NL8005670A - Tegen vocht beschermde elektrische kabel. - Google Patents

Description

tf y* -- 4 J- N.O. 29.488 -1-

Tegen vocht beschermde elektrische kabel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een tegen vocht beschermde elektrische, met kunststof geïsoleerde kabel, in het bijzonder voor het overdragen van hoge spanningen, voorzien van een uit doorgaande afzonderlijke elementen opgebouwde geleider of geleiderstreng.

5 In de laatste tijd zijn er talrijke onderzoekingen in de techniek uitgevoerd met het doel om kennelijk door water-opeenhopingen (waterbomen, "water trees") veroorzaakte beschadigingen in de isolatie van elektrische kunststofkabels te verklaren en om maatregelen te treffen om dergelijke kabelbeschadigingen te vermijden. Overeenkomstig hoog is ook het aantal 10 publikaties, die het groeien van de waterbomen beschrijven en die voorstellen geven op welke wijze eventueel dergelijke, de levensduur van een kabel verlagende fenomenen kunnen worden vermeden.

Alle tot nu toe uitgevoerde onderzoekingen gaan er van uit, dat eerst vocht in de isolatie terecht komt. Een vochtdiffusie kan reeds bij de ver-15 vaardiging optreden, bijvoorbeeld bij de verknoping door inwerking van waterdamp bij het kontinu passeren van een kettinglijn (CV-installatie) of tijdens bedrijf, als bijvoorbeeld een metalen mantel wordt beschadigd of door diffusie van waterdamp door de niet beschadigde kunststofmantel heen. Onder de invloed van de in bedrijf heersende elektrische veldsterk-20 ten kunnen dan de bekende waterbomen worden gevormd, die voortdurend groeien en tenslotte leiden tot een elektrische doorslag en op het eind tot volledige vernieling van de kabel. Vernielingen van de kabel kunnen echter ook optreden als in de kabelgeleider aanwezige of tijdens bedrijf in de kabelgeleider binnendringend vocht, bijvoorbeeld water, voert tot 25 corrosie als gevolg van een elementvorming tussen het geleidermateriaal en de geleidervereffening, dat wil zeggen de inwendige geleiderlaag.

Bijzonder kwetsbaar zijn hier aluminiumgeleiders, die omgeven zijn met roet bevattende geleiderlagen.

Ter oplossing van het probleem om het binnendringen van vocht van 30 buiten tot binnen de isolatie te voorkomen zijn reeds talrijke voorstellen gedaan. Zo zijn metalen afschermingen in de vorm van om de kabelziel gelegde metalen banden even bekend (zie het Amerikaanse octrooischrift 4·. 14-5.567) als isolatie met van binnen naar buiten gerichte diffusieval-len (zie de Duitse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 2.754.336) of water-35 absorberende lagen bovenop de isolatie (zie de Duitse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 2.737.108). Al zal de ene of de andere oplossing ook werkelijk een waterdiffusie voorkomen of tenminste sterk indammen, dan moet er hierbij toch rekening mee worden gehouden, dat vocht ook van binnenuit, 8005870 -2- namelijk via de geleider zelf in de isolatie kan doordringen en daar tot de vermelde schade kan leiden.

Anderzijds heeft men er reeds aan gedacht, dat in het bijzonder uit afzonderlijke draden opgebouwde geleiderstrengen van elektrische kabels 5 als "watergeleiders" kunnen dienen, dat wil zeggen verantwoordelijk kunnen zijn voor het transport van vocht over de totale lengte van de kabel. Om dit te verhelpen, dat wil zeggen het watertransport te beperken, wordt teruggegrepen naar de bij de telekommunikatiekabeltechniek bekende af-stopmethoden en toegepast voor het sektorsgewijze afdichten van energie-10 transmissiekabels.

In verband hiermee wordt gewezen op de uit de Duitse openbaar gemaakte octrooiaanvrage 2.154.74*9 bekende methode, waarbij de als litzengeleider uitgevoerde binnengeleider van een hoogspanningskabel op regelmatige afstanden wordt voorzien van een gesloten dwarsdoorsnede bestaande uit metal-15 lisch materiaal. Bij een andere bekende afdichtingsmethode van de geleider (zie de Duitse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 2.808.438) wordt voorgesteld om op bepaalde afstanden in de geleiderstreng stoppen aan te brengen van een verknoopt rubber elastisch materiaal, waarbij de axiale lengte klein wordt gehouden ten opzichte van de axiale afstand van de over de 20 lengte op elkaar volgende stoppen of afdichtingen. Deze maatregelen maken praktisch het vochttransport langs de kabel ónmogelijk, maar zich reeds in de geleider bevindend vocht dat er bij de vervaardiging in terecht is gekomen, bijvoorbeeld kondenswater, heeft nog steeds de mogelijkheid om tussen de afdichtingsplaatsen in de inwendige geleiderlaag en tenslotte de 25 isolatie terecht te komen, waarbij door de hoge veldsterkte bij voorkeur op zwakke plaatsen in de nabijheid van de geleider in de isolatie en de geleiderlaag het groeien van de bomen wordt bevorderd.

De onderhavige uitvinding is daarentegen in de eerste plaats gebaseerd op het zoeken van een mogelijkheid waardoor het gevaar van het ontstaan van 30 waterbomen verder wordt verminderd. Tegelijkertijd moet er dan voor worden gezorgd, dat door verschillende materiaalkombinaties in de kabelkonstruktie eventuele elementvormingen worden vermeden.

Dit wordt volgens de uitvinding aldus opgelost, dat de geleider of de geleiderstreng wordt omgeven door een gesloten dichte metalen omhulling 35 van een langsnaad gelaste en eventueel over de bovenste laag van de afzonderlijke elementen van de geleider of de geleiderstreng getrokken metalen band. Deze omhulling, die tegelijkertijd afwijkingen in de positie van de afzonderlijke draden van bijvoorbeeld een geleiderstreng tijdens het vervaardigingsproces verhindert, zorgt ervoor, dat vocht niet meer van-40 af de geleider in de isolatie respektievelijk de inwendige geleidende laag 8005870 W 4 -3- kan binnendringer». De geleider is over zijn totale lengte af gedicht en bij de montage behoeven geen extra werkzaamheden meer te worden verricht, zoals het verwijderen van afstopmiddelen aan de aansluitplaatsen of ver-bindingsplaatsen. De omhulling wordt bij voorkeur over de geleiderstreng 5 getrokken, zodat de geleider werkt als een ondersteuning voor een buis.

Weliswaar is het op zichzelf bekend, zie de Duitse octrooiaanvrage p53697D van 2 september 1949, de geleider van een drukgaskabel te vervaardigen uit een kern van om elkaar heen geslagen aluminium draden met een naadloze bus van aluminium, maar dit met het doel het elektrische veld 10 te vereffenen, teneinde coronaverschijnselen te vermijden aan de oppervlakken alsmede corrosieverschijnselen aan de kernstreng. In hoofdzaak met hetzelfde doel dient een verdere, uit het Britse octrooischrift 757.745 bekende methode, waarbij luchtlijnen bestaan uit een gesloten omhulling vervaardigd van gelaste metaalband.

15 De uitvinding heeft daarentegen betrekking op energietransmissiekabels, die boven de geleider zijn voorzien van geëxtrudeerde lagen ter egalisering van het elektrische veld (geleidende lagen) ten opzichte van de isolatie, * die overeenkomstig de nieuwste ontdekkingen gevoelig zijn voor de inwerking van vocht en derhalve, in het bijzonder bij toepassing van hoge be-20 drijfsspanningen, om te verwachten bedrijfsveiligheid te behouden, moeten worden beschermd.

Bij de onderhavige uitvinding is het van voordeel gebleken als het materiaal van de gesloten omhulling wat betreft de positie in de chemische spanningsreeks gelijk of tenminste bij benadering gelijk is aan het mate-25 riaal van de geleider of de geleiderstreng. Zo zal bij voorkeur voor de omhulling als materiaal koper worden gekozen of een passende koperlegering, als de afzonderlijke elementen, dat wil zeggen de afzonderlijke draden van een geleiderstreng uit koper bestaan. Anderzijds zal men aluminium kiezen als de geleiderstreng bestaat uit aluminium of uit een aluminiumlegering.

30 Geschikt zijn vanzelfsprekend ook geplateerde draden of omhullingen, bijvoorbeeld van aluminium en koper, als hiervoor speciale behoefte bestaat, bijvoorbeeld om materiaal te besparen of in verband met het gewicht.

Bijzondere voordelen, ook wat betreft de stabiliteit van de geleider-doorsnede en dergelijke, worden echter verkregen als overeenkomstig een 35 verdere ontwikkeling van de uitvindingsgedachte de omhulling zelf zeer dicht op de uit meerdere draden bestaande geleiderstreng wordt gedrukt of geperst. Daardoor wordt het knikgevaar van de gesloten omhulling bij vervaardiging van de kabel en de daarmee samengaande wikkelprocessen uitgesloten. Dit geldt vooral, als de omhulling zelf deel vormt van de ge-40 leider of de geleiderstreng. De gesloten omhulling voert daarbij tegelijker- 8005670 -4- tijd tot een vereffening van het elektrische veld. In deze samenhang is het van bijzonder nut als de omhulling tenminste de bovenste lagen van de geleiders of de geleiderstreng vervangt. Hiermee wordt een kompakte en mechanisch stabiele geleiderstreng met goede buigéigenschappen en 5 montage-eigenschappen verkregen, dat waterstransport in de langsrichting toelaat maar een beschadiging van de isolatie uitsluit.

Niet onvermeld moet blijven, dat de toepassing van de uitvinding niet tot koncentrisch opgebouwde geleiderstrengen is beperkt, maar dat ook om elkaar geslagen vormgeleiders met gesloten metalen omhullingen kunnen 10 worden omgeven. Van voordeel is bijvoorbeeld de toepassing van om elkaar heen geslagen aluminium sektoren met grotere dwarsdoorsnede met de metalen omhulling.

In een verdere ontwikkeling van de uitvinding is het van voordeel, als de diameter van de geleider volgens de uitvinding geringer is dan die van 15 een geleider met gelijke weerstand en bestaande uit een streng van meerdere draden. Hiermee wordt gewaarborgd, dat de voor de betreffende kabel specifieke lagenopbouw: geleidende lagen, isolatie, scherm, mantel, behouden kan worden en de kabeldiameter geringer is.

Beslissend voor de bouw van de geleiders volgens de uitvinding is de 20 verhouding van de diameter d van de kernstreng tot de wanddikte s van de daaroverheen gelaste buis. Hoe groter de verhouding d:s is, des te meer neigt de omhulling (buis) tot het knikken bij het buigen van de geleider over diameters, die bij de afzonderlijke fabrikageprocessen en bij het leggen van de kabel en de montage gebruikelijk zijn. Omdat anderzijds de 25 omhulling, bijvoorbeeld ook in verband met corrosie, uit hetzelfde materiaal bestaat als de geleiderkernstreng, is de hierboven vermelde geleiderstreng-opbouw van voordeel, namelijk als geldt:

Fgef = F1 + Fh waarbij F f het vereiste oppervlak van de dwarsdoorsnede van de geleider 30 is, het oppervlak van de doorsnede van de kern is, en F^ het oppervlak van de doorsnede van de omhulling is.

Voor het geleidermateriaal koper wordt een bijzonder passende geleider-streng verkregen als d:s = 25. De berekening van de wanddikte geschiedt 35 dan overeenkomstig de onderhavige uitvinding met de formule V Fgef'

Als niet koper maar aluminium als geleidermateriaal wordt toegepast, 8005670 -5- geldt d:s = 18 en voor de wanddikte s

Voor kabels met hogere spanningen met gebruikelijke geleideropbouw is in de regel voor het vereffenen van het elektrische veld aan het oppervlak 5 van de geleider een elektrisch geleidende laag, bijvoorbeeld door extrusie of in de vorm van banden aangebracht. De uitvinding biedt de mogelijkheid om in speciale gevallen van een dergelijke geleidende laag volledig af te zien, zodat bepaalde fabrikagestappen en materiaal kunnen worden gespaard.

Voor die gevallen waarbij echter ofwel een geëxtrudeerde geleiderlaag 10 over de omhulling moet worden aangebracht, of de isolatie direkt op de omhulling wordt geëxtrudeerd, kan het van voordeel zijn op de omhulling oneffenheden aan te brengen, bijvoorbeeld in de vorm van verhogingen, zodat het hechtvermogen wordt vergroot.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de 15 tekening, waarvan de figuren 1 en 2 uitvoeringsvoorbeelden weergeven.

Bij een eenaderige hoogspanningskabel volgens fig. 1 bestaat de ge-leiderstreng 1 uit de kern 2 van om elkaar heen geslagen afzonderlijke draden, bijvoorbeeld van koper, en eveneens uit de uit koper bestaande omhulling 3. De voor het transport van een bepaalde hoeveelheid energie 20 noodzakelijke dwarsdoorsnede wordt gevormd uit de kern 2 en de omhulling 3 samen, waarbij de omhulling 3 wordt gevormd uit een in de langsrichting oplopende en tot buis gevormde en aan de randen met behulp van een langs-naad aan elkaar gelaste koperband, die na de vorming tot buis dicht op de kern 2 wordt getrokken.

25 Op de omhulling wordt de inwendige geleidende laag 4· aangebracht, die bedekt wordt met de isolatie 5. Door de vochtdichte geleider worden derhalve de lagen 4· en 5 tegen vochtinwerking van binnen uit beschermd. Met 6 is de uitwendige geleiderlaag aangegeven en 7 is de gebruikelijke afscherming, die hier slechts schematisch is weergegeven, terwijl met 8 30 de mantel wordt aangegeven, die een mechanische beveiliging naar buiten toe levert, welke mantel bijvoorbeeld kan bestaan uit materiaal op basis van polyvinylchloride of rubber, terwijl ook ander vlamdovend materiaal kan worden toegepast.

In fig. 2 is een speciale kostenbesparende oplossing voor bijvoorbeeld 35 sektorvormige aluminiumgeleiderdoorsneden weergegeven. De met 9 aangegeven massieve, in gewenste vorm geperste aluminium sektorgeleiders, die als geleiders voor laagspanningskabels reeds vele jaren probleemloos worden toe-gepast, zijn om elkaar heen geslagen. Over deze om elkaar heen geslagen ge- 8005870 -6- leiders, die ook als om elkaar heen geslagen afzonderlijke draden kunnen zijn opgebouwd, is de gesloten metalen omhulling 10 aangebracht. Over deze geleiderkonstruktie worden vervolgens de voor de gewenste toepassing noodzakelijke verdere kabelonderdelen aangebracht.

5 De vormgeleiders zelf kunnen ook om een zogenaamde steunbuis of een steunspiraal worden geleid, als bij grotere dwarsdoorsnede met stroomver-dringing rekening moet worden gehouden en de kern van de geleider niet tot energietransport bijdraagt.

De volgens de uitvinding voorgestelde gesloten omhulling brengt bijvoor-10 beeld bij toepassing van om elkaar heen geslagen segmentgeleiders, die goedkoop te verkrijgen zijn, nog het voordeel met zich mee, dat het indrukken van de geleidende laag in de groeven tussen de geleiderelementen wordt vermeden, als bijvoorbeeld verknoopbaar polyethyleen als isolatiemateriaal wordt opgeëxtrudeerd.

3 0 0 5 8 7 0

Claims (8)

1. Tegen vocht beveiligde elektrische met kunststof geïsoleerde kabel in het bijzonder voor het overdragen van hoge spanningen, voorzien van een uit doorlopende afzonderlijke elementen opgebouwde geleider of geleider- 5 streng, met het kenmerk, dat de geleider of de geleiderstreng is omgeven door een gesloten dichte metalen omhulling, die bestaat uit een langsnaadgelaste en eventueel op de bovenste laag van de afzonderlijke elementen van de geleider of de geleiderstreng getrokken metalen band.

2. Kabel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 materiaal van de omhulling wat betreft de positie in de chemische span- ningsreeks gelijk is of tenminste bij benadering gelijk is aan het materiaal van de geleider of de geleiderstreng.

3. Kabel volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de omhulling zelf deel van de geleider of geleiderstreng vormt. 15 4·. Kabel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de omhulling tenminste de bovenste laag van de geleider of de geleiderstreng vervangt.

5. Kabel volgens een van de voorgaande conclusies, voorzien van een omhulling en geleiderelementen van koper, met het kenmerk, 20 dat de wanddikte van de omhulling voldoet aan de formule s = 2ÏÏ Y^gef waarbij s de wanddikte van de omhulling in mm is en F _ het vereiste op- 2 pervlak van de dwarsdoorsnede van de geleider in mnr is.

6. Kabel volgens een van de voorgaande conclusies, voorzien van een 25 omhulling en geleiderelementen van aluminium, met het kenmerk, dat de wanddikte van de omhulling voldoet aan de formule s-è ν/^Γ

7. Kabel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de metalen omhulling de funktie van inwendige geleidende 30 laag overneemt.

8. Kabel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de omhulling aan zijn oppervlak is voorzien van oneffenheden ter verhoging van het hechtvermogen met de opgeëxtrudeerde geleidende of isolerende polymeermaterialen.

9. Kabel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de binnen de metalen omhulling aanwezige geleiderstreng 8005370 -8- bestaat uit drie tot zes om elkaar heen geslagen metalen vormstrengen. 8005870