DE2638610A1

DE2638610A1 - Gasisoliertes hoch- und hoechstspannungskabel

Info

Publication number: DE2638610A1
Application number: DE19762638610
Authority: DE
Inventors: Jan Dr Ing Artbauer
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1978-03-02
Also published as: FR2363167A1; SU670250A3; FR2363167B1; GB1545703A; IT1080002B; JPS5328287A; US4101728A

Description

Kabel- und Metal J. werke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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26. Aug. I976

Gasisoliertes Hoch- und Höchstspannungskabel

Die vorliegende Erfindung betrifft ein gasisoliertes Kabel, insbesondere für höhere und höchste Spannungen, aus einem äußeren metallischen Mantelrohr, in dem der 5 oder die elektrischen Leiter mittels Abstandshalter in ihrer räumlichen Zuordnung festgelegt sind.

Bekannt sind gasisolierte elektrische Kabel, die z.B. aus einem als Leiterseil oder Rohr aufgebauten Innenleiter bestehen, der mittels scheibenförmiger, trichterförmiger oder als Stützisolatoren ausgeführter Abstandshalter in einem äußeren metallischen Mantelrohr zentrisch angeordnet ist. Als Isoliermaterial zwischen Innenleiter und Mantelrohr ist ein Gas, z.B. SF/- (Schwefelhexafluorid) vorgesehen, das sich für derartige Zwecke inzwischen durchgesetzt hat. Die Spannungsfestigkeit solcher koaxialer Kabel wird einmal durch die Güte des verwendeten Isoliermaterials bestimmt und zum·anderen durch die gewählten Abmessungen, insbesondere durch den radialen Abstand von Innenleiter und Metallrohr. Da die heute bekannte Gasisolierung eine verhältnismäßig niedrige elektrische Festigkeit aufweist, ergeben sich beim Übergang zu höchsten Betriebsspannungen übermäßig große Kabeldurchmesser, die

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ihrerseits wieder u.a. Anlaß von Transport- und Montageschwierigkeiten sind. Eine Erhöhung des Betriebsdruckes führt auch nicht zum gewünschten Erfolg, da die Spannungsfestigkeit z.B. von SF,- bei steigendem Druck nicht nur immer langsamer zunimmt, sie wird auch immer empfindlicher gegenüber nicht immer verineidbaren Verunreinigungen. Die Steigerung der Spannungsfestigkeit durch Drucker höhung ist deshalb mit immer größerem Aufwand verbunden, der letzten Endes nicht mehr gerechtfertigt ist. Hinzu kommt, daß sich mit steigendem Druck auch die Temperatur erhöht, bei der SF,- flüssig wird, so daß man in den Bereich der Betriebstemperatur gelangt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Spannungsfestigkeit des Kabels zu erhöhen, ohne auf wesentlich größere Abmessungen als die bisher üblichen übergehen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem gasisolierten Kabel gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberfläche des oder der Leiter Bereiche ungleichmäßiger Feldstärkenverteilung erhält und in Bereichen hoher Feldstärke feste Isolierstoffe verwendet sind. Eine solche Ausführung eines nunmehr kombinierten Gas-Feststoff-Kabels führt zu einer erheblichen Steigerung der Übertragungsleistung bei im wesentlichen gleichen äußeren Abmessungen.

Zur Erzielung einer ungleichmäßigen Feldstärkenvertexlung hat es sich im Weiterführung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, wenn der oder die Leiter durch räumliche Verlagerung im Mantelrohr und/oder Formgebung und/oder Zuordnung einzelner Leiter zueinander Oberflächenbereiche ungleichmäßiger Feldstärkenvertexlung erhalten. Die Verringerung der Feldstärke auf einem Teil der Leiteroberfläche

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ist mit der Vergrößerung der Feldstärke auf einem anderen Teil der Leiteroberfläche verbunden.

Eine ungleichmäßige Verteilung der Feldstärke auf der Leiteroberfläche kann bei einem Einleiterkabel z.B. dadurch erreicht werden, -daß der Leiter exzentrisch zum Mantelrohr verlagert ist. Diese Anordnung läßt je nach dem Maß der Entfernung des Leiters aus dem Zentrum heraus eine einfache Steuerung der Feldstärke im Oberflächenbereich des Leiters zu,

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Feldsteuerung in Anpassung an dem in diesem Bereich befindlichen Isolierstoff ist die, dem Leiterquerschnitt eine von der runden Form abweichende Form zu geben. So wird zweckmäßig ein im querschnitt ovaler Leiter gewählt, das bedeutet eine FeIdverschiebung in dem Sinne, daß im Bereich stärkerer Krümmung die Feldstärke erhöht, im Bereich schwacher Krümmung die Feldstärke aber verringert wird. Eine unrunde Form kann vorteilhaft auch durch Verseilen von zwei oder mehreren Seilen erreicht werden. Der so gebildete Leiter kann mit leitfähigem Band umwickelt werden. Aber nicht nur Maßnahmen der geschilderten Art, auch die Anwendung von Kombi-

der
nationen ist möglich, um die Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen. Eine weitere Möglichkeit der Feldbeeinflussung kann in Weiterführung der Erfindung durch eine geeignete Formgebung des festen Isolierstoffes erreicht werden. Auch auf diese Weise läßt sich eine Verringerung der maximalen Feldstärke in der Gasisolierung erreichen.

Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn der Bereich reduzierter Feldstärke ebenfalls vom festen Isolierstoff mit überdeckt wird. Neben einer Verbesserung des mecha-

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nischen Halters wird der Einfluß der Rauligkeit der Leiter oberfläche auf die Durchschlagsfestigkeit der Gasisolierung ausgeschaltet, der Einfluß von Verunreinigungen
wesentlich verringert und damit die Durchschlagspannung des Kabels erhöht. Durch geeignete Formgebung der Überdeckung und ihres Überganges in den eigentlichen tragenden Teil des Stützelementes kann eine günstigere Feldverteilung im Gas und somit eine weitere Steigerung der
Spannungsfestigkeit erreicht werden.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich dann, wenn in Weiterführung der Erfindung die dem Leiter oder den Leitern und/oder dem Mantelrohr zugekehrte Oberfläche der verwendeten festen Isolierstoffe mit einer leitfähigen
Schicht überdeckt ist. Hierdurch läßt sich eine weitere Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes erreichen. In die gleiche Richtung zielt eine weitere vorteilhafte
Maßnahme, die darin besteht, daß die dem Mantelrohr zugekehrte Seite des festen Isolierstoffes eine Elektrode zur Feldsteuerung crägt.

Bei Dreileiterkabeln, bei denen die Feldstärke auf der
Leiteroberfläche von vornherein ungleichmäßig ist, wird die feste Isolierung an den Stellen eingesetzt, wo die
Feldstärke am größten ist, d.h. an Stellen, die dem
anderen Leiter oder dem Mantel zugewandt sind.

Der neben seiner elektrischen Funktion gleichzeitig als Halterung des im Mantel befindlichen Leiters dienende
feste Isolierstoff verläuft zweckmäßig längs der Kabelachse. Vorteilhaft wird man in einem flexiblen Kabel
diese Halterung schraubenlinienförmig verlaufen lassen.

Wenn der Leiter nicht rund ist, sondern aus mehreren

Elementen verseilt ist, dann hat die Halterung vorteil-

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-JS-

haft die Form einer Wendel mit derselben Steigung, mit der der Leiter verseilt ist. Entsprechendes gilt selbstverständlich auf für Dreileiterkabel.

Wird, vrie in Durchführung der Erfindung vorgesehen, zur Halterung des oder der Leiter eine Stützwendel eingesetzt, kann es zweckmäßig sein, die Wendeln aus einzelnen zusammengefaßten Teilwendeln bestehen zu lassen. Solche Stützwendeln, die aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie Hart-Polyäthylen, Polypropylen oder dgl.

bestehen,können ohne großen maschinentechnischen Aufwand hergestellt und in das Mantelrohr eingebracht bzw. mit einem Mantel versehen werden. Dadurch ist die Herstellung von Kabeln mit größeren Querschnitten und für höhere Spannungen als derzeit bei Kabeln mit extrudierter Isolierung möglich. Denn die dort auftretenden Schwierigkeiten, wie Deformation der Isolierung, Exzentrizität des Leiters sowie Hohlräume und unerwünschte Spannungen in der Isolierung fallen weg bzw. sind unerheblich geworden.

Vorteilhaft insbesondere aus fertigungs- und montagetechnischen Gründen, aber auch aus Gründen der Vermeidung von Verunreinigungen im elektrischen Feld sowie des erleichterten Transportes ist es, wenn das Mantelrohr aus einem längsverlaufenden, rohrförmig gebogenen, verschweißten und anschließend gewellten Metallband besteht. Das führt in Ergänzung des Erfindungsgedankens zu einem gasisolierten Hoch- und Hochstspannungskabel, das trotz der. Übertragungsmöglichkeiten großer Leistungen in praktisch endlosen Längen hergestellt, auf Trommein aufgewickelt und von diesen wieder zum Zwecke der Verlegung und Montage abgewickelt werden kann.

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Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 8 als Ausführungsbeispiele dargestellten Schnitte durch gasisolierte Hochspannungskabel näher erläutert.

In der Fig. 1 ist schematisch eine übliche Ausführung dargestellt, die aus einem Innenleiter, z.B. Rohr, 1 besteht, das durch Abstand haltende Stützelemente 2 zentrisch im Mantelrohr 3 gehalten wird. Abweichend hiervon ist gemäß der Erfindung, wie aus der Fig. 2 hervorgeht, der Innenleiter 4 des Kabels innerhalb des Mantelrohres exzentrisch verlagert, so daß bei 6 Bereiche verminderter und bei 7 Bereiche erhöhter Feldstärke entstehen. Bei vorgegebener Durchschlagsfestigkeit des verwendeten Isoliergases kann durch Anlegen einer höheren Betriebsspannung die Feldstärke bei 6 wieder auf den bei koaxialen Anordnungen sich ergebenden Wert erhöht werden. Diese Maßnahme führt dann zwar bei 7 zu einer noch größeren Erhöhung der Feldstärke, als allein schon durch die exzentrische Verlagerung gegeben, sie führt aber dennoch nicht zu einem Durch- oder Überschlag, da die Entfernung vom verlagerten Innenleiter zum äußeren Mantelrohr 5 durch die Stützwendel 8 aus einem festen Isoliermaterial überbrückt wird.

Der gleiche Effekt wird bei der Anordnung nach der Fig. erreicht. Hiernach ist der Leiter 9 oval verformt oder aus zwei Elementen verseilt und völlig durch die zweiteilige Stützwendel 10 umschlossen, die für eine Halterung innerhalb des Mantelrohres 11 sorgt.

Abweichend von der Ausführung nach der Fig. 2 ist in den Fig. k und 5 eine Kabelkonstruktion dargestellt, bei der der Leiter aus Teilleiterseilen besteht. Innerhalb der Stützwendel 12 sind die Teilleiter 13 etwa dreieckförmig

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- 7

im Mantelrohr lk angeordnet.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, können die Einzel-Teilleiter 15 auch in ihrer Zuordnung zueinander ein Viereck bilden, wobei die Bereiche erhöhter Feldstärke wiederum durch feste Isolierstoffelemente l6 bis zum Mantelrohr 17 überbrückt werden.

In den Fig. 6 und 7 sind, abweichend von den bisherigen Ausführungsbeispielen, schematisch gasisolierte Kabel in dreiphasiger Ausführung dargestellt.

Innerhalb des Mantelrohres l8 sind, wie aus der Fig. 6 ersichtlich, die drei Leiter 19 durch die Abstandshalterwendel 20 in Lage gehalten. Zur Herstellung der notwendigen Durchschlagsspannungsfestigkeit im Bereich der Leiterverlagerung dienen die Isolierfeststoffelemente 21, die entweder mit der Haltewendel 20 eine Einheit bilden oder als gesonderte Teilwendeln mechanisch an die Haltewendel angekuppelt sind.

Nach der Fig. 7 schließlich können auch bei Kabeln in dreiphasiger Ausführung die Einzelleiter 22 aus zwei Teilleitern 23 und 24 bestehen. Die Wendeln 25 und 26 dienen gleichzeitig zur Halterung der Leiter im Mantelrohr 27 als auch zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit.

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Claims

2638B10

Kabel- und >i e t a 1 1 w e r k e Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1 1482 26.0.197ο

Patentansprüche

Gasisoliertes elektrisches Kabel, insbesondere für höhere und höchste Spannungen aus einem äußeren metallischen Mantelrohr, in dem der oder die elektrischen Leiter mittels Abstandshalter in ihrer räumlichen Zuordnung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des oder der Leiter Bereiche ungleichmäßiger Feldstärkenverteilung erhält und in Bereichen hoher Feldstärke feste Isolierstoffe verwendet sind.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmäßige Feldstärkenverteilung durch räumliche Verlagerung der Leiter im Mantelrohr und/oder ihre Formgebung und/oder Zuordnung einzelner Leiter zueinander erreicht wird.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmäßige Feldstärkenverteilung durch Formgebung der Abstandshalter erreicht wird.

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4. Kabel nach Anspruch 1 mit einem im Mantelrohr angeordneten elektrischen Leiter, dadurch gekennzeichnet , daß der Leiter exzentrisch zum Mantelrohr ver- - lagert ist.
5· Kabel nach Anspruch 1 mit einem im Mantelrohr angeordneten elektrischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter oval verformt ist.
6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter im Gesamtprofil die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Kanten ausweisen.
7» Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ovale oder dreieckige Form durch Verseilen von zwei oder mehreren Elementen erreicht wird.
8. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Leiter durch eine im Mantelrohr befindliche Wendel gehalten sind.
9· Kabel nach Anspruch 8 mit mehreren verseilten Leitern im Mantelrohr, dadurch ^kennzeichnet, daß das Leiterseil durch eine Wendel mit der gleichen Steigung gehalten ist, mit der die Leiter des Seiles verseilt sind.
10. Kabel nach Anspruch 6 oder 7i dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff an den Scheiteln des Dreiecks angrenzt.

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11. Kabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr aus einem längsverlaufenden, rohrförmig gebogenen, verschweißten und anschließend gewellten Metallband besteht.
12. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Bereich reduzierter Feldstärke vom festen Isolierstoff überdeckt ist.
13. Kabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem oder den Leitern und/oder dem Mantelrohr zugekehrte Oberfläche der festen Isolierstoffe mit einer leitfähigen Schicht überdeckt ist.
Ik. Kabel nach Anspruch 1 oder einem dar folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mantelrohr zugekehrte Seite des festen Isolierstoffes eine Elektrode zur Feldsteuerung trägt.
15. Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus einem extrudierbaren Kunststoff, wie Polyäthylen, vernetztem Polyäthylen oder Polypropylen besteht.
16. Kabel nach Anspruch 8 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus einzelnen zusammengefaßten Teilwendeln besteht.

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