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Hochspannungskabel mit getränkter Papierisolation Das Isoliermittel
von Hochspannungskabeln besteht, wie bekannt, in der Regel aus Papier, welches in
Streifenform um die Leiter gesponnen und dann mit flüssigen Isoliermassen, wie ölen,
Harzen oder Gemischen aus solchen, getränkt wird. Hochwertige Isolieröle weisen
eine verhältnismäßig hohe Wärmeausdehnung auf, eine Eigenschaft, welche sich bei
Hochspannungskabeln im Betrieb recht störend bemerkbar macht. Die Ausdehnung beträgt
bis zu o,i °/o je Grad Temperatursteigerung, so daß also bei der Erwärmung eines
Kabels im Betriebe von beispielsweise io° auf 35° die gesamte Raumausdehnung der
Masse a,5 °/o beträgt. Da sich naturgemäß bei Wiederabkühlung des Kabels die Tränkmasse
um den gleichen Betrag zusammenzieht, bilden sich leicht Hohlräume in der Isolation,
wenn nicht Einrichtungen geschaffen sind, welche ein Nachdringen der Masse aus einer
Art Vorratsraum in die Papierschichten gestatten.
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Um solche Vorratsräume zu schaffen, ist es vorgeschlagen worden, den
Leiter innen hohl auszubilden. Der Hohlraum füllt sich beim I.'ränken des Kabels
mit Masse. Kühlt sich das Kabel ab, so nehmen zuerst die äußersten Schichten unter
dem Bleimantel eine niedere Temperatur an, die Masse wird dort dickflüssiger, zieht
sich zusammen und saugt dabei die im Innern zunächst noch dünnflüssige Masse aus
dem Leiter langsam nach. Es bleiben also, falls das Leiterinnere genügend Masse
enthält, auch die dielektrisch besonders hoch beanspruchten Isolierschichten unmittelbar
auf dem Leiter gut getränkt, da die Masse aus dem Leiter radial zur Oberfläche und
von dort aus in die Papierschichten vordringt.
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Der Zweck der Hohlräume im Leiter wird naturgemäß nur dann erreicht,
wenn dieser selbst für die Tränkmasse in radialer Richtung durchlässig ist, d. h.
die einzelnen Drähte, welche den Leiter bilden, müssen gegeneinander genügend Spielraum
haben, dürfen also nicht vollkommen dicht schließen. Dies bedingt, daß insbesondere
die Leiteroberfläche nicht vollkommen glatt sein kann, sondern Spalte aufweisen
muß. Nun wird aber bekanntlich gerade bei Hochspannungskabeln eine möglichst glatte
Leiteroberfläche angestrebt, da bei einer solchen die dielektrische Beanspruchung
der Isolierschichten unmittelbar auf dem Leiter erheblich günstiger ist. Aus diesem
Grunde ist vorgeschlagen worden, den Leiter mit einem dünnen Bleimantel zu umpressen
oder ihn mit einem Metallband zu umwickeln oder auch eine Schicht metallisierten
Papiers aufzulegen, wobei die metallüberzogene Seite des Papiers auf dem Leiter
liegt.
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Alle diese Mittel haben den Nachteil, daß sie zwar die dielektrische
Beanspruchung herabdrücken, daß sie jedoch die, wie oben angegeben, sehr wichtige
Ergänzung der Tränkmasse aus dem Leiterinnern verhindern, da sie dessen Oberfläche
dicht abschließen. Die Verwendung von Hohlleitern, welche eine gute Tränkung der
Isolation eines Kabels
auch im Betriebe gewährleistet, und die Anordnung
einer leitenden Schicht zur Glättung der Leiteroberfläche schließen sich daher bei
den bisher -bekannten Mitteln in ihrer Wirkung gegenseitig aus.
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Gemäß der Erfindung besteht die leitende Auflage auf dem Leiter aus
einer zwischen dem Leiter und der Isolation angeordneten elektrisch leitenden Zwischenschicht
aus einem porösen und saugfähigen Stoff und erhält eine solche Dicke bzw. ein solches
Volumen je Längeneinheit, daß ihr Fassungsvermögen für Tränkmasse, gegebenenfalls
unter Berücksichtigung von Hohlräumen im Leiter, der Volumenzunahme der Tränkmasse
j e Längeneinheit des Kabels bei den höchsten zu erwartenden Betriebstemperaturen
entspricht.
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Die metallisch leitende Schicht hat also bei der Anordnung` nach der
Erfindung nicht nur den Zweck, die Oberfläche des gesamten Leiters gleichförmig
zu gestalten, sondern vor allem soll diese Schicht eine derartige Beschaffenheit
haben, daß sie erstens selbst Tränkmasse aufzusaugen vermag und zweitens ein Hindurchtreten
der Tränkmasse durch sie in radialer Richtung von Hohlräumen im Leiter zu den Isolierschichten
und umgekehrt gestattet. Sie darf also nicht, wie dies bei Verwendung von Metallbändern
oder Bändern aus metallisiertem Papier der Fall ist, den Leiter flüssigkeitsdicht
gegen die Kabelisolation abschließen. Sie muß so porös sein, daß sie für Tränkmasse
annähernd ebenso durchlässig ist wie die Papierschichten der Kabelisolation, also
gewissermaßen einen elektrisch leitenden Schwamm für Tränkmasse darstellen, welcher
bei Erwärmung des Kabels die sich ausdehnende Tränkmasse aufnimmt und beim Wiederabkühlen
an die Papierisolation wieder abgibt.
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Eine solche Schicht läßt sich beispielsweise durch lagenweises Aufwickeln
von Bändern aus einem Papier erzielen, welchem bei der Herstellung im Brei leitende
Stoffe, wie Metallpulver, Metalloxyde, Graphit o. dgl., zugesetzt worden sind, derart,
daß die Zwischenräume zwischen den Fasern des Papiers teilweise mit diesen fein
gepulverten Stoffen ausgefüllt sind. Wie bekannt ist, kann man der Papiermasse Graphit,
insbesondere Flockengraphit, in solcher Menge zusetzen, daß das fertige Papier hinreichend
metallisch leitend ist, ohne daß die Saugfähigkeit und die Durchlässigkeit für Tränkmasse
durch den Zusatz wesentlich beeinträchtigt werden. Solche Graphitpapiere sind auch
bereits als durchlässige Einlagen in geschichteten Isolierstoffen, insbesondere
auch zum Aufbau der Isolierung von Kabeln, vorgeschlagen worden. Graphitpapiere
dieser Art können auch zur Herstellung von Ausgleichsschichten in Hochspannungskabeln
gemäß der Erfindung unter Ausnutzung dieser besonderen Vorteile verwendet werden.
Geeignet sind ferner feinmaschige Metallgewebe oder auch Textilgewebe, deren Fäden
zum Teil aus feinen Metalldrähtchen oder Metallbändchen bestehen.
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Die `Abkühlung eines erwärmten Kabels erfolgt von außen nach innen;
es erkalten daher die Masseschichten unter dem Bleimantel zuerst. Nun steigt die
Viskosität der üblichen Tränkmassen mit sinkenderTemperatur außerordentlich stark
an. Da sich gleichzeitig die Masse bei der Abkühlung starke zusammenzieht, saugt
sie aus dem Kabelinnern die dort noch warme, also noch dünnflüssige Tränkmasse radial
nach außen nach. Ist ein Kabelleiter, welcher in seinen Hohlräumen ebenfalls T ränkmasse
enthält, gegen die Kabelisolation durch dichte metallische Belegungen, wie sie bisher
vorgeschlagen worden sind, abgeschlossen, so vermag von dort aus keine Tränkmasse
in die Kabelisolation nachzufließen; die Folge davon sind Hohlraumbildungen in den
Isolierschichten, insbesondere in der Nähe des Leiters, also gerade dort, wo die
dielektrische Beanspruchung am höchsten und Hohlräume am gefährlichsten sind.
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Wird gemäß der Erfindung die poröse leitende Schicht dick genug gewählt,
so bilden sich beim Zusammenziehen der Tränkmasse die Hohlräume in dieser Schicht
selbst, sind dort aber ungefährlich, da in ihnen irgendwelche Strahlungserscheinungen
nicht auftreten können, weil sie allseitig von Flächen umschlossen werden, welche
g ecTies Potential au weisen. a man ie ar e er Schicht den-Tt e`rmischen Eigenschaften
der Tränkmasse an, so kann man sogar auf den Massevorrat, welcher bei Seilleitern
in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Drähten sitzt, ganz verzichten und
massive, also eindrähtigeLeiter verwenden oder solche, welche mit einem Bleimantel
umpreßt sind. Weiter besteht die Möglichkeit, den Leiterdurchmesser durch die Wahl
der Dicke der porösen leitenden Schicht so zu vergrößern, daß eine günstige Beanspruchung
des elektrischen Feldes an seiner Oberfläche erzielt wird. Ein so aufgebauter Leiter
besteht gewissermaßen aus zwei Organen, von denen das eine, der eigentliche Metalleiter,
der Stromleitung im Kabel dient, während das zweite Organ, die ihn konzentrisch
umgebende, poröse leitende Schicht mit ihrem. äußeren Durchmesser, die dielektrische
Beanspruchung der Isolierschichten bestimmt und gleichzeitig ein Ausgleichsorgan
für die sich ausdehnende und zusammenziehende Tränkmasse darstellt.
Die
Abbildung zeigt zwei Ausführungsformen der Erfindung. In Abb. i ist der Leiter i
aus einzelnen Drähten v erseilt, die einen zentrischen Hohlraum z umgeben; in diesem
Hohlraum können in an sich bekannter Weise Stützorgane, wie Spiralfedern o. dgl.,
angeordnet werden. Der Leiter i ist mit einer oder einigen wenigen Schichten eines
elektrisch leitenden Bandes 3 umsponnen, welches für Tränkmasse durchlässig ist.
Auf diese Schicht folgt die normale Papierumspinnung q., wie sie bei Hochspannungskabeln
allgemein üblich ist. Die isolierte Ader ist mit dem Bleimantel 5 umpreßt. Die Schicht
3 kann so dick bzw. so porös sein, daß sie selbst einen genügenden Vorrat an Tränkungsmasse
aufnimmt und die besonderen Hohlräume -2 im Leiter entbehrlich werden.
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Abb. z zeigt eine derartige Ausführungsform. 6 ist ein massiver Leiter,
7 ist die saugfähige leitende Zwischenschicht gemäß Erfindung, q. ist die massegetränkte
Papierisolation und 5 der Bleimantel. Während bei der Ausführung nach Abb. i auch
die Tränkmasse zwischen den einzelnen Drähten des Seilleiters und die Tränkmasse
im inneren Hohlraum a zur Nachfüllung der Papierschichten bei Zusammenziehung der
Tränkmasse bei Abkühlung mit zur Verfügung steht, die poröse leitende Schicht 3
also verhältnismäßig dünn gehalten werden kann; bietet der massive Leiter 6 keinen
weiteren Sammelraum für die elektrisch nicht beanspruchte Tränkmasse. Der Querschnitt
der Zwischenschicht 7 muß daher so bemessen sein, daß er die zur Ergänzung des Volumenunterschiedes
zwischen der warmen und kalten Tränkmasse erforderliche Henge Tränkmasse allein
aufzunehmen vermag. Das gleiche ist der Fall, wenn der Leiter aus einem Seil besteht,
das mit einem dichten Bleimantel umpreßt ist.