DE2807767C2

DE2807767C2 - Feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel

Info

Publication number: DE2807767C2
Application number: DE2807767A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3013 Baringhausen Madry
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1984-05-03
Also published as: NO790608L; SE7901583L; JPS54126986A; FR2418528A1; FR2418528B1; DE2807767A1; US4360704A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes Energiekabel für Mitteloder Hochspannung mit einer über der äußeren Leitschicht angeordneten leitfähigen Abschirmung in Form von metallischen Drähten, die in einer spülbaren plastischen Masse eingebettet sind.

Bekannt sind bereits elektrische Kabel für Mitteloder 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 Außenmaniel beschädigt, so besteht Gefahr, daß von außen Feuchtigkeit in 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 »waler treeing« verursachte Durchschläge 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 enthaltenen 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

in Feuchtigkeit zu Störungen in den Endenabschlüssen und Verbindungsmuffen führen. Diese Schwierigkeiten treten in erhöhtem Maße dann auf, wenn so aufgebaute Energiekabel 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 zwi-

jn sehen den Drähten der Abschirmung ist es bereits bekannt (DE-OS 25 14 891), die Drähte in spülbare leitfähige Massen einzubetten. Diese Schicht stellt gleichzeitig eine Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolierung dar. Bei Unterwasserka-

r> bein jedoch bzw. bei erdverlegten Hochspannungskabeln, deren Isolierung aufgrund der zu übertragenden Spannung eine größere Feldstärke und größere Wandcicke besitzt, reicht dieser bekannte Schutz nicht immer aus. Denn einmal ist. wie bereits ausgeführt, bei

id Unterwasserkabeln der herrschende Außendruck gegenüber erdverlegten Kabeln erheblich größer und zum anderen muß bei Hochspannungskabeln mit dickeren Wandstärken aufgrund des bei Kunststoffen hohen Ausdehnungskoeffizienten der Isolierung bei auftreten-

ü den 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.

4'> Aus diesem Grunde ist auch eine andere bekannte Konstruktion nicht ohne Probleme, bei der ein Energiekp.bel mit längseinlaufendem glatten oder gewellten Metallband als Abschirmung vorgesehen ist (DE-OS 22 03 799). Bei auftretenden Wärmezyklen hat

·»·"> diese bekannte Konstruktion darüber hinaus den Nachteil, daß das in radialer Richtung verhältnismäßig biegesteife Metallband den Wärmespielen der Isolierung nicht im gleicher. Maße folgen kann, so daß Spalte zur Fortleitung ggf. eingedrungener Feuchtigkeit

Vi gebildet werden.

Im wesentlichen das gleiche gilt für ein anderes bekanntes Energiekabel (DE-OS 26 05 366). bei dem zur Abschirmung wiederum ein längseinlaufendes, vorzugsweise gewelltes Metallband, verwendet wird. Im

3ϊ Bereich der überlappenden Kanten des Metallbandes ist zusätzlich ein Druckband und darüber eine Versiegelungsschicht aufgebracht.

Da es bekannt ist, daß die normalerweise zur Herstellung von Kabelmänteln verwendeten Kunststof-

W) fe keine vollständige Diffusionssperre gegen Feuchtigkeit darstellen, werden besonders empfindliche Kabel mit einem Bleimantel oder mit dem beschriebenen. läng.seinlaufcnd, überlappt aufgebrachten Metallband mit darüber extrudiertem Kunststoffmantel hergestellt.

hj Diese Konstruktionen schützen das unbeschädigte Kabel zwar im ungestörten Normalbetrieb. \erhindern aber nicht einen Wassereintritt längs der Kabelachse im .Störungsfall, z. B. nach einer Beschädigung des Feuch-

tigkeitsschutzes.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein solcher feuchtigkeitsdichier Abschluß erhöhter Längsund Querwasserfestigkeit macht eine Ausbreitung von ggf. an einer Schadensstelle eintretenden 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 Gefahr einer Flementbildung zwischen Ruß und z. B. Kupfer ausgeschaltet.

Dadurch, daß ein Teil der im Falle eines Kurzschlusses auftretenden Wärme von der plastischen Masse aufgenommen wird, kann die Kurzschlußstrombelastbarkeii des Kupferschirms 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 der 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 zwischen 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 wesentlich verbessert.

Die Hülle selbst kann aus einem 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 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 Kunststoffband oder einer entsprechend ausgebildeten Kunststoffolie besteht.

F'ür 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. t

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 I alle einer gewünschten Leitfähigkeit gelullt t sein kann. Alis I lerstellungsgriinden kann es oft \orteilhaft sein, dafür zu sorgen, daß die Masse spülbar ist. Hierauf ist bei tier 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. 3. auch Massen auf der Basis von ataktischem Polybuten. Stearinsäure oder wachsariigen Polyolefinen geeignet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, wenn die plastische Masse oberhalb und unterhalb der geschlossenen Hülle eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. So kann z. B. unabhängig davon, ob eine oder beide leitfähig oder isolierend sind, die Masse unterhalb der geschlossenen Hülle z. B. Spannungsstabilisierende Zusätze enthalten. Diese Zusätze werden dann im 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 weichmacherhaltig ist. Das gilt insbesondere dann, wenn oberhalb dieser Schicht wiederum ein Außenmantel aus Polyvinylchlorid, also aus einem weichmacherhaltigen 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 Weichmacherwanderung 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 anschließend mit der Isolierung versehen wird. Darüber wird die äußere Leitschicht ζ. B. aufextrudier. oder in Form eines Graphitauftrages hergestellt und darüber die leitfähige Bandierung und die Abschirmung z. B. in Form wendelförmig aufgewickelter Kupferdrähte aufgebracht. Da es sich bei der nach der Erfindung verwendeten Masse um eine plastische Masse handelt. werden sowohl die unterhalt"¹ der geschlossenen Hülle als auch die oberhalb ι:.τ geschlossenen Hülle vorgesehenen plastischen Massen in einem Arbeitsgang aufgebracht. Zweckmäßig geht man so vor, daß die auf Temperaturen von etwa 120^c 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 Fenigungsanlage wird dann der zweite Teil der Masse ebenfalls heiß aufgegossen und auf die gewünschte Schichtdicke abgestreift, bevor der umgebende mechanisch feste Außenmantel z. B. aufextrudiert wird.

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

Über dem aus massiven oder aus Einzeldrähten bestehenden Kupfer- oder Aluminiumlciter 1 befindet sich die z. B. aufextrudierte innere Leitschicht 2. P'irüber ist die eigentliche Isolierung 3 gespritzt, sie besteht aus einem Polyäthylen, das vernet/t oder auch unvcnictzt sein kann. Als äußere Leitschicht ist im Ausführungsbeispiel eine Schicht 4 aus gewickelten, lcillähigen Kunststoffbäiidern gegebenenfalls mil einer Graphituntcrlage oder einem darüber gewickelten

lcill'iihigen Kreppapier als I'olsterscliichi vorgesehen. Selbstverständlich kann an dieser Stelle für die äußere Leitschicht auch eine exirudierie leitlähige Schiehi verwendet werden, die /. B. mit der daninier befindlichen Isolierung verschweißt oder verklebt sein kann.

Über dieser Lage ans leitfahigcn Materialien ist der Schirm aus wendelförmig aufgebrachten oder auch aus ceanderförmig aulgeseilten ein/einen Drähten 5, etwa aus Kupfer aufgebracht, wobei die Driihie 5 in der beispielsweise lcilfähigen Masse 6 eingebettet sind. Diese leitfähige Masse füllt alle Zwischenräume zwischen den Schirmdrähten 5 aus. Zur Erhöhung des elektrischen Querkontakies zwischen den Drähten 5 ist eine Kontaktwendel 7 vorgesehen. Überdeckt wird diese Abschirmung von der Hülle 8 /. B. aus einem wendelförmig aufgewickelten. Kupferban.d. das seinerseits von der plastischen Masse 9 überdeckt wird. Über dieser Abschirmung hoher Längs- und Querwasserfestigkeit ist dann der die /weckmäßig aufgespulte Schicht 9 überdeckende Aiißennuiniel 10 aufgebracht, der /um äußeren mechanischen Schiit/ aus Polyvinylchlorid hergestellt ist.

St)IItC eine solche gegen Feuchtigkeit geschützte Kabelkonstruktion unter Wasser verlegt werden, müssen selbstverständlich über diesem oder ahnlich 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 40Gew.-% Methacrylsäureester oder Polyisobutylen. 25 Gew.-% Bitumen und 5% natürlichen oder synthetischen Wachsen und Füllstoffen hergestellt sein. Für den Fall, daß eine Leitfähigkeit dieser sniübaren, plastischen Massen verlangt wird, können Ruße oder Graphit mit einem Anteil von 5 bis 50% dazugegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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!. Feuchtigkeitsgeschiitztes kur.ststoffisoliertes Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung mit einer über der äußeren Leitschicht angeordneten leitfähigen Abschirmung in Form von metallischen Drähten, die in einer spülbaren plastischen Masse eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse gleichzeitig die dichtende Verbindung zu einer darüber aufgebrachten geschlossenen Hülle in Form eines gewickelten, wasserdampf-undurchlässigen Bandes oder einer entsprechenden Folie darstellt, das oder die ihrerseits von einer ebenfalls spülbaren plastischen Masse dichtend überdeckt ist.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf undurchlässige Band oder die Folie aus einem ein- oder beidseitig mit Kunststoff beschichtetem Metall besteht.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf undurchlässige Band oder die Folie aus einem ein- oder beidseitig metallisierten Kunststoff besteht.
4. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse leitfähig ist.
5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse auf der Basis von Methacrylsäureester verwendet ist.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse auf der Basis von Polyisobutylen verwendet ist.
7. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse oberhalb und unterhalb der geschlossenen Hülle eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist.
8. Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse unterhalb der geschlossenen Hülle Spannungsstabilisierende Zusätze enthält.
9. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse oberhalb der geschlossenen Hülle weichmacherhaltig ist.