DE2807767A1

DE2807767A1 - Feuchtigkeitsgeschuetztes kunststoffisoliertes elektrisches energiekabel

Info

Publication number: DE2807767A1
Application number: DE19782807767
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Madry
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2418528B1; SE7901583L; FR2418528A1; JPS54126986A; NO790608L; US4360704A; DE2807767C2

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

ι 1583

20.2.78

Feuchtigkeitsseschütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel

Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung mit einer über der äußeren Leitschicht angeordneten leitfähigen.Abschirmung in Form von metallischen Bändern oder Drähten.

Bekannt sind bereits elektrische Kabel für Mittel- oder Hochspannung, bei denen über der Isolierung bzw. einer darauf aufgebrachten äußeren Leitschicht der Metallschirm in Form von die Kabelseele umfassenden Drähten aufgebracht ist. Diese Drähte, von einer geeigneten Umseilvorrichtung aufgebracht, werden durch eine zusätzliche Bebänderung gehalten, bevor der eigentliche Außenmantel z.B. aufextrudiert wird. Wird dieser Außenmantel beschädigt, so besteht Gefahr, daß von außen Feuchtigkeit in

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das Kabel eindringen und entlang der Zwischenräume zwischen den einzelnen Schirmdrähten oder -bändern wandern und zu Korrosionserscheinungen führen kann. Eingedrungene Feuchtigkeit kann aber auch Anlaß zu Schaden in der Isolierung sein, so daß schließlich durch "water treeing" verursachte Durchschlage im Laufe der Zeit erwartet werden müssen.

Korrosionserscheinungen sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß zwischen den Schirmdrähten z.B. aus Kupfer oder Aluminium und dem in der äußeren Leitschicht enthaltendem Ruß oder Graphit eine Elementbildung auftritt, die Anlaß zur Zerstörung des Schirmes oder zumindest zu einer Beschädigung sein kann. Weiterhin kann die im Kabel sich ausbreitende Feuchtigkeit zu Störungen in den Endenabschlüssen und Verbindungsmuffen führen. Diese Schwierigkelten treten in erhöhtem Maße dann auf, wenn so aufgebaute Ensrgiekabel als Unterwasserkabel verlegt sind. Dann wirkt nämlich nicht nur der Atmosphärendruck, sondern der Druck des See- oder Meerwassers auf die Oberfläche des Kabels, so daß im Schadensfall mit einem erhöhten Wasser- oder Feuchtigkeitseinbruch gerechnet werden muß.

Zur Vermeidung von Korrosionserscheinungen zwischen den Bändern und Drähten der Abschirmung ist es bereits bekannt (DOS 2p l4 891), die Bänder oder Drähte in spülbare leitfähige Massen einzubetten. Diese Schicht stellt gleichzeitig eine Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolierung dar. Bei Unterwasserkabeln jedoch bzw. bei erdverlegten Hochspannungskabeln, deren Isolierung auf Grund der zu übertragenden Spannung eine größere Feldstärke und größere Wunddicke besitzt, reicht dieser bekannte Schutz nicht immer aus. Denn einmal ist, wie bereits ausgeführt, bei Unterwasserkabeln der herrschende Außendruck gegenüber

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erdverlegten Kabeln erheblich größer und zum anderen, muß bei Hochspannungskabeln mit dickeren Wandstärken auf Grund des bei Kunststoffen hohen Ausdehnungskoeffizienten der Isolierung bei auftretenden Wärmespielen mit erheblicher mechanischer Beanspruchung der Abschirmung gerechnet werden, so daß beim sogenannten Atmen der Isolierung Zwischenräume und Spalte mit Sicherheit nicht immer zu vermeiden sind.

Da es bekannt ist, daß die normalerweise zur Herstellung von Kabelmänteln verwendeten Kunststoffe keine vollständige Diffusionssperre gegen Feuchtigkeit darstellen, werden besonders empfindliche Kabel mit einem Bleimantel oder einer längseinlaufend, überlappt aufgebrachten Metallfolie mit darüber extrudiertem Kunststoffmantel herge— stellt. Diese Konstruktionen schützen das unbeschädigte Kabel zwar im ungestörten Normalbetrieb, verhindern aber nicht einen Wassereintritt längs der Kabelachse im Störungsfall, z.B. nach einer Beschädigung des Feuchtigkeitsschutzes.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feuchtigkeitsgaschiitztes kunststoffxsolxertes Energiekabel zu schaffen, das sowohl unter Wasser als auch bei Erdverlegung einen optimalen Schutz gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem solchen Kabel gemäß der Srfindung dadurch gelöst, daß die Abschirmung von einer geschlossenen Hülle in Form eines wasserdampfundurchlässigen Bandes oder einer entsprechenden Folie umgeben ist, die ihrerseits beidseitig fest in eine dichtende plastische Masse eingebettet ist. Ein solcher feuchtigkeitsdichter

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Abschluß erhöhter Längs- und Querwasserfestigkeit,macht eine Ausbreitung von gegebenenfalls an einer Schadensstelle eintretende Feuchtigkeit in Längs- oder Querrichtung des Kabels zumindest über einen größeren Bereich unmöglich. Da dieser Aufbau zwischen den Bändern oder Drähten der Abschirmung keinen Raum für eine Kondensation von hineindiffundierter Feuchtigkeit mehr zuläßt, ist die Ge-

ind

fahr einer Elementbildung zwischen Ruß/z.B. Kupfer ausgeschaltet .

Dadurch, daß ein Teil der im Falle eines Kurzschlusses auftretenden Wärme von der plastischen Masse aufgenommen wird, kann die Kurzschlußstrombelastbarkeit des Kupferschirmes erheblich gesteigert werden. Die nach der Erfindung gewählte dichtende plastische Masse kann isolierend aber auch leitfähig sein. Desgleichen ist es möglich, für die Bereiche oberhalb und unterhalb des Hülle leitfähige und/oder isolierende Massen vorzusehen. Für den Fall, daß die unterhalb der Hülle befindliche Masse, wie in Weiterführung der Erfindung vorgesehen, gleichzeitig die Hohlräume sswischen den Drähten oder Bändern und zwischen diesen und den angrenzenden Schichten ausfüllt, kann mit Vorteil eine leitfähige plastische Masse eingesetzt werden. Hierdurch wird nämlich die Leitfähigkeit des Schirmes erhöht, der Kontakt zu der äußeren Leitschicht wird wesentlieh verbessert.

Die Hülle selbst kann aus einem wendelförmig oder längsein— laufend aufgebrachten Metallband oder einer Folie dünner Wandstärke bestehen, wichtig ist nur, daß die so gebildete Hülle eine gegen Feuchtigkeit geschlossene Barriere darstellt. Das Metallband oder die Metallfolie kann auch ein- oder beidseitig mit Kunststoff beschichtet sein, wodurch

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insbesondere bei dünnen Metallbändern ein Einreißen und damit eine Beschädigung der Hülle beim Auftragen verhindert ist. In besonderen Fällen kann es aber auch von Vorteil sein, wenn die Hülle aus einem ein- oder beidseitig metallisierten Kunsts tof f band oder einer entsprechend ausgebildeten Kunststoffolie besteht.

Für einen dichten Abschluß der in einer dichtenden Masse eingebetteten Hülle kann es mitunter von Vorteil sein, insbesondere dann, wenn mit erheblichen Drücken gerechnet werden muß, die verwendeten Bänder oder Folien, die wendelförmig aufgesponnen oder längseinlaufend eingebracht und dann zum Rohr geformt werden, an den Kanten mechanisch fest zu verbinden. Das kann entweder in Form einer Verklebung geschehen, die sich insbesondere bei wendelförmig aufgebrachten Bändern oder Folien anbietet, oder auch dadurch, daß die Bandkanten miteinander verlötet oder verschweißt werden.

Als Masse, die für die Zwecke der Erfindung geeignet ist, hat sich eine solche auf der Basis von Polyisobutylen oder auch auf der Basis von Methacrylsäureester erwiesen, die mit Füllstoffen, wie Kreide oder Ruß bzw. Graphit im Falle einer gewünschten Leitfähigkeit gefüllt sein kann. Aus Herstellungsgründen kann es oft vorteilhaft sein, dafür zu sorgen, daß die Masse spülbar ist. Hierauf ist bei der Wahl der Zusammensetzung zu achten. Aber auch andere leitfähige oder isolierende Massen sind für die Zwecke der Erfindung geeignet, sofern sie in einfacher Weise durch Spülen oder auch durch Umpressen aufgebracht werden können. So sind z.B. auch Massen auf der Basis von ataktischem Polybuten, Stearinsäure oder wachsartigen Polyolefinen geeignet.

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ιηdune er-

Eine weitere voi'teilhaf te Ausgestaltung der Erfindung gibt sich dann, wenn die plastische Masse oberhalb und unterhalb der geschlossenen Hülle eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. So kann z.B. unabhängig davon, 5 ob eine oder beide leitfähig oder isolierend sind, die Masse unterhalb der geschlossenen Hülle z.B. spannungsstabilisierende Zusätze enthaLten. Diese Zusätze werden danryim Laufe der Zeit in die darunter befindliche Isolierung eindiffundieren und für eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit sorgen. Die Verlagerung der spannungsstabilisierenden Zusätze aus der Isolierung in Schichten oberhalb der Isolierung hat den Vorteil, daß sich diese Zusätze nicht störend auf den Extrusionsvorgang auswirken können.

Desgleichen kann es von Vorteil sein, wenn z.B. die Masse oberhalb der geschlossenen Hülle weichiuacherhaltig ist. Das gilt insbesondere dann, wenn oberhalb dieser Schicht wiederum ein Außenmantel aus Polyvinylchlorid, also aus einem weichrnacherhaitigen Material aufgebracht wird. Weichmacherhaltige plastische Massen unterhalb der geschlossenen Hülle anzubringen, hätte dagegen nur Nachteile, vor allem deswegen, weil auf Grund einer an sich bekannten tfeichniacher wanderung im Laufe des Betriebes die äußere Leitschicht, aber auch Teile der Isolierung, aufquellen oder zur Spannungsrißkorrosion führen könnten.

Die Herstellung eines Kabels nach der .Erfindung erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der Leiter zunächst mit der üblichen inneren Leitschicht und anschljeßend mit der Isolierung versehen wird. Darüber wird die äußere Leitschicht z.B. aufextrudiert oder in Form eines Graphitauftrages hergestellt und darüber die leitxähiga Sondierung und die Abschirmung z.B. in Form wendelförmig aufgewickelter Kupfer-

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drähte aufgebracht. Da es sich bei der nach der Erfindung verwendeten Masse um eine plastische Masse handelt, werden sowohl die unterhalb der geschlossenen Hülle als auch die oberhalb der geschlossenen Hülle vorgesehenen plastischen Massen in einem Arbeitsgang aufgebracht. Zweckmäßig geht man so vor, daß die auf Temperaturen von etwa 120 bis 135 C erwärmte Masse auf die mit der Abschirmung versehene Kabelseele aufgegossen und das überschüssige Material anschließend abgestreift wird, bevor die Hülle aufgebracht wird. Im weiteren Durchlauf durch die Fertigungsanlage wird dann der zweite Teil der Masse ebenfalls heiß aufgegossen und auf die gewünschte Schichtdicke abgestreift, bevor der umgebende mechanisch feste Außenmantel z.B. aufextr-udiert wird.

Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als Ausführungs— beispiel dargestellten Einleiter-Hochspannungskabels näher erläutert.

Über dem aus massiven oder aus Einzeldrähten bestehenden Kupfer- oder Alurainiuinleiter 1 befindet sich die z.ii. aufextrudierte innere Leitschicht 2. Darüber ist die eigentliche Isolierung 3 gespritzt, sie besteht aus einem Pol>äthylen, das vernetzt oder auch unvemetzt sein kann. Als äußere Leitschicht ist im Ausführungsbeispiel eine Schicht fl aus gewickelten, leitfähigen Kunststoffbändern gegebenenfalls mit einer Graphitunterlage oder einem darüber gswikkelten leitfähigen Kreppapier als .Polsterschicht. vorgesehen. Selbstverständlich kann an dieser Stelle für die äußere Leitschicht auch eine extrudierte leitfähige Schicht verwendet werden, die z.B. mit der darunter befindlichen Isolierung verschweißt oder verklebt sein kann.

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über dieser Lage aus leitfähigen Materialien ist der Schirm aus wendelförmig aufgebrachten oder auch aus ceanderförraig aufgeseilten einzelnen Drähten 5₅ etwa aus Kupfer aufgebracht, wobei die Drähte 5 i*i der beispielsweise leitfähigen Masse 6 eingebettet sind. Diese leitfähige Masse füllt alle Zwischenräume zwischen den Schirmdrähten 5 aus. Zur Erhöhung des elektrischen Querkontaktes zwischen den Drähten 5 ist eine Kontaktwendel 7 vorgesehen. Überdeckt wird diese Abschirmung von der Hülle 8 z.B. aus einem wendelförmig aufgewickelten Kupferband, das seinerseits von der plastischen Masse 9 überdeckt wird, über dieser Abschirmung hoher Längs- und Querwasserfestigkeit ist dann der die zweckmäßig aufgespülte Schicht 9 überdeckende Außenmantel 10 aufgebracht, der zum äußeren mechanischen Schutz aus Polyvinylchlorid hergestellt ist.

Sollte eine solche gegen Feuchtigkeit geschützte Kabelkonstruktion unter Wasser verlegt werden, müssen selbstverständlich über diesem oder ähnlich aufgebauten Außenmantel die bei Unterwasserkabeln üblichen Bewehrungen aufgebracht werden.

Für die Erfindung geeignete plastische Massen sind z.B. solche auf der Basis von Methacrylsäureester und/oder Polyisobutylen. Diese Massen können z.B. aus ^O Gew.% Metha— crylsäureester oder Polyisobutylen, 25 Gew.% Bitumen und 5 % natürlichen oder syntetischen Wachsen und Füllstoffen hergestellt sein. Für den Fall, daß eine Leitfähigkeit dieser spülbaren, plastischen Massen verlangt wird, können Ruße oder Graphit mit einem Anteil von 5 bis 50 % dazugegeben werden.

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Patentansprüche

Feuchtigkeitsgeschütztes kunststoff isoliertes elektrisches Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung mit einer über der äußeren Leitschicht angeordneten leitfähigen Abschirmung in Form von metallischen Bändern oder Drähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung von einer geschlossenen Hülle in Form eines wasserdampfuridurchlässigen Bemdes oder einer entsprechenden Folie umgeben ist, die ihrerseits beidseitig fest in eine dichtende plastische Masse eingebettet ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserdampfundurchlässige Band oder die Folie wendelförmig oder längseinlaufend aufgebracht ist.

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3. Kabo i ticich Anspruch 1 orler 2, dadurch gekennzeichnet. dab das ^vasserdanpftndurchj ass i ge Knnet oder die Folie
au.s iieteiiJ ijc.sLeht.

-i. Ka Sj el nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dciß die Hülle aus einem «in- oder beidseitig mit

Kunststoff beschichteten .Metallband oder einer -folie or.s teht.

~ . Kfibfl nach Anspruch 1 oder LI₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einem ein- oder beidseitig metallisierten Kunststoffband oder einer -folie besteht.

6. Kabel nach Anspruch 2 mit einer iängseiniaufend aufgebrachten .Metallband, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkanten mechanisch fest, z.B. durch Kleben, Löten
oder Schweißen, miteinander verbunden sind.

7· Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse leitfähig ist.

8. Kabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der der Abschirmung zugekehrte Teil der Masse gleichzeitig die Hohlräume zwisehen den Drähten oder Bändern und zwischen diesen und den angrenzenden Schichten ausfüllt.

9. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse spülbar ist.

10. Kabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse auf der Basis
von Methacrylsäureester verwendet ist.

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11. Kabe± nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse auf der i5;>sis von Polyisobutylen verwendet ist.

12. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Kasse oberhalb und unterhalb der geschlossenen HülJe eine unterschiedliche Zusaniinen.setzung aufweist.

13· Kabel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die l'iasse unterhalb der geschlossenen Hülle spannungsstabilisierende Zusätze enthält.

Ik. Kabel nach Anspruch JO, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse oberhalb der geschlossenen Hülle weichmncherhaltie ist.

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