DE69507298T2 - Elektrisches kabel mit axialer und radialer wasserabdichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel vom im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Typ.
• Elektrische Kabel dieses Typs sind mit einem oder mehreren zentrisch angeordneten Leitern versehen, die mit verschiedenen Formen von Isoliermaterial umhüllt sind. Eine leitende Metallabschirmung, die dazu dient, ein Nullpotential auf der Isolierabschirmung des Kabels sicherzustellen, ist außen auf dem Isoliermaterial angebracht. Ein isolierender Kunststoffmantel ist außen auf der leitenden Abschirmung angeordnet. Ein hygroskopisches Material ist entweder in Form von quellfähigem Pulver oder quellfähigem Band zwischen dem Kunststoffaußenmantel und der leitenden Abschirmung vorgesehen. Dieses Material verhindert, daß sich in Längsrichtung des Kabels Wasser ausbreitet, da das Material bei Berührung mit Wasser aufquillt und eine weitere Ausbreitung des Wassers blockiert. Folglich kann sich in das Kabel eindringendes Wasser an dessen Endstellen nicht durch das Kabel ausbreiten oder auf jeden Fall nur mit einer ziemlich geringen Geschwindigkeit, so daß lediglich Kabelabschnitte, die in der unmittelbaren Nähe der Endstelle angeordnet sind, durch eindringendes Wassers zerstört werden.
• Im Augenblick ist es jedoch nicht möglich, Kunststoffaußenmäntel herzustellen, die eine vollständige Abdichtung gegen Wasser bieten, und demgemäß ist im Inneren des Kunststoffmantels eine Aluminiumfolie vorgesehen. Diese Aluminiumfolie bildet ein abgeschlossenes Rohr auf der gesamten Länge des Kabels. Dieses Aluminiumrohr muß in ziemlich kurzen Abständen in Längsrichtung des Kabels mit der Längsabschirmung des Kabels kurzgeschlossen werden, da sich anderenfalls ein Potential auf dem Aluminiumrohr ausbildet, das durch den im Kabel fließenden Strom induziert wird, was eine Durchschlaggefahr mit sich bringt. Die auf dem Aluminiumrohr induzierte Spannung kann Werte bis zu einigen hundert Volt annehmen, selbst wenn das elektrische Kabel nur im mittleren Voltbereich verwendet wird, d. h. von 1-36 kV. Das Problem ist besonders ausgeprägt im Fall von stationären Erdschlüssen, da die Kabel an einigen Stellen wegen sehr großer Spannungsunterschiede verbrannt werden können.
• Man hat versucht, diesen gewünschten Kurzschluß zwischen der radialen metallischen Wasserbarriere und einer Metallabschirmung des Kabels auf mehrere verschiedene Arten zu bewerkstelligen. Demgemäß hat man ver sucht, Leitungsdraht in die verwendeten quellfähigen Bänder einzuweben. Diese eingewobenen Drähte oder Filamente sorgen für einen gewissen Kontakt zwischen der Wasserbarriere und der Abschirmung des Kabels. Jedoch ist es wünschenswert, einen sichereren Kontakt mit größeren Kontaktstellen zu erzeugen.
• Jedoch ist der Stand der Technik nicht in der Lage gewesen, eine Lösung für dieses Problem zu lehren, und das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein elektrisches Kabel bereitzustellen, des einen guten und zuverlässigen Kontakt zwischen der Metallabschirmung und den leitenden Wasserbarrieren des Kabels sicherstellt.
• Dieses Ziel wird wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben erreicht, wobei der Kontakt durch ein Element bereitgestellt wird, das sich in Längsrichtung des Kabels erstreckt und abwechselnd unter den helixförmig angeordneten quellfähigen Bänder und außen auf ihnen angeordnet ist.
• Wenn die quellfähigen Bänder helixförmig gewickelt sind, kann das leitende Element beispielsweise parallel zur Achse des Kabels angeordnet sein sowie abwechselnd im Innern unter dem quellfähigen Band oder außen auf ihm gewickelt sein. Das leitende Element wird hierdurch abwechselnd mit der Abschirmung und den leitenden Wasserbarrieren des Kabels in Kontakt sein. Alternativ kann das leitende Element als Metallband vorgesehen sein, das in der und um die helixförmige Überlappungsfläche zwischen zwei benachbarten Längen des quellfähigen Bandes angeordnet ist. Dies sorgt für eine zusammenhängende Verbindung zwischen der Abschirmung des Kabels und der leitenden Wasserbarriere.
• Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines elektrischen Kabels gemäß der Erfindung; und
• Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines elektrischen Kabels gemäß der Erfindung.
• Fig. 1 zeigt die Struktur einer bevorzugten Ausführungsform eines elektrischen Kabels gemäß der Erfindung, und man sieht, daß das elektrische Kabel einen zentralen Leiter 1 aufweist, der vorzugsweise aus verdrillten Kupfer- oder Aluminiumdrähten hergestellt ist, wodurch dem Leiter eine gewünschte Biegsamkeit verliehen wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Kabel im mittleren Spannungsbereich, was bis zu 36 kV bedeutet, und im unteren Teil des Hochspannungsbereichs, was bis zu 72 kV bedeutet, verwendet.
• Eine Leiterabschirmung in Form einer halbleitenden Lage, die aus vernetztem Polyethylen hergestellt ist, ist außen auf dem Leiter 1 vorgesehen. Ein Isolator 3 ist außen auf der Leiterabschirmung 2 vorgesehen und ist aus isolierendem vernetztem Polyethylen hergestellt. Eine Isolierabschirmung 4, die aus halbleitendem vernetztem Polyethylen besteht, ist außen auf dem Isolator 3 vorgesehen. Vorzugsweise werden die Polyethylenlagen durch ein und dasselbe Extrusionsverfahren hergestellt, so daß sie durch eine Dreifach-Extrusion bereitgestellt werden. Die Leiterabschirmung 2 stellt eine glatte und ideal leitende Oberfläche für den Leiter 1 bereit, wodurch ein homogenes Feld in der Isolierung erzeugt wird. Das elektromagnetische Strahlungsfeld vom Leiter 1 und der Leiterabschirmung 2 bildet in der Isolierabschirmung 4 einen Ladungsstrom.
• Eine radiale Wasserabdichtung 5 in Form eines halbleitenden quellfähigen Bandes ist außen auf der Isolierabschirmung 4 vorgesehen. Die Wasserabdichtung 5 kann durch ein helixförmig gewickeltes halbleitendes quellfähiges Band bewerkstelligt werden. Um einen besseren elektrischen Kontakt zwischen der Isolierabschirmung 4 und einer Abschirmung 6, die außen auf der Isolierabschirmung angeordnet ist, sicherzustellen, wird die helixförmige quellfähige Bandlage, beispielsweise eine nicht gewebte Lage, mit einem entsprechenden helixförmigen Kohlenstoffband verflochten, was auf dieselbe Weise stattfindet, wie in Verbindung mit der Wasserabdichtung 7 beschrieben wird.
• Eine Kabelabschirmung 6, die beispielsweise aus Kupferdrähten besteht, ist außen auf der Wasserabdichtung 5 vorgesehen. Der Abstand zwischen diesen Kupferdrähten in Umfangsrichtung ist so gewählt, daß die Abschirmung 6 elektrisch zusammenhängend ist. Die Kupferabschirmung 6 hält das Potential auf der halbleitenden Isolierabschirmung bei Null und kann Erd- oder Kurzschlußströme führen. Folglich dient die Kupferabschirmung 6 als Arbeitsschutz während der Grabungsarbeiten.
• Eine Wasserabdichtungslage 7 ist außen auf der Abschirmung 6 vorgesehen, wobei die Lage ein axiales Ausbreiten von Wasser längs des Kabels verhindert. Diese Wasserabdichtungslage 7 besteht aus einem quellfähigen Band, das helixförmig gewickelt ist. Zwei quellfähige Bänder sind in der Ausführungsform in Fig. 1 vorgesehen, die bezüglich einander versetzt sind und mit einer derartigen Steigung gewickelt sind, so daß sie den gesamten Umfang des Kabels bedecken und sich in den Grenzflächen gegenseitig überlappen. Ein leitendes Metallelement 10 in Form eines Metallbandes, beispielsweise aus Kupfer, ist in diesen sich überlappenden Flächen in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform angeordnet. Ein radiales Wasserhindernis in Form einer umgebogenen Aluminiumfolie 8 ist außen auf der axialen Wasserabdichtungslage 7 vorgesehen, da der Außenmantel von elektrischen Kabeln, wie z. B. der aus Polyethylen hergestellte Mantel 9, kein vollständig sicheres Wasserhindernis aufweist. Dieses radiale Wasserhindernis wird folglich durch den Aluminiummantel 8 geliefert, und dieser ist auf der Außenseite mit Polyethylenklebstoff bedeckt, um eine gewisse Haftung am Mantel 9 sicherzustellen. Die leitenden Metallbänder 10 stellen einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Abschirmung 6 des Kabels und der Aluminiumfolie 8 sicher. Dieser gute elektrische Kontakt wird bereitgestellt, ohne daß dies nachteilig für die Wasserblockiereigenschaften der quellfähigen Bänder 7 in der axialen Richtung ist.
• Wenn die Abschirmung 6 und die Aluminiumfolie 8 in bezug aufeinander isoliert wären, würde sich auf der Aluminiumfolie 8 als Folge des in der Abschirmung 6 und im Leiter 1 fließenden Stroms ein Potential ausbilden. Dies würde eine Gefahr eines Durchschlags zur Erde nach sich ziehen. Das Potential auf dem Aluminiummantel kann Werte von einigen hundert Volt annehmen, und die Gefahr eines Durchschlags würde im Fall von stationären Erdschlüssen wegen großer Ströme im Kabel besonders ausgeprägt sein, und das Kabel kann an mehreren Stellen verbrannt werden. Das leitende Element 10, das wie erwähnt beispielsweise ein Kupferband sein kann, schließt die Abschirmung 6 und die Aluminiumfolie 8 kurz, so daß diese in Wirklichkeit elektrisch einen Teil der Abschirmung 6 bildet und in den Querschnitt der Abschirmung eingeschlossen werden kann.
• Eine quellfähige Längsseite 13 ist in Längsrichtung des Kabels angeordnet und verhindert, daß sich Wasser zwischen der Aluminiumfolie 8 und dem Metallelement 10 ausbreitet.
• Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform; jedoch ist das Kabel im großen und ganzen wie vorstehend erläutert konstruiert. Der einzige Unterschied besteht demgemäß darin, daß das leitende Element nicht als helixförmiges Metallband vorgesehen ist, sondern nun ein Längsdraht 11 ist. Der Draht 11 kann beispielsweise aus Kupfer sein und ist zwischen den quellfähigen Bandlängen 7 auf eine derartige Weise gewickelt, daß der Kupferdraht 11 abwechselnd außen auf den quellfähigen Bandlängen und unter diesen angeordnet ist. Im Gegensatz zur in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, in der die beiden quellfähigen Bandlängen gleichzeitig gelegt wurden, erfordert der in Fig. 2 gezeigte Stand der Technik, daß die quellfähige Bandlänge 7b angebracht wird, nachdem die quellfähigen Bandlängen 7a angebracht worden sind, wobei die quellfähige Bandlänge 7b die obere Bandlänge in allen sich überlappenden Bereichen ist. Dies macht es erforderlich, daß die quellfähige Bandlänge 7a der quellfähigen Bandlänge 7b bei der Windungsarbeit um mindestens eine Windung voraus ist. Weiter ist der Kupferdraht 11 außen auf der quellfähigen Bandlänge 7a gelegt, so daß er im wesentlichen durch die quellfähige Bandlänge 7b bedeckt ist. Der Kupferdraht 11 steht folglich unter der quellfähigen Bandlänge 7b mit der Abschirmung 6 und über der quellfähigen Bandlänge 7a mit der Diffusions-Aluminiumdichtfolie 8 in Kontakt. Die Abschirmung 6 ist auch mit einem Kupferband 12 versehen, das mit einer anderen (kleineren) Steigung als die Kupferdrähte in der Abschirmung gewickelt ist. Folglich schließt das Kupferband 12 die Abschirmung 6 in der ringförmigen Richtung kurz, was mit der Metallänge 10 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bewirkt wurde.
• Wie man aus Fig. 2 ersieht, ist der Kupferdraht 11 wellenförmig oder gerippt, was sicherstellt, daß der Draht 11 nicht bricht, wenn das Kabel gebogen wird.
• Das elektrische Kabel der Erfindung wird vorzugsweise in Verbindung mit mittleren Spannungen und dem unteren Teil des Hochspannungsbereichs verwendet, da eine Verwendung unterhalb von 3 kV kaum von Interesse ist, da so geringe Spannungen keine Abschirmung erfordern.
• Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das verwendete Prinzip zum elektrischen Verbinden der Metallabschirmung 6 mit der Aluminiumfolie 8 einen zusammenhängenden Kontakt bei thermischen Änderungen des Volumens sicherstellt.
• Es würde auch möglich sein, andere Ausführungsformen zu verwenden, um den elektrischen Kontakt zwischen der Abschirmung 6 und der Aluminiumfolie 8 bereitzustellen, wobei darüber nachgedacht wird, einen Netzstrumpf außen auf der quellfähigen Bandlänge 7a in Fig. 2 aufzubringen, wobei die quellfähigen Bandlängen 7b dann anschließend die Geschlossenheit des hygroskopischen Materials sicherstellen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das hygroskopische Material mit einem helixförmig gewickelten Band versehen ist und daß ein leitendes Element mit dem hygroskopischen Band kombiniert ist, um eine gute elektrische Verbindung zwischen einer längs verlaufenden Metallabschirmung und der Diffusionsbarriere zu bilden. Diese Verbindung wird dadurch gebildet, daß sich das leitende Element durch die sich überlappenden Flächen der Längen erstreckt.

Claims (7)

1. Elektrisches Kabel mit einem oder mehreren Stromleitern (1), einer längs verlaufenden Metallabschirmung (6) und einer radialen metallischen Barriere (8) zur Abdichtung gegen eindringendes Wasser, wobei eine Wasserblockierlage (7) aus einem hygroskopischen Material in Form eines helixförmig gewickelten Bandes zwischen der längs verlaufenden Metallabschirmung (6) und der metallischen Barriere (8) vorgesehen ist, um zu verhindern, daß sich Wasser in Längsrichtung des Kabels ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Element (10, 11), das sich in Längsrichtung des Kabels erstreckt, mit, dem gewickelten hygroskopischen Band kombiniert ist, so daß es abwechselnd unter dem helixförmig gewickelten Band und außen auf diesem angeordnet ist, wodurch eine gute elektrische Verbindung zwischen der längs verlaufenden Metallabschirmung (6) und der radialen metallischen Barriere (8) gebildet wird.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hygroskopische Bandmateriallage (7) helixförmig so gewickelt ist, daß sich zwei benachbarte Längen gegenseitig genau überlappen.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hygroskopische Bandmateriallage (7) durch zwei gegeneinander versetzte helixförmig gewickelte Bänder (7a, 7b) vorgesehen ist, so daß die Länge von einem Band den Zwischenraum zwischen der Länge des anderen Bandes genau ausfüllt.

4. Elektrisches Kabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Element (10; 11) in Form eines elektrisch leitenden Bandes (10) vorliegt, das helixförmig um das Kabel gewickelt ist und in dem Bereich angeordnet ist, wo sich die benachbarten Längen der hygroskopischen Bandmateriallage (7) gegenseitig überlappen, so daß ein Teil des elektrisch leitenden Elementes (10) außen auf der hygroskopischen Bandmateriallage (7) angeordnet ist und ein Teil des elektrischen Elementes unter derselben angeordnet ist.

5. Elektrisches Kabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Element (10; 11) in Form eines Drahtes (11) vorliegt.

6. Elektrisches Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Draht (11) dehnbar ist, wobei er gerippt oder wellenförmig ist.

7. Elektrisches Kabel nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Abschirmung (6) mit Kupferdrähten versehen ist, die helixförmig um ein Kabel gewickelt sind, und daß die Kupferdrähte durch ein Kupferband (12) elektrisch miteinander verbunden sind, das mit einer kleineren Steigungals die Kupferdrähte gewickelt ist.