zusammengefügt wird. Der Innenleiter wird dann in dieses Rohrsystem eingezogen. Eine andere Möglichkeit ist auch die, insbesondere wenn man zu extrem hohen Spannungen übergeht, das äußere Mantelrohr aus zwei Halbschalen auszubilden und diese in montagegünstigen Längen am Verlegeort über dem Innenleiter zusammenzufügen. Vorteil des nach der Erfindung ausgebildeten Innenleiters ist in jedem Fall die leichte Ausführung und damit günstige Handhabung bei der Montage des elektrischen Kabels.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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Patentansprüche

Gasisoliertes elektrisches Hoch- oder Hochstspannungskabel zur Übertragung hoher Ströme, bestehend aus einem stromführenden Innenleiter und einem koaxial hierzu in Abstand gehaltenen äußeren metallischen Mantelrohr, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter aus einem Kern aus einem Alkalimetall, einer Legierung oder zwei oder mehreren Alkalimetallen innerhalb einer angrenzenden Schutzhülle aus einem thermoplastischen oder elastomeren Material und einer diese umschließenden metallischen Umhüllung in Form eines gewellten Metallrohres besteht.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus einem längseinlaufenden, zum Rohr geformten, an den Kanten verschweißten und anschließend gewellten Metallband, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Legierung besteht.
3· Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle den Kern dicht, die metallische Umhüllung die Schutzhülle aber nur lose umschließt.
4. Kabel nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Schutzhülle und Umhüllung mit einem inerten Gas gefüllt ist.

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5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle die Wärmeleitfähigkeit und/oder die elektrische Leitfähigkeit erhöhende Zusätze enthält.
6. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle als isolierender Bestandteil des Innenleiters von einer zusätzlichen leitfähigen Schicht als äußere Abschirmung überdeckt ist.
7. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Mantelrohr mit seinen Wellentälern auf der darunter befindlichen isolierenden oder leitfähigen Schicht aufliegt.

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