DE2051561C3 - Elektrisches Kabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sicn auf elektrische Kabel mit einem metallischen Leiter, der von einem imprägnierten schicht- oder lamellenartig aufgebauten Dielektrikum umgeben ist, welches in einer gasdichten Hülle eingeschlossen ist, die eine ausreichende Flexibilität aufweist, damit das Kabel auf eine Trommel aufgewikkelt werden kann, wobei die Hülle ein Isoliergas mit überatmosphärischem Druck enthält, derart, daß ein elektrischer Zusammenbruch des Dielektrikums infolge von Entladungen im lamellen- oder schichtartigen Dielektrikum verhindert wird.

Kabel dieser Art, die zuerst in der britischen Patentschrift 3 93 694 beschrieben wurden, sind im Handel weitgehend in einer Form verwendet worden, bei welcher das schicht- oder lamellenartig aufgebaute Dielektrikum aus Papierbändern zusammengesetzt ist, die mit einer isolierenden Verbundmasse imprägniert sind, so daß im wesentlichen keine Abwanderung der Verbundmasse aus den Bändern innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereiches des Kabels stattfindet, wobei das Gas beispielsweise Stickstoff mit einem Druck von 1,4 M Pa (14 kg/cm²) ist.

Die Möglichkeit des Ersetzens der vorimprägnierten Papierbänder im inneren Teil des geschichteten Dielektrikums durch Bänder aus orientiertem Polystyrol ist Gegenstand der britischen Patente 6 25 512 und 75 224.

In den letzten Jahren ist die Entwicklung wn ölgefüllten, papierisolierten Kabeln für extrem hohe Spannungen in einen Bereich vorgestoßen, in dem Verluste im Dielektrikum einen weiteren Fortschritt hemmen. Nur für diese extrem hohen Spannungen (von etwa 400 000 Volt aufwärts) hat man z. B. in der GB-PS 10 57 744 den Einbau von Kunststoff von niedrigem Verlust in Erwägung gezogen. Die einzige bei diesen Spannungen praktikable Isolierung ist aber mit einer elektrisch isolierenden freifließenden Flüssigkeit getränkt, deren Viskosität im typischen Fall mit der des Kerosins vergleichbar ist Gemäß diesem bekannten Vorschlag werden die Papiere mit dieser Flüssigkeit imprägniert, selbst wenn das Kabel mit Gas gefüllt ist, und dies schließt das Vorhandensein von gasgefüllten Zwischenräumen innerhalb des Dielektrikums aus: Das Gas wirkt nur als ein bequemes Mittel zur Aufbringung mechanischen Druckes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verbesserung bei gasgefüllten Kabeln zu erzielen und insbesondere die Möglichkeit zu schaffen, die Dicke der Isolierung und/oder den Gasdruck zu reduzieren, ohne daß die Betriebsspannung des Kabels reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Dielektrikum zumindest zum Teil aus einem oder mehreren zusammengesetzten Bändern aufgebaut ist, welches bzw. welche einen Kunststoffilm aufweist bzw. aufweisen, der an eine Folie aus faserigem Isoliermaterial gebunden ist, das mit einer isolierenden Verbindung vorimprägniert ist, welche, wie an sich für Gaskabel mit glattem Papierband bekannt, so gewählt ist, daß ein Abwandern der Verbindung aus dem Band oder den Bändern in die gasgefüllten Zwischenräume vermieden wird.

Vorzugsweise bilden der Kunststoffilm und die Folie aus faserigem Isoliermaterial einen vorgespannten Schichtwerkstoff. Ein solcher Schichtwerkstoff wird dadurch gebildet, daß ein stranggepreßtes geschmolzenes Band aus Kunststoff beim Verlassen der Strangpresse zwischen zwei faserige Folien, die einen Teil des Schichtwerkstoffs bilden, eingeschlossen wird und dadurch einem Aufquellen durch das Imprägniermittel widersteht.

Der Kunststoffilm wird normalerweise zu einem gewissen Grad durch den Kontakt mit der Imprägnierverbindung aufgedunsen bzw. angeschwollen, und dieses Anschwellen wird zum Teil durch den Widerstand der Papierbänder gegen Längung kontrolliert. Diese Funktion ist von größerer Wichtigkeit in äußeren Teilen des Dielektrikums, da innere Teile außerdem durch die übereinanderliegenden Bänder der äußeren Teile zurückgehalten bzw. festgehalten werden. Andererseits ist das Vorhandensein eines großen Anteils von Kunststoff bzw. Plustikmaterial höchst vorteilhaft im zentralen Teil des Dielektrikums, wo die elektrische Beanspruchung am größten ist. Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß das Dielektrikum aus einer Anzahl von unterschiedlichen zusammengesetzten Bändern aufgebaut, so daß der Anteil des Dielektrikums, welcher durch Kunststoff gebildet wird, mit zunehmender Entfernung vom Kabelleiter abnimmt. Die Anzahl von Schritten oder Stufen, die erwünscht ist, steigt an mit der Dicke der Isolierung und daher mit der Betriebsspannung des Kabels.

Die bevorzugte Ausführungsform des zusammengesetzten Bandes besteht aus einem Kunststoffilm, der sandwichaitig zwischen zwei Schichten aus faserigem Isoliermaterial, wie Papier, eingelegt und an diese gebunden ist. Ein dünneres Papier als das normalerweise für eine Kabelisolierung verwendete wird Vorzugs-

weise angewandt, d. h. ein Papier mit einer Dicke von nicht mehr als 0,025 mm, wie beispielsweise reines Kraftpapier mit Isolierqualität Kondensator- oder Spulenwickelpapiere mit einer Dicke von 0,02— 0,025 mm sind Bespiele, aber es können auch Papiersorten mit mehr offener Struktur vervv endet werden.

Die Papierschichten können mit einem aktiven Material derjenigen Gattung beladen bzw. gefüllt werden, welche in der britischen Patentschrift 11 85 474 beschrieben ist d.h. mit Aluminiumoxid oder einem anderen aktiven Metalloxid, hydriertem Metalloxid, Hydroxid, Karbonat oder mit basischem Karbonat welches sorptive Fähigkeiten im Vergleich zu denen des Aluminiumoxids hat um die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften infolge Verunreinigung des Imprägniermittels durch Rückstände aus dem Kunststoff auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Der Kunststoffilm besteht vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen, aber alternativ können auch Polykarbonate, Polysulfone, gesättigte- lineare Polyester (z. B. PolyäthyJenterephtalat), Polyphenylenoxid, PoIy-4-Methylpenten-l, Polytetrafluorethylen, Äthylenpropylen-Copolymere, fluorinierte Äthylen-Propylen-Copolymere, Polyfluorstyrol oder Polyvinylcarbazol verwendet werden.

Obwohl es gewöhnlich vorgezogen wird, zumindest bei den niedrigeren Spannungen das gesamte Dielektrikum aus den genannten zusammengesetzten Bändern aufzubauen, kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil des Dielektrikums aus solchen Bändern aufzubauen, wobei der Rest in solchen Fällen vorzugsweise aus P?pierbändern aufgebaut wird. So kann bei einem Ausführungsbeispiel das Dielektrikum über seine gesamte Länge hinweg einen inneren Teil aus dem zusammengesetzten Band und einen äußeren Teil aus Papier aufweisen; und bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das zusammengesetzte Band nur bei der Wiederherstellung des Dielektrikums an Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet werden. Es wird im allgemeinen vorzuziehen sein, das zusammengesetzte Band in Verbindungsstellen oder Endanschlüssen stets zu verwenden, ob das gesamte ursprüngliche Dielektrikum oder ein Teil desselben aus dem zusammengesetzten Band besteht aber die optimalen Schichtstärken der Kunststoff- und Papierschichten des zusammengesetzten Bandes, welches in den Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet wird, können von den optimalen Schichtstärken der entsprechenden Schichten im kabel abweichen, und zwar infolge der unterschiedlichen Beanspruchsverteilung.

Zusätzlich dazu, daß das Dielektrikum bei höherer Beanspruchung mit dem gleichen Gasdruck oder bei der gleichen Beanspruchung mit einem niedrigeren Gasdruck arbeiten kann, wird durch das Ersetzen des vorimprägnierten Papiers durch einen °lastik/Papier-Schichtwerkstoff die Gefahr des radialen Abwanderns der Verbindung aus dem Dielektrikum weiter reduziert, wobei auf diese Weise die Gefahr eines Blockierens der Gas-Zuführrohre durch die isolierende Verbindung vermindert wird.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels eines gasgef¹';·. Einzelkern-132-kV-Kabels, welches in der Zeichnung dar-gestellt ist, beschrieben.

Der Leiter 2 ist ein genormter verseilter Kupferleiter mit 625 mm² mit einer zentralen axialen Gasführung 1 mit einem Durchmesser von 11,2 mm. Das Dielektrikum 4 Ist durch Abschirmungen 3 und 5 gebunden, und ein Bleimantel 6 ist durch eine Bronzeband-Armierung 7 verstärkt Ein Gesamt-Korrosionsschutz ist durch einen Kunststoff-Außenmantel 8 gegeben.

Der verwendete Schichtwerkst&ff ist ein Papier/Polypropylen/Papier-Schichtwerkstoff mit einer Gesamtdikke von 0,075 bis 0,1 mm, wobei die Schichtstärken der Einzelteile im Verhältnis 25/50/25 stehen; die bevorzugte Gesamtdicke beträgt 0,08 mm.

Der innere Teil des Dielektrikums 4 bis zu einer radialen Dicke von 5,2 mm ist aus dem vorimprägnierten Schichtwerkstoff aufgebaut wobei die restlichen 2,6 mm bis zu einer radialen Gesamtdicke von 7,8 mm aus vorimprägniertem Papier bestehen. Alternativ besteht das ganze Dielektrikum 4 aus dem Schichtwerkstoff, wobei die Radialdicke dann 7,2 mm beträgt

Das Kabel ist so ausgelegt, daß es bei einer scheinbaren maximalen Nennbeanspruchung von 12 MV/m arbeitet, wobei der Gasdruck (Stickstoff) 1,4 MPa (14 kg/cm²) beträgt- Die Präsenz des Kunststoffilms führt zu einer bedeutenden Erhöhung der Impulsfestigkeit, die bis zu 50% größer ist als diejenige, welche durch die beste Form von herkömmlichen überlappten, mit Mineral-Vaseline imprägnierten Papierbändern hoher Dichte erzielt wird. Außerdem wird durch das Vorhandensein der imprägnierten Papieroberflächen in der Nähe der Stoßspalten der Widerstand des Dielektrikums gegenüber inneren Entladungen erhöht, im Vergleich zu einem gasgefüllten Ganz-Kunststoffilm-Kabel.

Alternativ kann bei Verwendung einer Radialdicke des Dielektrikums gleich derjenigen, welche verwendet wird, wenn das Dielektrikum ganz aus vorimprägniertem Papier besteht, ein reduzierter Gasdruck, beispielsweise von 1 MPa (10,5 kg/cm²), verwendet werden. Bei solchen niedrigeren Betriebsdrücken können die Kosten für Zusatzeinrichtungen und die Hülle und/oder Armierung reduziert werden.

Ähnliche Kabel für die gleiche Bestimmung können bei Verwendung eines Papier/Polyäthylen/Papier-Schichf.verkstoffs hergestellt werden. Anstatt den einen Teil des Dielektrikums aus vorimprägniertem Papier und einen anderen Teil aus vorimprägniertem Schichtwerkstoff herzustellen, können die vorimprägnierten Schichtwerkstoffbänder auch über eine ganze Isolierung oder einen Teil derselben hinweg dispergiert sein, die grundsätzlich aus imprägniertem Papier besteht, oder umgekehrt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kabel besteht darin, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des überlappten Bandes weniger von demjenigen des Imprägniermittels abweicht als derjenige eines herkömmlichen Papierbandes, welches aus Kraft-Sulphatpapier mit dielektrischer Qualität hergestellt ist. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Erhitzung die Differenzdrücke zwischen den Schichten eine geringere Tendenz haben, ein seitliches Auswandern der Verbindung des Verbundstoffes zu verursachen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kabel mit einem metallischen Leiter, der von einem imprägnierten schicht- oder lamellenartig aufgebauten Dielektrikum umgeben ist, welches in einer gasdichten Hülle eingeschlossen ist, die eine ausreichende Flexibilität aufweist, damit das Kabel auf eine Trommel aufgewickelt werden kann, wobei die Hülle ein Isoliergas mit überatmosphärischem Druck enthält, derart, daß ein elektrischer Zusammenbruch des Dielektrikums infolge von Entladungen im lamellen- oder schichtartigen Dielektrikum verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum zumindest zum Teil aus einem oder mehreren zusammengesetzten Bändern aufgebaut ist, welches bzw. welche einen Kunststoffilm aufweist bzw. aufweisen, der an eine Folie aus faserigem Isoliermaterial gebunden ist, das mit einer isolierenden Verbindung vorimprägniert ist, welche, wie an sich für Gaskabel mit glattem Papierband bekannt, so gewählt ist, daß ein Abwandern der Verbindung aus dem Band oder den Bändern in die gasgefüllten Zwischenräume vermieden wird.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffilm und die Folie aus faserigem Isoliermaterial einen vorgespannten Schichtwerkstoff bilden.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum zumindest zwei unterschiedliche zusammengesetzte Bänder enthält, derart, daß der Anteil des Dielektrikums, welcher durch Kunststoff gebildet ist, mit zunehmender Entfernung vom Kabelleiter abnimmt.