DE1640278C3 - KabelendabschluB - Google Patents

Description

3. Kabelendabschluß nach Anspruch 2, dadurch 10 Megohm und vorteilhafterwei.se liegt er zwischen gekennzeichnet, daß der spezifische Oberflächen- 100 und 300 Megohm. Die elektrische Feldstärke entwiderstand des Halblciterüberzugs zwischen KK) 30 lang dem Halbleiterüberzug ist bevorzugt kleiner als und 300 Megohm liegt. etwa 18 000 Volt/cm.

4. Kabelendabschluß nach einern der Ansprüche Gemäß einem weiteren Alisführungsbeispiel der 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elek- Erfindung beträgt die Länge der vom Halbleiterübertrische Feldstärke entlang des Halbleiterüberzugs zug überdeckten" Strecke der Isolierschicht bei Hochkleiner als etwa 18 000 Volt/cm ist. 35 spannungskabeln für 5 bis 15 kV zwischen 15 und

5. Kabelendabschluß nach einem der Ansprüche 40 cm

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, <äaß die Länge Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen

der vom Halbleiterüberzug bedeckten Strecke der insbesondere darin, daß die elektrische Feldstärke

Isolierschicht bei Hochspannungskabeln für 5 bis· entlang der Kabelabschlußlänge unterhalb des Ioni-15 kV zwischen 15 cm und 40 cm beträgt. 40 sationseinsatzpunktes in Luft liegt, so daß eine

6. Kabelendabschluß nach einem der Ansprüche Ionisierung oder Koronaentladung praktisch ausge-1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb- schlossen ist. Insbesondere werden dabei lineare leiterüberzug in an sich bekannter Weise mit einer Verhältnisse erhalten, die sicherer und einfacher zu isolierenden Schutzschicht (26) überzogen ist. beherrschen sind.

45 Von besonderem Vorteil ist ein Kabelendabschluß gemäß der Erfindung bei der Prüfung der Spannungs-

festigkeit von Hochspannungskabeln. Hierbei ist es

besonders wichtig, daß bei Grenzbelastungen des Kabels nicht lonisierungsvorgänge am Endabschluß

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kabelend- 50 als Fehler im Kabel selbst in Erscheinung treten, abschluß zur Vermeidung von Ionisation am Ende Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der

eines Hochspannungskabels, das eine den Leiter folgenden Beschreibung und der Zeichnung zweier umgebende Isolierschicht und eine Erdabschirmung Ausfühiungsbeispiele näher erläutert,
aufweist, die konzentrisch über der Isolierschicht F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem

angeordnet ist, mit einem auf der freigelegten Isolier- 55 bekannten Kabelendabschluß, wobei einige Teile schicht aufgebrachten Halbleiterüberzug, der mit dem weggeschnitten sind, um den Aufbau besser sichtbar Ende der Erdabschirmung in Kontakt steht und sich zu machen;

in Richtung auf den Leiter eine vorbestimmte Strecke F i g. 2 ist eine Seitenansicht von einem Auserstreckt derart, daß am Ende des Halbleiterüberzugs führungsbeispiel eines Kabelendabschlusses gemäß die Potentialdifferenz zum Leiter gleich Null ist und 60 der Erfindung;

wobei die elektrische Feldstärke entlang des Halb- F i g. 3 zeigt den Kabelendubschluß gemäß F i g. 2

leiterüberzugs kleiner ist als der Ionisationseinsatz- im Querschnitt;
punkt der überzogenen Strecke der Isolierschicht. F i g. 4 zeigt ein anderer» Ausführungsbeispiel der

Ein Kabelendabschluß der vorstehend genannten Erfindung.

Art ist in der US-PS 3 210 460 beschrieben. Die 65 In der Zeichnung sind gleiche Teile mit den gleichen normalerweise sehr große Feldstärke um den Rand der Bezugsziffern versehen. In F i g. 1 ist ein typisches Abschirmung herum direkt oder nahe am Kabelende, bekanntes Koaxial-Kabel 10 gezeigt, das beispielsweise die eine Ionisierung oder Koronaentladung zur Folge für Spannungen von 5 bis 15 kV oder mehr ausgelegt

• kann. Das Kabel besteht aus einem inneren Gallischen Leiter 12, der in Form eines verseilten T ters ausgebildet ist. Der Leiter 12 kann natürlich h massiv ausgeführt sein. Im allgemeinen ist eine Halbleiterschicht 14, ζ. B. ein Band, um den verseilten vr talleiter aufgetragen, um einen guten elektrischen K takt zwischen dem Leiter und der Isolation herzuteilen und weiterhin die Beanspruchungen der ein-1 en Stränge auszugleichen. Der mit dem Halbleiterumwickelte Metalleiter ist von einei relativ Isolierschicht 16 umgeben, die gewöhnlich f id D Ili

?ken Isolie

Hch Strangpressen aufgetragen wird. Das Isolierterial ist üblicherweise ein thermoplastischer ν tstoff, _wie beispielsweise vernetztes Polyäthylen λ Äthvlen-Propylen-Gummi, der mit mineralischen qTffen oder anderen geeigneten Materialien gefüllt ° kann Das Kabel weist weiterhin eine Erdab-Vrmung auf die aus einer halbleitenden Schicht oder Rand 18 und' einer metallischen Rückleiterabschirne20 besteht Über diese Schicht isi ein äußerer ülanT_P122 aufgezogen, der aus herkömmlichem Ma-I wie PVC besteht.

F s "> zeigt einen Kabelendabschluä gemäß einem ».«führongsbcispiel der Erfindung. Der äußere Man-',Tvist zuerst vom Kabelabschlull eine gewisse lang abgezogen worden. Wieviel vom Mantel een wild hängt von der Abschlußlänge ab, wie 3er unten noch beschrieben wird; es ist nicht !e mehr als 2,5 bis 5 cm vom Kabelmantel über ÄbSußlänge hinaus abzuziehen. Die Kupfermung oder das Kupferband 20 wird dann waf mehr' als die volle Länge des Abschlusses abgewickelt, um die Halbleiterschicht freizulegen. Das Ende des Mantels wird dann für den Ionisations-S urt mit Erde verbunden. Danach wird die Halbgesetzten Normen in bezug auf den Einsatzpunkt der Ionisierung genügen. Bei einem typischen Versuch wird eine durch die Norm geforderte Spannung an das Kabel angelegt, 5 Minuten lang gehalten und dann allmählich verringert. Wenn Ionisierung auftritt, die mit einem Oszillographen oder mit einem anderen geeigneten Prüfgerät beobachtet werden kann, wird die Spannung verringert, bis herausgefunden ist, bei welcher Spannung die Ionisierung erlischt. Wenn die ίο Ionisierung bei einem Potential eintritt, das über dem geforderten Minimum liegt, wird das Kabel als zufriedenstellend freigegeben.

Der Kabelendabschluß gemäß der Erfindung ist dabei praktisch frei von Ionisation, so daß jede festgestellte Ionisierung tatsächlich innerhalb des Kabels auftritt. Wie bereits ausgeführt wurde, treten bei dem Schichtaufbau des Kabels an dessen Abschluß nichtlineare kapazitive Ströme auf. Da sich aber der Halbleiterüberzug 24 vom Hochspannungsausgangszo ende bis zur Erdabschirmung erstreckt, rufi er einen Wirkstrom als zweiten Strom auf der Außenseite der Isolation hervor, wo die nichtlinearen Spannungsbeanspruchungen auftreten, die für die Ionisation am Kabelende verantwortlich sind. Der Wirkstrom ist linear und konstruktionsbedingt wesentlich großer als der kapazitive Strom. Wenn man beide Strome addiert, wird der kapazitive Strom gegenüber dem Wirkstrom vernachlässigbar, und folglich wird ein praktisch linearer Strom bewirkt. Somit wird ein gleichförmiger Spannungsabfall entlang des umhüllten Teiles des Kabelabschlusses von der Erdabschirmung bis zum Hochspannungsende hervorgerufen. Dadurch wird eine Ionisierung am Kabelabschluß praktisch

verhindert. .

Der lonisationseinsatzpunkt kann unabhängig von

belrä« üblicherweise IS bis 40 cm, wie weiter unlen I. B. bei ungelahr 18,4 kV/cm Del einer Kara» erSlwird Ein kleiner Teil des Leiters 12 ragt über länge von 25 en, (Spannungsangaben in EffektI» das End der Isolierschicht hinaus und das halb- ,o werten). Deshalb sollte die gesamteeektπsh= Feld

ÄSußlänge wird dann »on vhmu.z, atmosphärisch.« Bedingungen z£ de,F«

Eintauchen oder andere geeignete M ittel aufgebracht J^^^JSiS.S LeitergröBe u. dgl.

werden. Anschließend wird er beisp.e.swe.e in Luft ArU^erwcndete^Js^

Unrein derartiger Kabe.endabschluß beispie.s- betr^e,^ηtypists !»Jg^^fSS

weise zur Bestimmung des Beginns emer Ioninerung»! kabel· das«JF^ 1^utgp _{ühren ^

einem Kabel verwendet werden soll, wird ^Metall· S rom von ungefähr^ _{oUerschicht auf}

schicht 20 mit Erde verbunden, und der Metalleiter und aas eine vcnie , _Full_stoft gefüllt ist und

wird an jedem Ende mit eine«,' K-b.tachuh versehe^ e₅ weist d « ^m^g^ versehen ί kann einen

hängt hauptsächlich von der Kabelabmessung und von der Nennspannung ab. Bei Vergrößerung der Kabelabschlußlänge ist es nötig, den Wirkstrom zu vergrößern, um einen linearen Spannungsabfall zu erhalten. Die erzeugte Wärme ist proportional dem Quadrat des Stromes. Deshalb kann ein kleines Anwachsen des Stromes auf hohe Wärmeverluste führen. Wenn der Abschluß zu heiß wird, wird eine Lichtbogenbildung zwischen dem Metalleiter und der

Es wurden 15-kV-Koaxial-Erdkabel untersucht, um den Unterschied zwischen Kabeln, deren Abschlüsse nicht geschützt sind, und Kabeln mit Endabschlüssen gemäß der Erfindung zu demonstrieren. Diese Kabel 5 waren im wesentlichen wie in F i g. 1 aufgebaut und bestanden aus einem Kupferleiter mit einem Durchmesser von etwa 6,5 mm, einer Isolierschicht aus vernetztem Polyäthylen, die mit mineralischem Füllstoff gefüllt war, einer Halbleiterschicht aus mit Ruß

Metallabschirmung eintreten, die die Versuchsanord- io gefülltem Butyl-Gummi, einem Kupferband als Abnung, beispielsweise einen Hochspannungstransforma- schirmung und Rückleiter und einem Mantel aus PVC. tor, kurzschließt. Wenn der Abschluß zu kurz ist, wird Die Isolation hatte einen Umfang von ungefähr 6,8 cm. andererseits ein Lichtbogen durch die Luft zwischen Ein Kabel, dessen Abschluß nicht überzogen oder

dem Leiter und der Metallabschirmung überspringen. bedeckt war, wurde in einem öltank untersucht. Dabei Die Abschlußlänge beträgt für übliche Hochleistungs- 15 zeigten 15 Kabeltrommeln einen Einsatzpunkt der kabel, die für Hochspannungen von ungefähr 5 bis Ionisation, der im Durchschnitt bei 17,6 kV lag. 15 kV ausgelegt sind, ungefähr 15 bis 40 cm. Sie kann Weiterhin wurden auf 19 Kabelrollen 25 cm Hange aber auch größer oder kleiner sein, was beispielsweise Kabelendabschlüsse mit einer halbleitenden Farbe von Faktoren wie von der Spannungsbelastung und bestrichen, die einen Oberflächenwiderstand von dem Umfang abhängig ist. Der Durchschnittsfach- 20 100 Megohm hat. Dabei lagen die Einsatzpunkte der mann kann aber auch die Abschlußlänge für jede Ferti- Ionisation im Durchschnitt bei 19,5 kV. Dieses zeigt gungsspezifizierung experimentell bestimmen. klar, daß man überlegene Ergebnisse erhält, wenn

Die Halbleiterschicht wird durch einen spezifischen man die Ionisation oder die Korona-Entladung an den Oberflächenwiderstand charakterisiert. Zu den typi- Endabschlüssen ausscheidet. Außerdem geht daraus sehen verwendbaren Oberzugsmaterialien gehört ein 25 hervor, daß ein Kabel mit höheren Spannungen Anstrich mit äußerst hohem Widersland, der Rußfüll- geprüft werden kann, ohne daß eine Ionisierung an den stoff und ein inertes, modifiziertes Styrol-Kunststoff- Kabelendabschlüssen eintritt.

harz als Bindemittel enthält und dessen spezifischer Zur weiteren Erläuterung der erzielbaren Vorteile

Oberflächenwiderstand einen Wert von 10 bis 10 000 wurden sechs verseilte 15-kV-Kabel hergestellt. Die Megohm hat. Der nutzbare Bereich der Widerstands- 30 Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle werte für den Überzug kann schwanken, was haupt- aufgeführt,
sächlich vom Kabelaufbau, von der Spannung und Tabelle

der thermischen Leitfähigkeit der Isolation abhängt. Ionisierungseinsatzpunkt für 15 kV Kabel

Die Faktoren zur Bestimmung dieser Größe sind der
Durchmesser und/oder der Umfang des Metalleiters, 35
das Verhältnis des Durchmessers der Isolationsschicht
zum Durchmesser des Metalleiters und die Masse der
Isolationsschicht und des Metalleiters. Je größer nämlich die thermische Leitfähigkeit der Isolation ist,
desto mehr Wärme wird vom Leiter absorbiert, der 40
als K jhlblock dient. Demzufolge kann ein Überzugsmaterial mit einem niedrigeren Widerstand benutzt
werden. Man hat z. B. für ein verseiltes Kabel für
15 kV mit einem Umfang von 5,25 cm und einem
Abschluß von 25 cm gefunden, daß eine Halbleiter- 45
schicht mit einem Widerstand von 10 Megohm verwendet werden kann. Wenn der Oberflächenwiderstand für das Kabel zu niedrig ist, wird ein Übermaß Diese Ionisierungseinsatzpunkte, die in der obiger an Wärme entwickelt, das einen Überschlag verursacht. Tabelle für 15-kV-Kabel aufgeführt sind, zeigen, dal Andererseits verursacht der kapazitive Strom, wenn 50 die Ionisation an den Abschlüssen ausgeschlossen ist der Oberflächenwiderstand zu groß ist, eine Feld- Bei dem Versuch, in dem ein Halbleitermaterial rni Stärkeverteilung, die so nichtlinear wird, daß sie eine einem Oberflächenwiderstand von 10 Megohm ver Ionisation am Kabelendabschluß zur Folge hat. Wenn wendet wurde, hatte sich der Kabelabschluß air die elektrische Feldstärke entlang dem Kabelend- Versuchsende erwärmt. Dadurch zeigte sich also, daf abschluß den Einsatzpunkt der Ionisation übersteigt, 55 bei diesem speziellen Kabel Wärmeverluste auftraten wird ein Überzug mit einem niedrigeren Oberflächen- Es ist daher nicht ratsam, eine Halbleiterschicht rni widerstand verwendet. Im allgemeinen sollte für einen einem noch geringeren Oberflächenwiderstand zi Kabelendabschluß gemäß der Erfindung die elektrische verwenden.

Feldstärke für übliche Hochspannungskabel weniger Wenn gewünscht, kann der Kabelendabschluß

als 18,4 kV/cm betragen. Bei Berücksichtigung eines 60 wenn er lange unter der Einwirkung von Hochspan Sicherheitsfaktors hat man eine Feldstärke von nung oder anderen Umweltbedingungen steht, dadurcl 12 kV/cm als besonders günstig gefunden. Bei der geschützt werden, daß der Halbleiterüberzug mit einen Bestimmung der elektrischen Feldstärke sollten jedoch isolierenden Film überzogen wird. Dieser Isolierfiln die atmosphärischen Bedingungen, wie oben gezeigt, schützt den Halbleiterüberzug vor Luft und Feucbtig in Betracht gezogen werden. Deshalb kann dieser Wert 65 keit und weiterhin auch vor dem Absplittern. Geeignet etwas schwanken. In diesem Bereich ist ein Schicht- schützende Isolierfilme sind z. B. elektrisches Isolier material besonders brauchbar, das einen Oberflächen- band aus PVC, Irrathen oder SPT-Band oder organi widerstand von ungefähr 100 bis 300 Megohm hat. scher oder harzartiger Film wie Epoxy-Harz.

Widersland des Überzugs materials	Umfang des Kabels	Abschluß länge	Ionisie- rungs- einsatz- punfct
(Megohm)	(cm)	(cm)	(kV)
10	5,25	25	21,9
30	5,18	25	25,0
300	5,25	25	21,9
1000	5,25	25	21,9
3 000	5,25	25	21,9
10 000	5,25	25	26,5

Um den Wert dieser Ausführimgsform gemäß der Erfindung zu beschreiben, wurden die Abschlüsse eines 15-kV-Kabels, wie es im 1. Beispiel beschrieben ist, mit einem halblcitenden Anstrich versehen, der einen Oberflächenwiderstand von 100 Megohm hatte. Das Kabel wurde mit 150% der Nennspannung, d. h.

mit 13 kV betrieben. Durch ein derartiges Kabel wurde dreimal pro Tag ein ausreichender Strom geleitet, um die Temperatur des Kabels auf ungefähr 90⁰C anzuheben. So wurde es 26 Tage lang betrieben und zeigte keine Anzeichen eines Durchschlages am Abschluß auf Grund einer Ionisation oder Korona-Entladung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509633«'

Claims (2)

hat, ist durch den Halbleiterüberzug stark vermindert. Patentansprüche: Der bekannte Halbleiterüberzug weist eine nicht lineare Strom-Spannungs-Charakteristik auf, so daß

1. Kabelendabschluß zur Vermeidung von sich bei einem ebenfalls nicht linearen, kapazitiven Ionisation am Ende eines Hochspannungskabels, 5 Strom entlang dem Halbleiterüberzug eine Spannungsdas eine den Leiter umgebende Isolierschicht und verteilung einstellt, die einen praktisch '|n^earen eine Erdabschirmung aufweist, die konzentrisch Spannungsabfall entlang der Isolierschicht ergibt und über der Isolierschicht angeordnet ist, mit einem dadurch die Feldstärke nahe an der geerdeten Abauf der freigelegten Isolierschicht aufgebrachten schirm ung herabsetzt.

Halbleiterüberzug, der mit dem Ende der Erd- io Das Auftreten und die Kompensation nichtlinearer abschirmung in Kontakt steht und sich in Richtung Blindströme ist jedoch schwierig und kann zu Stoauf den Leiter eine vorbestimmte Strecke erstreckt rungen führen, so daß die zulässigen Beanspruchungsderart, daß am Ende des Halbleiterüberzuges die werte überschritten werden.

Potentialdifferenz zum Leiter gleich Null ist und Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-

wobei die elektrische Feldstärke entlang da Halb- 15 steht deshalb darin, einen Endabschluß für ein elek-

leiterüberzugs kleiner ist als der lonisationseh- trisches Hochspannungskabel zu schaffen, bei dem

satzpunktderüberzogenenStreckederIsolierschicht, zur Verhinderung einer Ionisierung am Kabelende der

dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß kapazitiver Strc.ne vernachlässigbar ist.

Halbleiterüberzug (24) bei vorbestimmtem Ober- Diese Aufgabe wird bei einem KabelendabschJuß

flächenwiderstand eine dominierende lineare Strom- ao der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch

Spannungs-Charakteristik aufweist und sich kon- gelöst, daß der Halbleiterübcrzug bei vorbestimmten

taktgebend bis zum Leiter (12) des Hochspannungs- Öberflächenwi.ierstand eine dominierende lineare

kabeis erstreckt. Strom-Spannungs-Charakteristik aufweist und sich

2. Kabelendabschluß nach Anspruch I, dadurch kontaktgebend bis zum Leiter des Hochspannungsgekennzeichnet, daß der spezifische Oberflächen- 25 kabeis erstreckt.

widerstand des Halbleiterüberzuges 10 Megohm Vorzugsweise unterschreitet der Oberfiächenwider-

nicht unterschreitet. stand des Halbleiterüberzugs nicht einen Wert von