DE3312025A1

DE3312025A1 - Hoechstspannungskabel mit einem endverschluss mit gewickelter keule

Info

Publication number: DE3312025A1
Application number: DE19833312025
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Amerpohl
Original assignee: Felten & Guilleaume Energietechnik 5000 Koeln De GmbH; Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume AG
Priority date: 1983-04-02
Filing date: 1983-04-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: DE3312025C2

Description

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Fl 4680 -* 29.03.83

Höch3t3pannungskabel mit einem Endverschluß mit gewickelter Keule

Die Erfindung betrifft ein Höchstspannungskabel mit einem Endverschluß, dessen Keule aus isolierenden Bändern gewickelt ist, in die als kapazitive Feldsteuereinlagen leitfähige Bänder so eingewickelt sind, daß die Steuereinlagen vom Kopf (Anschlußbolzen) zum Fuß (Erdungsbuchse) des Endverschlusses hin in Durchmesser und Länge zunehmen und-sich in Achsrichtung über- · lappen. Sie findet besonders bei VPE-isolierten Baueinsatzkabeln mit Freiluft-Endverschlüssen für 110 oder 220 kV Anwendung. ' . . . ·

.Aus der DE-AS 21 42 283 ist ein Endverschluß für mit Polyäthylen (PE) isolierte Höchstspannungskabel bekannt, bei dem die Endverschlußkeule homogen, mit"der Kabelisolierung verschweißt und kapazitiv gesteuert ist. Die Keule besteht aus auf die Kabelisolierung aufgewickelten und mit dieser verschweißten PE-Bändern mit eingelegten leitfähigen PE-Folien.' Sie kann aber auch aus in konzentrischen Lagen übereinander aufgeschrumpften Schrumpfschläuchen bestehen, zwischen denen zur kapazitiven Steuerung elektrisch leitfähige Schrumpfschläuche, oder Folien angeordnet sind.

Bei einer besonderen Ausfuhrungsform besteht die Keule aus in axialer Richtung aufeinanderfolgenden, sich jeweilig überlappenden, isolierenden Schrumpfschläuchen, zwischen denen jeweils leitende Schrumpfschläuche angeordnet sind. Die Feldsteuerein-

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lagen sind so angeordnet, daß nicht mehr als zwei durch die Isolierung voneinander getrennte Steuereinlagen übereinandergreifen. Durch die Ausführung in Kunststoff ist der Endverschluß biegbar, so daß er zusammen mit dem angeschlossenen Kabel auf eine Kabeltrommel gewickelt und transportiert werden kann. Nachteilig hierbei ist aber, daß die Isolierkeule mit der Feldsteuerung in Aufbau, Herstellung und Wirkung noch nicht optimal ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Endverschluß der beschriebenen Art die Isolierkeule mit der Feldsteuerung in Aufbau, Herstellung und Wirkung so zu verbessern, daß er für Höchstspannungskabel im Spannungsbereich von 220 kV einsetzbar ist. ^

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom j Kopf (Anschlußbolzen) zum Fuß (Erdung3buchse) des Endverschlus-. ' ses hin" nur die erste Steuereinlage zylindrisch ist, dann aber bei den folgenden Einlagen mehrere zylindrische Teile durch konische oder radiale Teile miteinander verbunden sind, und die Steuereinlagen zunächst mit einer Stufe in der länge zunehmen, dann mit zwei Stufen, mit drei Stufen usw.. Damit erscheinen die Steuereinlagen im Längsschnitt nicht achsparallel gerade, sondern gekröpft (stufenförmig). Wesentlich ist, daß die Steuereinlagen vom Beginn der Keulenwicklung am Kopf,des Endverschlusses an über den Bauch bis zum Fuß immer öfters gekröpft sind und daß sie sich dementsprechend in einer immer größer werdenden Anzahl überlappen, da ja ihr Durchmesser und ihre Länge vom Kopf zum Fuß hin zunehmen. Am Fuß sind die Steuereinlagen trichterförmig heruntergewickelt und mit der Erdungsbuchse verbunden.

Vorteilhaft ist, daß der Durchmesser der Trichteröffnung infolge der Vielfachkröpfung der Steuereinlagen und der damit verbundenen Durchmesserverringerung wesentlich kleiner als bei den bekannten nicht-gekröpften Steuereinlagen ausfällt. Durch die Mehrfachkröpfung wird der Durchmesser einer gleich wirksa-

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men Feldsteuerung, und dementsprechend der Durchmesser der Isolierkeule, mehr als halbiert.

sehr vorteilhafte Ausbildung des Endverschlusses erhält man nach der weiteren Erfindung dadurch, daß die Keule aus isolierenden, selbstverschweißenden Bändern aus EPR (Äthylen-Propylen-Rubber) und leitfähigen Bändern aus PE (Polyäthylen) mit Rußzusatz gewickelt ist, die miteinander und mit der PE-Isolierung des Kabels verschweißt sind, und daß jeder Isolierwickel um die feste Länge b über die jeweilige Steuereinlage hinaus gewickelt ist, so daß der Winkel zwischen den konischen Steuereinlagen und der Längsachse des Endverschlusses zwischen 10 und 30 liegt. Dabei wird vorzugsweise jeder Isolierwickel mit vier Lagen und jede Steuereinlage mit einer Lage gewickelt, beides mit einer Überlappung von 50 °/o.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Wicklung liegt darin, daß man für Hochstspannungskabel im Spannungsbereich von 220 kV einen Endverschluß mit dem geringstmöglichen Durchmesser erhält. Zudem ist er biegbar und daher zusammen mit dem Kabel

trommelbar, so daß er besonders bei VPE-isolierten Baueinsatz

kabeln für 110 oder 220 kV Anwendung findet. Zudem braucht man für seine Herstellung weniger Zeit als bei den bekannten End-_t · verschlüssen.

_Eine weitere Ausbildung der Erfindung-betrifft die Wicklung der Keule aus GPK-Material (glasfaserverstärktem Kunststoff), wie sie beispielsweise im DE-GM 82 25 287 besehrieben ist. Sie besteht darin, daß^fedie Keule aus isolierenden Fäden oder Bändem aus GFK und Steuereinlagen aus Leitmaterial gewickelt ist und die zylindrischen Steuereinlagen durch radial angeordnete Drähte oder umfänglich angeordnete Stege aus Leitmaterial miteinander verbunden sind. Dabei bestehen die Steuereinlagen aus leitfähigen GFK-Fäden, Kohlenstoff-Fasern oder Metalldraht oder aus Bändern hieraus, ihre Verbindungen aus Kupfer, Aluminium oder dem Material der Steuereinlagen.

Das Prinzip und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wexden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

OJIZUZÜ

Flg. l~ä das Prinzip der Form und Anordnung der gekröpften Peldsteuereinlagen mit schräger Kröpfung (Stufe), Fig. 1b das gleiche mit senkrechter Kröpfung, Fig. 2 einen Halb-Längsschnitt durch den Endverschluß eines Ti 0 kV-Baueinsatzkabels Kiit'-'eldsteuereinlagen mit

schräger Kröpfung, und
•Fig. 3 das Wickelschema hierzu.

Bezeichnet sind mit

- 1 Wickelkeule

2 Isolierbandwicklung

3 Feldsteuereinlagen

31 ... 310 die einzelnen Steuereinlagen

4 Atisehlußbolzen

5 Erdungsbuchse über dem Kabelmantelende

6 konische Teile (schräge Stufen) der Feldsteuereinlagen

7 radiale Teile (senkrechte Stufen) der Feldsteuereinla_f-;en

*3 dickeres Leitband zur Verbindung der letzten Steuereinlafire 310 mit der äußeren Leitschicht 10 des Kabels und der Erdungsbuchse 5

9 verstärkendes Leitband zu 8

10 äußere Leitschicht des Kabels

11 Kabelisolierung

Bei dem Endverschluß nach der Fig. 2 ist die Keule 1 aus isolierendem, selbstverschweißendem Band 2 aus EPR (Äthylen-Propylen-Rubber) gewickelt, wohinein Steuereinlagen 3 aus elektrisch ■leitfähigem Band aus PE (Polyäthylen) mit Rußzusatz in gekröpfter .Form, gewickelt sind. Das verwendete EPR-Band (Schweißband) ist etwa 40 mm breit und 0,3 mm dick, das leitfähige PE-Band (Leitband) 20 mm breit und 0,2 mm dick. Jeder Isolierwickel 21 ff. (außer dem letzten) ist mit 4 Lagen und jede Steuereinlage 31 ff. mit 1 Lage Band gewickelt, beides mit~ einer Überlappung von etwa 50 }i.

Das Wickelschema ist aus der Fig. 3 erm;. -htlich. Auf die Aderisolierung 11 aus VPE (vernetztt.-ra Polyäthylen) wickelt man über die ganze Länge der Keule den ersten Isolierwickel mit vier

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Lagen Schweißband. Dann wickelt man am Kopf der Keule die erste Steuereinlage 31 mit einer Lage Leitband ungekröpft und mit der geringsten, vorgegebenen Länge. Dann wickelt man hierüber den zweiten Isolierwickel 22 wieder mit vier Lagen Schweißband, wobei nun aber der Anfang und das Ende des Isolierwickels 22 gegenüber der darunterliegenden Steuereinlage 3.1 um die feste Länge a bzw. b zum Fuß der Keule hin versetzt sind. Die Versetzung am Anfang a liegt zwischen 5 und 10 % der Länge des Isolierwickels, und sie ist unkritisch, da sie hauptsächlich "· zur leichteren Orientierung beim Wickeln dient. Dagegen liegt die Versetzung am Ende b zwischen 20 und 40 fo der Länge des Isolierwickels, und ihr Festmaß ist maßgebend für die Kröpfung 6 der darübergewickelten zweiten Steuereinlage 32. Darüber wickelt man nun den dritten Isolierwickel 23 mit der vorgegebenen Versetzung, und darüber die dritte Steuereinlage 33. Dabei läßt man wie bekannt die Länge der Steuereinlagen zum Fuß der Keule hin zunehmen zu dem Zweck, daß die Feldsteuerung mittels der Kondensatoreinlagen längs der Ader einen Spannungsteiler mit gleichmäßigem Potentialabbau bewirkt. Diese Längenänderung und die' Positionierung der einzelnen Steuereinlagen kennen mit dem Rechner ermittelt werden.

Nach dem Wickeln der letzten Steuereinlage 310 wickelt man ein dickeres Leitband trichterförmig herunter zur elektrischen Verbindung dieser Steuereinlage mit der äußeren Leitschicht 10 des Kabels und von dort zur Erdungsbuchse 5. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit überwickelt man es im trichterförmigen Abschnitt mit einem verstärkenden Leitband 9. Schließlich bringt man den -letzten Isolierwickel ebenso wie den ersten über die gesamte Länge der Keule so auf, daß Kopf- sowie Fußteil der Keule konisch und der Mittelteil zylindrisch ausgebildet werden/ Wäh- . rend die einzelnen Isolier- und Steuerwickel von Hand aufgebracht werden, wird der letzte Isolierwickel maschinell aufgebracht. ' .

yOann^: wird wie bekannt über die Keule ein Schrumpfschlauch ge-.schoben und aufgeschrumpft. Darüber kommen eine Druckbandage

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und eine Heizbandwicklung, womit die Keule 10-20 Stunden bei j einer Temperatur von 90 ⁰C getempert wird, so daß die EPR-Bänder der Keule miteinander, den Feldsteuereinlagen und der Kabelisolierung homogen verschweißen. Schließlich werden auf den Schrumpfschlauch der Keule Schrumpfschirme aufgeschrumpft, so daß der Endverschluß alle Anforderungen an die Verwendung in Freiluft 'erfüllt.

'Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die bei Endverschlüssen anwendbar ist, deren Keule aus GFK-Material (glasfaserverstärktem Kunststoff) gewickelt ist, ist im Prinzip aus der Fig. 1b ersichtlich. Solche Endverschlüsse sind allerdings nicht flexibel. Hier ist die Kröpfung 7 nicht schräg, sondern¹ senkrecht zur Längsachse de3 Endverschlusses angeordnet, und sie wird auch nicht von den zylindrischen-Steuereinlagen selbst, sondern von zusätzlich eingewickelten, draht- oder stegförmigen, leitenden Verbindungen gebildet.

Die für die Endverschlußkcule verwendeten Materialien sind: für die Isolierwicklungen harzgetränkte Glasfaden oder Faserbündel oder Bänder hieraus, für die Steuereinlagen metallisierte Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern oder Metalldraht oder Bänder hieraus. Gewickelt wird in der üblichen GFK-Wickeltechnik.

Das Wickelschema ist hier aber gegenüber dem oben beschriebenen Schema anders: Man wickelt nicht nur die erste und die letzte Isolierwicklung 21 bzw. 27, sondern alle Isolier- und Steuer-'wicklungen über die ganze Länge der Keule. Zunächst wickelt man die erste Isolierwicklung 21 aus mehreren Einzellagen GFK-Material auf die Kabelisolierung 11. Darüber wickelt man die erste Wicklung Steuereinlagen 31 mit bestimmter Länge und. bestimmten Abständen über die ganze Länge der Keule. Ihre Dicke wählt man so gering, daß die darüber aufgebrachte Isolierwicklung 22 einen gleichmäßigen Durchmesser hat, d.h. daß sie die darunter liegenden Steuereinlagen 31 nicht nachbildet.

Bevor man aber die Isolierwicklung 22 aufbringt, muß man am Anfang jeder Steuereinlage 31 der ersten Steuerwicklung (mit Ausnahme der ersten Einlage) eine radial ausgerichtete, leiten- _de Verbindung 7 zum Ende der korrespondierenden Einlagen 32, 3>^ der späteren zweiten Steuerwicklung anbringen. Als Verbindungen benutzt man Drähte oder Stege aus Leitraaterial, etwa in gekröpfte oder in U-Form, damit man sie mit -ihren axial verlaufenden Enden in die zu verbindenden Steuereinlagen einfügen bzw. einwickeln kann. Dann wickelt man die zweite Isolierwicklung 22. über die ganze Länge der Keule, darüber die zweite Wicklung Steuereinlagen 32, 33 abgestimmt auf die erste Steuerwicklung und mit den jeweiligen Verbindungen 7, darüber die dritte Isolierwicklung usw..

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Claims

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Ansprüche: . .

ϊ 1 .-) Höchstspannungskabel mit einem Endverschluß, dessen Keule \_y (1) aus isolierenden Bändern (2) gewickelt ist, in die als kapazitive Feldsteuereinlagen (3) leitfähige Bänder so eingewickelt sind, daß die Steuereinlagen vom Kopf (Anschluß-"'bolzen 4) zum Fuß (Erdungsbuchse 5) des End Verschlusses hin in Durchmesser und Länge zunehmen und sich in Achsrichtung überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß von oben nach unten nur die erste Steuereinlage (31) _. . zylindrisch ist, dann aber bei den folgenden Einlagen mehrere zylindrische Teile durch konische oder radiale Teile (6 bzw. 7) miteinander verbunden sind, und die Steuereinlagen zunächst (32-33) mit einer Stufe (6 bzw. 7) in der Länge zunehmen, dann (34-36) mit zwei Stufen, mit drei Stufen usw.
2. Höchstspannungskabel nach Anspruch 1, dadurch ^: ge k e η η ζ =e i c h η e t, daß die letzte Steuer einlage (36 bzw. 310) selbst oder mit einem zusätzlichen Leitband (8) trichterförmig zum Fuß der Keule heruntergewickelt und dort mit der äußeren Leitschicht (10) des Kabels und der Erdungsbuchse (5) verbunden ist.
3. Höchstspannungskabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keule (1) aus isolie- ι renden, selbstverschweißenden Bändern' (2) aus EPR (Äthylen- j Propylen-Rubber) und leitfähigen Bändern (3) aus PE (Poly- ;

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äthylen) mit Rußzusatz gewickelt ist, die miteinander und mit der PE-Isolierung (11) des Kabels verschweißt sind, und daß jeder Isolierwickel (22 ff.) um die feste Länge b über die jeweilige Steuereinlage (31 ff.) hinaus gewickelt ist, so daß der Winkel zwischen den konischen Steuereinlagen (6) und der Längsachse des EndVerschlusses zwischen 10 und 30 liegt.
4. Kabel mit Endverschluß nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierwickel (21 ff-) mit vier Lagen und jede Steuereinlage (31 ff.) mit einer

' Lage gewickelt ist, beides mit einer Überlappung von 50 $.
5. Kabel mit Endverschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .' g e k e nn ζ ei c hne t, daß die Keule (1) aus isolierenden Fäden oder Bändern (2) aus GPK (glasfaserverstärktem Kunststoff) und Steuereinlagen aus Leitmaterial gewickelt ist und die zylindrischen Steuereinlagen (3) durch radial angeordnete Drähte oder umfänglich angeordnete Stege (7) "aus Leitmaterial miteinander verbunden sind. ;
6._s Kabel mit Endverschluß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Steuer-" einlagen (3) aus leitfähigen GFK-Päden, Kohlenstoff-Pasern oder Metalldraht oder aus Bändern hieraus bestehen, ihre draht- oder stegförmigen Verbindungen (7) aus Kupfer, Aluminium oder dem Material der Steuereinlagen.
7. Kabel mit Endverschluß nach Anspruch 6, dadurch g e ke nn ζ ei c hne t, daß die Drähte oder Stege (7) gekröpfte oder U-Form haben und mit ihren axial verlaufenden Enden in die zu verbindenden Steuereinlagen (3) eingewickelt sind.