DE3837046A1 - Ein- oder mehradriges elektrisches mittel- oder hochspannungskabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem ein- oder mehradrigen elektrischen Mittel- oder Hochspan­ nungskabel mit zwischen der Leiteroberfläche und der Isolierung angeordneter Leitschicht.

Auch bedingt durch spektakuläre Brandfälle der letzten Zeit wird an die Industrie immer wieder die Forderung nach feuerbeständigen elektrischen Kabeln, die der Ener­ gieversorgung oder Nachrichtenübermittlung dienen, he­ rangetragen. Eine Feuerbeständigkeit ist deshalb so sehr wichtig, damit die Kabel ihre Funktion so lange wie möglich durchführen können, ohne daß es zum Ausfall der allgemeinen Stromversorgung oder der Steuer- oder Fern­ meldesysteme kommt. Gerade in Notsituationen kann es entscheidend darauf ankommen, ob bestimmte Anlagen unbe­ dingt weiterbetrieben oder Signale und Informationen zu Steuerzwecken auch nach dem Unglücksfall noch übermit­ telt werden können. Es gibt deshalb auch schon eine Reihe von Vorschlägen, elektrische Kabel zum Funktions­ erhalt im Brandfall mit besonderen Schichten auszustat­ ten, die trotz der im Brandfall erhöhten Außentemperatu­ ren noch über eine gewisse Zeit, d. h. bis zu einigen Stunden, die Funktionsfähigkeit des Kabels, möglicher­ weise auch eingeschränkt, gewährleisten. Bekannt ist z.B. eine Ausführung (DE-OS 25 51 568) nach der ein auf Schiffen und in Transportfahrzeugen verwendetes Kabel über dem elektrischen Leiter eine Bewicklung aus einem mit Silikonharz imprägnierten Band aus Glimmerpapier aufweist, über dem eine temperaturbeständige Kunststof­ folie mit überlappenden Bandkanten aufgewickelt ist. Die äußerste Kunststoffolienlage ist eine Schrumpfgarnum­ flechtung.

Ein anderes feuerbeständiges elektrisches Kabel (DE-PS 28 00 688) enthält über jedem Einzelleiter ein gewickel­ tes Glimmerband sowie eine darüberliegende Isolierung aus einem mit Aluminium-Hydroxid gefüllten thermoplasti­ schen Elastomeren. Als äußerer Schutzmantel dient eine geflochtene Metallpanzerumhüllung.

Funktionserhalt im Brandfall soll auch ein anderes elek­ trisches Kabel gewährleisten, bei dem über dem Leiter Glimmerpapier oder beschichtetes Glasseidenband in einer Lage oder Bewicklung aufgebracht ist (EP-PS 0 100 829). All die vorgenannten Ausführungen lassen erkennen, daß sich die Bemühungen um den Funktionserhalt bisher ledig­ lich auf solche Kabel erstreckt haben, die - als allge­ meine Energieverteilungskabel bezeichnet - mit einer Versorgungsspannung betrieben werden, die, abgesehen von einer ausreichenden Isolierung des spannungführenden Leiters hinsichtlich Feldstärke und Abschirmung notwen­ dige Maßnahmen im Schichtenaufbau des Kabels nicht er­ forderlich machen.

Im Brandfall sind aber nicht nur diese Kabel in Mitlei­ denschaft gezogen, sondern auch solche, die die elektri­ sche Energie z. B. für ein Hochhaus, einen gesamten Wohnhauskomplex, für eine Ölplattform und dergleichen liefern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei Mittel- oder Hochspan­ nungskabeln, d. h. Energiekabeln mit Betriebsspannungen von 20 kV und darüber Notlaufeigenschaften zu erhalten und den Funktionserhalt zumindest über einen gewissen Zeitraum sicherzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die zwischen der Leiteroberfläche und der Isolierung solcher Kabel angeordnete Leitschicht mindestens zwei­ schichtig aufgebaut ist, wobei die an den Leiter unmit­ telbar angrenzende Schicht aus getränktem, feuerbestän­ digem Wickelgut und die darüber liegende, der Isolierung zugekehrte Schicht aus extrudierten, leitfähigen Polyme­ ren besteht. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkennt­ nis, daß in einem geschichteten Dielektrikum eine Schicht dann als Leitschicht im Sinne der Hochspannungs­ kabeltechnik wirkt, wenn ihre Dielektrizitätszahl oder die Ohm′sche Leitfähigkeit über der der eigentlichen Isolierhülle liegt. Für die Praxis bedeutet dies, daß ein erfindungsgemäßes Kabel wie üblich mit den jeweils zugelassenen Betriebsspannungen betrieben werden kann, daß aber im Brandfall und nach der Zerstörung der für die Hochspannung geeigneten Isolierung ein Kurzschluß im elektrischen Betrieb des durch Feuereinwirkung geschä­ digten Kabels ausgeschlossen ist, da die bis zu diesem Fall als sog. innere Leitschicht wirkende Schicht die Funktion der Isolierung mindestens für einige Stunden übernimmt. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, den bei elektrischen Kabeln niederer Betriebsspannung geforder­ ten Funktionserhalt auch auf eine solche Spannungsebene zu übertragen, bei der aus elektrischen Gründen insbe­ sondere im Schichtenaufbau des Kabels besondere Maßnah­ men beachtet werden müssen.

Die den Leiter unmittelbar umschließende Schicht aus feuerbeständigem Wickelgut kann in Durchführung der Erfindung beispielsweise so ausgebildet sein, daß Glas­ gewebebänder ein- oder mehrlagig um den Leiter herumge­ wickelt sind. Oft kann es aber auch ausreichen, wenn als feuerbeständiges Wickelgut Garne, Fäden oder Schnüre aus entsprechenden Werkstoffen ausgewählt werden, die dann in Form einer oder mehrerer Wickellagen auf den Leiter aufgebracht werden.

Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn das Wickel­ gut zusätzlich mit Glimmer beschichtet ist. Diese Be­ schichtung ist besonders widerstandsfähig gegen die im Brandfall herrschenden Temperaturen, sie trägt aber auch dazu bei, den Mittel- oder Hochsqannung führenden Leiter hinreichend nach außen zu isolieren.

Das für die Zwecke der Erfindung verwendete Wickelgut wird vorteilhaft mit aushärtbaren Massen getränkt sein. Dabei ist in Durchführung der Erfindung zu berücksichti­ gen, daß das elektrische Kabel die für die Verlegung und die Montage benötigte Flexibilität trotz der den Funkti­ onserhalt gewährleistenden Bandage oder Bewicklung bei­ behält. Aus diesem Grunde hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als aushärtbare Masse beispielsweise elasti­ sche Silikonkautschuke zu verwenden.

Nach der Erfindung soll die sog. innere Leitschicht bei Mittel- oder Hochspannungskabeln zweischichtig aufgebaut sein, wobei die über der feuerbeständigen Bewicklung liegende äußere Schicht eine extrudierte leitfähige Schicht ist. Dies kann eine Leitschicht aus den heute auf dem Markt erhältlichen Mischungen sein, wobei es nach wie vor auf einen homogenen Übergang von der leit­ fähigen extrudierten Schicht auf die anschließende Iso­ lierung aus einem ebenfalls extrudierten Polymermateri­ al, beispielsweise aus einem Polyethylen, ankommt.

Die Erfindung sei anhand des in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Der Leiter 1 des hier einadrigen Hochspannungskabels besteht aus einer Vielzahl miteinander verseilter Ein­ zeldrähte. Dieser Leiter ist zum Funktionserhalt des Kabels im Brandfall von der Bewicklung 2 überdeckt. Diese Bewicklung 2 besteht aus gewickelten Glasseidebän­ dern, die mit Glimmer 3 in der dargestellten lockeren Form oder in möglichst dichter Bedeckung beschichtet ist. Die Bewicklung 2, in einer oder mehreren Lagen aufgebracht, ist mit einem elastischen Silikonkautschuk getränkt, der anschließend ausgehärtet wurde. Hierzu kann beispielweise eine bekannte kontinuierliche Vulka­ nisationsanlage dienen oder geeignete strahlende Heiz­ elemente, an denen der bewickelte Leiter vorbeigeführt wird. Will man einen solchen ergänzenden Arbeitsschritt nicht in den Fertigungsprozeß einbeziehen, kann man auch bereits vorgetränkte, beschichtete Bänder verwenden, die mit üblichen Wicklern auf den Leiter 1 aufgebracht wer­ den.

Da eine solche Bewicklung für eine langzeitige Hochspan­ nungsbeanspruchung im Kabel nicht die optimale Lösung bildet, ein solches gegen Feuereinwirkung geschütztes Kabel aber im ständigen Übertragungsfall und hinsicht­ lich der geforderten Übertragungsleistung hinter übli­ chen Mittel- oder Hochspannungskabeln nicht zurücktreten darf, ist über der Bewicklung 2 die durch Extrusion aufgebrachte Leitschicht 4 vorgesehen. Diese Leitschicht bildet zusammen mit der Bewicklung 2 im Normalbetrieb die innere Leitschicht des elektrischen Kabels, an die die Hochspannungsisolierung 5 angrenzt. Die Isolierung 5, beispielsweise aus einem trocken vernetzten Polyethy­ len, wird überdeckt von der äußeren Leitschicht 6, über der sich die elektrische Abschirmung des Kabels befin­ det, die z. B. aus den aufgeseilten Kupferdrähten 7 sowie einer darüber befindlichen Querleitwendel 8 be­ steht. Überdeckt wird dieser Schirm von der Ummantelung 9, einer durch Extrusion aufgebrachten Hülle aus einem geeigneten abriebfesten Polymermaterial.

Entscheidend für diese Konstruktion eines elektrischen Mittel- oder Hochspannungskabels ist, daß das Kabel im Normalbetrieb betrieben werden kann, wobei die Leit­ schicht aus den Einzelschichten 2 und 4 besteht, daß aber im Brandfall und nach Zerstörung der durch Extrusi­ on aufgebrachten Hüllen ein Teil der inneren Leit­ schicht, nämlich die Bewicklung 2 nunmehr zur Isolierung des Leiters 1 wird, und so den Funktionserhalt des Ka­ bels noch über eine Zeit aufrechterhält, die es erlaubt, notwendige Stromversorgungen und Abschalt- oder Signal­ vorgänge sicherzustellen.

Abweichend von dem in der Fig. dargestellten einadrigen Mittel- oder Hochspannungskabel ist die Erfindung selbstverständlich auch auf mehradrige Kabel anwendbar, die dem gleichen Zweck dienen. In solchen Fällen ist jeder Leiter einzeln von einer feuerfesten oder feuerbe­ ständigen Bewicklung umgeben, an die sich als weiterer Bestandteil der inneren Leitschicht eine extrudierte Schicht aus einem leitfähigen Kunststoff anschließt.

Die Erfindung ist aber auch anwendbar für solche Kabel höherer Betriebsspannung, bei denen statt der durch Extrusion hergestellten Isolierung 5 als solche ein Öl-Papierdielektrikum verwendet wird. Lediglich die äußere Leitschicht 6 ist dann der Isolierung und der Nennspan­ nung anzupassen.

Der Außenmantel 9 des elektrischen Kabels kann zusätz­ lich besondere flammhemmende und/oder wärmedämmende Zusätze enthalten, also Mittel, die in der Kabeltechnik an sich üblich sind.

Claims (6)

1. Ein- oder mehradriges elektrisches Mittel- oder Hoch­ spannungskabel mit zwischen Leiteroberfläche und Isolierung angeordneter Leitschicht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß diese Leitschicht mindestens zwei­ schichtig aufgebaut ist, wobei die an den Leiter unmittelbar angrenzende Schicht aus getränktem, feu­ erbeständigem Wickelgut und die darüber liegende, der Isolierung zugekehrte Schicht aus extrudierten, leitfähigen Polymeren besteht.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelgut ein- oder mehrlagig aufgebrachte Glas­ gewebebänder sind.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelgut ein- oder mehrlagig aufgebrachte Garne, Fäden oder Schnüre aus feuerfesten Werkstoffen sind.

4. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wickelgut mit Glimmer beschicht ist.

5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wickelgut mit aushärt­ baren Massen getränkt ist.

6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als aushärtbare Masse ein elastischer Silikonkaut­ schuk dient.