DE975299C

DE975299C - High voltage oil pressure cable

Info

Publication number: DE975299C
Application number: DEC3051D
Authority: DE
Inventors: Louis Domenach; Louis Macardier
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1944-02-25
Filing date: 1944-05-05
Publication date: 1961-11-02

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. NOVEMBER 1961ISSUED NOVEMBER 2, 1961

C 3051 VIIId 121 cC 3051 VIIId 121 c

Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs-Öldruckkabel, bei welchen auf den Kabelleiter eine Wicklung von sehr dünnen Papierbändern aufgebracht ist.The invention relates to high-voltage oil pressure cables, in which on the cable conductor a Winding of very thin paper tapes is applied.

Es ist allgemein bekannt, zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit von Kabeln sowohl für Betriebsfrequenzen als auch für Stoßwellen die Stärke des Papierbandes zu verringern, das die Isolation des Kabels bildet. So ist man z. B. zu Papierbändern vonIt is well known to increase the dielectric strength of cables for both operating frequencies and shock waves by increasing the strength of the Reduce the paper tape that forms the insulation of the cable. So one is z. B. to paper tapes from

ίο einer Stärke in der Größenordnung von ο,οΐ mm gelangt.ίο a thickness of the order of ο, οΐ mm got.

Es ist ebenso bekannt, bei Ölkabeln den Druck des Öles, das die Isolierung elektrischer Kabel durchtränkt, zu erhöhen. Bei Erhöhung des Öldruckes wird die Durchschlagsfestigkeit für die Betriebsfrequenz wesentlich erhöht, aber der Einfluß der Druckerhöhung auf die Durchschlagsfestigkeit gegen Stoßwellen ist unwesentlich.It is also known that in oil cables the pressure of the oil that soaks the insulation of electrical cables, to increase. When the oil pressure is increased, the dielectric strength becomes essential for the operating frequency increased, but the influence of the pressure increase on the dielectric strength against shock waves is insignificant.

Hieraus ergibt sich, daß man nicht erwarten konnte, durch die gleichzeitige Anwendung dünner Papierbänder und eines hohen Öldruckes in einem Kabel eine wesentlich verbesserte Durchschlagsfestigkeit gegen beide Arten von Beanspruchungen zu erreichen. Tatsächlich muß ein elektrisches Kabel mit ausreichendem Sicherheitsfaktor einmal den Überspannungen mit Betriebsfrequenz und außerdem den Stoßwellen widerstehen können. Aber es war anzunehmen, daß ein Kabel, das die erwähnte Kombination aufweist, nicht diesen doppelten Bedingungen entspricht, weil wohl seine Durchschlagsfestigkeit bei Betriebs-It follows from this that one could not expect from the simultaneous use of thin paper tapes and a high oil pressure in a cable have a significantly improved dielectric strength against both types of stress. In fact, an electrical cable with sufficient Safety factor on the one hand the overvoltages with operating frequency and also the shock waves can resist. But it was to be assumed that a cable which has the mentioned combination, does not meet these double conditions, because its dielectric strength at operational

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frequenz bei Verwendung sehr dünner Papierbänder und eines hohen Öldruckes ansteigen, für Stoßwellen dagegen unzureichend bleiben würde.frequency increase when using very thin paper tapes and a high oil pressure, for shock waves on the other hand would remain inadequate.

Systematische Versuche, die der Erfindung vorausgegangen waren, haben aber das Ergebnis gezeitigt, daß die Verwendung sehr dünner Papierbänder zur Bildung der Isolation eines elektrischen Kabels seine Durchschlagsfestigkeit gegen Stoßwellen viel mehr zu erhöhen vermag als gegen Spannungen mit Betriebsfrequenz. Systematic tests that preceded the invention, however, have produced the result, that its the use of very thin paper tapes to form the insulation of an electrical cable Able to increase dielectric strength against shock waves much more than against voltages with operating frequency.

Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einem Hochspannungs-Öldruckkabel mit wenigstens einem von einer ölgetränkten Isolation mit dünnen Papierbändern umgebenen Leiter einerseits die Stärke der einzelnen Papierbänder wenigstens in der Nähe des Leiters gleich oder kleiner als 0,04 mm ist und daß andererseits das Öl über die ganze Länge des Kabels unter einem Druck von mindestens 5 kg/cm², vorzugsweise von 10 bis 20 kg/cm², gehalten wird, so daß die Durchschlagsfestigkeit sowohl bei Betriebsfrequenz als auch bei Stoßwellen wesentlich erhöht ist. Mit der Erfindung kann somit ein Kabel hergestellt werden, das Überspannungen mit Betriebsfrequenz und Stoßwellen unter Bedingungen widersteht, die jemals auftreten können. Zum Beispiel ist es unter Berücksichtigung der notwendigen Sicherheitsfaktoren möglich, ein Kabel für eine Spannung von 17,5 kV pro Millimeter Isolationsstärke herzustellen, während bisher noch nicht 10 kV pro Millimeter Isolationsstärke erreicht worden sind.The invention consists in the fact that in a high-voltage oil pressure cable with at least one conductor surrounded by an oil-soaked insulation with thin paper tapes, on the one hand the thickness of the individual paper tapes at least in the vicinity of the conductor is equal to or less than 0.04 mm and on the other hand the oil is maintained over the entire length of the cable under a pressure of at least 5 kg / cm ² , preferably from 10 to 20 kg / cm ² , so that the dielectric strength is significantly increased both at operating frequency and shock waves. Thus, with the invention, a cable can be made that can withstand operating frequency surges and shock waves under conditions that may ever occur. For example, taking the necessary safety factors into account, it is possible to manufacture a cable for a voltage of 17.5 kV per millimeter of insulation thickness, while 10 kV per millimeter of insulation thickness has not yet been achieved.

Dies bedeutet eine wesentliche Verbilligung in der Herstellung wegen der Einsparung an Papier, Öl, Blei und Armierung und ermöglicht eine leichtere Handhabung. So kann bei Benutzung einer Gesamtstärke der Isolierung von 24 mm, die aus mechanischen Gründen ein Maximum darstellt, ein Kabel für eine Betriebsspannung von 380 kV hergestellt werden, was bisher noch nicht erreicht worden ist.This means a significant reduction in production costs because of the savings in paper, oil and lead and reinforcement and enables easier handling. So when using a total strength of insulation of 24 mm, which is a maximum for mechanical reasons, one cable for one Operating voltage of 380 kV can be produced, which has not yet been achieved.

Zweckmäßig werden Papierbänder aus LeinenpapierPaper tapes made from linen paper are useful

4.0 von geringer Breite, die zwischen 7 und 14 mm liegen kann, verwendet, während die Stärke der Papiere in der Nähe der Leiter zweckmäßig 15 bis 25/1000 mm beträgt.4.0 of narrow width, ranging between 7 and 14 mm can be used, while the thickness of the papers near the ladder is expediently 15 to 25/1000 mm amounts to.

Die relativen Werte des Druckes und der Dicken der zu wählenden Papierbänder stehen durch den Wert in Beziehung, der für den Überspannungs-Sicherheitskoeffizienten des Kabels festgelegt wurde. Dieser Koeffizient kann durch das Verhältnis des Durchschlagsgradienten G₀ für Stoßwellen zu dem Arbeitsgradienten g unter Betriebsspannung ausgedrückt werden, wobei dieser Gradient g selbst ein Bruchteil des Durchschlagsgradienten G_r bei Betriebsspannung ist.The relative values of the pressure and the thicknesses of the paper tapes to be selected are related by the value established for the overvoltage safety coefficient of the cable. This coefficient can be obtained by the ratio of the Durchschlagsgradienten G are ₀ g of shock waves to the Arbeitsgradienten expressed under operating voltage, wherein this gradient g even a fraction of the Durchschlagsgradienten G _r at operating voltage.

Indem man den auf das Isoliermittel ausgeübten Druck vergrößert, wird G_r stark erhöht, ohne daß man G₀ dadurch wesentlich ändert; indem man die Dicken der den Leiter umgebenden Papierbänder verringert, vergrößert man G_r ein wenig, aber man vergrößert G₀ sehr. Man sieht also, daß es bei gleichzeitiger Anwendung eines hohen Öldruckes und sehr dünner Papierbänder möglich wird, den Arbeitsgradienten g der Isolierung zu vergrößern und dabei die Sicherheitskoeffizienten beizubehalten, die man gleichzeitig für den dielektrischen Widerstand gegenüber Stoßwellen und gegenüber Spannungen mit technischen Frequenzen festgelegt hat.By increasing the pressure exerted on the isolating means, G _{r is} greatly increased without significantly changing G _0; by decreasing the thickness of the paper tapes surrounding the conductor, one increases G _r a little, but one increases G _{0 a} lot. So you can see that when a high oil pressure and very thin paper tapes are used at the same time, it is possible to increase the working gradient g of the insulation while maintaining the safety coefficients that have been set for the dielectric resistance to shock waves and to voltages with technical frequencies.

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, sehr hohe Betriebsdrücke, von 10 bis 20 kg/cm², in den gemäß der Erfindung hergestellten Kabeln zu wählen. Der auf die Isolierung ausgeübte Druck kann dann um einige kg/cm² ohne Nachteile variieren, z. B. von 14 bis 21 kg/cm² für einen absoluten Betriebsdruck von 16 kg/cm², und zwar von 14 kg/cm² im Falle plötzlichen Aufhörens der Belastung oder einer großen Leitungslänge zwischen zwei Druckbehältern, bis 21 kg/cm² im Falle eines Kurzschlusses oder eines großen Niveauunterschiedes, was in diesem letzteren Fallgestatten würde, die Sperrverbindungen in größeren Abständen anzuordnen. Es wird genügen, daß die Bewehrung des Kabels für 21 anstatt 16 kg/cm² vorgesehen ist, was keine nennenswerten Zusatzkosten im Gefolge haben dürfte.In general, it is advantageous to choose very high operating pressures, from 10 to 20 kg / cm ² , in the cables made according to the invention. The pressure exerted on the insulation can then ^{vary by a few kg / cm 2} without disadvantages, e.g. B. from 14 to 21 kg / cm ² for an absolute operating pressure of 16 kg / cm ² , namely from 14 kg / cm ² in the event of sudden cessation of the load or a long line length between two pressure vessels, up to 21 kg / cm ² im In the event of a short circuit or a large difference in level, which in the latter case would allow the blocking connections to be arranged at greater intervals. It will suffice that the armouring of the cable is provided for 21 instead of 16 kg / cm ² , which should not result in any significant additional costs.

Die Zweckmäßigkeit der Anwendung höherer Drücke als 20 kg/cm² erscheint zweifelhaft, denn wenn die Vergrößerung von G_r etwa 5 bis 9 beiDrücken zwischen ι und 15 kg/cm² ist, so ist sie nur etwa 9 bis 10,5 bei Drücken zwischen 15 und 30 kg/cm².The expediency of using pressures higher than 20 kg / cm ² appears doubtful, because if the magnification of G _{r is} about 5 to 9 at pressures between ι and 15 kg / cm ² , it is only about 9 to 10.5 at pressures between 15 and 30 kg / cm ² .

Bezüglich der Beschaffenheit der Papierisolierung gemäß der Erfindung muß darauf hingewiesen werden, daß es möglich ist, in der ganzen Dicke der Isolierung dünne Papiere von einer Dicke gleich oder kleiner als 0,04 mm, die in schmale Bänder geschnitten sind, zu verwenden. Um die Anwendung solcher teuren Papiere jedoch auf ein Mindestmaß zu beschränken, kann man diese schmalen Bänder aus dünnen Papieren nur in unmittelbarer Nähe der Leiter vorsehen und nach der Außenseite des Kabels hin ihre Dicke und gegebenenfalls auch ihre Breite vergrößern. Diese Vergrößerungen können allmählich oder absatzweise erfolgen. With regard to the nature of the paper insulation according to the invention, it must be pointed out that it is possible to use thin papers of a thickness equal to or less than in the entire thickness of the insulation 0.04 mm cut into narrow ribbons should be used. To the application of such expensive To keep papers to a minimum, however, you can use these narrow ribbons of thin papers Provide only in the immediate vicinity of the conductors and their thickness and towards the outside of the cable if necessary, also increase their width. These enlargements can be gradual or intermittent.

Zweckmäßig wird die Abstufung der Dicke des Papiers so gewählt, daß man entsprechend dem angewendeten Druck in der ganzen Dicke der Isolierung für dessen Arbeitsgradienten nahezu denselben Sicherheitskoeffizienten gegenüber Überspannungen inneren oder atmosphärischen Ursprungs erhält.The gradation of the thickness of the paper is expediently chosen so that one corresponds to the one used Pressure in the entire thickness of the insulation for its working gradient almost the same safety coefficient against overvoltages of internal or atmospheric origin.

Die in der Nähe des Leiters benutzten Papiere sind vorzugsweise Leinenpapiere. In genügend schmale Bänder geschnitten, kann man auf den üblichen Bandwickelmaschinen solche Papiere von einer Dicke von etwa 15/1000 mm verwenden. Man könnte auch bei größerer Vorsicht dünnere Papiere benutzen, beispielsweise solche, die man bei der Herstellung von Kondensatoren verwendet und deren Dicke bis auf etwa 7/1000 mm heruntergeht. Die Leinenpapiere haben den Vorteil einer größeren mechanischen Festigkeit und einer größeren Elastizität als die normalerweise in den Hochspannungskabeln benutzten Kraftpapiere. Ihre dielektrischen Verluste sind auch geringer.The papers used near the conductor are preferably linen papers. In enough narrow If you cut ribbons, you can use the usual ribbon winding machines to produce such thick papers of about 15/1000 mm. One could use thinner papers even with greater caution, for example those that are used in the manufacture of capacitors and their thickness up to goes down about 7/1000 mm. The linen papers have the advantage of a larger mechanical Strength and greater elasticity than those normally used in high-voltage cables Kraft papers. Their dielectric losses are also lower.

Wenn man beim Vergrößern der Dicke des Papiers bei der Dicke anlangt, für die der Arbeitsgradient gleich dem der normalen Papiere ist, wickelt man auf die dünnen Leinenpapierlagen normale Kraftpapiere. Wegen ihrer Dicke brauchen diese Papiere keine ebenso guten mechanischen Eigenschaften wie dieIf, in increasing the thickness of the paper, one arrives at the thickness for which the working gradient is achieved is the same as that of normal paper, normal kraft paper is wound onto the thin layers of linen paper. Because of their thickness, these papers do not need mechanical properties as good as they do

dünnen Papiere zu haben. Ihre Dicke, die anfangs etwa ⁴/₁₀₀ bis ⁵/₁₀₀mm ist, kann allmählich bis auf ¹³/ioo bis ¹⁵/₁₀₀ mm nach der Außenseite der Isolierung hin anwachsen. Die Breite der dünnen Papierbänder in der Nähe der Leiter bewegt sich vorteilhafterweise zwischen η und 14 mm, entsprechend dem Querschnitt der Leiter. Da die Dicke und dementsprechend die mechanische Festigkeit eines Papierbandes in dem Maße zunehmen, wie man sich vom Mittelpunkt des Kabels entfernt, kann man ohne Nachteil die Breite des Bandes in den äußeren Partien des Isoliermittels vergrößern. Dies ist sogar vorteilhaft zur Vermeidung von Verschiebungen der Papierlagen, wenn man das Kabel biegt, sobald die Dicke des Isoliermittels etwa 10 mm erreicht.to have thin papers. Its thickness, which is about / / mm is initially ^{_{^_4100-5100,}} can gradually up to ¹³ / ioo to ^_15/100 mm to the outside of the insulation grow out. The width of the thin paper strips in the vicinity of the conductors is advantageously between η and 14 mm, corresponding to the cross-section of the conductors. Since the thickness and, accordingly, the mechanical strength of a paper tape increase as one moves away from the center of the cable, one can without disadvantage increase the width of the tape in the outer parts of the insulating means. This is even advantageous in order to avoid displacements of the paper layers when the cable is bent as soon as the thickness of the insulating means reaches about 10 mm.

In gewissen Fällen kann man, um die Gestehungskosten des Kabels zu senken und die Beschickung der Bandwickelmaschinen zu erleichtern, die oben vorgesehene Gesamtmenge von dünnen Papieren dadurch herabsetzen, daß man zwei oder mehrere dünne Papierbänder mit einem Papierband von größerer Dicke abwechseln läßt. So kann man die ganze Isolierung oder ihren mittleren Teil in der Nähe des Leiters durch Wickeln von zwei oder drei Papieren von einer Dicke von ²/₁₀₀ mm und einem darauffolgenden Papier von einer Dicke von ⁴/₁₀₀ mm herstellen, wobei die ersten Leinenpapiere und die zweiten Kraftpapiere sein können. Man wird sich jedoch auf Dickenunterschiede von ²/₁₀₀ bis ³/₁₀₀ mm zwischen den abwechselnden Papieren beschränken, um in die Isolierung keine Trennfugen von zu großer Dicke einzuführen, die den dielektrischen Widerstand des Kabels zu sehr verringern würden.In certain cases, in order to reduce the cost of the cable and to facilitate the loading of the tape winding machines, the total amount of thin papers provided above can be reduced by alternating two or more thin paper tapes with a paper tape of greater thickness. All the insulation or its central part near the conductor can be made by wrapping two or three papers ² / _100mm thick and a subsequent ⁴ / _100mm thick paper, the first being linen papers and the second Kraft papers can be. It will, however, be limited to differences in thickness of ² / _^100-3 / ₁₀₀ mm between the alternating papers to introduce into the insulation no parting of excessive thickness, which would reduce the dielectric resistance of the cable too much.

Die Zeichnung zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform eines Öldruckkabels gemäß der Erfindung, ι ist der mittlere Kanal des Kabels, 2 der Kupferoder Aluminiumleiter, der aus vereinigten Profildrähten oder aus Runddrähten auf einer Stahlspirale besteht. Die dünnsten Papierbänder, die den Leiter umgeben, sind mit 3 bezeichnet; die Breite dieser Bänder bewegt sich zwischen 7 und 14 mm, entsprechend der Größe des Radius des Leiters. Ihre Dicke ist gleich oder kleiner als ⁴/₁₀₀ mm, und sie bestehen aus Leinenpapier. Je weiter man sich von dem Leiter entfernt, desto mehr verringert sich der Arbeitsgradient der Spannung allmählich, so daß die Dicke des Papiers schnell vergrößert werden kann, wobei man in den von dem Leiter 2 entfernteren Lagen stets denselben Sicherheitskoeffizienten für den Arbeitsgradienten beibehält wie in der unmittelbaren Nähe des Leiters. Um jedoch eine kontinuierliche Änderung der Dicke der Bänder zu vermeiden, was die Herstellung zu sehr komplizieren würde, kann man die Papierdicke auch stufenweise vergrößern. Man wickelt so eine neue Lage 4 von Bändern größerer Dicke usw. für die Lagen 5 und 6, wobei die Breiten der Bänder in diesen letzteren Lagen größer als 14 mm sein können.The drawing shows in cross section an embodiment of an oil pressure cable according to the invention, ι is the middle channel of the cable, 2 the copper or aluminum conductor, which consists of combined profile wires or of round wires on a steel spiral. The thinnest paper tapes surrounding the conductor are indicated by 3; the width of these bands is between 7 and 14 mm, corresponding to the size of the radius of the conductor. Its thickness is mm equal to or less than ^_4/100, and they consist of linen paper. The further away from the conductor, the more the working gradient of the tension gradually decreases, so that the thickness of the paper can be increased quickly, always maintaining the same safety coefficient for the working gradient in the layers further away from the conductor 2 as in FIG close to the conductor. However, in order to avoid a continuous change in the thickness of the tapes, which would make production too complicated, the paper thickness can also be increased in stages. A new layer 4 of strips of greater thickness, etc. is thus wound for layers 5 and 6, the widths of the strips in these latter layers being greater than 14 mm.

Das Kabel wird nach den bekannten Verfahren hergestellt und imprägniert. Der dichte Blei- oder Aluminiummantel ist mit 7 bezeichnet; auf diesen Mantel bringt man eine Bewehrung 8 auf, die durch einen dichten Mantel 9 geschützt ist, der selbst mit dem üblichen Schutz versehen ist. Der notwendige Druck wird in dem Kabel durch Druckölbehälter aufrechterhalten, die in Abständen auf der Leitung verteilt und in den Sperrverbindungen und Endkästen mit dem Kanal ι des Kabels verbunden sind.The cable is manufactured and impregnated using known methods. The dense lead or Aluminum jacket is denoted by 7; on this coat you bring a reinforcement 8, which by a tight jacket 9 is protected, which is itself provided with the usual protection. The necessary one Pressure is maintained in the cable by pressurized oil tanks that are spaced on the line distributed and connected in the locking connections and end boxes with the channel ι of the cable.

Der mittlere Ölkanal 1 des Kabels kann doppelt ausgebildet oder durch Umfangskanäle ersetzt sein, die auf bekannte Weise in der inneren Fläche des Metallmantels 7 in Verbindung mit dem imprägnierten Isoliermittel vorgesehen sind.The middle oil channel 1 of the cable can be doubled or replaced by circumferential channels, which in a known manner in the inner surface of the metal shell 7 in connection with the impregnated Isolating means are provided.

Claims

Claim:

High-voltage oil pressure cable with at least one conductor surrounded by an oil-soaked insulation made of thin paper tapes, characterized in that on the one hand the thickness of the individual paper tapes at least in the vicinity of the conductor is equal to or less than 0.04 mm and on the other hand the oil over the entire length of the Cable is held under a pressure of at least 5 kg / cm ² , preferably from 10 to 20 kg / cm ² .

Considered publications:

German patent specifications No. 578 635, 621207, 701 408, 744886;

French Patent Nos. 577,641, 611,574; U.S. Patent No. 1,836,570;

British Patent No. 311,774;

"Revue Generale d'Electricite" magazine from December 1942, pp. 493 to 496;

"Cigre Report" magazine from June 29, 1939, No. 208, Vol. II, pp. 15 and 16;

Journal "Transactions AIEE", vol. 52, December 1933, pp. 1013 and 1014, vol. 59, 1940, part II, p. 660 and 661;

Journal "Elektromarkt", 1931, no. 10, p. 12.

1 sheet of drawings