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Koaxiales HochsPannungsleiterteil Die Übertragung großer elektrischer
Leistungen erfolgt mit hohen Spannungen mittels Freileitungen oder Kabel, wobei
die Eabelübertragungen in Zukunft immer größere Bedeutung erlangen werden.
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Für die Isolierung von elektrischen Kabeln oder anderen Hochspannungsleiterteilen,
wie Kabelendverschlüsse, Kondensatordurchführungen oder dergleichen, sind verschiedene
Prinzipien bekannt geworden. Bei öl- oder masseimprägnierten Hochspannungsleiterteilen
wird eine Papierband-Isolierung in vielen Lagen um den Hochspannungsleiter gewickelt.
Die hierbei entstehenden Zwickelräume bzw. Fugen werden mit Öl oder einem anderen
flüssigen oder zähflüssigen Tränkmittel vollständig ausgefüllt. Auch Isolierungen
mit Kunststoffolien-Bändern und einem gasförmigen Isoliermittel unter höherem Druck
sind bekannt (DAS 1 020 075).
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Neuerdings sind auch sogenannte Rohrgaskabel bekannt geworden, bei
denen ein vorzugsweise rohrförmiger Hochspannungsleiter von einem geerdeten Metallrohr
relativ großen Durchmessers umgeben ist. Der Hochspannungsleiter ist durch Isolatoren
in dem Metallrohr abgestützt. Als Isolierung dient ein unter Druck (einige bar)
stehendes Gas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid. Die Rohrgabel" weisen gegenüber
konventlonellen Kabeln insbesondere den Vorteil einer niedrigen Dielektrizitätskonstante
auf, die eine wesentlich geringere Kapazität
und damit eine geringere
Ladeleistung des Kabels bedingt.
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Ferner sind die dielektrischen Verluste vergleichsweise niedrig und
die thermischen Eigenschaften gut. Nachteilig an den "Rohrkabeln" ist jedoch die
vergleichsweise geringe elektrische Festigkeit des Isoliergases, was große Rohrdurchmesser
bedingt.
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Die Erfindung betrifft ein koaxiales Hochspannungsleiterteil, wie
Kabel, Kabelendverschluß, Kondensatordurchführung oder dergleichen, mit einer Isolierung
aus lagenweise aufgebrachten, aus Kunststoffolien bestehenden Isolierstoffschichten,
die mit einem gasförmigen Isoliermittel höheren Druckes als Atmosphärendruck imprägniert
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige koaxiale Hochspannungsleiterteile
so auszubilden, daß man einerseits eine hohe elektbische Festigkeit erhält, die
vergleichbar der von öl- oder masseimprägnierten Hochspannungskabeln oder ähnlichen
koaxialen Leiteranordnungen ist, und daß andererseits die Dielektrizitätskonstante
und die dielektrischen Verluste wesentlich herabgesetzt werden. Gleichzeitig soll
der Aufwand für die Herstellung derartiger Hochspannungsleiterteile im Vergleich
zu bekannten Ausführungen verringert werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hochspannungsleiterteile
einen starr oder annähernd starr ausgebildeten Innenleiter aufweisen, der von mehreren
in Bahnen gewickelten und axial aneinandergesetzten Isolierstoffschichten umgeben
ist, und daß die Enden der Hochspannungsleiterteile gasdicht abgeschlossen sind.
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Unter in Bahnen gewickelte Isolierstoffschichten sind hier und im
folgenden Isolierstoffwickel zu verstehen, deren Wickelbreite gleich der Bahnbreite
der verwendeten Eunststoffolie ist. Die Verwendung breiter Wickelbahnen mit einer
Wickelbreite von beispielsweise einem Meter und mehr bietet Vorteile in verschiedener
Hinsicht. Günstig ist zunächst, daß ein aus Isolierstoffbahnen hergestellter Isolierstoffwickel
ein lockereres Gefüge aufweist als ein aus Isolierstoffbändern hergestellter Wickel.
Dadurch erhält man einen vergleichsweise hohen Isoliergasanteil im Wickel und. damit
eine gute Imprägnierung bei gleichzeitig niedriger Dieletrizitätskonstante und geringen
dielektrischen Ver-lusten. Der Imprägnierungseffekt kann-noch dadurch verbessert
werden, daß man die einzelnen Isolierstoffbahnen mit einer gewissen Prägung versieht,
wodurch sich günstige Strömungswege für das Imprägniergas ergeben. Die elektrische
Festigkeit ist wesentlich höher als bei reinen Gasisolierungen. Wie Versuche ergeben
haben, kann die Betriebsfeldstärke je nach Art der verwendeten Kunststoffolie bzw.
des Isoliergases 20 kV/cm und mehr betragen. Bei reinen Gasisolierungen beträgt
dieser Wert etwa 10 - 12 kV/cm. Damit kann die Isolierwandstärke gegenüber reinen
Gasisolierungen um 50 % und mehr verringert werden. Hinzu kommt ein nicht unbedeutender
fertigungstechnischer Vorteil, der dadurch bedingt ist, daß ein Wickel aus breiten
Isolierstoffbahnen rationeller hergestellt werden kann als ein solcher aus schmalen
Isolierstpffbändern. Von Vorteil ist es auch, daß sich die Erfindung nicht nur für
die Anwendung hoher und höchster Spannungen, sondern auch für hohe bis extrem hohe
Ströme eignet, weil durch die starre Ausbildung des Innenleiters dessen Querschnitt
keine engen Grenzen gesetzt sind, wie dies beispielsweise bei konventionellen, flexiblen
Kabeln der'Fall ist. Durch die axiale
Aneinanderreihung mehrerer
Isolierstoffwickel können große Längeneinheiten hergestellt werden, die praktisch
nur durch die verfügbaren Transportmittel begrenzt sind. Aber auch bei kleineren-
Längeneinheiten lassen sich durch mechanische und elektrische Verbindung mehrerer
Hochspannungsleiterteile beliebig große Übertragungslängen erzielen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine aus mehreren lösbaren Hochspannungsleiterteilen
zusammengesetzte Hochspannungsverbindung.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines koaxialen Hochspannungsleiterteiles
(Koaxialkabel) mit senkrechten Fugen zwischen den einzelnen Wickeln aus Isolierstoffbahnen.
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Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführung einer Kuppelstelle
für zwei Teile einer Hochspannungsverbindung.
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Die koaxiale Hochspannungsübertragungsverbindung gemäß Fig. 1 setzt
sich aus einem Endverschluß 1, einem koaxialen Kabel 2 und einem Endabschluß 3 zusammen.
Das Koaxialkabel 2 kann aus mehreren miteinander mechanisch und elektrisch verbindbaren
Hoaxialkabelteilen zusammengesetzt sein, um eine Kabelstrecke gewünschter Länge
zu erzielen. Der Innenleiter 4 des Koaxialkabels 2 ist als starres Metallrohr, vorzugsweise
aus Aluminium, ausgeführt und an den Stoßstellen 5 und 6 mit den Leiterrohren bzw.
Leiterteilen 7 und 8 des benachbarten Endverschlusses 1 bzw. Endabschlusses 3 widerstandsarm,
lösbar verbunden. Der Außenmantel 9 des Kabelabschnittes 2
ist über
Flansche 10 und 11 mit entsprechenden Flanschen 12 und 13 des Endverschlusses 1
bzw. Endabschlusses 3 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Die Isolierung des Koaxialkabels
2 besteht aus mehreren mit gasförmigem Isplierstoff imprägnierten, aus Eunststoffolienbahnen
hergestellten Wickeln 14a, 14b, 14c, die axial aneinandergesetzt sind-. Die einzelnen
Lagen der Isolierstoffwickel 14a - 14c sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt,
so daß die Fugen 15 zwischen den Isolierstoffwickeln 14a - 14c schräg verlaufen.
In gleicher Weise ist auch de Isolierung des Endverschlusses 1 aufgebaut. Auch der
Isolierstoffwickel 16 ist aus axial gegeneinander versetzten Kunststoffolienbahnen
gewickelt, so daß schräge Fugen bzw. stirnseitige Wickeloberflächen 17, 18 entstehen.
Die Bahnbreite der Eunststoffolie entspricht der Wickelbreite eines Wickels. Bei
größeren Längen des Endverschlusses 1 können, wie bei dem Koaxialkabel 2, auch mehrere
Isolierstoffwickel axial aneinandergesetzt sein. Das Koaxialkabel 2 ist durch konische
Gießharzteile 19, 20 an seinen beiden Enden gasdicht abgeschlossen. Der gasdichte
Abschluß des Endverschlusses 1 ist durch ein konisches Gießharzteil 21 und einen
vorzugsweise ebenfalls. aus Gießharz bestehenden Überwurf 22 bewirkt. Der nicht
vom Isolierstoffwickel 16 eingenommene freie Raum 23 und die Ringräume bzw. Spalte
zwischen den einzelnen Wickellagen sind mit einem inerten oder elektronegativen
Isoliergas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, mit einem Druck von einem oder mehreren
bar gefüllt.
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Desgleichen sind die zwischen den einzelnen Wickellagen befindlichen
Ringräume und Fugen des Koaxialkabels 2 mit inertem bzw. elektronegativem Gas gefüllt.
Um die Imprägnierung der Folienbahnen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die
Rohrleiter 4 bzw. 7 mit Bohrungen zum Zuführen des Imprägniergases versehen sind.
Der kompakte Leiter 8 des
Endabschlusses 3 ist durch einen Gießharzteil
24 von dem auf Erdpotential befindlichen umlaufenden Flanschstück 13 isoliert.
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Wie Fig. 2 zeigt, können die einzelnen Bahnen der Isolierstoffwickel
14a - 14c (in Fig. 2 sind nur zwei Isolierstoffwickel 14a und 14b dargestellt) auch
ohne axiale Verschiebung gewickelt sein, so daß sich gerade, zur Achse des Innenleiters
4 senkrecht verlaufende Fugen 31 ergeben. In dem Ringraum zwischen den Isolierstoffwickeln
14a, 14b, dem Innenleiter 4 und dem Außenleiter 9 ist ein elastisches Dichtungselement
32, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, angeordnet, das unter hohem Druck steht und
durch die Teile 4, 9, 14a und 14b gegen Wegfließen allseitig gesichert ist. Durch
einen hohen Preßdruck auf das elastische Dichtungselement 32 von mehr als 10 kp/cm2
erhält man eine hohe elektrische Festigkeit der Fuge 31.
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Zur elektrischen Abdichtung der Stoßstellen bzw. Fugen 5 und 6 zwischen
den Hochspannungsleiterteilen 1 - 3 sind ringscheibenförmige, elastische Dichtungselemente
25, 26 in von den Flanschen 11, 12, den Gießharzabschlußteilen 20, 21 und den Innenleitern
4 und 7 gebildeten ringförmigen Aussparungen vorgesehen, die ein Wegfließen der
Dichtungselemente 25, 26 beim Festziehen der Schraubverbindungen verhindern. Die
Dichtungselemente 25, 26 können vorzugsweise aus Silikonkautschuk bestehen. Wichtig
ist, daß die Dichtungselemente 25, 26 ständig unter einem hohen Anpreßdruck, vorzugsweise
zwischen 10 und 100 kp/cm2, gehalten werden, solange die Teile 1 - 3 an Spannung
liegen.
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Fig. 3 zeigt eine andere vorteilhafte Lösung des Fugenproblems bei
beispielsweise zwei miteinander verbundenen Koaxialkabelteilen. Hier sind die die
Koaxialkabelteile abschließenden, aus Gießharz bestehenden Isolierteile 27, 28 mit
nach
außen vorspringenden )oiierschirmen 29, 30 versehen, die kammartig
ineinandergreifen. Die so gebildete Fuge ist mit flüssigem oder gasförmigem Isolierstoff
gefüllt.
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Nach der Montage können die Gasräume benachbarter Hochspannungsleiterteile
und gegebenenfalls auch die der Isolierfugen miteinander verbunden werden. Zwischen
den einzelnen Isolierstoffwickeln können insbesondere bei längeren Leitereinheiten
dem Verlauf der Fugen angepaßte Gießharzteile vorgesehen sein.
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Als Kunststoffolien für die Isolierstoffwickel haben sich vorzugsweise
Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polykarbonat und Polytetrafluoräthylen gut
bewährt.- Zur Imprägnierung können alle bekannten inerten und/oder eleKtronegativen
Gase verwendet werden, vorzugsweise Stickstoff und Schwefelhexafluorid.
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Bei Verwendung eines Mehrphasensystems können die einzelnen Phasen
der Hochspannungsleiterteile von einem gemeinsamen, mit einem Isoliergas gefüllten,
geerdeten Außenmantel umgeben sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß die einzelnen Hochspånnungsleiterteile
als Einheiten gebrauchsfertig, d.h. mit der Gasfüllung bzw. -imprägnierung transportiert
werden können, so daß am Einsatzort lediglich die elastischen Fugendichtungen angebracht
und mittels der flanschförmigen Abschlüsse der Hochspannungsleiterteile durch Verspannen,
beispielsweise Verschrauben, unter Druck gesetzt werden müssen.