DE3116763C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches kunststoff­ isoliertes Mittel- oder Hochspannungskabel mit einer den Leiter überdeckenden extrudierten inneren Leitschicht und einer die Isolierung umschließenden extrudierten äußeren Leitschicht sowie einer zwischen innerer bzw. äußerer Leitschicht und Isolierung angeordneten weiteren Schicht.

In den letzten Jahren sind zahlreiche Untersuchungen in der Technik durchgeführt worden mit dem Ziel, offenbar durch Wasser­ ansammlungen (Wasserbäumchen, "water trees") verursachte Schäden in der extrudierten Isolierung elektrischer Kabel, z. B. aus ver­ netztem oder unvernetztem Polyäthylen aufzuklären und Maßnahmen zu treffen, diese Kabelschäden zu vermeiden. Entsprechend hoch ist auch die Anzahl der Veröffentlichungen, die das Wachstum der Wasserbäumchen beschreiben und Vorschläge zur Unterdrückung solcher die Lebenserwartungen der Kabel erniedrigenden Erschei­ nungen machen. Dabei besteht offenbar Übereinstimmung darüber, daß die Wasseransammlungen umso gefährlicher sind, je größer sie ausfallen. Solche von nur wenigen µm Länge gelten als vergleichs­ weise ungefährlich.

Alle bisherigen Untersuchungen gehen davon aus, daß Feuchtig­ keit in ein Kabel und hierbei insbesondere in die Isolierung gelangt, wo sie an Inhomogenitäten unter Einfluß des elektrischen Feldes zu Wasserbäumchen führt. Eine Feuchtigkeitsdiffusion kann danach einmal bereits während der Fertigung erfolgen, beispiels­ weise beim Vorgang der Vernetzung durch Einwirkung von Wasser­ dampf während des kontinuierlichen Durchlaufes durch eine Ketten­ linie (CV-Anlage), oder im Betrieb, etwa bei Beschädigung eines Kunststoffmantels.

Sind auf diese Weise enthaltene Mikrolunker entstanden, dann kommt es unter dem Einfluß der bei Betriebsspannung herrschenden elektrischen Feldstärken zur Bildung der bekannten Wasserbäumchen, deren ständiges Wachstum schließlich zu elektrischen Durch­ schlägen und letzten Endes zur Zerstörung des Kabels überhaupt führen kann.

In diesem Zusammenhang ist auch bereits darauf hingewiesen worden (Kunststoffe 67 (1977) 5, S. 277, rechte Spalte, 2. Absatz), daß von den halbleitenden Feldbegrenzungen, Hohlräumen und Verunreini­ gungen ausgehende Wasserbäumchen durch im Wasser gelöste Salze in ihrem Wachstum beschleunigt werden. Diese Erkenntnis geht auch aus einer weiteren Veröffentlichung hervor (IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-98, No. 4, July/Aug. 1979 "A THEORY OF WATER TREE INITIATION AND GROWTH" v. J. Sletbak, S. 1358, Abstract) nach der drei Möglichkeiten des Bäumchenwachs­ tums untersucht worden sind, nämlich einmal die Wasserkonden­ sation an Verunreinigungen, zum anderen eine Kapillar-Kondensation in mikroporösen Verunreinigungen und schließlich die Kapillar- Kondensation in submikroskopischen Sprüngen oder Rissen der Isolierung.

Als besonders gefährlich haben sich in diesem Zusammenhang Mikroporen, Spalte und Hygroskopische Partikel in der Grenz­ fläche zwischen extrudierter innerer Leitschicht und Isolierung erwiesen, da hier die höchste Feldstärke im Kabel herrscht. Be­ günstigt wird die Entstehung von Inhomogenitäten in dieser Grenzfläche besonders durch die Zusammensetzung des Leitmate­ rials. Einerseits muß zur Einhaltung einer guten Leitfähigkeit eine ausreichende Menge von Ruß zugemischt werden, anderer­ seits verhindern die ungleiche Korngrößenverteilung und agglomerierte Rußpartikel eine feine Siebung des Materials vor der Extrusion. Vernetzbare innere Leitschichten sind darüber hinaus besonders schwer zu sieben.

Der Einsatz von Folien, insbesondere auch von metallischen Folien, im Kabelaufbau ist an sich bekannt (DE-OS 25 14 891; DE-OS 27 39 572). Diese Folien dienen jedoch abweichend von der Erfindung dem mechanischen Schutz der Schirmdrähte oder der Kabelseele, wenn ein Wasserzutritt Anlaß zu Korrosionser­ scheinungen sein könnte oder zur Herabsetzung der Spannungs­ festigkeit führen würde. Der Erhöhung der Spannungsfestigkeit dient eine weitere bekannte Maßnahme (DE-OS 20 21 172), nach der im Falle von Hochspannungskabeln die Isolierung durch eine angrenzende Schicht geringerer elektrischer Durchschlagsanisotropie geschützt wird. Auch hierbei werden bei der Herstellung von extru­ dierten Leitschichten auftretende Probleme nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglich­ keit zu finden, trotz der offenbar nur schwer zu vermeidenden Inhomogenitäten bei der Herstellung von extrudierten Leit­ schichten die Betriebssicherheit üblicher Kabel zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die weitere Schicht bei einem gattungsgemäßen Kabel eine die der Isolierung zugekehrte Oberfläche der inneren und/oder äußeren Leitschicht überdeckende leitfähige Folie hoher Oberflächen­ güte ist.

Diese Folie überdeckt ggf. im Bereich der Grenz­ schichten von Isolierung und Leitschichten vorhandene Fehl­ stellen, wie Lunker oder Verunreinigungen, so daß sich diese auch unter der Einwirkung des elektrischen Feldes nicht nach­ teilig auf die Betriebssicherheit des Kabels auswirken können. Hinzu kommt, daß durch den Einsatz von Folien mit definierten Oberflächen die Wanddicken der extrudierbaren Leitschichten reduziert werden können. Das führt neben der Einsparung von Leitmaterialien auch zur Verbesserung der Qualität der Leit­ schichten selbst.

Die zur Durchführung der Erfindung eingesetzten Folien können aus thermoplastischen Materialien, etwa aus leitfähigem Polyethylen, hergestellt sein. Mit der heute üblichen Technik bei der Herstel­ lung von Folien lassen sich Oberflächen erreichen, die erheblich glatter als die sind, die eine mittels Extrusion erzeugte Leit­ schicht aufweisen kann.

Wird, wie in Weiterführung der Erfindung auch vorgesehen, eine mit leitfähigem Kunststoff kaschierte Metallfolie verwendet, dann er­ gibt sich der weitere Vorteil, daß die Wasserfestigkeit der Kabel verbessert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn an die Isolie­ rung auf beiden Seiten, also innen und außen, die Folie angrenzt.

Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, eine Metallfolie allein z. B. aus Kupfer zu verwenden, die einige µm Dicke, bei­ spielsweise 50 µm, aufweist. Unabhängig von der Art der eingesetzten Folie ist für die Erfindung wesentlich, dünne Folien einzusetzen, die jeweils die Grenzschicht zwischen Isolierung und Leitschicht bilden und für diese Aufgabe unmittelbar vor dem Einsatz in der Fertigung vorgeprüft sind.

Zur Herstellung eines Kabels entsprechend der Erfindung wird man zweckmäßig so vorgehen, daß zum Einbringen der Grenzschicht z. B. ein mit leitfähigem Kunststoff kaschiertes Metallband dünner Wandstärke (Folie) um die innere Leitschicht bzw. um die Isolierung längseinlaufend herumgefaltet wird. Die Bandkanten der Folie oder des Bandes hoher Oberflächengüte überlappen einan­ der zweckmäßig nach dem Herumlegen. So bildet die Folie oder das Band einen weitgehend dichten Abschluß.

Je nach Art des verwendeten Bandes kann es auch zweckmäßig sein, die herum­ gefalteten Bandkanten nach dem Auflegen auf die Leitschicht und/oder die Iso­ lierung zu glätten. Geeignet hierfür sind übliche Glättungswerkzeuge, wie Ziehnippel, Rollenwerkzeuge und dergl. Wesentlich dabei ist allerdings, daß bei diesem Glättungsvorgang eine Beschädigung der Folienoberfläche vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel betrifft ein Einleiter-Hochspannungskabel. Es besteht aus dem Leiter oder Leiterseil 1 aus einer Vielzahl verseilter Einzeldrähte. Unmittelbar darüber ist eine Metallfolie 2 längseinlaufend oder auch in Form einer Wendel aufgebracht. Sie verhindert einmal das Eindringen des Materials der extrudierten leitfähigen Schicht 3 in die Zwickel des Leiterseiles 1, zum anderen dient sie gleichzeitig als Sperre gegen vom Leiter ggf. eindringende Feuchtigkeit. Mit 4 ist die vorgeprüfte Folie hoher Oberflächengüte bezeichnet, sie sei ebenfalls längseinlaufend aufgebracht und ist als leitfähige Folie, als kunststoffkaschierte Metallfolie oder auch als reine Metallfolie ausge­ bildet. An die so "künstlich" erzeugte Grenzschicht hoher Qualität schließt die Isolierung 5 an, sie kann aus einem vernetzten oder unvernetzten Polyethy­ len hergestellt sein. Eine zweite Folie 6, von hoher Oberflächenqualität und vorgeprüft, umgibt nach außen die Isolierung 5, bevor die äußere Leitschicht 7 aus einem extrudierten, leitfähigen Material folgt. Die anschließende Schirmung ist schematisch durch eine Drahtlage 8 angedeutet, mit 9 ist der mechanisch widerstandsfähige Außenmantel ggf. in flammenhemmender Ausführung bezeichnet.

Den Fertigungsablauf zur Herstellung eines solchen Kabels zeigt die Fig. 2. Der Leiter 1 wird längseinlaufend z. B. mit der Metallfolie 2 umgeben. Mit­ tels des Extruders 10 wird die innere Leitschicht 3 aufgebracht. Von der Vorratsspule 11 läuft eine leitfähige Kunststoffolie oder kunststoffkaschier­ te Metallfolie 4 über den Prüftisch 12, der vorteilhaft unter geringem Über­ druck steht. Hier wird die Folie noch einmal gesäubert und kontinuierlich optisch und elektrisch auf Fehlstellen untersucht. Anschließend läuft die so vorbereitete Folie durch ein nicht dargestelltes Formwerkzeug längsein­ laufend mit Überlappung in den Extruder 13 ein. Hier wird die Isolierung 5 aufextrudiert. Die Oberfläche der inneren Leitschicht ist durch die die Grenzschicht bildende Folie 4 frei von Inhomogenitäten. Die Überlappungs­ kante des Bandes oder der Folie wird durch das schmelzflüssige Isoliermaterial geglättet.

Von der Vorratsspule 14 läuft eine zweite Folie 6, z. B. aus leitfähigem Polyethylen, die außen mit Metall beschichtet ist, über einen Prüftisch 15 längseinlaufend in den Extruder 16 ein, der die äußere Leitschicht auf­ bringt. Anschließend kann die Kabelseele, wie angedeutet, dem CV-Rohr 17 (kontinuierliche Vernetzungsanlage) zur Vernetzung zugeführt werden. Im Anschluß daran kann dann in bekannter Weise der Schirm 8 aufgebracht und anschließend der Außenmantel 9 aufextrudiert werden.

Claims (9)

1. Elektrisches kunststoffisoliertes Mittel- oder Hochspannungs­ kabel mit einer den Leiter überdeckenden extrudierten inneren Leitschicht und einer die Isolierung umschließenden extrudierten äußeren Leitschicht, sowie einer zwischen innerer bzw. äußerer Leitschicht und Isolierung angeordneten weiteren Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß diese weitere Schicht eine die der Isolierung (5) zugekehrte Oberfläche der inneren und/oder äußeren Leitschicht (3, 7) überdeckende leitfähige Folie (4, 6) hoher Oberflächengüte ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4, 6) aus thermoplastischem leitfähigen Polyethylen besteht.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4, 6) aus Metall besteht.

4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4, 6) eine mit leitfähigem Kunststoff kaschierte Metallfolie ist.

5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an die innere und äußere Oberfläche der Isolierung (5) die Folie (4, 6) hoher Oberflächengüte angrenzt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß um die innere Leitschicht (3) bzw. um die Isolierung (5) die Folie (4, 6) hoher Oberflächengüte längseinlaufend herumgefaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkanten der Folie (4, 6) nach dem Herumlegen einander überlappen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die herumgefalteten Bandkanten der Folie (4, 6) nach dem Auf­ liegen geglättet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4, 6) unmittelbar vor dem Herumfalten auf Oberflächenfehler geprüft wird.