DE2754336A1 - Hochspannungskabel mit kunststoffisolierung - Google Patents

Description

• Hochspannungskabel mit Kunststoffisolierung
• Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel mit einer Leiterisolierung aus Kunststoff, insbesondere aus einem Polyolefin.
• In Hochspannungskabeln haben sich Leiterisolierungen aus extrudierten Kunststoffen bisher sehr gut bewährt. Als besonders geeignet werden dabei Kunststoffe auf der Basis vernetzter oder unvernetzter Polyolefine angesehen.
• Infolge des Trends zu Hochspannungskabeln mit Kunststoffisolierungen für immer höhere Spannungen wurde festgestellt, daß sich in der Kunststoffisolierung unter dem Einfluß elektrischer Felder mit der Zeit wassergefüllte verästelte Kanäle, sogenannte watertrees bilden. Man nimmt an, daß diese watertrees inssesondere unter dem Einfluß starker inhomogener elektrischer Felder i Gegenwart von Wasser in der Isolierung entstehen. Da in jeden Kunststoff Wasser mehr oder weniger leicht durch Diffusion von außen eindringen kann, ist es praktisch schwierig, eine vç wasserfreie Isolierung herzustellen oder die Isolierung aur die Dauer wasserfrei zu halten. Es ist daher stets mit der Gefahr der Bildung von watertrees zu rechnen.
• Es gibt zahlreiche Bemühungen, die Bildung von watertrees zu behindern oder völlig zu unterbinden.
• So ist es bekannt geworden, den Wasserzutritt zur Isolierung von Hochspannungskabeln durch einen die Isolierung umgebenden geschlossenen Metallmantel zu verhindern, so dan Wasser nicht von außen an die Isolierung herantreten kann. Da bei dieser Kabelkonstruktion das Wasser jedoch von den Enden oder Verbindungsstellen her in Längsrichtung zwischen dem Metallmantel und der Isolierung vorbringen kann, erlaubt sie immer noch den Wasserzutritt zur Isolierung. Ein geschlossener Metallmantel um die Isolierung herum reicht also allein noch nicht aus, um das Eindiffundieren von Wasser in die Isolierung und damit die Bildung von watertrees zu verhindern.
• Aus der DT-OS 26 05 366 ist es bekannt, Hochspannungskabel mit geschlossenem Metallmantel mit einer Längsabdichtung zwischen der Isolierung und dem Mantel zu versehen. Auf diese weise wird da, Wasser an einem Eintreten von den Enden oder Verbindungsstellen her gehindert. Diese Konstruktion bietet zwar einige Gewähr dafür, daß Wasser nicht zur Leiterisolierung vordringen kann, ist aber relativ aufwendig. Das so konstruierte Kabel ist schwer und bei der Montage schwierig zu handhaben.
• Durch die DT-OS 25 37 283 ist ein anderer Versuch, das Auftreten von watertrees zu verhindern, bekannt. In diesem Fall wird der Leiterisolierung von Kabeln ohne Metallmantel in geringen Mengen ein Elektrolyt zugesetzt.
• Die Zugabe eines Elektrolyten zur Leiterisolierung ist sdoch nicht unbedenklich, wie ein Vergleich mit der DT-OS 25 23 844 zeigt. Dort werden der Leiterisolierung spannungsstabilisiercnde Zusätze in Form von Bleioxiden und/oder basischen Bleiverbindungen beigegeben, um die Elektrolytbildung zu unterbinden. Nach dieser Druckschrift ist die Wasseraufnahmefähigkeit der Isolierung abhängig von ihrem Gehalt an Elektrolyten und sinkt aS, wenn die Bildung von Elektrolyten verhindert wird.
• Offenbar ist noch kein einfacher und sicherer Weg gefunden worden, die Bildung von watertrees in Leiterisolierungen von Hochspannungskabeln zu verhindern oder zu vermindern, so daß noch ein Bedarf an entsprechenden Vorschlägen besteht.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochspannungskabel anzugeben, in dessen extrudierter Leiterisolierung Bildung und Wachstum von watertrees möglichst zuverlassig unterbunde sind.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgernäß dadurch, daß in der Kunststoffisolierung von innen nach aunen ein Diffusionsgefälle besteht.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur Bildung von watertrees und zu ihrem Wachsen Wasser und ein inhomogenes elestrisches Feld nötig sind. Unter diesen Voraussetzungen konr.n watertrees in Feldrichtung wachsen, wobei sie im Wachsen ein immer größeres Volumen der Isolierung erfassen. Mit steigender Länge der watertrees wird zur Aufrechterhaltung ihres Wachstums immer mehr Wasser nötig. Die watertrees müssen dann aufhören zu wachsen, wenn die zur Verfügung stehende Wassermenge begrenzt wird.
• Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, in der Leiter isolierung ein Diffusionsgefälle zu erzeugen. Erfindungsgemäß besteht eine solche Möglichkeit darin, die Leiterisolierung mit einer Schicht aus wasser absorbierendem Material zu umgeben. Die Isolierung kann.
• auch in von innen nach außen zunehmender Konzentration wasserabsorbierende Stoffe enthalten. Geeignete wasserabsorbierende Stoffe sind z.B. Silicagel oder Phosphorpentoxid. Ein Diffusionsgefälle entsteht in der Leiterisolierung auch dann, wenn der Leiter nach Lastabschaltung beheizt ist. Erfindungsgemäß kann die Beheizung des Leiters mittels einer in seinem Innern verlaufenden isolierten Leitung erfolgen. Auch eine Beheizung des die Leiterisolierung umgebenden äußeren Schirms führt zu einem Diffusionsgefälle in der Isolierung. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann mit einer die Isolierung umgebenden Schicht eines Materials mit hohem Verlustfaktor ein Diffusionsgefälle in der Isolierung erzeugt werden. Ein geeignetes Material mit hohem Verlustfaktor ist z.B. Äthylen-Propylen-Diene-Rubber (EPDM) mit polarem Weichmacher. Zum selben Zweck ist es auch möglich, zwischen der Leiterisolierung und dem Außenmantel einen Strom trockenen Gases verlaufen zu lassen. Hierzu sind erfindungsgemäß zwischen der Isolierung und dem Außenmantel auf dem äußeren Schirm eine oder mehrere offene Wendeln eines dicken Kunststoffbandes angeordnet. Dadurch entstehen zwischen der Isolierung und dem Außenmantel Längskanäle, durch die das Gas strömen kann.
• Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß aufgrund des in der Leiterisolierung bestehenden Diffusionsgefälles von innen nach außen ein Eindiffundieren von Wasser in die Isolierung verhindert ist. Auf diese Weise wird den watertrees das für ihre Bildung oder ihr Wachstum erforderliche Wasser entzogen. Das erfindungsgemäße Kabel weist diesen Vorteil auf, ohne daß die Aufbringung eines Metailmanteis erforderlich ist. Die Erzeugung des Diffusionsgefälles in der Isolierung erfordert nur einfache, zum Teil konstruktiv Mittel.
• Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hochspannungskabels sind in der Zeichnung dargestellt. Die Figuren 1 bis 4 zeigen j2 einen Querschnitt durch konstruktiv verschieden ausgeführte Kabel.
• Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In Figur 1 ist der Leiter mit 1 bezeichnet. Er ist mit eier Leiterglättungsschicht 2, der Isolierung 3, einer leitfähigen Kunststoffschicht 4 und dem Außenmantel 6 umgeben. Zwischen der Leiterisolierung und dem Außenmantel befindet sich gemäß der Erfindung eine Schicht 5 aus einem wasserabsorbierenden Material.
• Als wasserabsorbierendes Material sind insbesondere Silicagel oder Phosphorpentoxid geeignet. Durch diese Schicht 5 wird das gemäß der Erfindung vorgesehene, in der Leiterisolierung von innen nach aunen gerichtete Diffusionsgefälle erzeugt.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Figur 2. Auch dort ist der Leiter 1 mit einer Leiterglättungsschicht 2, einer Isolierung 3, einer leitfähigen Kunststoffschicht 4 und einem Außenmantel 6 umgeben. Zwischen der Leiterisolierung 3 und dem Außenmantel 6 liegt eine elektrisch leitende Abschirmung 7, welche im dargestellten Fall aus Einzeldrähten besteht. Gemäß der Erfindung wird dieser elektrisch leitende Schirm 7 beheizt, wodurch in der Leiter.
• isolierung wieder das von innen nach außen gerichtete Diffusionsgefälle entsteht. Zur Beheizung werden Anfang und Ende des Schirms an einem Trafo angeschlossen und mit einer passenden Heizleistung beaufschlagt.
• Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch ein Hochspannungskabel, bei dem in der Isolierung ein Diffusionsgefälle durch Beheizung des Leiters erzeugt werden kann. Dazu verläuft im Inner des Leiters 1 eine isolierte Leitung 8, die von den Enden her mit eier passenden Heizleistung beaufschlagt wird. Auf diese Weise entsteht auch nach Lastabschaltung in der Isolierung 3 das gewünschte Diffusionsgefälle. Im Fall der Figur 3 sind die für das Verstär.dnis der Erfindung nicht wesentlichen Teile des Kabels nicht dargestellt. Das Hochspannungskabel kann daher je nach Bedarf zusätzlich eine Leiterglättungsschicht, eine äußere leitfähige Kunststoffschicht, einen Schirm usw. aufweisen.
• Das Kabel nach Figur 4 weist einen für Hochspannungskabel üblichen Aufbau auf. Der Leiter 1 ist mit einer Isolierung 3 umgeben, die ihrerseits mit dem Schirm 7 umgeben ist. Zusätzlich können eine Leiterglättungsschicht und eine äußere leitfähige Kunststoffschicht vorgesehen sein. Zwischen der Isolierung 3 und dem Außenmantel 6 ist nun auf dem Schirm 7, der auch mit einer offenen Kupferbandwendel 11 umgeben sein kann, eine Wendel aus einem dicken Kunststoffband 9 angeordnet. Auf diese Weise entsteht zwischen der Isolierung und dem Außenmantel ein Längskanal 10, durch den ein trockener Gasstrom geleitet werden kann. Der Gasstrom erzeugt wieder das von innen nach außen gerichtete Diffusionsgefälle in der Isolierung 3.
• Die durch die Erfindung vorgesehenen Maßnahmen zur Erzeugung eines von innen nach außen gerichteten Diffusionsgefälles in der Isolierung eines Hochspannungskabels sind jede fur sich wirksam. Ihre Wirksamkeit kann jedoch erhöht werden, wenn mehrert der Maßnahmen gleichzeitig angewendet werden.
• 10 Patentansprüche 8 Seiten Beschreibung 2 Blatt Zeichnung mit 4 Figuren

Claims (10)

1. Patentansprüche Hochspannungskabel mit einer Leiterisolierung aus Kur.

   insbesondere aus einem Polyolefin, dadurch qekennzeich daß in der Kunststoffisolierung von innen nach außen ei Diffusionsgefälle besteht.
2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch aekennzeichnet.

   daß die Leiterisolierung mit einer Schicht aus wasserabsorbierendem Material umgeben ist.
3. 3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet.

   daß die Isolierung in von innen nach außen zunehmender Konzentration wasserabsorbierende Stoffe enthält.
4. 4. Kabel nach Anspruch 1, 2 ooer 3, dadurch gekennzeichnet.

   daß der Leiter auch nach Lastabschaltung beheizt ist.
5. 5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch qekennzeichnet.

   daß zur Beheizung des Leiters in seinem Innern eine isolierte Leitung verläuft.
6. 6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet.

   daß der die Leiterisolierung umgebende äußere Schirm beheizt ist.
7. 7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Isolierung mit einer Schicht eines Materials mit hohem Verlustfaktor umgeben ist.
8. 8. Kabel nach Anspruch 7, dadurch qekennzeichnet, daß als Material mit hohem Verlustfaktor ein Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk wie Äthylen-Propylen-Diene-Rubber (EPDMi mit polarem Weichmacher vorgesehen ist.
9. 9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet.

   dan zwischen der Leiterisolierung und dem Außenmantel ein Strom trockenen Gases verläuft.
10. 10. Kabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet.

    daß zur Bildung von Längskanälen für den Gasstrom zwischen der Isolierung und dem Außenmantel auf dem äußeren Schirm eine oder mehrere offene Wendeln eines dicken Kunststoffbandes angeordnet sind.