DE2908454A1

DE2908454A1 - Durch einen geschlossenen metallmantel feuchtigkeitsgeschuetztes elektrisches energiekabel

Info

Publication number: DE2908454A1
Application number: DE19792908454
Authority: DE
Inventors: Joachim Klass; Wolfgang Roenisch
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2908454C2; JPS55121212A; JPH0140442B2; IN151748B

Description

Durch einen geschlossenen Metallmantel feuchtigkeitsgeschütz
tes elektrisches Energiekabel Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsgeschütztes elektrisches kunststoffisoliertes Energiekabel, insbesondere Mittel- oder Hochspannungskabel, mit einer Isolierung und eine geebenenfalls darüber befindliche äußere Leitschicht umgebenden geschlossenen metallischen Hülle.
In der Kabeltechnik sind bereits seit langem elektrische Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung bekannt, die einen metallischen Schirm über der auf der Kunststoffisolierung angebrachten äußeren Leitschicht aufweisen. Dieser metallische Schirm besteht in der Regel aus aufgesponnenen Drähten oder aufgewickelten Metallbändern. Dieser Schirm, an sich aus elektrischen Gründen vorgesehen, kann aber auch, wie bereits bekannt (DOS 15 40 430), gleichzeitig zur feuchtigkeitsdichten Hülle für die darunter befindliche Isolierung verwendet werden. Hierbei besteht die metallische Hülle aus einem längsein- laufenden, um die Kunststoffisolierung des Leiters herumgefalteten Metallband, vorzugsweise aus Kupfer, dessen Kanten einander überlappen, wobei sie im Bereich der Überlappungsstelle miteinander verlötet sind.
Bei dieser bekannten Möglichkeit eines feuchtigkeitsdichten Abschlusses ergeben sich jedoch Schwierigkeiten dadurch, daß sich bei Belastung des Kabels die Isolierung wesentlich stärker als die im Schichtenaufbau verwendete Metallage ausdehnt, so daß, wenn die Dehnbarkeit der an sich dichten metallischen Hülle ihre Grenzen erreicht, mit einem Aufplatzen zumindest der Schweiß- oder Lötstellen gerechnet werden muß. Hinzu kommt, daß durch das längseinlaufend aufgebrachte Metallband die geforderte Biegbarkeit solcher Kunststoffkabel beeinträchtigt wird, was sich insbesondere beim Auf- und Abtrommeln bzw.
bei der Verlegung störend bemerkbar macht.
Als weitere Schwierigkeit kommt hinzu, daß bei einer Beschädigung der äußeren metallischen Hülle eindringende Feuchtigkeit auch unterhalb des Metallbandes sich in Kabellängsrichtung ausdehnen und im Laufe der Zeit Anlaß zu Schäden in der Isolierung geben kann.
Insbesondere aus der Nachrichtenkabeltechnik bekannte Stopfverfahren, z.B. mittels bei Feuchtigkeit quellender Materialien, auch in der Starkstrom-Kabeltechnik einzusetzen haben bisher zu keinem Erfolg geführt, insbesondere wegen der Schwierigkeiten des Einbringens z.B. quellfähigen Pulvers und der wegen der verhältnismäßig großen Zwischenräume notwendigen Stopfmenge.
Ausgehend von diesen bekannten Maßnahmen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feuchtigkeitsgeschütztes elektrisches Energiekabel zu schaffen, das einmal trotz der im Betrieb auftretenden Wärmespiele der Isolierung seine feuchtigkeitsdichte Abschirmung beibehält und das darüber hinaus so atlsgeXildet ist, daß durch einen äußeren Schaden z.B. in der Abschirmung eingedrungene Feuchtigkeit in ihrer Wirkung auf einen eng einzugrenzenden Bereich beschränkt bleibt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die metallische Hülle aus einem Wellmantel mit parallel verlaufender Wellung besteht, deren der Isolierung bzw. der äußeren Leitschicht zugekehrten und mit dieser ringförmige Hohlräume bildenden Wellentäler zur Aufnahme von Dichtungsringen dienen.
Bei einem so aufgebauten Energiekabel wird die radiale Ausdehnung der Isolierung durch den gewellten Metalmantel aufgefangen, ein Aufplatzen der metallischen Hülle ist vermieden.
Das gilt selbst dann, wenn aufgrund der zu übertragenden Spannung große Isolierwanddicken erforderlich sind. Darüber hinaus führen in den Wellentälern des Wellmantels angeordnete Dichtungsringe zur einwandfreien Abschottung der Seele in Längsrichtung, eine Fortleitung gegebenenfalls eingedrungener Feuchtigkeit ist damit vermieden. Ein Feuchtigkeitsein bruch bleibt örtlich beschränkt, er kann leicht geortet und der Schaden durch Auswechseln eines Kabelteilstückes behoben werden.
Für eine Kabellänge von z.B. 2000 m und mehr ist es selbstverständlich nicht erforderlich und in der Regel auch zu aufwendig, fortlaufend Dichtungsringe zwischen Kabelseele und Wellmantel einzubringen. In Durchführung der Erfindung hat es sich daher als vorteilghaft erwiesen, Dichtungsringe längs der Kabelachse in Abständen anzuordnen, wobei diese ein Vielfaches des Abstandes der Wellenberge bzw. Wellentäler zueinander betragen. Im allgemeinen wird es zur Erzielung der gestellten Aufgabe zweckmäßig sein, wenn die Abstände zwischen je zz.ei Dichtringen 2 bis 50 m, vorzugsweise 5 bis 10 in betragen.
Als Materialien für die Dichtringe sind beliebige geeignet, zweckmäßig sollten sie jedoch aus einem gummielastischen Material bestehen. Dieses sichert die notwendige Flexibilität bei den im Betrieb des Kabels auftretenden Wärmespielen, es bietet aber auch die Gewähr, daß bei der Herstellung der metallischen Hülle, insbesondere beim Wellvorgang, die elastischen Ringe sich selbsttätig in die lagerichtige Position bringen.
Als für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete Material lien haben sich erwiesen solche auf Basis Acrylnitrilbutadien-Kautschuk oder auch solche auf Basis thermoplastischer Kautschuke. Wird zusätzlich eine erhöhte Wärmestandfestigkeit erwartet, empfiehlt es sich, vernetzte gummielastische Material lien einzusetzen.
Die Dichtringe befinden sich in einem ringförmigen Hohlraum, der einerseits von dem gewellten metallischen Mantel und zum anderen von der Isolierung bzw. der äußeren Leitschicht des Kabels begrenzt wird. Die leitende Verbindung zwischen der äußeren Leitschicht und dem Metallmantel erfolgt über die in Richtung der Kabelseele weisenden Wellenberge. Eine zusätzliche leitfähige Verbindung kann in Weiterführung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die gummielastischen Materialien etwa durch Zugabe von Ruß oder Graphit ganz oder teilweise leitfähig gemacht sind oder auch mit leitfähigen Materialien oberflächenbeschichtet sind.
Entsprechend der gewählten Wellform des metallischen Mantels wird man auch das Querschnittsprofil der Dichtringe wählen.
Diese werden in der Regel ein kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen, es können aber je nach den Erfordernissen auch hiervon abweichende Profile eine vorteilhafte Anwendung finden. So kann es mitunter zweckmäßig sein, Hohlprofile einzusetzen, die gegebenenfalls mit für den Betrieb des Kabels geeigneten Zusätzen gefüllt sind. So können feuerhemmende oder lichtbogenlöschende Mittel eingebracht sein, aber auch Stabilisatoren, die mit der Zeit in die äußere Leitschicht bzw. die Isolierung eindiffundieren.
Neben der Elastizität wird von den Dichtringen aber auch gefordert, daß sie eine bestimmte Härte aufweisen, um den insbesondere beim Welivorgang wirksamen mechanischen Kräften ausreichenden Widerstand entgegenzubringen. in Weiterführung der Erfindung hat es sich daher als zweckmäßig erwiesen, wenn die Dichtringe eine Härte von 40 - 80 Shore, vorzugsweise 60 - 70 Shore aufweisen.
wie bereits ausgeführt, ist es für die Durchführung der Erfindung unerläßlich, daß die Dichtringe bei der Herstellung selbsttätig ihre lagerichtige Position im Kabel einnehmen.
In diesem Zusammenhang kann es oft förderlich sein, wenn die Oberfläche der Dichtringe mit einem Gleitmittel, etwa einem Ö1, z.B. Silikonöl, benetzt ist. Dieses zunächst rein mechanisch wirkende Gleitmittel kann gleichzeitig aber auch elektrische Funktionen übernehmen, indem es selbst z.B. spannungsstabilisierend wirkt oder spannungsstabilisierende Zusätze enthält.
Zur Herstellung eines Kabels nach der Erfindung hat sich ein Verfahren als besonders geeignet erwiesen, bei dem unmittelbar vor der Umhüllung der Kabel seele mit dem sich zum Rohr formenden längseinlaufenden Metallband die Dichtringe auf die durchlaufende Seele in Abständen nacheinander aufgeschoben, vom Metallband umschlossen und beim an das Verschweißen der Bandkanten anschließenden Wellvorgang in die entstehenden Wellentäler eingedrückt werden.
Hierbei wird man, um eine Beschädigung des Dichtringes durch die Schweißwärme und eine Beeinflussung der Qualität der Schweißnaht durch das Material des Dichtringes zu vermeiden, so vorgehen, daß das Metallband mindestens im Bereich der vorzunehmenden Schweißnaht mit Abstand zu den Dichtringen zum Rohr geformt und nach dem Schweißen eine Kalibrierung zwecks Verminderung des Durchmessers vorgenommen wird.
Die auf die Seele aufgeschobenen Dichtringe sollen einerseits selbsttätig ihre vorgeschriebene Position einnehmen, sie sollen andererseits auf der Seele aber auch nicht so frei beweglich sein, daß sie durch das Metallband beim Rohrformvorgang beliebig mitgenommen werden können. Vorteilhaft ist es deshalb, wenn die Abmessungen der Dichtringe so gewählt sind, daß sie einen um vorzugsweise 10 % geringeren Durchmesser als die Kabelseele aufweisen. Dadurch ist auch vermieden, daß die Dichtringe beim Aufbringen durch das Metallband, das eine Relativbewegung zur Kabelseele ausführt, quergezogen werden.
Des weiteren kann es oft zweckmäßig sein, die Wellung der metallischen Hülle nach der Stationierung der Dichtringe zu kalibrieren. Hierdurch ist die Gewähr gegeben, daß die Dichtringe tatsächlich überall dichtend auf der Kabelseele aufliegen. Neben der Einstellung des gewünschten Di-uckes des Mantels auf die Dichtringe wird gleichzeitig eine Glättung der inneren Oberfläche der metallischen Hülle erreicht.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat sich eine Vorrichtung als zweckmäßig erwiesen, die ein rohrförmiges Magazin für die Dichtringe enthält, durch das die Kabelseele hindurchgeführt wird. Nacheinander können dann je nach gewähltem Abstand der Dichtringe voneinander diese von Hand oder auch automatisch auf die durchlaufende Seele aufgeschoben werden. Um Beschädigungen der einlaufenden Kabelseele zu vermeiden, kann es von Vorteil sein, das rohrförmige Magazin einlaufseitig trompetenförmig aufzuweiten. Weiterhin kann es von Vorteil sein, den Durchmesser des rohrförmigen Magazins auslaufseitig zu reduzieren, um die Aufweitung der Dichtringe schon vor dem Aufbringen auf die Kabelseele zu reduzieren.
Abweichend hiervon besteht aber auch die Möglichkeit, auf ein rohrförmiges Magazin einen Schlauch aus gummielastischem Material aufzuziehen, von dem dann entsprechend der durchlaufenden Seele taktweise Scheiben als Dichtringe abgeschnitten und auf die kabelseele aufgeschoben werden. Für den Fall, daß die Kabelseele fertigungsbedingt über der äußeren Leitschicht z.B.
nicht einlfandfrei rund ist, sondern Ovalitäten im Querschnitt aufweist, ist es weiterhin vorteilhaft, die Seele vor dem Aufbringen der Dichtringe in einer oder mehreren Stufen zu kalibrieren, also in die runde querschnittsform zu bringen.
Die Erfindung sei anhand der in den Fig. l bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 in je zwei unterschiedlichen Schnitten ein kunststoffisoliertes einadriges Hochspannungskabel, während die Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung, z.B. auch solcher Kabel, veranschaulicht.
Der Leiter f des Hochspannungskabels besteht aus einer Vielzahl miteinander verseilten Einzeldrähte. Die innere Leitschicht 2 gleicht Unebenheiten auf dem Lei-terseil, die Anlaß zu Entladungen aufgrund örtlicher Feldstärkenerhöhungen sein könnten, aus. Die Isolierung aus einem vernetzten oder auch unvernetzten Polymermaterial, etwa vernetztem oder unvernetztem Polyäthylen oder auch auf der Basis Äthylen-Propylen Kautschuken ist mit 3 bezeichnet, sie wird überdeckt von der äußeren Leitschicht 4. Als äußerer feuchtigkeitsdichter Schirm dient der gewellte, längsnahtverschweißte Metallmantel 5t der nach außen hin von einem Kunststoffmantel 6, z.B. aus Polyvinylchlorid überdeckt ist. Je nach Verlegebedingungen befindet sich unter dem Mantel eine sogenannte Polymentspülang, d.h. ein Korrosionsschutz auf Bitumenbasis bzw. über dem Mantel eine Bewehrung.
Um nun bei einem solchen Kabel auch die Längssasserdichtigkeit für den Fall zu gewährleisten, daß nach einer Beschädi- gung der metallischen Hülle Feuchtigkeit eingedrungen ist, weist der Metallmantel 5 eine Parallelwellung 7 auf, wobei in dem Leiter 1 zugekehrten Wellentälern 8 Dichtringe 9 aus einem gummielastischen Material angeordnet sind. Das Material kann noch so beschaffen sein, daß es bei Wasserzutritt quillt, um die Abstopfung weiter zu verbessern, Im dargestellten Ausführungsbeispiel drücken die Dichtringe 9 elastisch auf die äußere Leitschicht 4, so daß der Raum zwischen Metallmantel 5 und äußerer Leitschicht 4 in Längsrichtung feuchtigkeitsdicht abgeschottet ist.
Zur Herstellung eines feuchtigkeitsgeschützten Kabels nach den Fig. 1 und 2 geht man, wie in der Fig. 3 dargestellt, zweckmäßig so vor, daß die Kabelseele 10 von einer Vorratstrommel 17 abgezogen und dem als Rohr schematisch dargestellten Magazin 12 zugeführt wird. Auf diesem Magazin, das selbstverständlich auch anders ausgeführt sein kann, befinden sich eine Vielzahl der Dichtringe 9, die je nach dem gewünschten Abstand nacheinander taktweise auf die Kabelseele 10 aufgeschoben werden.
Von dem Bandvorrat 13 wird gleichzeitig ein Metallband, z.B.
aus Kupfer, Aluminium oder auch aus unmagnetischem Stahl über die Umlenkrollen j4 abgezogen und mittels an sich bekannter Formwerkzeuge um die mit den Dichtringen bestückte Kabelseele 10 zum Rohr geformt und durch die Schweißvorrichtung 15 an den Kanten gasdicht verschweißt. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist dabei der Durchmesser des erzeugten "Hohres" größer als der äußere Durchmesser der Dichtringe, so daß eine gegenseitige Beeinflussung von Schweißvorrichtung oder Schweißnaht und Dichtringmaterial unterbleibt.
Nach dem Schweißvorgang erfolgt zunächst mittels des Kalibrierwerkzeuges 16 eine Querschnittsreduktion, so daß die metallische Hülle nahezu auf die Dichtringe heruntergezogen wird Mit 17 ist die Wellvorrichtung bezeichnet, die das geschweißte Rohr mit einer Parallelwellung versieht, wobei die Dichtringe, wie angedeutet, in die Wellentäler des erzeugten Wellmantels hineinrutschen. Eine anschließende weitere Kalibrierung mittels der Rollen- oder Walzenanordnung 18 sorgt dafür, daß ein sattes Aufliegen der Dichtringe 9 sowohl an der Innenfläche der metallischen Hülle als auch an der äußeren Leitschicht des Energiekabels sichergestellt ist. Die Kalibrierung wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß Querschnittsverformungen der Dichtungsringe von 5 - 20 °0, vorzugsweise von 10 - 12 % erfolgen.
Abweichend von dem Beispiel eines einadrigen Kabels kann die Erfindung selbstverständlich auch Anwendung bei mehradrigen Ausführungen finden, wobei jede Phasenausführung zweckmäßig gesondert abgedichtet wird.

Claims

Patentansprüche euchtigL-eitsgeschütztes elektrisches kunststoffisolier-@ tes Energiekabel, insbesondere Mittel- oder Hochspannungskabel, mit einer die Isolierung und gegebenenfalls eine darüber befindliche äußere Leitschicht umgebenden geschlossenen metallischen Hülle, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülle aus einem Wellmantel mit parallel verlaufender Wellung besteht, deren der Isolierung bzw. der äußeren Leitschicht zugekehrten und mit dieser ringförmige Hohlräume bildenden Wellentäler zur Aufnahme von Dichtungsringen dienen.
2. Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungsringe längs der Eabelachse in Abständen angeordnet sind, die ein Vielfaches des Abstandes der Wellenberge bzw. Wellentäler zueinander betragen.
3. Energiekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen je zwei Dichtungsringen 2 bis 50 m, vorzugsweise 5 bis 10 m betragen.
4. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe aus einem gummielastischen Material bestehen.
5. Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Dichtungsringe aus einem bei Feuchtigkeitszutritt quellenden Werkstoff besteht.
6. Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gummielastische Materialien solche auf Basis Acrylnitrilbutadien-Kautschuk dienen.
7. Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gummielastische Materialien solche auf Basis thermoplastischer Kautschuke dienen.
8. Energiekabel nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gummielastischen Materialien vernetzt sind.
9. Energiekabel nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gummielastischen Materialien leitfähig sind.
10. Energiekabel nach Anspruch g oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe Hohlprofile sind.
11. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe ein im Querschnitt von der Kreisform abweichendes Profil aufweisen.
12. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe eine Härte von 40 - 80 Shore, vorzugsweise 60 - 70 Shore aufweisen.
-t3 Energiekabel nach einem oder mehreren der Ansprüche - bis -2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Dichtungsringe mit einem Öl benetzt ist.
14, Energiekabel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß' das Öl gleichzeitig spannungsstabilisierend wirkt oder spannungsstalisisierende Zusätze enthält.
15. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar or der Umhüllung der Kabel seele mit dem sich zum Rohr formenden längseinlaufenden Metallband die Dichtungsringe auf die durchlaufende Seele in Abständen nacheinander aufgeschoben, vom Metallband umschlossen und beim an das Verschweißen der Bandkanten anschließenden Wellvorgang in die entstehenden TWellentäler eingedrückt werden.
16. erfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband mindestens im Bereich der vorzunehmenden Schweißnaht mit Abstand zu den Dichtungsringen zum Rohr geformt wird und nach dem Schweißen eine Kalibrierung erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß Diclltungsringe verwendet werden, die einen vorzugsweise um etwa 40 % geringeren Durchmesser als die kabelseele aufweisen.
48. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung der Umhüllung nach der Stationierung der Dichtungsringe kalibriert wird
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kalibrierung eine Querschnittsverformung der Dichtungsringe von 5 - 20 %, vorzugsweise 10 - 12 % erfolgt.
20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Magazin für die Dichtungsringe, durch das die Kabelseele hindurchführbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Magazin einlaufseitig trompetenförmig aufgeweitet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Magazin auslaufseitig eine Durchmesserreduzierung aufweist.
23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Magazin mit aufgezogenem Schlauch aus gummielastischem Material, von dem taktweise entsprechend der Anzahl der geforderten Dichtungsringe Scheiben abschneidbar sind.