NL9001007A

NL9001007A - Mantelconstructie, in het bijzonder voor optische kabels, voor toepassing in hoogspanningsomgevingen.

Info

Publication number: NL9001007A
Application number: NL9001007A
Authority: NL
Original assignee: Nkf Kabel Bv
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1991-11-18
Also published as: HUT63008A; EP0526518A1; BR9106380A; WO1991016648A1; HU9203350D0; AU7741691A; US5317665A; CA2081336A1

Description

Mantelconstructie, in het bijzonder voor optische kabels, voor toepassing in hoogspanningsomgevingen.

De uitvinding heeft betrekking op een mantelconstructie, in het bijzonder voor optische kabels, voor toepassing in hoogspanningsomgevingen, tenminste omvattende een langwerpige kunststof buitenmantel.

In de praktijk gaat men er meer en meer toe over om kabels voor optische signaaloverdracht aan hoogspanningsmasten op te hangen, voor het bijvoorbeeld overdragen van meetgegevens en stuurcommando's ten behoeve van de elektriciteitsproduktie en -distributie. Deze kabels kunnen uiteraard ook voor signaaloverdracht over lange afstand ten behoeve van openbare communicatiestelsels worden ingezet. Spoorwegbedrijven kunnen bijvoorbeeld de masten voor het dragen van de bovenleiding voor het bevestigen van optische telecommunicatiekabels gebruiken.

Hoewel dergelijke oplossingen economische voordelen bieden omdat van een reeds bestaande infrastructuur (masten) gebruik kan worden gemaakt, zijn er echter een aantal technische nadelen welke het gevolg zijn van de hoogspanningsomgeving waaraan de kabels zijn blootgesteld. De buitenmantel van de betreffende kabels kan in het bijzonder door corona-ontladingen en door kruipspoorvorming, in de Engelstalige vakliteratuur "tracking" genoemd, worden beschadigd.

In de praktijk worden de kabels met op de kunststof buitenmantel aangrijpende spiraalvormige ophangarmaturen van bijvoorbeeld aluminium of met aluminium geplateerd staal elektrisch geleidend aan een hoogspanningsmast bevestigd. Een op deze wijze opgehangen kabel is capacitief gekoppeld met de hoogspanningsdraden en aarde, en vormt bijgevolg een capacitieve spanningsdeler. De kabel is bovendien via de, met de geaarde masten verbonden, ophangarmaturen en de kunststof buitenmantel, waarvan de weerstand niet oneindig hoog is, geleidend met aarde verbonden. Als gevolg hiervan ontstaat over de kabel een potentiaalverdeling, welke nabij de ophangpunten naar nul afneemt.

In het bijzonder nabij het op de kabel aangrijpende einde van de spiraalvormige ophangarmaturen, daar waar een elektrische veldconcentra-tie ontstaat als gevolg van scherpe randen of punten, treden corona-ontladingen op. Naast de einden van de ophangarmaturen kunnen ook vanaf de buitenmantel uitstekende onregelmatigheden corona-ontladingen tot gevolg hebben.

Kruipspoorvorming treedt op bij een natte en vervuilde kabel, waarbij zich op de buitenmantel een elektrisch geleidende laag vormt. Als gevolg van de bovenbeschreven potentiaalverdeling vloeit in de door het vocht gevormde geleidende laag een stroom in axiale richting vanaf het midden van .de kabel naar de geaarde ophangpunten in de masten. Omdat in praktische situaties de vervuiling van de kabel nooit homogeen verdeeld is, zullen er plaatselijk gebieden met een hogere stroomdichtheid ontstaan, mede als gevolg van onregelmatigheden in het manteloppervlak, waar het vocht zal verdampen en de gevormde geleidende laag wordt onderbroken. Als gevolg van de relatief hoge geleidbaarheid van de natte of vervuilde kabel zal over deze (smalle) onderbrekingen een relatief grote spanning staan, waardoor ontladingsverschijnselen kunnen ontstaan. Onder bepaalde weersomstandigheden kan dit proces vrijwel continu optreden en een aanzienlijke beschadiging van de kabelmantel veroorzaken.

In de praktijk is het bijgevolg gewenst om optische kabels voor toepassing in hoogspanningsomgevingen zoveel mogelijk te beschermen tegen de bovenbeschreven ongewenste invloeden van corona-ontlading en kruipspoorvorming.

Uit de Europese octrooiaanvrage 0.214.480 is een metaalvrije, zelfdragende optische kabel voor toepassing in hoogspanningsomgevingen bekend, waarbij de ziel elektrisch zwakgeleidend is gemaakt. Een op het buitenoppervlak van de kabelmantel als gevolg van vocht of vervuiling gevormde geleidende laag is capacitief met de zwakgeleidende ziel gekoppeld, waarbij onder andere de kunststof buitenmantel als diëlektricum fungeert. Door deze capacitieve koppeling wordt het spanningsverschil over een onderbreking van de, door vocht en/of vervuiling, op de buitenmantel van de kabel veroorzaakte geleidende laag effectief begrensd, waardoor ontladingen hierover worden voorkomen.

Een hogere weerstandswaarde van de elektrisch geleidende ziel leidt echter tot hogere axiale veldsterkten over de buitenmantel, terwijl een lagere weerstandswaarde een ontoelaatbare verwarming van de kabel of een te hoge radiale veldsterkte in de buitenmantel tot gevolg kan hebben. Aan deze oplossing kleeft verder het bezwaar dat de relatief hoge potentiaal op de buitenmantel in het midden tussen de ophangpunten via de geleidende ziel tot onder de (geaarde) ophangarmaturen wordt geleid, hetgeen aanleiding geeft tot een zeer hoge veldconcentratie daar ter plaatse, met het risico van doorslag van de buitenmantel. Bij een niet-vervuilde kabel kan voorts geleiding van elektrische lading via de zwakgeleidende ziel optreden. Om bij aanraking van de kabelziel schok-werking op personen te verhinderen dienen speciale aardingsmaatregelen te worden getroffen. Aarding van de geleidende ziel heeft een stroom naar aarde tot gevolg, met als risico dat bij fouten of storingen de veiligheid in gevaar kan komen, in het bijzonder bij installatie van geleidende kabels in 380kV-nettten of hoger.

Uit de Europese octrooiaanvrage 0.112.163 is een optische kabel bekend voor toepassing in hoogspanningsomgevingen waarvan de buitenmantel zelf elektrisch geleidende eigenschappen heeft. Deze oplossing heeft naast de reeds genoemde veiligheidsaspecten tevens het bezwaar dat de elektrische eigenschappen van de buitenmantel door uitwendige invloeden zoals UV-straling, zure regen en dergelijke ongewenst kunnen worden aangetast.

Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag een mantelconstruc-tie te verschaffen, in het bijzonder voor toepassing bij optische kabels in hoogspanningsomgevingen, waarbij het gevaar van beschadiging van de buitenmantel als gevolg van corona-ontladingsverschijnselen en kruip-stroomvorming zoveel mogelijk is gereduceerd, onder vermijding van de nadelen van de bekende oplossingen. Volgens de uitvinding wordt dit daardoor bewerkstelligd, dat onder de naar buiten gekeerde zijde van de buitenmantel in langsrichting van de mantelconstructie elektrisch in serie geschakelde elementen met capacitieve werking zijn gevormd.

De aldus gevormde capacitieve serieketen is in radiale richting van de mantelconstructie in hoofdzaak capacitief gekoppeld met een, tijdens gebruik, op de buitenmantel door vocht en/of vervuiling gevormde geleidende laag, waarbij de buitenmantel als diëlektricum van de radiale capacitieve koppeling fungeert. Het geheel vormt een capacitieve span-ningsdeler waarmee het spanningsverschil over een onderbreking in de geleidende laag effectief wordt begrensd en ongewenste ontladingen worden voorkomen. De capacitieve serieketen veroorzaakt in wezen een locale impedantieverlaging van de mantelconstructie ter voorkoming van ongewenst hoge elektrische veldsterkten.

In plaats van een resistieve potentiaalvereffening in langsrichting van de mantelconstructie, zoals bekend uit de stand van de techniek, voorziet de oplossing volgens de uitvinding in een capacitieve potentiaalvereffening in langsrichting. Dit heeft als belangrijk voordeel dat de mantelconstructie, bijvoorbeeld bij toepassing in een optische kabel, zijn isolerende werking behoudt. De in het voorgaande genoemde problemen bij mantelconstructies voorzien van een zwakke elektrische geleiding worden met de oplossing volgens de uitvinding voorkomen. Door het onder de naar buiten gekeerde zijde van de buitenmantel aanbrengen van de serieketen van elementen met capacitieve werking zullen de elektrische eigenschappen hiervan niet of nagenoeg niet door uitwendige invloeden zoals UV-straling, vocht, vervuiling, mechanische beschadigingen enz. worden beïnvloed. De buitenmantel kan voorts zijn gladde oppervlak behouden, zodat van de reeds bestaande inrichtingen en matrijzen voor het vervaardigen van bijvoorbeeld kabelmantelconstructies gebruik kan worden gemaakt.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding voorziet in een mantelcon-structie, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in radiale richting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektrode omvatten, waarbij de elektroden van in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen dusdanig onderling elektrisch zijn verbonden dat een serieschakeling van elementen is gevormd. De elektroden van de afzonderlijke elementen strekken zich hierbij dus in langsrichting van de mantelconstructie uit.

Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding voorziet in een mantelconstructie, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in langsrichting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektrode omvatten, waarbij de elektroden van in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen dusdanig onderling elektrisch zijn verbonden dat een serieschakeling van elementen is gevormd. In deze uitvoeringsvorm strekken de elektroden zich in radiale richting van de mantelconstructie uit.

In beide uitvoeringsvormen kunnen meerdere afzonderlijke of gekoppelde capacitieve serieketens worden ingezet door in radiale richting van de mantelconstructie meerdere elementen met capacitieve werking te vormen.

Een ten aanzien van de genoemde uitvoeringsvormen technisch voordelige serieschakeling van de elementen met capacitieve werking wordt verkregen door in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen van een gemeenschappelijke elektrode te voorzien. Het met deze uitvoeringsvorm van de uitvinding bereikte voordeel ligt in het ontbreken van afzonderlijke verbindingsleidingen tussen de elektroden van aangrenzend gelegen elementen.

In een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de mantelconstructie volgens de uitvinding, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in radiale richting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektroden omvatten, en waarbij de buitenmantel cilindrisch van vorm is, zijn de eerste en tweede elektrode als concentrisch gerangschikte cilinders met een open of gesloten oppervlak gevormd. Het van een gemeenschappelijke elektrode voorzien van de in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen wordt in een weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding daardoor bereikt, door de in radiale richting van de mantelconstructie verschoven gelegen concentrische cilinders, in langsrichting van de mantelconstruc-tie gezien, gedeeltelijk overlappend te rangschikken.

De concentrische cilinders kunnen op verschillende manieren worden gerealiseerd, zoals bijvoorbeeld in een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin de eerste en tweede elektroden elk bestaan uit op een oppervlak van een folie of band van elektrisch isolerend materiaal met tussenruimten aangebrachte lagen van een materiaal dat elektrische lading kan herschikken, welke folie of band in langsrichting gevouwen of geslagen in de mantelconstructie is opgenomen. Voor het vormen van elementen met capacitieve werking dienen tenminste telkens twee folies of banden te worden toegepast, waartussen een geschikt diëlektricum kan worden opgenomen, teneinde de bijvoorbeeld voor een specifieke toepassing beoogde elektrische eigenschappen van de elementen te verkrijgen. Een constructie-technisch eenvoudigere uitvoeringsvorm is die, waarin de eerste en tweede elektroden respectievelijk op het ene en het andere oppervlak van een elektrisch isolerende folie of band zijn aangebracht, waarbij de folie of band als diëlektricum tussen de elektroden fungeert.

Het in een mantelconstructie opnemen van folies of banden is een in de praktijk op zich bekende techniek, waarvan met voordeel in de genoemde uitvoeringsvormen gebruik kan worden gemaakt. Voor het realiseren van dit type mantelconstructie volgens de uitvinding kan derhalve van in de praktijk bekende apparatuur gebruik worden gemaakt.

Dit laatste geldt ook voor een weer verdere uitvoeringsvorm van de mantelconstructie volgens de uitvinding, waarin de eerste en tweede elektroden van de elementen met capacitieve werking bestaan uit in de mantelconstructie ingebracht vulmateriaal dat elektrische lading kan herschikken. Met behulp van bijvoorbeeld een extrusieproces met twee extrusiekoppen kan een samengestelde kunststof buitenmantel worden verschaft waarvan het genoemde vulmateriaal deel uitmaakt. Zowel de uitvoeringsvorm met capacitieve elementen opgebouwd uit in radiale richting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen elektroden alsook elementen met in langsrichting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen elektroden kunnen met behulp van het genoemde vulmateriaal worden vervaardigd.

Naast extrusie kan het vulmateriaal ook door intermitterend injecteren in de mantelconstructie worden ingebracht. Ten behoeve van de uitvoeringsvorm waarin de eerste en tweede elektroden van een capacitief element in radiale richting onderling verschoven zijn gelegen, kunnen de tweede elektroden, na het aanbrengen van een als diëlektricum fungerende folie of band van elektrisch isolerend materiaal, in een volgende injec- tiestap worden gerealiseerd. Bij voorkeur worden de respectieve eerste en tweede elektroden overlappend aangebracht.

Gebleken is dat de materialen voor het bewerkstelligen van de beoogde elektrische eigenschappen geen kritische factor in het geheel vormen. Een materiaal als koolstof (C) voldoet reeds. Ook mengsels van metallische elementen (zilver, aluminium e.d.) gedispergeerd in hotmelt (lijm) kunnen worden toegepast. Folies of banden met een koolstoflaag of een opgedampte alumiumlaag zijn in de handel verkrijgbaar. In het algemeen geldt dat de eerste en tweede elektroden uit materiaal met metallisch geleidende, ionengeleidende, halfgeleidende of polariseerbare elektrische eigenschappen kunnen bestaan, dan wel van combinaties van deze materialen.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een optische kabel, omvattende een ziel van één of meer optische geleidende vezels, om welke ziel een mantelconstructie volgens één of meer van de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvormen is aangebracht.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een zelfdragende optische kabel, in het bijzonder voor toepassing als hangkabel in de elektrische omgeving van hoogspanningshangleidingen, omvattende een centraal element van elektrisch isolerend materiaal, één of meer door dit centrale element ondersteunde optisch geleidende vezels, welke vezels door een mantel van elektrisch isolerend materiaal zijn omgeven waarbinnen één of meer van de vezels vrij kunnen bewegen, een gordel van elektrisch isolerend materiaal, en een uit elektrisch isolerend materiaal opgebouwde mantelconstructie tenminste omvattende, een versterkingslaag en een buitenmantel, welke mantelconstructie van elementen met capacitieve werking volgens één of meer van de in het voorgaande besproken uitvoeringsvormen is voorzien. Zonodig kan rond de gordel een binnenmantel zijn aangebracht.

De buitenmantel kan bijvoorbeeld van hoge-dichtheidpolyetheen (HDPE), de versterkingslaag van aramidegarens en de binnenmantel van polyetheen worden vervaardigd.

Enkele uitvoeringsvormen van de mantelconstructie volgens de uitvinding worden in het navolgende aan de hand van de tekening toegelicht .

Fig. 1 toont schematisch een gedeeltelijk opengewerkte kabel, voorzien van elementen met capacitieve werking overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig. 2 toont schematisch, gedeeltelijk in aanzicht, de langsdoor-snede door de kabel volgens fig. 1.

Fig. 3 toont schematisch, gedeeltelijk de langsdoorsnede door een kabel opgebouwd volgens fig. 1, waarbij in radiale richting meerdere elementen met capacitieve werking zijn gevormd.

Fig. 4 toont schematisch, gedeeltelijk in aanzicht, de langsdoorsnede door een kabel waarin de elementen met capacitieve werking elk in langsrichting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen elektroden omvatten.

Fig. 5 toont schematisch, gedeeltelijk de doorsnede door een kabel waarin in radiale richting meerdere elementen met capacitieve werking overeenkomstig fig. 4 zijn gevormd.

Fig. 6 toont schematisch het vervangingsschema van een kabel volgens fig. 2, fig. 3 of fig. 4.

Fig. 7 toont schematisch een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een optische kabel voorzien van onder de buitenmantel gevormde elementen overeenkomstig de uitvinding.

Onderdelen met een soortgelijke functie of opbouw zijn in de figuren 1-5 met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. Om duidelijkheidsredenen zijn de diverse onderdelen onderling niet op schaal weergegeven.

De in fig. 1 schematisch weergegeven, gedeeltelijk opengewerkte kabel 1 omvat een ziel 2, welke één of meer optische geleidende vezels en eventueel één of meer elektrische geleiders kan omvatten (niet getoond) . Om de ziel 2 is facultatief een cilindrische binnenmantel 3 aangebracht. Op de binnenmantel 3 is een eerste drager 4 in de vorm van een folie of band van elektrisch isolerend materiaal (bijvoorbeeld kunststof) aangebracht. Op deze drager 4 zijn gebieden 5 aangebracht van een materiaal dat elektrische lading kan herschikken, in de getoonde uitvoeringsvorm zijn de gebieden 5 rond de omtrek van de binnenmantel 3 gevormde cilinders.

Over de eerste drager 4 is een tweede drager 6 van elektrisch isolerend materiaal, bijvoorbeeld eveneens van kunststof, aangebracht, welke tweede drager 6 van gebieden 7, van een soortgelijk materiaal als de gebieden 5 is voorzien. Ook de gebieden 7 zijn in de getoonde uitvoeringsvorm cilindrisch. Het geheel wordt omgeven door een kunststof buitenmantel 8.

De elkaar gedeeltelijk overlappende gebieden 5 en 7 vormen respectievelijk de eerste en tweede elektroden van plaatvormige, cilindrische condensatorelementen. In de getoonde uitvoeringsvorm fungeert de drager 6 als diëlektricum.

Zoals schematisch in de langsdoorsnede van de kabel 1 in fig. 2 is geïllustreerd, vormen de overlappende gebieden een serieketen van con- densatorelementen Ci, C2, C3 ___ C*» in langsrichting van de kabel 1.

Bij verwaarlozing van randeffecten wordt de capaciteitswaarde van de afzonderlijke condensatorelementen bepaald door de geometrie en het oppervlak waarover de gebieden 5, 7 elkaar overlappen, him onderlinge afstand in radiale richting en de relatieve diëlektrische constante van het diëlektricum.

De dragers 4, 6 kunnen bijvoorbeeld elk bestaan uit folie welke in langsrichting rond de binnenmantel 3 wordt gevouwen. In plaats van een folie kan ook met banden of tapes worden gewerkt die rond de binnenmantel 3 worden geslagen (gewikkeld). In plaats van de drager 6 kan ook een afzonderlijke laag diëlektrisch materiaal tussen de gebieden 5 en 7 worden aangebracht (niet getoond). Deze diëlektrische laag wordt op de drager 4 aangebracht, waarna de drager 6 met de gebieden 7 naar deze diëlektrische laag toegekeerd wordt aangebracht.

Het is uiteraard ook mogelijk om meerdere dragers 4, 6 aan te brengen, welke elkaar weer gedeeltelijk kunnen overlappen, voor het vormen van meerdere, in radiale richting van de kabel 1 verschoven gelegen elementen met capacitieve werking, zoals bijvoorbeeld schematisch getoond in fig. 3. Hierin is een gedeelte van een langsdoorsnede door een kabel opgebouwd volgens fig. 1 getoond, waarbij echter op de drager 6 een verdere drager met gebieden 9 is aangebracht welke de gebieden 7 van de drager 6 overlappen. Er ontstaan dan meerdere gekoppelde serieketens van elementen met capacitieve werking, respectievelijk condensatorelementen C-i, C2, C3 ...Ca tussen de elkaar overlappende gebieden 5 en 7, C'i, C'a, C*3 ... C'n tussen de elkaar overlappende gebieden 7 en 9 en condensatorelementen C"i, C"2, C"3 ... C"m tussen de gebieden 5 en 9.

In de kabel volgens fig. 1 kunnen de gebieden 5, 7 ook op een enkele drager, aan de ene respectievelijk de andere zijde hiervan worden gevormd. De betreffende gebieden hoeven elkaar daarbij niet noodzakelijkerwijs te overlappen, maar kunnen bijvoorbeeld via elektrisch geleidende sporen, aangebracht op de betreffende drager, geschikt onderling worden verbonden teneinde één of meer serieketens van elementen met capacitieve werking te vormen. Uiteraard hoeven de gebieden 5, 7 niet als cilinders te zijn gevormd, maar kunnen deze ook meerdere afzonderlijke segmenten omvatten, waarbij segmenten van de gebieden 5 door segmenten van de gebieden 7 kunnen worden overlapt enz. (niet getoond).

Aangetoond kan worden dat in een kabelconstructie opgebouwd volgens fig. 1, waarin de gebieden 5 respectievelijk 7 een lengte van 10mm en een onderlinge afstand in langsrichting van 6 mm hebben, bij toepassing van een binnenmantel 3 met een buitendiameter van 5,975 mm en dragers 4, 6 elk met een dikte van 0,025 mm en een relatieve diëlektri- sche constante van 3,3 de condensatorelementen Ci, C2, C3 ___C** elk een capaciteit van circa 175 nF bezitten. Bij wisselspanningstoepassin-gen met een frequentie van 50 Hz heeft de mantelimpedantie Z een waarde van circa 4,5 106ft/m. Een kunststof buitenmantel van bijvoorbeeld hoge-dichtheidpolyetheen (HDPE), welke in de praktijk wordt toegepast, heeft in droge en schone toestand een langsweerstand van 8.1012 Ω/m. In het algemeen geldt dat wanneer de langsimpedantie van de kabel in het gebied tussen 10^-1010 Ω/m ligt een effectieve bescherming tegen het optreden van ongewenste ontladingen aan de buitenmantel kan worden bereikt.

In plaats van elementen met capacitieve werking waarvan de eerste en tweede elektroden in radiale richting onderling verschoven zijn gelegen, zoals bijvoorbeeld in de constructie volgens fig. 1, kan ook een serieketen van elementen met capacitieve werking volgens de uitvinding worden verkregen met in langsrichting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektroden, zoals schematisch is aangegeven in fig. 4.

Fig. 4 toont een langsdoorsnede door een kabel waarbij in langsrichting onderling verschoven gelegen gebieden 10, 11, van een materiaal dat elektrische lading kan herschikken, zijn aangebracht. De gebieden 10, 11 kunnen bijvoorbeeld schijfvormig zijn, zodanig dat een enkele serieschakeling van plaatcondensatoren is gevormd, maar kunnen ook uit afzonderlijke segmenten zijn opgebouwd, waardoor meerdere afzonderlijke serieschakelingen worden gevormd.

Ook in de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 kunnen in radiale richting van de mantelconstructie meerdere elementen met capacitieve werking worden gevormd. Hiertoe is tussen de gebieden 10 en 11 een verder gebied 12 van een materiaal dat elektrische lading kan herschikken aangebracht. De gebieden 10, 11, 12 kunnen op zich weer ringvormig of uit meerdere segmenten zijn opgebouwd. Door aangrenzende segmenten van de gebieden te laten overlappen, kunnen meerdere gekoppelde serieketens worden gevormd (niet getoond). Ook hierbij geldt dat de capacitieve werking wordt bepaald door de onderlinge afstand van de gebieden 10, 11, 12, hun tegenover elkaar liggende oppervlak en de diëlektrische constante van het materiaal tussen de gebieden 10, 11, 12.

De uitvoeringsvormen van de uitvinding zoals getoond in fig. 4, 5 kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door in de buitenmantel 8 vulmateriaal op te nemen dat elektrische lading kan herschikken. Met behulp van een extrusieproces met twee extrusiekoppen, één voor het vulmateriaal en de ander voor het materiaal van de buitenmantel, kan een dergelijke samengestelde buitenmantel worden vervaardigd. Ook kan het vulmateriaal tijdens het vormen van de mantelconstructie door lage- of hogedruk injectie worden ingebracht.

Ook de uitvoeringsvormen van de uitvinding zoals schematisch getoond in fig. 2 en 3 kunnen door het in de mantelconstructie inbrengen van vulmateriaal, dat elektrische lading kan herschikken, worden vervaardigd. De gebieden 5 kunnen daarbij intermitterend op de binnenmantel 3 worden aangebracht. Door vervolgens een diëlektrische laag over de gebieden 5 respectievelijk de binnenmantel 3 aan te brengen, kunnen in een volgende processtap de gebieden 7, bijvoorbeeld overlappend, worden gevormd, eveneens door injectie van vulmateriaal. Zonodig kunnen een verdere diëlektrische laag en gebieden 9 worden gevormd (fig. 3). Uiteraard kunnen de gebieden 5, 7 en/of 9 ook deel uitmaken van de buitenmantel 8.

Als vulmateriaal kan elk materiaal met metallisch geleidende, ionengeleidende, halfgeleidende of polariseerbare elektrische eigenschappen worden toegepast, zonodig in combinatie. De eigenschappen van de toegepaste materialen zijn in het geheel niet kritisch gebleken. Een materiaal als koolstof (C) voldoet reeds. Ook mengsel van metallische elementen zoals zilver of aluminium, gedispergeerd in hotmelt (lijm) kunnen als vulmateriaal worden toegepast. Folies of banden met een koolstoflaag of met een opgedampte aluminiumlaag zijn in de handel verkrijgbaar.

Fig. 6 toont het elektrische vervangingsschema van de kabelcon-structie zoals getoond in fig. 1. Hierbij geldt:

Cs = capaciteit van de afzonderlijke, in serie geschakelde elementen met capacitieve werking,

Rm = intrinsieke weerstand van de buitenmantel, en

Cm = radiale kabelcapaciteit van de buitenmantel.

Met Li, Lz zijn twee op de buitenmantel door bijvoorbeeld vervuiling of vocht gevormde geleidende lagen aangeduid. Tussen de lagen Li en L2 bevindt zich een onderbreking A. In het geval van een kabel welke tussen hoogspanningsmasten is opgehangen, kan de laag Li via een ophang-armatuur met de geaarde mast zijn verbonden. De laag L2 is via capacitieve spanningsdeling met de aarde en één of meer hoogspanningsleidingen gekoppeld.

Bij een kabel welke niet van een serieschakeling van elementen Ce met capacitieve werking volgens de uitvinding is voorzien, kan het potentiaal over de onderbreking A dusdanig hoog zijn, dat er ontladings-verschijnselen optreden, een en ander uiteraard afhankelijk van de afmetingen van de onderbreking in langsrichting van de kabel. Met de serieschakeling van elementen Ce volgens de uitvinding wordt nu een dusdanige locale herschikking van elektrische lading bereikt, dat er geen of nagenoeg geen ontlading over de onderbreking A kan plaatsvinden en de buitenmantel bijgevolg hierdoor niet wordt beschadigd.

Fig. 7 toont een dwarsdoorsnede door een uitvoeringsvorm van een optische hangkabel voorzien van een mantelconstructie volgens de uitvinding.

Met het verwijzigingscijfer 15 is een centraal element weergegeven, bijvoorbeeld vervaardigd uit vezelversterkte kunststof. Het centrale element heeft bijvoorbeeld een diameter van 2 mm. Om het centrale element bevinden zich zes optische vezels 16, met bijvoorbeeld een diameter van 0,2 - 0,3 mm. Iedere optische vezel bezit een op zijn glasoppervlak hechtende, niet weergegeven, kunststof laag, de zogeheten primaire coating. Elke optische vezel is omgeven door een losse kunststof mantel 17, de zogeheten secundaire coating, spiraalvormig samengeslagen om het centrale element 15. Binnen deze coating kan de vezel 16 vrij bewegen. De diameter van de secundaire coating bedraagt bijvoorbeeld 2 mm. Verdere uitvoeringsvormen van de optische kabel met bijvoorbeeld 8 of 12 optische vezels zijn eveneens mogelijk. Om de secundaire coating 17 is een gordel 18 van elektrisch isolerend materiaal aangebracht, welke door een binnenmantel 19 van bijvoorbeeld polyetheen wordt omgeven. Om deze binnenmantel 19 is een versterkingslaag 20 van bijvoorbeeld aramidegarens aangebracht. Tussen het naar binnen gekeerde oppervlak van de kunststof buitenmantel 22, bijvoorbeeld van HDPE (hoge-dichtheidpolyetheen) en de versterkingslaag 20 bevindt zich een serieschakeling van elementen met capacitieve werking volgens de uitvinding, welke terwille van de eenvoud als een enkele laag 21 is weergegeven. De ruimte tussen de secundaire coating 17 en de gordel 18 en de ruimte binnen de secundaire coatings 17 kan met een waterstoppende massa 23 zijn opgevuld.

Het zal duidelijk zijn dat de wezenlijke elementen van de optische kabel met de mantelconstructie volgens de uitvinding de optische vezels 16, de serieschakeling van elementen met capacitieve werking 21 en de buitenmantel 22 zijn. De overige elementen kunnen facultatief aanwezig zijn.

In de mantelconstructie volgens de uitvinding kan de buitenmantel uiteraard uit diverse polymeren bestaan en verder van toevoegingen zoals ATH (Ala03.3H20) en dergelijke worden voorzien om de kabel m-indor ontla-dingsgevoelig te maken.

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet beperkt is tot de getoonde uitvoeringsvormen van kabelmanteIconstructies, maar in het algemeen toepasbaar is bij mantelconstructies voor toepassing in hoog-spanningsomgevingen, waaronder in de voorgaande beschrijving en de conclusies in het algemeen omgevingen met hoge elektrische veldsterkten dienen te worden verstaan.

Claims

1. Mantelconstructie, in het bijzonder voor optische kabels, voor toepassing in hoogspanningsomgevingen, tenminste omvattende een langwerpige kunststof buitenmantel, met het kenmerk, dat onder de naar buiten gekeerde zijde van de buitenmantel in langsrichting van de mantelconstructie elektrisch in serie geschakelde elementen met capacitieve werking zijn gevormd.

2. Mantelconstructie volgens conclusie 1, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in radiale richting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektrode omvatten, waarbij de elektroden van in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen dusdanig onderling elektrisch zijn verbonden dat een serieschakeling van elementen is gevormd.

3. Mantelconstructie volgens conclusie 1, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in langsrichting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektroden omvatten, waarbij de elektroden van in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen dusdanig onderling elektrisch zijn verbonden dat een serieschakeling van elementen is gevormd.

4. Mantelconstructie volgens conclusie 2 of 3, waarin in radiale richting van de mantelconstructie meerdere elementen met capacitieve werking zijn gevormd.

5. Mantelconstructie volgens conclusie 2, 3 of 4, waarin in langsrichting van de mantelconstructie aangrenzend gelegen elementen een gemeenschappelijke elektrode hebben.

6. Mantelconstructie volgens conclusie 2, waarin de buitenmantel cilindrisch van vorm is en de eerste en tweede elektroden concentrisch gerangschikte cilinders met een open of gesloten oppervlak zijn.

7. Mantelconstructie volgens conclusie 6, waarin de in radiale richting van de mantelconstructie verschoven gelegen concentrische cilinders, in langsrichting van de mantelconstructie gezien, gedeeltelijk overlappend zijn gerangschikt.

8. Mantelconstructie volgens conclusie 6 of 7, waarin de eerste en tweede elektroden elk bestaan uit op een oppervlak van een folie of band van elektrisch isolerend materiaal met tussenruimten aangebrachte lagen van een materiaal dat elektrische lading kan herschikken, welke folie of band in langsrichting gevouwen of geslagen in de mantelconstructie is opgenomen.

9. Mantelconstructie.volgens conclusie 8, waarin de eerste en tweede elektroden respectievelijk op het ene en het andere oppervlak van de folie of band zijn aangebracht, waarbij de folie of band als dielek-tricum tussen de elektroden fungeert.

10. Mantelconstructie volgens één of meer van de conclusies 2 tot en met 7, waarin de eerste en tweede elektroden van de elementen met capacitieve werking bestaan uit in de mantelconstructie gebracht vulmateriaal dat elektrische lading kan herschikken zijn gevormd.

11. Mantelconstructie volgens conclusie 10, waarin het vulmateriaal deel uitmaakt van de kunststof buitenmantel.

12. Mantelconstructie volgens conclusie 10 of 11, waarbij het vulmateriaal door intermitterend injecteren is ingebracht.

13. Mantelconstructie volgens conclusie 10, 11 of 12, in afhankelijkheid van conclusie 2, waarin de elementen met capacitieve werking elk een in radiale richting van de mantelconstructie onderling verschoven gelegen eerste en tweede elektroden omvatten, waarbij tussen de eerste en tweede elektroden een als diëlektricum fungerende folie of band van elektrisch isolerend materiaal is aangebracht.

14. Mantelconstructie volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin de eerste en tweede elektroden van materiaal met metallisch geleidende, ionengeleidende, halfgeleidende of polariseerbare elektrische eigenschappen zijn gevormd, dan wel van combinaties van deze materialen.

15. Optische kabel, omvattende een ziel van één of meer optisch geleidende vezels, om welke ziel een mantelconstructie volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 14 is aangebracht.

16. Zelfdragende optische kabel, in het bijzonder voor toepassing als hangkabel in de elektrische omgeving van hoogspanningshangleidingen, omvattende een centraal element van elektrisch isolerend materiaal, één of meer door dit centrale element ondersteunde optisch geleidende vezels, welke vezels door een mantel van elektrisch isolerend materiaal zijn omgeven waarbinnen één of meer van de vezels vrij kunnen bewegen, een gordel van elektrisch isolerend materiaal, en een uit elektrisch isolerend materiaal opgebouwde mantelconstructie tenminste omvattende, een versterkingslaag en een buitenmantel, welke mantelconstructie van elementen met capacitieve werking volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 14 is voorzien.