DE2852104A1 - Hochspannungskabel mit direkt kuehlbarem leiter und extrudierter kunststoffisolierung - Google Patents

Hochspannungskabel mit direkt kuehlbarem leiter und extrudierter kunststoffisolierung

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DE2852104A1
DE2852104A1 DE19782852104 DE2852104A DE2852104A1 DE 2852104 A1 DE2852104 A1 DE 2852104A1 DE 19782852104 DE19782852104 DE 19782852104 DE 2852104 A DE2852104 A DE 2852104A DE 2852104 A1 DE2852104 A1 DE 2852104A1
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conductor
plastic
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conductive layer
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Werner Dipl Ing Renftel
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00Power cables
    • H01B9/02Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
    • H01B9/027Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers

Landscapes

  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

  • Hochspannungskabel mit direkt kühlbarem Leiter
  • und extrudierter Kunststoffisolierung Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der kühlbaren elektrischen Kabel für die Ubertragung höchster Leistungen und behandelt die konstruktive Ausgestaltung eines solchen Kabels unter Berücksichtigung der Parameter "möglichst hohe Ubertragungsleistung" und "möglichst einfacher Aufbau1,.
  • Die räumlichen Verhältnisse in Ballungsgebieten wie Großstädten erfordern unterirdische Energieübertragungsstrecken, mit denen Leistungen von 2000 MVA und mehr übertragen werden können. Für derartige ubertragungszwecke können Hochspannungskabel konventioneller Konstruktion eingesetzt werden, wenn durch ergänzende Maßnahmen die im Kabel entstehende Wärme gezielt abgeführt wird. Dies kann beispielsweise durch eine direkte Kühlung des Kabelleiters erfolgen, beispielsweise bei bekannten Niederdruck-Ölkabeln mittels einer Zirkulation des Isolieröles. Wirksamer ist jedoch eine Kühlung des Leiters mit Wasser, wobei eine zuverlässige Trennung des Kühlkanals vom Papier-Öl-Dielektrikum des Kabels gewährleistet sein muß. Bekannte Konstruktionen, bei denen der Leiter mit Luft oder Wasser kühlbar ist, sehen daher vor, den Leiter wenigstens teilweise als geschlossenes Metallrohr auszubilden, durch dessen Hohlkanal das Kühlmittel strömt (DE-Aä 10 67 099), oder den Leiter in Form eines Seiles im Innern eines geschlossenen Metallrohres anzuordnen (DE-OS 22 52 924, DE-OS 22 54 982, DE-OS 22 63 620, DE-OS 24 18 068). Bei diesen Kabelkonstruktionen wird das Papier-Öl-Dielektrikum auf das geschlossene Metallrohr bzw. den Leiter aufgebracht.
  • Unter anderem mit Rücksicht auf die dazu notwendigen Fertigungseinrichtungen wird bei derartigen Kabeln für den Leiterquerschnitt bei Werten von 2000 bis 2500 mm2 eine obere Grenze gesehen.
  • Zur übertragung kleinerer Leistungen ist weiterhin ein Starkstromkabel bekannt, bei dem der hohle Leiter ebenfalls mit einem Kühlmittelrohr versehen ist und bei dem als Isolierung eine extrudierte Polyäthylenisolierung vorgesehen ist (DE-OS 19 40 148). Bei einer entsprechenden Hochspannungskabelkonstruktion für große Leistungen ist zum Ausgleich von radialen Wärmedehnungen des Leiters vorgesehen, als notwendige Leiterglättung einen Schlauch aus halbleitendem Kunststoff zu verwenden, dessen lichter Durchmesser größer als der Durchmesser des Leiters ist; auf diesen Schlauch ist die eigentliche Kunststoffisolierung aufgebracht, die ihrerseits mit einer äußeren Leitschicht versehen ist (DE-OS 23 17 013).
  • Im übrigen ist es zur integrierten Kühlung von Hochspannungskabeln bekannt, das Kabel als Ganzes mit einem Kühlmittelrohr zu umgeben, dessen Innendurchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser des Kabels ist und das beispielsweise als Kunststoff-Wellrohr ausgebildet ist (DE-GM 73 31 537).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ubertragung hoher Leistungen ein elektrisches Kabel mit direkt kühlbarem Leiter zu schaffen, das sich auch bei Einsatz sehr großer Leiterquerschnitte (größer 2000 mm2) einfach fertigen und verlegen läßt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Hochspannungskabel mit direkt kühlbarem Leiter und mit einer extrudierten Kunststoffisolierung aus, bei dem die Kunststoffisolierung mit einer inneren Leitschicht aus einem elektrisch schwachleitenden Kunststoff und mit einer äußeren Leitschicht versehen ist und bei dem die Kunststoffisolierung gemeinsam mit der inneren Leitschicht den Leiter mit Spiel umgibt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kunststoffisolierung und die aus einem abriebfesten Kunststoff bestehende innere Leitschicht ein Rohr bilden, dessen Hohlquerschnitt mindestens das Dreifache des Leiterquerschnittes beträgt.
  • Bei einem derart ausgebildeten Hochspannungskabel ist der Innendurchmesser des Kunststoffrohres sehr viel größer als der Durchmesser des elektrischen Leiters, so daß beide Teile getrennt voneinander gefertigt, aufgetrommelt, geliefert und verlegt werden können, wobei der Leiter in das Kunststoffrohr eingezogen wird. Leiter und Isolierung bilden somit zwei getrennte Teile, die erst am Ort der Verlegung miteinander vereinigt werden.
  • Durch die Ausgestaltung der Isolierung als Kunststoffrohr besteht weiterhin die Möglichkeit, den Durchmesser der inneren und der äußeren Leitschicht, die das elek- trische Feld der Isolierung begrenzen, so zu wählen, daß die Feldstärkebeanspruchung der Isolierung spürbar herabgesetzt wird. Weiterhin wird durch die Trennung von Leiter und Isolierung erreicht, daß das für Kühlzwecke vorgesehene Kühlmittel sowohl direkt an der Stromwärmeverlustquelle (Leiter) als auch direkt an der dielektrischen Verlustquelle (Isolierung) entlanggeführt wird.
  • Im übrigen sind die Isothermen der maximalen Leitertemperatur und der maximalen Isolierungstemperatur räumlich und quantitativ nicht mehr identisch, so daß die maximale Leitertemperatur nicht mehr auf 70 oder 90 begrenzt zu werden braucht, wie es bisher für Hochspannungskabel mit einer Isolierung aus thermoplastischem oder vernetztem Polyäthylen der Fall ist.
  • Bei dem neuartigen Hochspannungskabel richtet sich die Wanddicke der eigentlichen Isolierung nach der jeweiligen Spannungsbeanspruchung. Da hierfür Isolierwanddicken in der Größenordnung von 20 bis 30 mm in Betracht kommen, empfiehlt es sich, die Isolierung, bei der es sich um ein dickwandiges Kunststoffrohr, insbesondere um ein dickwandiges Polyäthylenrohr handelt, aus mehreren Schichten, beispielsweise aus vier Schichten aufzubauen. Die Isolierung wird dabei entweder auf ein Tragrohr aufgebracht, das die innere Leitschicht der Isolierung bildet, oder sie wird gemeinsam mit der inneren Leitschicht und gegebenenfalls auch mit der äußeren Leitschicht extrudiert, wobei bekannte Rohrextrusionsverfahren mit Innen- oder Außenkalibrierung zur Anwendung gelangen. Für die innere Leitschicht kommen insbesondere Werkstoffe auf der Basis von Homo- oder Copolymeren, beispielsweise auf der Basis von Polyäthylen, Polyamid, Polybuten und Polypropylen, in Betracht, die in bekannter Weise mit Ruß oder Graphit angereichert sind.
  • Für die auf das Kunststoffrohr aufgebrachte äußere Leitschicht werden bekannte Materialien eingesetzt, wie sie bei kunststoffisolierten Hochspannungskabeln üblich sind. Darüber ist eine Isolierschicht von mehreren Millimetern Dicke vorzusehen, die das Erdpotential der äußeren leitenden Hüllen gegen das Erdreich isoliert und ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Zwischen äußerer Leitschicht und äußerer Isolierschicht ist gegebenenfalls eine metallische Abschirmung vorzusehen.
  • Ein Ausführungsbeispiel des neuen Hochspannungskabels ist in der Figur im Querschnitt dargestellt.
  • Das Hochspannungskabel besteht aus dem Leiter 1 und dem Kunststoffrohr 2. Der Hohlquerschnitt 7 des Kunststoffrohres ist dabei wesentlich größer als der Querschnitt des Leiters 1, so daß der Leiter 1 in das Kunststoffrohr 2 eingezogen oder bei Bedarf ohne großen Erdarbeitsaufwand später gegen einen Leiter größeren Querschnittes ausgetauscht werden kann. Der Leiter 1 kann dabei eine beliebige Querschnittsform haben, beispielsweise als aus einer Vielzahl von Einzeldrähten aufgebauter Rundleiter vorliegen oder, wie es gestrichelt angedeutet ist, die Form eines Rechteckleiters 1 haben. Er kann auch als Hohlleiter ausgebildet sein, der zusätzlich vom Kühlmittel durchströmt wird.
  • Der Innendurchmesser des Kunststoffrohres 2 ist wesentlich größer als der Außendurchmesser des elektrischen Leiters 1, wobei das Durchmesserverhältnis im wesentlichen von der Art der für den Leiter 1 vorgesehenen Kühlung abhängt. Neben einer Luftkühlung kommt hierbei insbesondere eine Wasserkühlung in Betracht.
  • Das Kuntstoffrohr 2 besteht zunächst aus einer inneren elektrisch schwachleitenden Schicht 3, die mit Rücksicht auf die beim Einziehen des Leiters 1 auf die Rohrwandung ausgeübten Kräfte aus einem abriebfesten Kunststoff auf der Basis von Polyamid besteht. Bei der Auswahl des Werkstoffes für die innere Schicht 3 ist gegebenenfalls zu berücksichtigen, daß diese Schicht als Tragkörper bei der Herstellung der eigentlichen Isolierschicht 4 dient, die-vorzugsweise aus Polyäthylen oder aus einem anderen geeigneten Olefinpolymer oder Olefincopolymer besteht. Das Kunststoffrohr 2 enthält weiterhin die äußere Leitschicht 5, die ebenfalls aus einem extrudierten, elektrisch schwachleitenden Kunststoff besteht; darüber kann ein Schirm aus Metalldrähten oder Metallbändern vorgesehen sein. Als letzte Schicht im Rohraufbau ist die äußere Isolierschicht 6 angeordnet, die als mechanischer Schutz der äußeren Leitschicht 5 und als Isolierschicht der äußeren Leitschicht 5 gegenüber dem das Kabel umgebenden Erdboden dient.
  • Beim Betrieb des in der Figur dargestellten Kabels liegt der Leiter 1 in aller Regel auf der Sohle des Kunststoffrohres 2 auf. Durch entsprechende, am Leiter 1 zu befestigende Abstandhalter kann aber auch dafür Sorge getragen werden, daß der Leiter eine mehr zentrische Lage einnimmt. Hierdurch kann gegebenenfalls die EUhlwirkung des durch den Hohlkanal 7 strömenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels verbessert werden.
  • Bei der Bemessung von Leiterquerschnitt und Rohrdurchmesser ist darauf zu achten, daß der Hohlquerschnitt des Rohres mindestens das Dreifache des elektrischen Leiterquerschnittes beträgt; bei einem Hohlleiter ist dies die geometrische Querschnittsfläche abzüglich der Querschnittsfläche des Hohlkanals.
  • 2 Ansprüche, 1 Figur

Claims (2)

  1. Patentansprüche Hochspannungskabel mit direkt kühlbarem Leiter und mit einer extrudierten Kunststoffisolierung, bei dem die Kunststoffisolierung mit einer inneren Leitschicht aus einem elektrisch schwachleitenden Kunststoff und mit einer äußeren Leitschicht versehen ist und bei dem die Kunststoffisolierung gemeinsam mit der inneren Leitschicht den Leiter mit Spiel umgibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoffisolierung (4) und die aus einem abriebfesten Kunststoff bestehende innere Leitschicht (3) ein Rohr (2) bilden, dessen Hohlquerschnitt mindestens das Dreifache des Leiterquerschnittes beträgt.
  2. 2. Hochspannungskabel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der die Kabelisolierung (4) bildende Teil des Kunststoffrohres mehrschichtig ausgebildet ist.
DE19782852104 1978-11-30 1978-11-30 Hochspannungskabel mit direkt kuehlbarem leiter und extrudierter kunststoffisolierung Withdrawn DE2852104A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3329792A1 (de) * 1983-08-18 1985-03-07 Kabelwerke Brugg AG, Brugg Verfahren und vorrichtung zum einbringen eines leitkabels in ein hauptkabel
EP1024572A2 (de) * 1998-11-06 2000-08-02 NKT Cables GmbH Elektromagnetische Abschirmung für ein Starkstromkabel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3329792A1 (de) * 1983-08-18 1985-03-07 Kabelwerke Brugg AG, Brugg Verfahren und vorrichtung zum einbringen eines leitkabels in ein hauptkabel
EP1024572A2 (de) * 1998-11-06 2000-08-02 NKT Cables GmbH Elektromagnetische Abschirmung für ein Starkstromkabel
EP1024572A3 (de) * 1998-11-06 2001-06-27 NKT Cables GmbH Elektromagnetische Abschirmung für ein Starkstromkabel

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