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Einadriges elektrisches Kabel Die Erfindung betrifft einadrige elektrische
Kabel mit geschichteter Isolierung, die z. B. aus schraubenförmig in einer Anzahl
von Schichten aufgewickeltem Papier besteht und mit einem flüssigen oder halbflüssigen
Isoliermittel (z. B. C51 oder Masse) getränkt ist.
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Es hat sich gezeigt, daß es wesentlich ist, soweit als möglich- die
Bildung von Vakuumräumen oder Räumen geringen Drucks innerhalb der Isolierung zu
vermeiden. Bei den bisherigen Bauarten von einadrigen Kabeln war es üblich, den
Leiter mit einer Isolierung von kreisförmigem Querschnitt zu versehen. Es ist jedoch
ein Nachteil derartig aufgebauter Kabel, daß bei der betriebsmäßigen Erwärmung des
Kabels die Volumenzunahme des zwischen den Isolierschichten und zwischen der innersten
Schicht und dem Leiter befindlichen Tränkmittels nicht stattfinden kann, ohne eine
ungünstig starke Zugbeanspruchung auf die Isolierschichten auszuüben, indem das
Tränkmittel durch die verschiedenen die Isolierung bildenden Schichten hindurchgedrückt
wird. Bei der Abkühlung des Kabels kühlt sich das Tränkmittel in den äußeren Teilen
der Isolierung schneller ab als in den inneren Teilen des Kabels, so daß das Tränkmittel,
das aus den Schichten der Isolierung nach außen gedrückt wurde, nicht in seine ursprüngliche
Lage in der Isolierung zurückkehren kann, wodurch Vakuumräume oder Räume geringen
Drucks entstehen.
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Die Erfindung bezweckt die Ausbildung eines Kabels, bei welchem die
Ausdehnung des zwischen den Isolierschichten und zwischen der innersten Schicht
und dem Leiter befindlichen Tränkmittels stattfinden kann, ohne auf die Schichten
eine ungünstige Zugbeanspruchung auszuüben und ohne daß ein schädliches Hinausdrücken
des Tränkmittels durch die einzelnen Isolierschichten in im, allgemeinen radialer
Richtung eintritt.
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Um dieses zu erreichen, werden gemäß der Erfindung die Schichten des
Isolierstoffes so aufgebracht, daß sie in den zur Kabelachse senkrechten Querschnitten
nichtkreisförmige Gestalt haben. Dies kann entweder durch einen nichtkreisförmigen
Leiter verursacht werden oder dadurch, daß, wie bereits für mehradrige Kabel vorgeschlagen
wurde, bei Verwendung eines kreisförmigen Leiters die erforderliche Gestalt- erzielt
wird, indem Streifen von Isolierstoff im gegenseitigen Abstand auf seine Oberfläche
aufgebracht werden. Bei derartig aufgebauten Kabeln ändert
die Ausdehnung
des zwischen den Schichten der Isolierung befindlichen Tränkmittels die Gestalt
der Isolierung, die dabei sich der kreisförmigen Gestalt zu nähern bestrebt i$L:
Dieses Ergebnis wird ohne nennens"ver@s' Strecken der Isolierschichten oder Hindurelz='
drücken des Tränkmittels durch die Isolieren schichten erzielt.
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Bei Kabeln mit der üblichen kreisförmigen Isolierung ist es notwendig,
einen Isolierstoff zu benutzen, der einen gewissen Durchlässigkeitsgrad hat, und
ferner ein. Tränkmittel, Glas eine bestimmte Dünnflüssigkeit besitzt, so daß ein
Durchtreten des Tränkmittels durch die Schichten der Isolierung eintreten kann.
Bei Kabeln gemäß der Erfindung kann durch die Wahl einer geeigneten Gestalt für
.die Isolierung eine beträchtliche Zunahme des von jeder Schicht eingeschlossenen
Volumens stattfinden mit einer verhältnismäßig geringen Streckung des Stoffes der
Schichten. Info,1gedes.sen wird die Gefahr der Überbeanspruchung beseitigt und ebenso
auch die Voraussetzungen für das Hindurchdrücken des Tränkmittels. Abgesehen von
den Anforderungen an die Anfangstränkung kann die Wahl des Isoliermittels für die
Schichten und für die Tränkung ohne Rücksicht auf die Durchdringung im Kreislauf
unter den Betriebsbedingungen erfolgen. Eine vorteilhafte Auswahl der Isoliermittel
kann daher unter den üblichen Bedingungen stattfinden. Dem Papier kann z. B. eine
Behandlung gegeben werden, die seine Durchschlagsspannung erhöht, obwohl sie es
gleichzeitig verhältnismäßig undurchlässig macht, und der Bereich der zulässigen-Tränkmittel
kann- sogar bis zu bei normaler Lufttemperatur verhältnismäßig festen Gallerten
ausgedehnt werden.
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Durch die vorstehenden Ausführungen ist der Zweck der Wahl einer nichtkreisförmigen
Gestalt für die Schichten, die sehr verschieden sein kann, klar angegeben. Die nachstehend
angegebenen Ausführungen sind nur Beispiele.
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Eine geeignete und vorteilhafte Gestalt für die Isolierschichten ist
die Ellipse, da bei dieser der Unterschied zwischen den beiden Achsen groß gewählt
werden kann. Die Ellipse gestattet die leichte Herstellung des Kernes und die leichte
Anbringung der Isolierschichten. Außerdem können die elektrischen _ Beanspruchungen
leicht errechnet werden.
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Andere brauchbare Formen sind Dreiecke oder Vierecke. Im allgemeinen
müssen die Ecken abgerundet und die Seiten etwas konvex gemacht werden.
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Die Leiter werden im allgemeinen in Strängen hergestellt mittels eines
Ziehwerkzeuges oder Walzen. Sie können entweder gerade oder um die eigene Achse
schraubenförmig gedreht verlaufen. Im letzten Falle wird der Leiter, der aus Drahtsträngen
hergestellt ist, :.kor der Isolierung zu dem nichtkreisförmi-@eiz Querschnitt so-
geformt, daß der nicht-:kreisförmige Querschnitt um die Längsachse des Stranges
gedreht ist. Diese Gestaltung ist aus Abb. 6 ersichtlich, die einen Leiter nach
Anbringung der Isolierung darstellt. Solche Leiter werden in der Beschreibung vorgeformte
Leiter oder vorgeformte Stränge genannt. Diese Leiter, die bei der Herstellung von
mehrädrigen Kabeln bekannt sind, können nach bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Der isolierte Leiter wird in einen Mantel aus Blei oder Bleilegierung
eingeschlossen. Der Mantel kann kreisförmig sein oder die gleiche nichtkreisförmige
Gestalt haben wie die Kabelseele.: Im ersten Falle können nachgiebige Füllstoffe
um die Kabelseele gelegt werden, um sie zu der kreisförmigen Gestalt zu ergänzen
(Abb.3). Wird der Bleimantel ohne Füllstücke aufgebracht (Abb. i), so daß Zwischenräume
zwischen der Kabelseele und dem Mantel an einigen Stellen seines Umfanges verbleiben,
so wird der Zwischenraum teilweise mit dem Tränkmittel und teilweise mit einem inerten
Gas ausgefüllt. Die Anwesenheit des Gases beschränkt den Druck innerhalb des Bleimantels
bei den Wärmedehnungen des Tränkmittels.
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Der Zwischenraum zwischen der Kabelseele und dem Bleimantel ist besonders
vorteilhaft, wenn die an sich bekannten vorgeformten Stränge verwendet werden. Die
Form des schraubenförmigen Stranges begrenzt die Kräfte, die bei der Längsausdehnung
des Kupfers infolge der Temperatursteigerung auftreten. Der Zwischenraum zwischen
der Kabelseele und dem Bleimantel gestattet die Formänderung des Leiters unter dem
Einfluß dieser Längsdehnung, ohne den Mantel auszuweiten oder einen schädlichen
Druck auf ihn auszuüben. Bei dieser Form des Stranges äußert sich dann mir die Wirkung
der Längskräfte in der Zunahme des Durchmessers der Schraubenform der einzelnen
Drähte.
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In der Zeichnung zeigen Abb. i bis 3 Schnitte von einadrigen Kabeln,
Abb. q. einen Einzelteil des Schnittes in größerem Maßstabe, Abb.5 einen Grundriß
dieses Teiles in größerem Maßstabe, Abb. 6 ein Schaubild für den vorgeformten, schraubenförmig
gedrehten Leiter.
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Gemäß Abb. i hat das Kabel i einen Leiter 2 von elliptischem Querschnitt
und eine Isolierung 3 aus getränktem Papier. Das
Papier wird um
den Leiter in der üblichen Weise gewickelt und nimmt natürlich eine elliptische
Gestalt an. Eine leitende Schicht q. wird, wie an sich bekannt, um die Isolierung
3 herumgewickelt und stellt eine leichte Verbindung mit der Innenfläche eines Bleimantels
6 her. Dieser Mantel hat in diesem Falle den üblichen kreisförmigen Querschnitt,
so daß Zwischenräume 7 zwischen dem Mantel und der Kabelseele gebildet werden. Diese
Zwischenräume werden teilweise mit Tränkmittel, teilweise mit einem inerten Gas
ausgefüllt. Der Bleimantel 6 wird wie üblich mit einem getränkten Faserstoff 17
bedeckt. Wenn der Bleimantel nichtkreisförmig ist, hat er dieselben Vorteile hinsichtlich
der Vermeidung ungewöhnlicher Beanspruchungen, wie sie für die Schichten aus Isolierstoff
festgestellt sind.
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Bei dieser Ausführungsform nach Abb. 2 haben sowohl der Leiter 2 als
auch die Isolierung 3 als auch der Mantel 6 elliptischen Querschnitt, und zwar der
Mantel solche Abmessungen, daß zwischen ihm und der Kabelseele ein schmaler radialer
Zwischenraum vorhanden ist.
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Die Ausführungsform nach Abb. 3 ist die gleiche wie diejenige nach
Abb. i mit der Ausnahme, daß die Zwischenräume zwischen dem Mantel und .der Kabelseele
mit nachgiebigem Stoff, z. B. losem Papier 8, ausgefüllt sind.
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Um der leitenden Schicht ein bestimmtes Potential zu geben, wird diese,
wie bekannt, zweckmäßig mit dem Mantel leitend verbunden. Zu diesem Zweck wird ein
Metallband mit federnden Ansätzen um die Kabelseele gewickelt. Für den radialen
Zwischenraum zwischen der Kabelseele und dem Mantel genügt etwa o,75 mm, so daß
sich für die Bandstärke 0,25 mm ergibt, da die Ansätze, wenn sie nicht zusammengedrückt
sind, nur etwa zweimal so hoch wie die Bandstärke zu sein brauchen. Ein Teil des
Metallbandes ist in den Abb. q. und 5 dargestellt, wo 14 das Band und 15 die Ansätze
bezeichnen. Das Band wird über den Kern so gewickelt, daß die Vorsprünge innen an
der leitenden Schicht 4. anliegen. Die Ansätze überbrücken dann den Zwischenraum
und bilden eine metallische Verbindung zwischen der leitenden Schicht und der inneren
Fläche des Bleimantels. Ein Zusammendrücken der Ansätze durch die Bewegung der Oberfläche
der Kabelseele nach außen kann eintreten, ohne daß die Vorsprünge eine dauernde
Formänderung erleiden. Die Ansätze dienen als Brükken zwischen dem Bleimantel und
der leitenden Schicht auch dann, wenn unterhalb des Bleimantels in dem Zwischenraum
sich das isolierende Tränkmittel befindet, die leitende Schicht wird also auf demselben
Potential erhalten wie der Bleimantel. Das Band 14 ist gemäß den Abb. I, 2 und 3
auf den Kern aufgebracht, jedoch kann .das Band in gewissen Fällen fortgelassen
werden. Wenn das Band bei der in Abb.2 dargestellten, Aus-' führungsform fortgelassen
wird, so ist zwischen dem Kern und dem Mantel ein schmaler radialer -Zwischenraum
vorhanden. Bei der Ausführung nach Abb. i und 3 mit radialem Zwischenraum muß dieser
etwa 0,75 mm zwischen den Enden der elliptischen Kabelseele und dem Teil
der inneren Fläche des .Bleimantels in Richtung der großen Achse der Ellipse betragen.
In einigen Fällen, z. B. bei der Ausführungsform nach Abb. i. können die Länge und
Ausladung der federnden Ansätze längs der größeren Achse des 'elliptischen Kernes
abnehmen, aber längs der kleinen Achse zunehmen.
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Die Ansätze 15 können durch Ausstanzen auf dem Bande 1d. hergestellt
werden; wenn das Band als zusätzliche Umhüllung der gewöhnlichen leitenden Schichten
4 verwendet wird, kann es als offene Schraube angebracht werden, und es braucht
dann nicht auf der ganzen Oberfläche des Kernes befestigt zu werden, um eine gute
Verbindung an allen Punkten zu erhalten, in denen es auf der Oberfläche anliegt.
Es brauchen nur die leitenden Brücken zwischen der leitenden Oberfläche der Kabelseele
und der Innenfläche des Bleimantels vorhanden zu sein. Die federnden Ansätze können
in verschiedener Weise gebildet werden. Die Vorsprünge können auch durch Befestigen
dünner Metallstreifen auf dem Metallbande erzeugt werden oder bei einem Metallbande
mit elliptisch darumgewickeltem Draht oder dadurch, daß einem Bande aus hart gezogenem
Kupfer oder Bronze eine Wellenform gegeben wird, so daß die Wellenberge nach außen
vorspringen, wenn das Band fest um die Kabelseele gewickelt wird.