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Verfahren zur Herstellung elektrischer Hochspannungskabel Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Hochspannungskabel
unter Vermeidung schädlicher Lufteinschlüsse, welche durch Bildung sauerstoffhaltiger
Verbindungen, insbesondere Ozonbildung, eine zerstörende Wirkung auf die organischen
Isoliermittel des Kabels ausüben.
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Die Erfindung geht im wesentlichen davon aus, daß sich bei der Kabelherstellung
Luftreste auch bei Beobachtung größter Sorgfalt und Heranziehung aller Hilfsmittel,
soweit sie unter Beobachtung der Wirtschaftlichkeit überhaupt in Frage kommen, nicht
vermeiden lassen und solche Luftreste Stellen geringeren Widerstandes im Kabel schaffen.
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Es wurde gefunden, daß man diesen Nachteilen begegnen kann, wenn man
bei der Herstellung elektrischer Hochspannungskabel vor deren Imprägnierung die
in diesen eingeschlossene Luft durch Stickoxydul ersetzt.
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Es ist an sich bekannt, bei der Kabelherstellung bzw. bei der Imprägnierung
von Kabeln der Bildung von Ozon entgegenzuwirken und innere Entladungen, welche
durch im Kabel eingeschlossene Luftblasen hindurch stattfinden können und Stromverluste
veranlassen, dadurch zu vermeiden, daß man entweder die die Stromverluste veranlassende
Luft unter hohen Druck versetzt oder auch diese Luft durch inerte Gase ersetzt,
welche unter hohen Druck versetzt werden. Als solches inertes Gas soll dabei Stickstoff
verwendet werden, der in stark komprimiertem Zustand, z. B. unter etwa 7 Atm., gehalten
werden soll. Dieses Verfahren ist infolge der Erfordernis einer Verwendung der inerten
Gase in stark komprimiertem Zustande mit dem Nachteil einer wesentlichen Erschwerung
des Kabelherstellungsverfahrens behaftet.
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Man hat auch schon vorgeschlagen, zwecks Entfernung der die Leistungsfähigkeit
und Lebensdauer herabsetzenden Lufteinschlüsse die verwendeten Isoliermischungen
vor Imprägnierung mit Acetylen zu versetzen; da dasselbe in denselben lösbar und
leicht verdichtbar ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man unter Vermeidung der Nachteile der
bekannten Verfahren auch bei Verwendung inerter Gase Hochspannungskabel herstellen
kann, welche gegen die schädigenden Wirkungen eingeschlossener Luft gesichert sind,
wenn man die -eingeschlossene Luft durch ein Gas austreibt,
welches
eine höhere dielektrische Kohäsion als Luft aufweist, und zwar Stickoxydul.
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Es hat sich gezeigt, daß bei Ersetzung der im Kabel eingeschlossenen
Luftblasen durch Stickoxydül die Entstehung sauerstoffhaltiger, insbesondere ozonhaltiger
Verbindungen und damit die Zerstörung der Isoliersubstanz des Kabels vollkommen
verhindert werden kann. Die besondere Wirkung des Stickoxyduls beruht dabei auf
seiner großen dielektrischen Kohäsion, d. h. es hält sein dielektrisches Vermögen
in weiten Grenzen aufrecht, oder besitzt mit anderen Worten ein hohes kritisches
Feld.
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Nach Bouty und Thomson ist unter dem Ausdruck »dielektrische Kohäsion«
die Feldstärke im Augenblick zu verstehen, in dem ein Gas leuchtend wird, d. h.
den Durchschlag erfolgen läßt. Wie sich aus nachstehendem ergibt, wird durch Ersetzung
der Luft mittels eines Gases von hoher dielektrischer Kohäsion im fertig imprägnierten
Kabel erreicht, daß eine ungewöhnlich hohe Spannung nur die Voraussetzung dafür
sein kann, daß ein Durchschlag möglich ist und daß es daher von besonderem Vorteil
sein muß, Luft, deren nachteiliger Einfluß bekannt ist, durch ein Gas zu ersetzen,
welches eine höhere dielektrische Kohäsion als diese besitzt.
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Nach B o u t y (Comptes-rendues de l'Academie de Science T. CXXXI
19oo) ist die dielektrische Kohäsion, d. h. die oben gekennzeichnete Feldstärke,
bis zu einem Drücke von 6 cm Hg-Säule durch die Formel F - a -f- bp wiederzugeben.
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Hierbei ist F die dielektrische Kohäsion, a und b sind Konstanten
für ein gegebenes Gas, wobei a bei den verschiedensten Gasen sich nur gering ändert,
z. B. für Luft 29o, Kohlensäure 229, Wasserstoff 231 beträgt, dagegen der Wert b
für die einzelnen Gase sehr verschieden ist und z. B. für Wasserstoff 2o5, Luft
q:19, Stickoxydul 5,37 beträgt.
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Die Größe p wird in cm Hg ausgedrückt. Unter diesen Umständen bezeichnet
man als kritisches Feld oder als kritische dielektrische Kohäsion eines Gases dasjenige,
bei welchem es leitend wird, d. h. wenn man annimmt, daß man zwischen zwei parallelen
Metallplatten eines Kondensators einen mit Gas unter dem Druck p (cm Hg) gefüllten
Glas-oder Quarzballon anordnet und die Potentialdifferenz zwischen den Platten bis
zum' Eintreten eines Überschlages unter Lichterscheinung wachsen läßt, so erreicht
man das Auftreten des kritischen Feldes. Dieses Feld entspricht in Volt pro Zentimeter
der obigen Formel F - a + bp. -. Hierbei ist a der bereits erwähnte, für
die einzelnen Gase wenig verschiedene Koeffizient, z. B. 29o für Luft und 231 für
Wasserstoff, während b die zweite obengenannte Konstante des Gases ist und p den
Druck in Zentimeter bezeichnet.
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Bei Annahme der kritischen Felder unter einem Druck von
70 cm Hg-Säule ergeben sich folgende Werte für
| Wasserstoff F==23-1+143'50,=1458I |
| Luft F = 29o + 29 330 = 29 62o |
| Stickstoff F =:23:2 -f- 32 550 = 32 78z |
| Stickoxydul F = 376 + 3:7 590 = 37 966 |
Aus diesen Angaben erhellt, daß, da es praktisch unmöglich ist, bei der Imprägnierung
von Kabeln die Bildung bzw. das Verbleiben von Gasblasen zu -vermeiden, die Wahl
von solchen Gasen an Stelle von Luftblasen, die nach der obengenannten Reihenfolge
sich hinter Luft ordnen, zu gegen dunkle Entladungen und damit Schädigungen der
Isoliermassen und ihrer gesamten Brauchbarkeit praktisch vollkommen gesicherten
Kabeln führen muß, da bei Stickstoff das kritische Feld um io,6°/0 höher liegt als
Luft, Stickoxydul das kritische Feld um 2,8,o0/() höher liegt als Luft.
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Die Gleichungen, die das kritische Feld angeben, haben, wie bereits
erwähnt, die Form F - a -f- pb, wobei a für die einzelnen Gase sehr wenig
verschieden ist, dagegen die Werte für b für die verschiedenen Gase sich sehr unterscheiden
und deren dielektrische Kohäsion charakterisieren und zeigen, .daß die Ersetzung
der in einem Kabel eingeschlossenen Luft durch Stickoxydul zu gegenüber bekannten,
wesentlich überlegenen Produkten führen muß, bei denen die Entstehung von sauerstoff-,
insbesondere ozonhaltigen Verbindungen und damit die Zerstörung der Isoliersubstanz
des Kabels durch elektrische Entladungen praktisch ausgeschlossen ist.
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In Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung verfährt man etwa derart,
daß man das unter Vakuum gehaltene Kabel auf geeignete Temperaturen erwärmt; eingeschlossene
Luft austreten.läßt und unter Aufhebung des Vakuums Stickoxydul für die ausgetretene
Luft einführt, worauf man wartet, bis die Diffusion genügend fortgeschritten ist.
Zweckmäßigerweise wird Evakuieren und Einführen von Stickoxydul mehrfach wiederholt,
um gewissermaßen eine Spülung des Kabels mit inertem Gas zu erreichen. Schließlich
wird nach nochmaligem Evakuieren in- üblicher Weise die heiße Imprägnierflüssigkeit
eingeführt und ein Vakuum so lange aufrechterhalten, bis sich das Kabel vollkommen
mit dem Imprägnierungsmittel überdeckt hat. Hierauf wird das Kabel -3n -der heißen
Imprägnierflüssigkeit belassen, bis die Durchdringung durch Kapillarität
vollkommen
ist, wobei man gegebenenfalls auch die Imprägnierungsflüssigkeit noch unter Druck
setzen kann, um eine schnellere und vollkommenere Durchdringung zu erreichen, während
eine Erhaltung oder Versetzung eingeführter, inerter Gase in stark komprimiertem
Zustand, wie nach bekannten Verfahren, gemäß Erfindung nichterforderlich ist.
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Das verwendete Stickoxydul kann gegebenenfalls wiederholt zur Durchspülung
verwendet werden, soweit es nicht in feinsten Resten im Kabel als Ersatz für Luft
zurückbleibt und nicht seine Verdünnung durch Luft es ungeeignet macht.