DE2051562C3

DE2051562C3 - Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE2051562C3
Application number: DE2051562A
Authority: DE
Inventors: D R Edwards; E H Reynolds
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2051562B2; US3749812A; NO133386C; GB1311867A; IT1019007B; SE376814B; FR2065473A1; DE2051562A1; CH523580A; CA922000A; FR2065473B1; NO133386B; ZA707101B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Hochspannungskabel mit einem zentralen starkstromführenden Leiter, einer aus mit Isolieröl getränkten Bändern gewickelten Isolierung und einer strömungsmitteldichten Gesamthülle, wobei in mindestens dem radial inneren Teil der Isolierung diese Bänder aus einem Schichtwerkstoff gebildet sind, der eine mittlere Schicht aus Polypropylen und zwei dünne äußere Schichten aus Zellulosepapier von geringer Dichte und hoher Undurchlässigkeit aufweist.

Eine solche geschichtete Isolierung wird allgemein mit überlappten Windungen aus Papierband aufgebaut, wenn auch Vorschläge gemacht worden sind, einen Kunststoffilm allein oder im Schichtverband mit Papier zu verwenden, und in der britischen Patentschrift 894498 wurde vorgeschlagen, einen Kunststoffilm zu verwenden, der auf einer oder auf beiden Seiten eine anhaftende Schicht aus faserigem Material aufweist.

Ein Nachteil der Verwendung von Kunststoffilm in einer imprägnierten geschichteten Isolierung, entweder allein oder zwischen Papier gelegt, besteht darin, daß es schwieriger wird, die aus Schichten zusammengesetzte Isolierung zu trocknen und zu imprägnieren, und ein weiterer Nachteil der Verwendung von Kunststoffilm allein ist der, daß eine Ionisation in den Stoßräumen das Kunststoffmaterial, welches die Begrenzungen der Stoßräume bildet, unmittelbar degradieren kann, was zu einem vorzeitigen elektrischen Zusammenbruch führt.

Die Vorteile der Verwendung von Kunststoff und Papier in Kombination bestehen darin, daß im Vergleich zu imprägniertem Papier die Impulsfestigkeit erhöht werden kann, die dielektrische Konstante verringert werden kann, z. B. 3,4 auf 2,6 bis 2,8, der Leistungsfaktor verringert werden kann, z. B. von 0,002 auf 0,001 oder weniger, und in einigen Fällsn die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung erhöht werden kann.

ι ο In der britischen Patentschrift 105 7 744 ist ein Verfahren zur Überwindung der Schwierigkeit-des Trocknens und Imprägnierens einer geschichteten Isolierung, welche aus zusammengesetzten Bändern aus Polyolefinfilm und Zellulosepapier aufgebaut ist, beschrieben, wobei der Kunststoffilm perforiert wird, bevor er mit Papier schichtweise zusammengebracht wird, um ein sandwichartiges Gebilde zu bilden, welches einen Kunststnffilm aufweist, auf dessen beiden Oberflächen Papier haftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombination von Imprägniermittel und Papier-Kunststofflaminat auszuwählen, das es möglich macht, ein Hochspannungskabel der genannten Gattung herzustellen, von dem ein Teil der Isolierung oder auch die gesamte Isolierung aus imprägnierten Bändern aus Papier aufgebaut ist, welches an einem nicht-perforierten Kunststoffilm haftet und verbesserte elektrische Eigenschaften und/oder kleinere Abmessungen aufweist als ein ähnliches Kabel, bei welchem die gesamte Isolierung aus imprägniertem Papier aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Das Polypropylen wird normalerweise zu einem ge-

wissen Grad durch Absorbieren des Öls aufgedunsen bzw. angeschwollen, und diese Schwellung wird zum Teil durch den Widerstand der Papierbänder gegen Längung kontrolliert. Diese Funktion ist von größerer Wichtijjikeit in äußeren Teilen des Dielektrikums, da innere Teile außerdem durch die übereinanderliegenden Bänder der äußeren Teile zurückgehalten bzw. festgehalten werden. Andererseits ist die Präsenz eines hohen Anteils von Kunststoffmaterial höchst vorteilhaft im mittleren Teil des Dielektrikums, wo die elektrische Beanspruchung am größten ist. Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß die Isolierung aus einer Anzahl unterschiedlicher zusammengesetzter Bänder gebildet, so daß derjenige Anteil der Isolierung, welcher durch Polypropylen gebildet wird, mit zunehmender Entfernung vom Kabelleiter abnimmt. Die Zahl von Schritten oder Stufen, die erwünscht ist, erhöht sich mit der Dicke der Isolierung und daher mit der Betriebsspannung des Kabels. Wird beispielsweise ein normales Kabelöl geringer Viskosität als Imprägniermittel verwendet, wobei die Isolierung eine Wanddicke von 10 mm aufweist, so ergeben sich dementsprechend zwei Schritte oder Stufen, und wenn die Wanddicke der Isolierung 25 mm beträgt, so werden drei Schritte oder Stufen erwünscht sein.

bo Das bevorzugte Papier ist ein unkalandriertes Papier elektrischen Gütegrades von Zwischenfaserlänge und einer Dichte von 0,7 g/cm³ und einer Gurley-Undurchlässigkeit von mehr als 10000 Sekunden. Ein solches Papier ist ein Kraft-Spulenwickelpapier, weife= ches allgemein nach der britischen Norm BS o98:1956, Klasse IA, bis zu dem sehr hohen Stand von chemischer Reinheit hergestellt wird, welche normalerweise zu Kondensatorfolien gehört.

Die Papierschichten können mit einem aktiven Material derjenigen Gattung, welche in der britischen Patentschrit 1185474 beschrieben ist, beladen bzw. beschickt werden, d. h. mit Aluminiumoxid oder einem anderen aktiven Metalloxid, hydriertem Metalloxid, Hydroxid, Carbonat oder einem basischen Carbonat, welches sorptive Fähigkeiten im Vergleich zu denen des Aluminiumoxids hat, um die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften infolge Verunreinigung des Imprägniermittels durch Rückstände aus dem Polypropylen auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Das Imprägniermittel ist vorzugsweise ein herkömmliches OI für ölgefüllte Kabel.

Überraschend war festzustellen, daß der dielektrische Verlustwinkel der kompletten Isolierung mit der Dicke der einzelnen Bänder variiert, selbst wenn der Anteil an Kunststoff konstant bleibt. Im Falle einer Isolierung, welche aus Bändern mit je einem Polypropylenfilm, auf dessen beide Flächen ein Papier von der Hälfte seiner Dicke und mit einem herkömmlichen öl für ölgefüllte Kabel imprägniert ist (mit einer Viskosität im Bereich von 12,5 bis 15 X 10"⁶ m²/s bei 20° C), aufgebaut ist, mittelt sich der Leistungsfaktor bei 85° C auf 0,0007, wenn die Gesamtdicke jedes Bandes 0,1 mm beträgt, aber nur auf 0,0005, wenn sie 0,16 mm beträgt. Es kann daher erwünscht sein, die dicksten zusammengesetzten Bänder zu verwenden, die aus mechanischen Erwägungen vertretbar sind.

Wenn es auch allgemein vorzuziehen ist, zumindest bei niedrigen Spannungen die gesamte Isolierung aus den genannten zusammengesetzten Bändern aufzubauen, kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil derselben aus derartigen Bändern zu bilden, wobei der Rest in solchen Fällen vorzugsweise aus Papierbändern aufgebaut wird. So kann bei einem Ausführungsbeispiel die Isolierung über ihre gesamte Länge hinweg einen Innenteil aus dem zusammengesetzten Band und einen Außtnteil aus Papier aufweisen; und bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das zusammengesetzte Band nur bei der Wiederherstellung der Isolierung an Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet werden. Es wird gewöhnlich vorzuziehen sein, das zusammengesetzte Band in Verbindungsstellen oder Endanschlüssen stets zu verwenden, ob nun die gesamte ursprüngliche Isolierung oder ein Teil derselben aus dem zusammengesetzten Band besteht, aber die optimalen Schichtstärken der Kunststoff- und Papierschichtendes zusammengesetzten Bandes, welches in den Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet wird, können von den optimalen Schichtstärken der entsprechenden Schichten im Kabel infolge der unterschiedlichen Beanspruchungsverteilung voneinander abweichen.

Die Leiterabschirmung und/oder dielektrische Abschirmung des Kabels nach der Erfindung werden vorzugsweise aus Einzel- oder Mehrschichten des geschichteten Bandes gebildet, ähnlich demjenigen, welches dazu verwendet wird, die gesamte Isolierung oder einen Teil derselben zu bilden, welche entsprechend metallisiert und/oder uv< Kohlenstoff oder einem anderen leitenden Material beschickt ist. Vorzugsweise werden alle drei Schichten des Schichtwerkstoffes mit leitendem Material beschickt, doch in einigen Fällen, beispielsweise für die äußere Schicht einer Leiterabschirmung oder die innere Schicht einer dielektrischen Abschirmung, kann ein Dreifach-Schichtwerkstoff mit einer nicht-beschickten Papierschicht verwendet werden, d. h. die Papierschichten, welche an die Isolierung angrenzen. Das nicht mit leitendem Material beschickte Papier wird vorzugsweise mit Aluminiumoxid oder einem anderen aktiven Material der oben bereits erwähnten Gattung beschickt bzw. beladen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für ein

ίο einadriges ölgefülltes Kabel beschrieben.

In der Zeichnung ist 1 ein Stahlband-Schraubenwickel, welcher eine zentrale Ölleitung innerhalb des metallischen Leiters 2 bildet. Auf den Leiter sind eine Leiterabschirmung 3, eine Isolierung 4, welche unten ausführlicher beschrieben wird, sowie eine dielektrische Abschirmung 5 aufgebracht, wobei die Abschirmungen 3 und 5 aus metallisierten Bändern oder aus Bändern gebildet werden, die mit leitendem Material, wie bereits erwähnt, beladen bzw. beschickt sind. Das Kabel wird vervollständigt durch einen Bleimantel 6, ein Bronzeband oder eine andere druckbeständige Armierung 7 und einen Kunststoff-Außenmantel 8. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des dargestellten Kabeis, welches ein 132-kV-Kabel ist, beträgt die radiale Schichtstärke der Isolierung 4 5,5 mm, entsprechend einer Nennbeanspruchung von 16 MV/m. Die gesamte Isolierung ist aus zusammengesetzten Bändern aufgebaut, welche 0,05 mm Polypropylen aufweisen, das sandwichartig zwischen zwei Papierschichten mit je einer Dicke von 0,025 mm eingelegt ist.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, welches ein 220 kV-Kabel ist, weist die Isolierung drei konzentrische Teile auf, die je eine radiale Schichtstärke von annähernd 3,5 mm aufweisen, wobei jeder Teil aus zusammengesetzten Bändern besteht, die eine Schicht aus Polypropylen aufweisen, welche sandwichartig zwischen zwei Papierschichten liegt. Bei den Bändern des inneren Teils ist die Polypropylenschicht 0,08 mm dick und jede Papierschicht 0,01 mm dick; bei den Bändern des Zwischenteils ist die Polypropylenschicht 0,05 mm dick und jede Papierschicht 0,025 mm dick; und bei den Bändern des äußeren Teils ist die Polypropylenschicht nur 0,02 mm und jede Papierschient 0,04 mm dick.

Beim dritten Ausführungsbeispiel, welches ein 400-kV-Kabel ist, weist die Isolierung vier konzentrische Teile auf, die je eine radiale Schichtstärke von annähernd 6,25 mm haben. Die drei inneren Teile bestehen je aus zusammengesetztem Band, bei welchem die zentralen Polypropylenschichten Schichtstärken von 0,06, 0,04 bzw. 0,02 mm, beginnend mit der innersten Schicht, haben und jede der Papierschichten eine Schichtstärke von jeweils 0,02, 0,04 und 0,07 5 mm haben. Der äußere Teil ist aus Bändern von gewöhnlichem Kabel-Isolierpapier mit einer Dicke von 0,25 mm gebildet.

Bei jedem der drei Ausführungsbeispiele ist das Papier, welches in dem zusammengesetzten Band verwendet wird, das bevorzugte unkalandrierte Papier von elektrischem Gütegrad, welches oben erwähnt ist, und der zusammengesetzte Schichtwerkstoff wird vorgespannt, indem er in der oben beschriebenen Weu2 hergestellt wird. Das Imprägniermittel ist in jedem Falle ein herkömmliches Kabelöl für ölgefüllte Kabel auf Petroleumbasis mit einer Viskosität von 12,5 bis 15 X 10'⁶ nrVs bei 20° C.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungskabel mit einem zentralen starkstromführenden Leiter, einer aus mit Isolieröl getränkten Bändern gewickelten Isolierung und einer Strömungsmitteldichten Gesamthülle, wobei in mindestens dem radial inneren Teil der Isolierung diese Bänder aus einem Schichtwerkstoff gebildet sind, der eine mittlere Schicht aus Polypropylen und zwei dünne äußere Schichten aus Zellulosepapier von geringer Dichte und hoher Undurchlässigkeit aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Das Strömungsmittel
mit einer Viskosität
57 x 1(T⁶ nvVs bei 20'
llxlO-⁶nv7s bei 60°

b) die Bänder sind durch Extrusionsbindung vorgespannt; und

c) die Papierschichten haben

1) eine Dicke von 0,02 bis 0,075 mm,

2) eine Dichte von weniger als 9,8 g/cm³ und

3) eine Gurley-Undurchlässigkeit von mindestens 10000 Sekunden.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschichtete Isolierung zumindest zwei unterschiedliche zusammengesetzte Bänder aufweist, derart, daß der Anteil der Isolierung, welcher durch Polypropylen gebildet ist, mit zunehmender Entfernung vom Kabelleiter abnimmt.

ist ein Mineralöl

von weniger als

' C und weniger als

C;