DE857514C - Bleiummanteltes elektrisches Hochspannungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bleiummanteltes elektrisches Hochspannungskabel mit einer geschichteten Isolierung aus getränktem Papier und mit Gas unter Überdruck gefüllten, dem Wesen nach regelmäßig verteilten Zwischenräumen von vorbestimmten und im wesentlichen unveränderlichen Abmessungen, die in radialer Richtung durch die Papierdicke und iti axialer Richtung durch den Abstand zweier aufeinanderfolgender Kanten einer Wicklungslage bestimmt sind. Bei den bekannten Kabeln dieser Art sind die genannten Zwischenräume jedoch nicht im wesentlichen zur Aufnahme der Gasfüllung vorgesehen, vielmehr dient hierfür eine besondere poröse Schicht, beispielsweise aus porösem Papier, oder ein freier zentraler Hohlraum. In diese Räume kann auch die Tränkmasse eintreten, falls sie zufolge der Erwärmung des Kabels im Betriebe aus der Isolierung austritt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, jene beim Aufwickeln der Papierisolierung sich ergebenden Zwischenräume so zu bemessen, daß sie ausschließlich als Hohlräume zur Aufnahme des Druckgases dienen können und daß diese Räume unter allen Betriebsbedingungen des Kabels unverändert bleiben. »5

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wicklung aus Papierstreifen besteht, die bei einer über der höchst zu erwartenden Be-

triebstemperatur des Kabels liegenden Temperatur luftfrei getränkt sind. Hierdurch wird erreicht, daß auch während des Betriebes keine Einwanderung des Tränkmittels aus den Papierlagen in jene Zwischenräume stattfinden kann, so daß auch keine Hohlräume im Innern der Papieris'olierung entstehen, welche die Durchschlagfestigkeit des Kabel herabsetzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn erfindungsgemäß die radiale Tiefe der Gasräume vom ίο Leiter nach außen hin zunimmt. Hierdurch kommt die verhältnismäßig höhere Durchschlagfestigkeit einer dünneren Schicht des Füllgases an den Stellen der höheren spezifischen elektrischen Belastung zur Wirkung.

¹S Es ist zwar bei elektrischen Hochspannungskabeln bereits vorgeschlagen worden, die Isolierung in der Nähe des Leiters aus mehreren Lagen Papier der üblichen Stärke und den übrigen Teil aus stärkeren kartonähnlichen Papieren herzustellen. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um druckgasgefüllte Kabel, sondern um vollständig mit öl gefüllte Kabel, bei welchen überhaupt keine gaserfüllten Zwischenräume vorhanden sind.

Bei der Vorbereitung des Papiers für die Kabelherstellung gemäß der Erfindung wird es vor dem Aufwickeln auf den Leiter mit einer Isoliermasse getränkt, die einen solchen Erstarrungspunkt hat, daß jene physikalische Stabilität des getränkten Papiers bis zu einer Temperatur gesichert wird, die hinreichend oberhall) der beim Betrieb des Kabels auftretenden Temperatur liegt. Die Tränkung kann lieispielsweise so durchgeführt werden, wie sie in der Patentschrift 534 059 beschrieben ist.

Hierbei wird das Papier einer Trocknungs- und Vakuumbehandlung unterworfen und dann durch heiße Tränkmasse hindurchgeführt. Das Papier verläßt die eingekapselten Teile der Tränkmaschine durch eine Flüssigkeitsabdichtung, welche auch gleichzeitig das Tränkungsbad bilden kann, und wird dann abgestreift, um die überschüssige Flüssigkeit zu entfernen, und kann schließlich mit einem dünnen Oberflächenüberzug eines Schmiermittels verseben werden. Dieser Schmiermittelfilm wird vorzugsweise nur auf die eine Seite des Papiers aufgebracht und ist äußerst dünn. Er kann beispielsweise aus einem Überzug aus Vaseline von hoher Viskosität und hohem Erstarrungspunkt bestehen. Nach der Aufbringung dieses Überzugs wird das Papier abgekühlt und ist dann für den Gebrauch fertig.

Die Tränkungsbehandlung des Kabels ist durch die oben beschriebene Behandlung des Papiers beendet. Es findet kein folgender Zusatz von Tränkmasse, weder während des Aufwickeins des Papiers noch auf die fertige Isolierung statt.

Ein Kabel gemäß der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. ι einen Querschnitt und
Fig. 2 einen Längsschnitt
veranschaulicht.

Der Leiter 1 des Kabels ist mit einem dünnen Metallstreifen oder mit einer Metallfolie 2 bedeckt und mit Schichten 3, 4 und 5 aus Papierstreifen umwickelt. Ül>er der Außenseite dieser Isolierung ist eine metallisierte Schicht 6 angeordnet, die vorzugsweise durchlöchert ist, und über dieser Schicht der Bleimantel 7 aufgebracht. Auf die Außenseite des Bleimantels ist ein metallischer Verstärkungsstreifen 8 aufgewickelt und dieser in f>ekannter Weise durch Schichten von getränktem Papier 9 geschützt.

Der Metallstreifen 2, das metallisierte Papier 6, der Verstärkungsstreifen <S und die Papier- oder Gewebeschichten 9 werden, wie üblich, durch schraubenförmiges Aufwickeln aufgebracht. In der Zeichnungist dies jedoch nicht angedeutet worden.

Der dünne Metallstreifen 2, welcher auf den Leiter aufgewickelt ist, erfüllt die bekannte Aufgabe, die örtliche Stärke des elektrischen Feldes zu verringern und eine fest bestimmte innere Zylinderfläche für die Isolierschicht zu bilden.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, wie die Abmessungen der Gaszwischenräume 10 zwischen den benachbarten Papierwickluii'gen festgelegt werden, nämlich erstens durch den Abstand benachbarter Wicklungen und zweitens durch die Dicke des Papiers. Ersterer 1)estimmt die Länge der Zwischenräume, letztere die radiale Tiefe. Der Metallstreifen 2 bildet die Innenfläche der innersten Gaskammern. Die metallisierte Papierschicht 6 bildet die Außenfläche der äußersten Gaskammern. Es ist klar, daß irgendwelche Gase, die sich in den Zwischenräumen zwischen der metallisierten Papierschicht 6 und dem Bleimantel 7 finden, nicht elektrischen Kräften unterworfen sind. Dasselbe trifft zu für das Gas zwischen dem Metallstreifen 2 und den Einzeldrähten des Leiters 1 bzw. für das Gas im Innern dieses Leiters.

Aus vorstehender Beschreibung eines einadrigen Kabels ist leicht ersichtlich, wie die Erfindung auf mehradrige Kabel anwendbar ist. Es ist ferner klar, daß die Vorsichtsmaßregeln zur Sicherung der Abwesenheit freier Tränkmasse auf dasjenige Material ausgedehnt werden müssen, welches sowohl zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Adern dient als auch auf irgendwelche Bandisolierung, die zusätzlich zur Isolierung der einzelnen Adern benutzt wird.

Eine genaue Vor1>estimmung der Zwischenräume für das Gas zwischen benachbarten Wicklungen einer jeden schraubenförmig aufgebrachten Schicht aus getränktem Papier ergibt sich aus der Wahl einer geeigneten Papierdicke und der Abstand zweier aufeinanderfolgender Kanten einer Wic'kungslage bei gegenseitiger Versetzung der aufeinanderfolgenden Schichten, so daß keine der schraubenförmigen Zwischenräume unmittelbar aufeinanderzuliegen kommen. Letztere Bedingung kann beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß die Schichten aus getränktem Papier auf das Kabel mittels einer Maschine aufgewickelt werden, bei welcher das Kabel sich um seine Achse dreht und die Vorratsspulen, von welchen das Papier abgezogen wird, ruhend angeordnet sind und die Lage der Papierstreifen gegeneinander genau aufrechterhalten und ständig überwacht werden kann. Die

Claims (2)

Streifen des vorgetränkten Papiers werden auf das Ka1>el in freier Luft aufgewickelt, bei einem Feuchtigkeitsgehalt, der vorzugsweise unter dem normalen gehalten wird, und das KaIx;! wird dann mit' Blei oder einer Bleilegierung mit oder ohne Verstärkung ummantelt. Hierauf kann die in der Isolierung eingeschlossene Luft, die sich im wesentlichen in den zwischen den Papierwicklungen vorgesehenen Zwischenräumen l>efindet, evakuiert und ίο durch ein chemisch träges trockenes Gas, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxyd oder ein anderes ähnliches Gas, ersetzt werden. Die Entfernung der Luft und die Füllung mit Gas kann durch wiederholte Füllung und Absaugung des Gases erleichtert werden sowie durch zeitweilig unterbrochene oder ständige Erwärmung des Kabels entweder von außen her oder mit Hilfe eines Stromdurchflusses durch den oder die Leiter oder durch beide Maßnahmen. Schließlich wird das Gas unter Druck eingepreßt, nachdem das Kabel an den Enden dicht verschlossen worden ist, um den Druck beizubehalten. Beim Betrieb des Kabels kann ein Gasbehälter in Verbindung mit dem Kabel vermittels eines Rückschlagventils bleil>en, so daß der Gasdruck innerhalb des Kabels aufrechterhalten bleibt, wenn zufällig eine Verringerung einzutreten sucht. Der Gasdruck wird in Beziehung zur Dicke der in der Isolierung gebildeten Gasfilme gewählt, deren Dicke durch jene der einzelnen Papierlagen bestimmt wird, so daß entsprechend den bekannten Gesetzen der Ionisationspunkt (die Ionisationsspannung) der Gasfilme um eine vorbestimmte Spanne den in der Isolierung herrschenden Spannungsgradienten übersteigt. Statt die Luft durch irgendein anderes Gas zu ersetzen, kann das Kabel schließlich mit trockener Luft unter Druck gefüllt werden; aber auch in diesem Falle ist eine vorherige Evakuierung und Erwärmung erwünscht. Die Wahl der radialen Ab- \ messungen der (jasräume und des Gasdruckes hängt von einer großen Anzahl Bedingungen ab. Es ist jedoch im allgemeinen vorteilhaft, die Gasräume von geringen radialen Abmessungen zu machen, beispielsweise von 0,025 oder 0,038 mm. Bei derartigen Abmessungen und mit nur vergleichsweise mäßigem Gasdruck, beispielsweise von 1,05 Atm. Überdruck, kann eine sehr beträchtliche Steigerung des Ionisationspunktes bei Kabeln gemäß der Erfindung erzielt werden. Es ist natürlich möglich, andere Abmessungen und 'höhere Drücke zu benutzen. wol>ei die Auswahl des Druckes im wesentlichen durch die Kosten der entsprechenden Verstärkung des Ka)>elmantels bestimmt wird. Diese Verstärkung kann jedoch in manchen Fällen durch Verringerung des Durchmessers vermieden werden, obgleich der Druck gesteigert wird. Durch Erhöhung der Dicke der Papierschichten vom Leiter nach außen hin können die radialen Abmessungen der Gasräume ebenfalls erhöht werden, wobei von der Tatsache vorteilhafter Gebrauch gemacht wird, daß die Stärke des Feldes von der Oberfläche des Leiters nach außen hin abnimmt. Dies ist schematisch in der Zeichnung angedeutet, wo drei verschiedene Papierdicken für die Zonen 3, 4 und 5 benutzt wurden. Bei Verwendung eines Gasdruckes von etwa 7 Atm. sind geeignete Werte für die Dicken gemäß diesem Beispiel folgende: Zone 3 eine Dicke von 0,045 mm> Zone 4 eine Dicke von 0,064 mm, Zone 6 eine Dicke von 0,095 mm. Das in der Zeichnung dargestellte Kabel kann bei Gasdrücken bis zu 14 Atm. und auch bei beträchtlich Iiöheren Drücken benutzt werden. Bei dem Kabel gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der feste Teil der Isolierung, nämlich das getränkte Papier, physikalisch unter den schärfsten Betriebsbedingungen gleichbleibt und daß der Gasinhalt des Kabels an einer nennenswerten Änderung der Form, Lage und Abmessung gehindert wird, so daß keine Ionisation möglich ist. Ferner verhindert die durch den Gasinhalt des Kabels geschaffene Zusammendrückbarkeit das Auftreten zusätzlicher übermäßiger Drücke auf den verstärkten Kabelmantel, welche dessen dauernde Aufweitung hervorrufen würden. Pate ν tan sprühe:

1. Bleiummanteltes elektrisches Hochspannungskabel mit einer geschichteten Isolierung aus getränktem Papier und mit Gas unter Überdruck gefüllten, dem Wesen nach regelmäßig verteilten Zwischenräumen von vorbestimmten und im wesentlichen unveränderlichen Abmessungen, die in radialer Richtung durch die Papierdicke und in axialer Richtung durch den Abstand zweier aufeinanderfolgender Kanten einer Wicklungslage bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus Papierstreifen besteht, die bei einer über der höchst zu erwartenden Betriebstemperatur des Kabels liegenden Temperatur luftfrei getränkt sind.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe der Gasräume vom Leiter nach außen hin zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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