DE3204887A1

DE3204887A1 - Elektrisches kabel

Info

Publication number: DE3204887A1
Application number: DE19823204887
Authority: DE
Inventors: John Alfred Winchester Hampshire Baskwell; Christopher Waltham Chase Southampton Larrive
Original assignee: Prysmian Cables and Systems Ltd
Current assignee: Prysmian Cables and Systems Ltd
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-12-09
Also published as: FR2500204B1; IE820234L; US4450317A; ES510209A0; DK62882A; SE450535B; NZ199726A; BR8200724A; FI72402C; ES510208A0; AU8038782A; FI72402B; IE53140B1; IT1205606B; ES8304352A1; NO156847C; DE3204887C2; AU547690B2; GB2093261A; IT8219602A0

Description

Elektrisches Kabel

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Kabeln, sie bezieht sich insbesondere auf elektrische Kabel, die eine Isolation mit komprimiertem Gas besitzen.

. Kabel mit einer Isolation aus komprimiertem Gas, insbesondere solche mit Schwefelhexafluorid, sind für die Verwendung in erdverlegten Höchstspannungsübertragungssystemen vorgeschlagen worden, beispielsweise für die Verbindung von mastgestützten Überlandleitungen an städtische Stellen. In der britischen Patentschrift Nr. 1280762 (Central Electricity Generating Board) sind kurz die Probleme von Kabeln beschrieben, die mit komprimiertem Gas isoliert sind, insbesondere das Problem, das daraus erwächst, daß die elektrischen Belastungen, die sich bei Belastung des Kabels einstellen, nicht die Durchbruchspannung der Isolation aus komprimiertem Gas übersteigen dürfen. In der Patentschrift Nr. 1 280 762 ist beschrieben, daß die Probleme der elektrischen Belastung reduziert werden können, indem man das Kabel in einen leitenden Mantel von großem Durchmesser anordnet, wobei Durchmesser der Größenordnung von 500 mm nicht ungewöhnlich sind. Bei solch großen Kabeldurchmessern ist es nicht günstig, das Kabel zusammen mit dem leitenden Mantel in der Fabrik herzustellen, stattdessen ist es günstiger, das Kabel in den Mantel an seinen Platz zu führen, wobei Abstandshalter verwendet werden, um die Leiter des Kabels in einem gleichmäßigen Abstand von dem Mantel zu halten, nachdem die Leiter in den Mantel eingesetzt worden sind.

Bei der in der Patentschrift Nr. 1 280 762 beschriebenen Anordnung besteht dar äußere Kabelmantel aus einem Metallrohr, das gewellt sein kann,um es flexibel zu machen.

Das Kabel besitzt zwei oder mehr innere Leiter, die miteinander verdrillt sind, sowie eine Reihe von Abstandshaltern, die entlang der Länge des Kabels angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter aus festem dielektrischen Material gebildet ist und eine Anzahl von radial verlaufenden Rippen besitzt, die gleich der Zahl der Leiter ist, wobei die Rippen sich von der Achse des Kabels radial nach außen zwischen den Leitern erstrecken. Um die werkmäßige Sauberkeit des Kabels sicherzustellen, in dem Fall, bei dem das Kabel in den Mantel eingeführt und plaziert wird, wird vorgeschlagen, die Leiteranordnung des Kabels mit einer Plastikhülle zu versehen, die abgezogen wird, wenn die Leiteranordnung in die Rohrleitung eingeführt wird, die bei dem fertigen Kabel den äußeren leitenden Mantel des Kabels bildet.

Der Nachteil, der aus der Anordnung nach der Patentschrift 1 280 762 entsteht, liegt darin, daß weder in dem Fall, in dem die Leiteranordnung des Kabels in eine mentelförmige Rohrleitung eingeführt und plaziert wird, noch in dem Fall, in dem der Metallmantel werkmäßig als integraler Teil des Kabels gebildet wird, garantiert werden kann, daß der Hohlraum des Kabels, der mit einem Isolator aus komprimiertem Gas gefüllt wird, frei von Verunreinigung ist, insbesondere von einer Metallteilchen-Verunreinigung, die zum Zusammenbruch der Isolation führen kann. Wenn der Mantel werkmäßig als integraler Teil des Kabels gebildet wird, so ist es praktisch unvermeidlich, daß Metallteilchen in den Hohlräumen des Kabels vorhanden sind. Wird das Kabel in ein Metallrohr eingeführt und an seinen Platz gebracht, so ermöglicht die aus einem entfernbaren Plastiküberzug bestehende Umhüllung des Kabelleiters es, daß die Leiteranordnung von selbst werkmäßig in sauberem Zustand bleibt, jedoch nur so lange, bis der Plastiküberzug abgezogen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Kabel,

das mit komprimiertem Gas isoliert ist, einen röhrenförmigen Mantel aus Plastikmaterial auf, der entlang seinem Umfang mit Wellungen versehen ist und der eine elektrisch leitende Komponente enthalten kann, wobei der Mantel durch Extrusion über eine Leiteranordnung gebildet wird, welche einen oder mehrere Leiter und Abstandshalter aufweist, wobei die Abstandshalter radiale Rippen besitzen, die mit ihren äußeren Enden in komplementär gestaltete Teile des Mantels eingreifen und eine Reduzierung der elektrischen Belastung an den Enden der Abstandshalter liefern. Der Mantel kann ein Plastikmaterial aufweisen, in dem elektrisch leitende Teilchen eingelegt sind, und er kann simultan (mit einem Doppel-.Extrusionsprozeß beispielsweise) mit einer elektrischen Isolationsschicht gebildet werden, und die für die Flexibilität des Mantels geforderte Wellenform kann man erhalten, indem die Extrusion in der Wirkzone einer geschützten Vakuum-Wellenmaschine (Balgenbildungsmaschine) erfolgt. Das erfindungsgemäße gasisolierte Kabel kann damit ganz unter fabrikmäßigen Bedingungen hergestellt werden und es kann leicht erreicht werden, daß die Gasisolationshohlräume in dem Kabel frei von Verunreinigungen sowohl während der Herstellung des Kabels wie auch danach sind. Ein äußerer Metallmantel kann gleichzeitig mit dem Kabel hergestellt werden, wobei in diesem Fall der äußere Metallmantel vorzugsweise so gewählt ist, daß seine Wellenform eng an diejenige des Plastikmantels angepaßt ist, oder es kann alternativ dazu vorgesehen sein, daß das Kabel in eine Röhrenleitung aus Metall oder aus einem anderen Werkstoff eingesetzt wird; in beiden Fällen sind die Gasisolationshohlräume innerhalb des Kabels durch den Plastikmantel geschützt und sind keiner Verunreinigung unterworfen. . . ·

Die Erfindung wird im folgenden anhand einzelner Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit dem Verfahren zu deren Herstellung beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Vorderansicht eines gasisolierten Kabels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die teilweise entlang einer axialen Seite aufgebrochen ist um das Kabelinnere zu zeigen;

Figur 2 einen Querschnitt eines Teils des gewellten Plastikmantels der Figur 1, der die Passung der Abstandshalterenden mit den Wellungen zeigt;

Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie X-X der Figur 2; Figur 4 eine schematische Darstellung für eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines Kabels gemäß Figur 1;

Figur 5 Einzelheiten eines Extruderkopfes und einer Wellenbildungseinrichtung der Vorrichtung nach der Figur · 4, und

Figur 6 eine alternative Herstellungsvorrichtung, die für

die Herstellung von relativ kurzen Kabeln dient. Entsprechend den Figuren 1, 2 und 3 besitzt ein Kabel 1 eine Leiteranordnung 2 mit im Abstand angeordneten Abstandshaltern 3, die entsprechend der Patentschrift 1 280 762 ausgebildet sein können. Die Leiter/Abstandshalter-Anordnung 2, 3 befindet sich innerhalb eines hohlen Mantels 4 aus Pastikmaterial, der wie dargestellt, entlang seinem Umfang gewellt ist. Die äußersten FJnden der Abstandshalter 3 sind in komplementär ausgebildeten Verformungen 5 des Mantels 4 aufgenommen und anhand einer Betrachtung der Figuren 2 und 3 kann insbesondere erkannt werden, daß diese Konfiguration eine elektrische Abschirmung für die äußeren Enden der Abstandshalterblätter und damit eine Reduzierung der elektri— sehen Belastung an diesen äußeren Enden liefert. Entsprechend der Figur 2 kann der Mantel 4 aus Plastikmaterial eine innere, elektrisch isolierende Schicht und eine äußere leitende oder halbleitende Schicht besitzen; bei einem Kabel mit einem Gesamtdurchmesser in der Größenordnung von 22 5 mm kann beispielsweise die innere Schicht eine Dicke

in der Größenordnung von 1 mm und die äußere Schicht eine Dicke von etwa 3 mm -besitzen. Der Mantel 4 kann beispielsweise aus Hochleistungs-Polyäthylen (Hochdruckpolyäthylen) bestehen.

Die Figur 4 zeigt schematisch ein Montageband zum Herstellen des Kabels gemäß der Figuren 1 bis 3. Die aufgewickelte Kabelseele wird von einer Haspel 10 mit Hilfe einer geschützen Raupenzugvorrichtung ("caterpuller") 11 abgezogen, welche die Kabelseelen einer Reinigungsstation 12 zuführt, in der heißes, entionisiertes Wasser unter Druck auf die Kabelseelen aufgesprüht wird. Von. der Reinigungsstation 12 gelangen die Kabelseelen in das Innere eines Raumes 13 mit reiner Luft, in dem ein Bedienungsmann 14 das synchrone Einfügen der Abstandshalter zwischen die Adern der Kabelseele besorgt. Die Kabelseelen/Abstandshalter werden dann zu dem Kopf 15 eines Extruders 16 gefördert, in dem der Mantel aus Plastikmaterial zugeführt wird und von dort gelangen die ummantelten Kabelseelen durch einen geschützten Vakuum-Wellenbildner 17, wie z.B. der CORMA-Balgenmaschine. Von dort gelangt das ummantelte Kabel zu der Aufnahmespule 18.

Die Figur 5 zeigt den Extruderkopf und den nachfolgenden Wellenbildner in näheren Einzelheiten. Die Anordnung muß notwendigerweise so ausgebildet sein,daß eine Synchronisation zwischen dem Einsetzen der Abstandshalter und dem Vorschub der Kabelseelen zu und durch den Extruder sowie dem Arbeiten des Wellenbildner erzielt wird und alle geeigneten und passenden Vorrichtungen können hierzu eingesetzt werden. Entsprechend der Darstellung weist der Extruderkopf ein drehbares Führungs- und Trägerteil 20 für die in der Vorrichtung eingesetzten Abstandshalter 3 auf, und er besitzt einen Haupt- und einen Hilfs-Extruder 21 und 22 für die äußere bzw. innere Schicht des Kabelmantels. Eine Abstandshalterführung/Ausziehträger 23 erstreckt sich durch den Extruderkopf und über die Ziehformen hinaus, die das Ausmaß für das Ausziehen des extrudierten röhrenförmigen Mantels

bestimmen, was wichtig ist dafür, daß die Ausrichtung der Abstandshalterglieder auf die Verformungen in der Wand des extrudierten Mantels sichergestellt wird. Man kann feststellen, daß der durch die Enden der Abstandshälterglieder definierte Durchmesser größer ist als der endgültige, ausgezogene Durchmesser des extrudierten Mantels.

Wenn der extrudierte Mantel das Ende des Ausziehträgers 23 passiert, wird er von dem CORMA-Wellenbilder 24 ergriffen, der zirkulierende, raupenzugförmige Blöcke 25 aufweist, die (in an sich bekannter Weise) als Vakuumformen dienen und den extrudierten Mantel kühlen.· Man kann erkennen, daß die Abstandshalter von geeigneten Formblöcken aufgenommen werden, die voneinander um jeweils die Hälfte der Schlaglänge der verdrillten Kabelseelen beträgt, wobei diese spezielle ausgebildeten Formblöcke Platz haben für die Deformationen, die von den Enden der Abstandshalter in dem extrudierten Mantel verursacht werden.

Während die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Verfahrensweise ein kontinuierliches Herstellungsverfahren illustriert, zeigt die Figur 6 ein Verfahren, das nur zur Herstellung von diskontinuierlichen, kurzen Längen geeignet ist. Es wird ein der Figur 5 ähnlicher Extruder verwendet, und eine zerlegbare Form 30 mit darin festgehaltenen Abstandshaltern 31 wird durch den Extruderkopf derart geführt, daß eine Schicht aus Material über die Form extrudiert wird.

Durch Anbringen eines Vakuums an der Form wird der extrudierte Mantel mit den Wellen der Form versehen. Die Form kanndann auseinandergenommen und entfernt werden. Das Verfahren nach Figur 6 wird nicht als lebensfähiges Verfahren zur Herstellung von Produktionslängen von Kabeln empfohlen, sondern es repräsentiert eine leichte Methode zur Herstellung kurzer Kabellängen, beispielsweise für Testzwecke. Das gemäß der Erfindung aufgebaute gasisolierte Kabel wird also in der Weise gebildet, daß die Leiter/Abstandshalter zusammen mit dem Mantel aus Plastikmaterj al angeordnet werden, und die

Gashohlräume in dem Kabel können so sauber wie bei der Herstellung des Kabels gehalten werden, indem die Enden des Kabels für den Transport zum Installationsort versiegelt werden. Der Plastikmantel kann genügend stark ausgebildet werden, so daß er den vorgesehenen inneren Gasdruck aushält, oder es kann alternativ wie zuvor beschrieben, ein äußeres Metallgehäuse vorgesehen werden. Das Kabel kann so wie es ist in einem speziell vorbereiteten Graben angeordnet werden, insbesondere in dem Fall, bei dem das. Kabel ein äußeres Metallgehäuse besitzt, das zusätzlich mit antikorrosiven Außenschichten versehen sein kann, doch wird erwartet, daß das Kabel normalerweise in ein Rohr oder eine Leitung gelegt wird, die aus Metall oder Keramik oder Beton gebildet ist, oder beispielsweise in ein Rohr aus einem metal!verstärkten Plastikverbund.

In dem Bereich der Erfindung sind verschiedene Alternativen und Modifikationen möglich. Beispielsweise sind zuvor ein in Figur 4 dargestelltes kontinuierliches Herstellungsverfahren sowie ein diskontinuierliches Herstellungsverfahren gemäß der Figur 6 beschrieben worden, weil das letztere nur für die Herstellung von kurzen Längen vorgesehen ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem diskontinuierlichen Verfahren, das für die Herstellung von Längen bis zu 100 m verwendet wird.-Gemäß dieser Alternative kann die Modifikation des in Figur 4 dargestellten Herstellungsverfahrens so sein, daß die Wellen des extrudierten Mantels nicht unmittelbar nach der Extrusion bewirkt werden, sondern daß stattdessen der Mantel um die Leiter/Abstandshalter extrudiert wird und in einer horizontalen Ebene herausläuft, so daß ein gerades, ungewelltes Kabel entsteht, das nachfolgend der Wellenbildung unterworfen wird. Die nachfolgende Wellenbildung kann entweder an dem gleichen oder einem anderen Ort und mit oder ohne Abschneiden des Kabels erfolgen, insbesondere kann der extxudierte Mantel beispielsweise mit Hilfe eines Wellenbildner erfolgen, der den

extrudierten Mantel erneut erhitzt und mit Hilfe von
Vakuumformern die Wellenform erzeugt, wobei eine solche
Wellenbildungsmaschine sich entweder entlang der Länge des
extrudierten Kabelmantels bewegen kann oder der Kabelmantel durch diese Maschine bewegt wird, wobei Maßnahmen getroffen werden, die Einwirkung der Wellenbildung mit den jeweiligen Plätzen der Abstandshalter zu koordinieren.

AS

L eersei te

Claims

SCHIFF v.FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FlNCK MARrAHlLFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSEiPOSTFACH 95O16O, D-8000 MDNGHEN 95 PIRELLI GENERAL PUBLIC LIMITED COMPANY - . :.. ..- ."■:"·. 12. Februar 1982 DEA-25 669 PATENTANSPRÜCHE

1.1 Elektrisches Kabel für Hochspannungs-Leistungsubertragungssysterne, gekennzeichnet durch

eine.Mehrzahl von inneren Leitern, die miteinander verdrillt sind,

einem einstückig ausgebildeten extrudierten Plastikmantel, dessen innerer Durchmesser wesentlich größer ist als der Außendurchmesser der verdrillten Leiter, wodurch ein um die Leiter innerhalb des Mantels verlaufender Hohlraum ge-

1.0 bildet wird,

ein Isolationsmaterial aus komprimiertem Gas innerhalb des Hohlraums beim Betrieb des Kabels, und eine Vielzahl von Abstandshaltern, die die Leiter innerhalb des Plastikmantels an Stellen unterstützen, die voneinander entlang der Achse des Kabels im Abstand angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter aus festem dielektrischen Material besteht und eine Anzahl von im wesentlichen radial verlau-

fenden Rippen besitzt, die im Eingriff mit den verdrillten Leitern stehen und sich so erstrecken, daß sie in Kontakt mit der Innenwand des Plastikmantels stehen, wobei das äußerste Ende von jeder der radialen Rippen im Eingriff mit komplementär gestalteten Teilen des Plastikmantels steht und eine Reduzierung der elektrischen Be-' anspruchung an den Abstandshalterenden liefert.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der extrudierte Plastikmantel an seinem Umfang wellig ist und daß die komplementär geformten Teile des Mantels, die im Eingriff mit den äußersten Enden der radialen Rippen stehen, durch lokale Deformationen des gewellten Mantels um die Enden der Rippen definiert sind.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der extrudierte Plastikmantel eine Isolationsschicht und eine halbleitende Schicht enthält.

4. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen einstückigen, äußeren Metallmantel.

5. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Isolations-

material aus komprimiertem Gas Schwefelhexafluorid enthält.

6. . Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Kontinuierliches Fördern der Vielzahl von inneren Leitern von einer Quelle zu einer Behandlungsstation, Verdrillen der Leiter umeinander und Einsetzen der Abstandshalter an Stellen mit untereinander gleichem Abstand entlang der Länge der verdrillten Leiter, kontinuierliches Zuführen der verdrillten Leiter und der Abstandshalter in einen Extruderkopf zum Extrudieren des Plastikmantels um sie herum und

kontinuierliches Extrudieren des Plastikmantels um die verdrillten Leiter und die Abstandshalter derart, daß ein im wesentlichen zylindrischer Mantel mit einem solchen Innendurchmesser gebildet wird, daß das äußerste Ende einer jeden Abstandshalterrippe eine lokale nach außen gerichtete Verformung des .extrudierten Mantels bildet, so daß die Verformungen die komplementär ausgebildeten Teile des Mantels bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der extrudierte Plastikmantel auf eine vorgegebene Größe heruntergezogen wird, so daß eine Deckung der Enden der Abstandshalterrippen mit der Deformation des extrudierten Mantels sichergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vakuumbildung der extrudierte Mantel gewellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Wellung des Mantels mit dem Einsetzen der Abstandshalter in die verdrillten Leiter synchronisiert ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der extrudierte Mantel eine Vielzahl von simultan extrudierten Schichten aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein Metallmantel um den extrudierten Plastikmantel herum extrudiert wird.

12. Vorrichtung zur Herstellung eines elektrischen Kabels nach Anspruch 1 und zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch' eine Arbeitsstation zum Einsetzen der Abstandshalter in die verdrillten Leiter,

einem Extruderkopf, der geeignet ist zum Extrudieren des Plastikmantels um die verdrillten Leiter und damit verbundenen Abstandshalter, wobei der Extruderkopf ein Durchgangsloch zum Durchtritt der verdrillten Leiter und der damit verbundenen Abstandshalter sowie eine ringförmige Extruder-

Öffnung aufweist, die, das Durchgangsloch umgibt, ein drehbares Stützglied, das in dem Durchgangsloch des Extruders angeordnet ist und zum Plazieren und Führen der Abstandshalter bei deren Weg durch den Extruderkopf dient, wobei das Stützglied sich in der Auszugsrichtung des Extruderkopfes über die ringförmige Extruderöffnung so erstreckt, daß eine Abziehstütze für das aus der Extrusionsöffnung herausgehende Extrudat gebildet wird, und durch

einen Wellenbildungsmechanismus an dem Ausgang des Extruders, der mit dem Einfügen der Abstandshalter in die verdrillten Leiter synchronisiert ist.

13. Gerät nach Anspruch 12,- dadurch g e k e η η -

ζ e" i c h- η e t , daß der Extruderkopf für eine gleichzeitige Extrusion von mehr als einem Plastikmantel geeignet ist, wodurch ein Kabel mit einem mehrschichtigen Mantel gebildet wird.

14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch g e -

k e η η ζ e i c h η e t , daß der Wellenbxldungsmechanismus sich bewegende Formblöcke aufweist, die so angeordnet sind, daß sie zusammenkommen und dabei eine sich bewegende Formröhre bilden für das Vakuumformen des extrudierten Mantels auf die geforderte Wellenkonfiguration.

15. Elektrisches Kabel, Verfahren zur Herstellung oder Gerät zum Ausführen des Verfahrens, entsprechend der vorangehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.