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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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.
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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.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung des Erfindungsgedankens
ist die,die Stränge, Fäden oder Bänder unterhalb und/oder oberhalb der Schirmelemente
anzuordnen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als Ausführungsbeispiel
dargestellten einadrigen Hochspannungskabels näher erläutert.
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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.
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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.
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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.