DE2947082A1 - Feuchtigkeitsgeschuetztes kunststoffisoliertes elektrisches energiekabel - Google Patents

Feuchtigkeitsgeschuetztes kunststoffisoliertes elektrisches energiekabel

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Peter Dipl.-Ing. 3013 Barsinghausen Madry
Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Herman Uwe 3012 Langenhagen Voigt
Gerhard Dr.-Ing. 3012 Langenhagen Ziemek
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KM Kabelmetal AG
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KM Kabelmetal 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
    • H01B7/28Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/282Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable
    • H01B7/285Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable by completely or partially filling interstices in the cable
    • H01B7/288Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable by completely or partially filling interstices in the cable using hygroscopic material or material swelling in the presence of liquid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/14Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

Description

  • Feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsge schütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung mit einer iiber der Kabelseele angeordneten leitfähigen Abschirmung in Form von metallischen Drähten oder Bändern.
  • Elektrische Kabel für Mittel- oder Hochspannung, bei denen über der Isolierung bzw. einer darauf befindlichen äußeren Leitschicht der Metallschirm in Form von die Kabelseele umfassenden Drähten aufgebracht ist, sind seit langem üblich. Diese Drähte, von eine@ @igneten Unse@@verrichtung aufgebracht, werden durch eine zusätzliche Bebänderung gehalten, bevor der cigeiitlicIie Außenmantel z.B.
  • aufextrudiert wird. Wird dieser Außenmantel beschädigt, beispielsweise bei der Verlegung oder im Betrieb durch äußere mechanische Einwirkung, dann besteht Gefahr, dan von außen Feuchtigkeit in das Kabel eindringen und entlang der Zwischenraume zwischen den einzelnen Schirmdrähten oder auch -bändern wandern und zu Korrosionserscheinungen führen kann. Eingedrungene Feuchtigkeit kann aber auch Anlaß Fäden Schäden in der Isolierung sein, so daß schließlich durch "water treeing" verursachte Durchschläge in Laufe der Zeit erwartet werden müssen.
  • Korrosionserscheinugen sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß zwischen den Schirmdrähten, z.B. aus Kupfer oder Aluminium, und dem in der äußeren Leitschicht enthaltenen Run oder Graphit eine Elementbildung auftritt, die Anlaß zur Zerstörung des Schirmes oder zumindest für eine Beschädigung sein kann. Weiterhin kann die im Kabel sich ausbreitende Feuchtigkeit zu Störungen in den Endenabschlüssen und Verbindungsmuffen führen.
  • Schirmdrähte sollen nur an ganz bestimmten und vorgegebeneii Puiikten geerdet werde1l. Wenn iiuch an Mantelfehlerstellen Erdkontakt auftritt, fließen durch das Erdreich Erdschlußströme undefiniert. Die Fehlerortiing bei Kabeldurchschlägen wird damit wesentlich erschwert.
  • Zur Vermeidung von Korrosionsschäden im Bereich der Abschirmung ist es bereits bekannt (DOS 25 14 891), die Bänder oder Drähte in spülbare leitfähige Massen einzubetten. Diese Lösung des Problems hat den Nachteil, daß bei der Montage von Verbindungsmuffen und Endabschlüssen die plastische Masse mit erheblichem Aufwand entfernt werden muß. Dazit sind Lösungsmittcl erforderlich, die gegebenenfalls die Eigenschaften der Isolierung nachteilig beeinflussen können.
  • Da es fernerhin 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 dariiber extru<Iiertem Kunststoffmantel hergestellt. Diese Konstruktionen schützen das unbeschädigte Kabel zwar im ungestörten Normalbetrieb, verhindern aber ni'<IiI, einen Wasse@eintrilt längs der Kabelachse im Störungsfall, z.B. nach einer Beschädigung des Feuchtigkeitsschutzes.
  • Von diesem bekannten Stand der Technik geht die Erfindung aus, ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes Energiekabel zu schaffen, das einen optimaleii Schutz gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit besitzt.
  • Diese Aufgabe wird bei einen solchen Kabel gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens zum Ausfüllen der längs-oder wendelförmig verlaufenden Lücken zwischen den metallischen Drähten oder Därrdern der Abschirmung unmittelbar nngrenzend an diese Schirmelemente bei Feuchtigkeitszutritt quell ende Kunststoff-Gele angeordnet sind. Eine solche Maßnahme macht eine Ausbreitung von ggf. an einer Schadensstelle eintretende Feuchtigkeit in der Kabellängsrichtung unmöglich, der Feuchtigkeitseinbruch und damit die Ortung und Ausbesserung der Fehlerstelle bleibt örtlich begrenzt.
  • In Durchlührung tler Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Kunststoff-Gele auf Polyuretanbasis bestehen. Solche Materialien sind nämlich in der Lage, bis zu 85 % Feuchtigkeit aufzunehmen. Das bedeutet aber umgekehrt, daß nur äußerst geringe Mengen von
    , 4 nl}par+, G*; en
    in das Kabel eingebracht werden müssen, um als Stopfmittel zu wirken, wenn durch Schäden in der Kabelhülle Feuchtigkeit in das Kabel eindringt. Durch das quellende Cel, das in der Lage ist, den genannten hohen Prozentsatz an Flüssigkeit aufzunehmen, wird das Kabel an der Schadensstelle kurzfristig abgestopft, eine Weiterleitung eingedrungener Feuchtigkeit ist mit Sicherheit verhindert.
  • Da die Schirmelemente, Drähte oder Bänder, durch eine Umseilung der Kabelseele aufgebracht werden, bringt es insbesondere fertigungstechnische Vorteile mit sich, wenn auch die Kunststoff-Gele de Form von aufwickelbaren Strängen, Fäden oder Bändern aufweisen oder zumindest als Beschichtung auf entsprechenden Trägern aufgebracht sind. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem für die Schirmelemente notwendigen Arbeitsgang gleichzeitig die Dichtungsmittel mit einzubringen. Abwechselnd zu den metallischen Drähten befinden sich dann in der Abschirmung Kunststoffäden oder -stränge, die unter Feuchtigkeit aufquellen und dann die Lücken zwischen den Drähten in der Kabellängsachse abdichten. Über den Drähten bzw. Kunststoffäden befindet sich der Außenmantel, der beisnielsweise auch eine metallische Hülle enthalten kann oder selbst als geschlossener Metallmantel vorliegt.
  • Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung des Erfindungsgedankens ist die,die Stränge, Fäden oder Bänder unterhalb und/oder oberhalb der Schirmelemente anzuordnen.
  • Zweckmäßig ist es daher, die Stränge in Form einer im Kreuzschlag aufgebrachten doppelten offenen Wendel anzuordnen. Eine solche Anordnung kann beispielsweise in der Weise getroffen werden1 daß über der äußeren Leitschicht eines einadrigen 110chspannungskabels eine im Kreuzschlag doppelte offene Wendel aus quellfähigem Polyurethan-Gel oder solche Materialien enthaltende angeordnet ist. Darüber ist dann der metallische Schirm aufgebracht, der wiederum von einer ebenfalls im Kreuzschlag aufgebrachten doppelten Wendel aus dem quellfähigen Material überdeckt ist. Decken sich beide quellfähigen Schichten1 ist eine optimale Ab- dichtung bei Feuchtigkeitseinbruch erreicht.
  • Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, oberhalb der Abschirmung eine quellfähige Lage in Form einer geschosse nen Bandbewicklung aufzubringen, über der sich dann die äußere Umhüllung befindet. Das ist z.B. dan besonders vorteilhaft, wenn als Umhüllung ein gewellter bietallmantel (Wellmantel) dient, und wendelförmig verlaufende Wellentäler, die einen durchgehenden Kanal in Kabelrichtung darstellen, mit abgedichtet werden sollen.
  • Werden, wie es die Regel ist, die Schirmdrähte eines elektrischen Kabels von einer wendelförmig verlaufenden Querleitwendel überdeckt, dan wird es zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe zwecksmäßig sein, diese Wendel oberhalb der Stränge aus dem Kunststoff-Gel aufzubringen. In diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, die Bänder und dergleichen aus dem quellfähigen Material durch entsprechende Zusatze an Leitmaterialien, wie Ruß, Graphit, Metallflitter und dergleichen, leitfähig zu machen. Hierdurch wird die Leitfähigkeit des Schirmes erhöht, der Kontakt zu der äußeren Leitschicht wird wesentlich verbessert.
  • Weitere Möglichkeiten zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems ergeben sich ferner dadurch, daß die Kunststoff-Gele in fein verteilter Form im Bereich der Abschirmung angeordnet sind. Diese Art der Verteilung läßt sich zweckmäßig durch ein Besprühen der Abschirmung mit den zunächst inaktivierten Kunststoff-Gelen erreichen. Durch eine kurze Wärmebehandlung, etwa eine Wärmebestrahlung, im kontinuierlichen Durchlauf wird das aufgebrachte Material wieder @@tiviert, d.h. für eine eventuelle Feuchtigkeitsaiifnahme vorbereitet.
  • Als für die Erfindung geeignet haben sich z.B. Polyurethan-Gele erwiesen. Geeignete Polyurethan-Gele stellen abgewandelte Isocyanate auf Basis von Toluylendiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat dar. Je nach speziellem Isocyanat-Typ werden unterschiedliche Vernetzer und Katalysatoren verwendet, um hydrophile Polyurethan-Gele mit stark ausgeprägtem Wasserbinde- und Quellvermögen zu erhalten.
  • Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten einadrigen Hochspannungskabels näher erläutert.
  • Über dem aus einzelnen verseilten Einzeldrähten bestehenden Leiterseil l ist die innere Leitschicht 2, z.B. aus einem leitfähigem Polymermaterial aufgebracht. Diese zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes vorgesehene Leitschicht wird überdeckt von der Isolierung 3, etwa aus einem vernetzten oder unvernetzbaren Polyäthylen.
  • Die darüber befindliche äußere Leitschicht aus einem Graphitauftrag oder einer extrudierten Leitschicht ist mit 4 bezeichnet. Die Abschirmung des Kabels besteht aus den schematisch angedeuteten Drähten 5, die durch eine Umseilung die Kabelseele umschlingen. Der darüber aufgebrachte Außenmantel 7 besteht z.B. aus Polyvinylchlorid, er kann aber auch aus Metall hergestellt sein.
  • Um nun bei Feuchtigkeitszutritt eine Längsabdichtung zwischen Kabelseele und Mantel zu gewährleisten, sind im Schirmbereich die Stränge 6 aus einem Kunststoff-Gel auf Polyurethanbasis angeordnet. Sie sind z.B. auch durch ine Umsez lung aufgebracht und füllen bei Feuchtigkeitszu tritt £;,t?olge ihrer extrem hohen Feuchtigkeitsaufnahme und Quellfähigkeit die Lücken im Aderschirm so aus, daß eine Fortleitung von Feuchtigkeit in Kabellängsrichtung unterbunden ist.

Claims (11)

  1. Patentanspriiche 1. Feuchtigkeitsgeschütztes kunststoffisoliertes elektrisches Energiekabel für Mittel- oder Hochspannung mit einer über der Kabelseele angeordneten leitfähigen Abschirmung in Form von metallischen Drähten oder Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zum Ausfüllen der längs oder wendelförmig verlaufenden Lücken zwischen den Drähten oder Bändern unmittelbar angrenzend an diese Schirmelemente bei Feuchtigkeitszutritt quell ende Kunststoff-Gele angeordnet sind.
  2. 2. Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Gele auf Polyurethanbasis bestehen.
  3. 3. Energiekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Gele di Form von wickelbaren Strängen, Fäden oder Bändern aufweisen oder als Beschichtung auf entferechenten Tragera aufgebracht sind.
  4. 4. Energiekabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnot, daß die Stränge1 Fäden oer Bänder zusammen mit den Drähten oder Bändern der Abschirmung auf die Kabelseele aufgebracht sind.
  5. 5. Energiekabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge, Fäden oder Bander, unterhalb und/oder oberhalb der Schirmelemente angeordiiet sind.
  6. 6. Energiekabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge in Form einer im Kreuzschlag aufgebrachten doppelten offenen Wendel angeordnet sind.
  7. 7. Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder oberhalb der Schirmelemente in Form einer geschlossenen Bandbewickluiig aufgebracht sind.
  8. 8. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Querleitwendel oberhalb der Schirmelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Querleitwendel oberhalb der Stränge aus dem Kunststoff-Gei aufgebracht ist.
  9. 9. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge, Fäden oder Bander aus dem Kunststoff-Gel leitfähig sind.
  10. 10. Energiekabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Gele in fein verteilter Form in Bereich der Abschirmung angeordnet sind.
  11. 11. Energiekabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelemente selbst Träger der Kunststoff-
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