DE957049C - Elektrisches Hochspannungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein für den Betrieb bei hohen Spannungen bestimmtes elektrisches Starkstromkabel mit einer aus Faserstoff und Isoliermasse bestehenden Isolation. Unter dem Ausdruck »Isoliermasse« oder, wie diese meist bezeichnet wird, »Kabelcompound« ist dabei ein Isoliermaterial wie beispielsweise Kabelöl oder eine Kabel öl enthaltende Mischung aus isolierenden Substanzen zu verstehen. Zu dieser Art von Kabeln gehören sowohl diejenigen, bei denen sich die Menge der Isoliermasse in dem im Betrieb stehenden Kabel nicht ändert, als auch die ölgefüllten Kabel, bei welchen die Menge des Öls im Kabel sich von Zeit zu Zeit ändert, weshalb Ausgleichsbehälter vorgesehen werden müssen, die mit Kanälen im Innern des Kabels in Verbindung stehen und das Vorhandensein einer ausreichenden Ölmenge in der Kabelisolation gewährleisten. Der in der Isolation enthaltene Faserstoff wird in diesen Kabeln durch die Isoliermasse imprägniert. Unter dem Ausdruck »imprägnieren« soll dabei verstanden werden, daß nicht nur die Hohlräume im Faserstoff mit Isoliermasse ausgefüllt werden, sondern daß die Masse in den Faserstoff eindringt. Die in einem Kabel vorhandene Menge Isoliermasse hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise davon, ob ein massiver oder ein verseilter Leiter vorhanden ist, ferner auch von der Größe des freien Raumes zwischen den aufeinanderliegenden Lagen des Faserstoffes und von den Absorptionseigenschaften des Faserstoffes. Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die Menge der innerhalb eines Kabels erforderlichen Isoliermasse herabzusetzen. So wurde z. B.

vorgeschlagen, den Leiter massiv auszubilden, anstatt einen verseilten Leiter zu verwenden, um dadurch die Menge an Isoliermasse einzusparen, die zum Ausfüllen der im Leiter vorhandenen Hohlräume erforderlich ist, die 25% des vom Leiter eingenommenen Raumes ausmachen können. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Leiter mit einem Bleimantel zu umgeben, wodurch das gleiche Ergebnis erzielt wird.

Außer diesen Maßnahmen am Leiter, mit denen die Menge der zähflüssigen Isoliermasse im Kabel herabgesetzt wird, sind auch schon Maßnahmen an der Isolierung bekanntgeworden bzw. vorgeschlagen worden, die sogar zu Kabeln ohne jede Massefüllung führen. Es sind nämlich einerseits schon elektrische Kabel bekannt, deren Isolierung im ganzen aus Kunststoffen besteht, z. B. aus unvulkanisierten und vorzugsweise auf den Leiter aufgespritzten kautschukartigen Polyacrylaten. Mit dem Fortfall der Isoliermasse ist dabei allerdings auch der Charakter und Vorteil der Masseisolierung verlorengegangen, und dies auch dann, wenn den Polyacrylaten andere Stoffe, unter denen auch Papier genannt ist, zugesetzt werden. Anas dererseits ist schon von anderer Seite vorgeschlagen worden, die Faserstoffisolierung elektrischer Kabel zuerst mit einem polymerisierbaren Stoff zu tränken, sie dann — insbesondere unmittelbar nach ihrer Tränkung — auf den oder die Leiter aufzubringen und anschließend die Polymerisation durchzuführen. Dabei erhält die äußere Schicht der Isolierung einen die Polymerisation beschleunigenden Zusatz und wird zuerst polymerisiert, während die innere Schicht der Isolierung einen verzögernden Zusatz erhält und infolgedessen erst später polymerisiert wird. Mit dieser zweistufigen Maßnahme soll die Gefahr verhütet werden, daß durch eine Verdampfung des flüchtigen Tränkstoffes vor seiner Auspolymerisation schädliche Hohlräume im Kabel gebildet werden. Auch diese Kabel mit' dieser Isolierung können nicht mehr als Massekabel im eigentlichen Sinne angesehen werden, um deren Verbesserung bezüglich der Isoliermassemenge es sich bei der Erfindung (handelt. Im Gegensatz zu diesen bisher bekannten bzw. früher vorgeschlagenen Maßnahmen besteht das die Erfindung bildende Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Hochspannungskabels mit einer aus Lagen eines Faserstoffes und Isoliermasse (Kabelcompound) bestehenden Isolation darin, daß mindestens ein Teil des faserigen Isolierstoffes mit einem bereits polymerisierten, bei der ArbeitstemperatUtr des Kabels fest bleibenden Material imprägniert, dann die Isolierung in bekannter Weise auf den oder die Leiter des Kabels aufgebracht und schließlich die Isoliermasse nur in die Zwischenräume zwischen den benachbarten Lagen des faserigen Isolierstoffes und dessen vorher nicht imprägnierten Teil eingebracht wird. Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Figuren der Zeichnung näher erläutert werden, welche schematisch in Fig. 1 den zu verbessernden Stand der Technik und in den Fig. 2 bis 4 Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.

Fig. ι zeigt schematisch die Lagen des Faserstoffes, der einen Teil der Isolation eines bekannten Starkstromkabels bildet. Zwischen den benachbarten Lagen und zwischen den aufeinanderliegenden Windungen des Faserstoffes 1 befinden sich die Zwischenräume 2, die natürlich übertrieben groß dargestellt sind. Bei dieser Kabelisolation füllt die Isoliermasse sämtliche Hohlräume 2 aus, und außerdem ist auch der Faserstoff mit Isoliermasse imprägniert. Bei einem solchen Kabel können, wie es sich gezeigt hat, bis zu 60% des in der gesamten Isolation vom Faserstoff eingenommenen Raumes mit Isoliermasse ausgefüllt sein.

Die Fig. 2 zeigt demgegenüber ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar derart, daß der gesamte Faserstoff τ', wie dies durch die Schraffierung angedeutet ist, so behandelt worden ist, daß eine Absorption der Isoliermasse durch den Faserstoff weitgehend verhindert wird. Versuche haben gezeigt, daß in diesem Fall die Isolation bis zu 60% weniger Isoliermasse enthält als die in der Fig. ι dargestellte Isolation. Der Isolierstoff ist somit vollständig mit einem polymerisierten Stoff imprägniert, der selbst ein Isoliermaterial darstellt, das ausreichende Isolationseigenschaften besitzt und nur in geringem Maßelsoliermasse absorbieren kann.

Der mit einem polymerisierten Material imprägnierte Faserstoff i' wird vorzugsweise in Form von Lagen eines Bandes aus Papier od. dgl. aufgebracht. Es kann beispielsweise ein Band verwendet werden, das gemäß den Angaben der britischen Patentschrift 454 923 imprägniert worden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform kann das Band (z. B. wieder aus Papier) an der Oberfläche mit polymerisiertem Material imprägniert oder bestrichen sein. In diesem Fall ist darauf zu achten, daß die Kanten des Bandes ebenfalls bestrichen sind, so daß die Isoliermasse, mit welcher die Zwischenräume zwischen dem Faserstoff ausgefüllt sind, nicht in das Innere des Bandes eindringen kann. Das unimprägnierte Innere soll in seinen Bemessungen derart verringert sein, daß während des Betriebes keine Ionisation eintritt. In Fällen, i.n denen bestrichene Bänder verwendet werden, können zum Bestreichen polymere Stoffe, die nicht flüssige Monomere haben, beispielsweise Polyisobutylen, zur Anwendung kommen. Die Bänder können vor dem Bestreichen mit einer einen hohen Schmelzpunkt besitzenden Isoliermasse, z.B. mit dem bekannten Halowachs, imprägniert werden, so daß das Band durchgehend imprägniert ist. Dieses Imprägnierungsmittel würde, falls es der nach der Bewicklung der Leiter beigefügten Isoliermasse ausgesetzt werden würde, in dieser aufgelöst, was jedoch durch das Bestreichen der Bänder mit polymerem Stoff verhindert wird.

Vorzugsweise ist der als Imprägniermittel zur Verwendung kommende polymere Stoff Polystyrol, das für die Imprägnierung durch Beifügung eines

Weidimachmittels plastisch gemacht werden kann, wie es z. B. in der britischen Patentschrift 490 814 beschrieben ist, oder dem nach Wunsch andere polymere Stoffe zugesetzt sein können. Allgemein gilt für das als Imprägniermittel für den Faserstoff verwendete polymere Material, daß es diejenigen Isolationseigenschaften besitzen soll, die es zur Verwendung in der Isolation eines Hochspannungskabels geeignet machen. Es muß nach der Imprägnierung des Faserstoffes in festem Zustand sein und darf bei der maximalen Arbeitstemperatur des Kabels nicht flüssig werden. Ferner darf es nicht zusammen mit der Isoliermasse irgendeine schädliche Reaktion ergeben. Das polymere Material darf beispielsweise in der Isoliermasse nicht löslich sein, da es sonst durch die Isoliermasse aus der Faserstoffisolation herausgezogen wird.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der in der britischen Patentschrift 391222 beschriebene Nachteil, daß die Papierbänder infolge der Tatsache, daß sie während der Erwärmung Isoliermasse ausgeschwitzt haben, sich während der Abkühlung wieder von neuem imprägnieren müssen, bei einem Kabel, dessen Isolation gemäß der Erfindung aufgebaut ist, insoweit beseitigt ist, als die Papierbänder mit dem Polymerisat imprägniert sind. Dies ist deshalb sehr vorteilhaft, weil während des Prozesses der Wiederimprägnierung die Isolation elektrisch schlechtere Eigenschaften als sonst hat.

Beim Aufbau der Isolation können die Lagen des mit dem Polymerisat imprägnierten Faserstoffes in der normalen Weise aufgebracht werden, wobei das Kabel verhältnismäßig kühl gehalten werden soll, bis die Isoliermasse zugesetzt ist. Eine übermäßige Erwärmung des Kabels macht das Polymerisat in dem faserigen Isolierstoff weich und klebrig, so daß die aneinanderliegenden Schichten aneinander anhaften, wodurch ein Biegen des Kabels undurchführbar wird. Immerhin darf ein solches Kabel der normalen Erwärmung ausgesetzt werden, wie sie

■ z. B. beim Umpressen mit einem Bleimantel oder bei der Vakuumtrocknung zur Beseitigung der Feuchtigkeit auftritt. Um aber ein Trocknen mit hohen Temperaturen vermeiden zu können, soll der imprägnierte faserige Isolierstoff in trockenem Zustand aufgebracht und in diesem Zustand gehalten werden, bis die Isoliermasse zugesetzt worden ist. Dies kann nach dem in der britischen Patentschrift 379704 beschriebenen Verfahren erfolgen. Das Hinzusetzen der Isoliermasse im Kabel wird natürlich vereinfacht, da eine geringe Menge erforderlich ist.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kabels sind zwei Schwierigkeiten zu beachten:

a) Eine Wanderung der Isoliermasse gegen den Kabelmantel hin kann eine Aufbauchung des Mantels verursachen, ■ welche zum Entstehen von Hohlräumen zwischen dem Mantel und der Isolation führen kann, insbesondere, wenn das Kabel sich abkühlt. Im übrigen ist diese Schwierigkeit keineswegs auf Kabel gemäß der Erfindung beschränkt.

b) Die bei den Unterbrechungen des im allgemeinen in der Kabelpresse erfolgenden Auf bringens des Bleimantels, d. h. bei stillstehendem Kabel, der Isolation des in der Kabelpresse befindlichen Teils des Kabels zugeführte Wärme kann das Polymerisat in den äußeren Schichten zum Schmelzen bringen, so· daß die äußeren Lagen der Isolation aneinanderhaften.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, kann es zweckmäßig sein, die die äußere Schicht der Isolation bildenden Lagen aus Faserstoff nicht mit einem Polymerisat, sondern mit Isoliermasse, beispielsweise Öl, zu imprägnieren, so daß die äußeren Lagen der Isolation durch normale imprägnierte Bänder gebildet werden.

Eine solche Isolation ist in der Fig. 3 gezeigt, bei der die äußere Schicht 1 aus Faserstoff besteht, der in der gleichen Weise wie die Isolation nach Fig. ι mit Isoliermasse imprägniert ist, während die inneren Schichten 1' mit polymerisiertem Material, wie z. B. mit Polystyrol, imprägniert sind. Die Zwischenräume 2 sind wie vorher mit Isoliermasse ausgefüllt, die alle Hohlräume der Isolation ausfüllt, jedoch nicht in die inneren Schichten 1' eindringen kann.

Um ferner 'der unter a) genannten Schwierigkeit weiter entgegenzuwirken, kann die äußere Schicht so ausgebildet werden, daß dabei ein sie umgebender Kapillarraum entsteht, wie dies schon in den britischen Patentschriften 291871 und 355291 beschrieben ist. Zusätzlich können innerhalb der Isolation Kapillarräume nach der britischen Patentschrift 340303 vorgesehen sein, um eine Wanderung der Isoliermasse längs des verseilten Leiters zu verhüten. Die genannten Kapillarräume enthalten faseriges Material, das unimprägniert oder mit einem Polymerisat imprägniert sein kann und das vorzugsweise eine viel geringere Absorptionsfähigkeit besitzen soll als der Faserstoff des übrigen Teils der Isolation.

Um eine Kapillarwirkung zu erzielen oder aus Gründen der Wirtschaftlichkeit kann der mit einem Polymerisat imprägnierte Faserstoff mit Faserstofflagen durchsetzt sein, die mit Isoliermasse, beispielsweise öl, imprägniert sind. Diese Lagen können unimprägniert angebracht werden. Es läßt sich somit auch ein Kabel herstellen, dessen Isolation aus Schichten eines Faserstoffes besteht, der mit polymerisiertem Material imprägniert ist, und die von Schichten eines mit Isoliermasse imprägnierten Faserstoffes durchsetzt sind. AlleHohiräume dieser Isolation sind mit Isoliermasse ausgefüllt.

Eine solche Isolation ist sehematisch in Fig. 4 dargestellt. Hierin ist 1' der mit polymerisiertem Material imprägnierte Faserstoff und 1 der mit Isoliermasse imprägnierte Faserstoff. Der mit polymerisiertem Material imprägnierte Faserstoff ist somit mit Faserstoff durchsetzt, der mit Isoliermasse imprägniert ist, so daß ein Aneinanderhaften der mit polymerisiertem Material imprägnierten Faserstoffschichten bei höheren Temperaturen vermieden wird. Das Kabel kann daher wieder auf-

genommen und nach Wunsch an einer anderen Stelle ausgelegt werden. Das Kabel mit einer Isolation nach Fig. 4 ist wesentlich billiger als das Kabel mit einer Isolation nach Fig. 2 und hat dennoch eine höhere elektrische Festigkeit als das Kabel mit einer Isolation nach Fig. 1. Anderseits können, wenn gewünscht, verschiedene Lagen von Faserstoff, der mit polymerisiertem Material imprägniert ist, von mehreren Lagen von Faserstoff, der mit Isoliermasse, imprägniert ist, durchsetzt werden.

Das erfindungsgemäße Kabel kann, wenn nötig, mit leitenden, untereinander verbundenen Zwischenschichten in der Isolation versehen sein, wie es z.B. in der britischen Patentschrift 461677 beschrieben ist. Die Zwischenschichten sind dort so angeordnet und verbunden, daß eine Anzahl von parallel geschalteten Kapazitäten in der Hauptisolation über dem Leiter liegt, durch die eine zusätzliche Kapazität zwischen dem Leiter und den Zwischenschichten, oder zwischen einer oder mehreren Zwischenschichten eingeführt wird, so daß die Verteilung der elektrischen Beanspruchung zwischen dem Hauptleiter und dem Kabelmantel wirkungsvoll abgestuft ist.

Bei Mehrleiterkabeln können auch die Zwischenräume zwischen den Adern (die sogenannten Zwickelräume) mit faserigem Isolierstoff ausgefüllt werden, der mit einem Polymerisat imprägniert ist, das vorzugsweise, wie schon erwähnt, in geeigneter Weise plastisch gemacht ist. Anderseits kann eine Mischung von Faserstoff, wie z. B. Papier, Band, Jute od. dgl., der mit einem Polymerisat imprägniert ist, mit einem mit Isoliermasse imprägnierten Faserstoff vorgesehen werden, wobei der letztere bei der Herstellung des Kabels in unimprägniertem Zustand angebracht wird. Diese Maßnahmen geben bei Mehrleiterkabeln einen erhöhten Strömungswiderstand, verringern 'dadurch die Wanderung der Isoliermasse während des Betriebes und setzen außerdem die Menge der erforderlichen Isoliermasse herab.

Bei solchen Ausführungsformen des Kabels nach der Erfindung, welche als Ölkabel in Verbindung mit Druckausgleichseinrichtungen ausgebildet sind, wie sie z. B. in der britischen -Patentschrift380 506 beschrieben sind, können die Abmessungen der Ausgleichsvorrichtungen beträchtlich verringert werden. Bei ovalen Kabeln, wie sie in der britischen Patentschrift451239 beschrieben sind, wird die Verformung und der entsprechende Wiederherstellungsdruck verringert.

Wenn die Erfindung bei solchen mit Isoliermasse gefüllten Kabeln angewendet wird, die wie beispielsweise die Ölkabel Kanäle enthalten und deren Betriebssicherheit von einer Längsbewegung der Isoliermasse über beträchtliche Strecken zu besonderen Behältern und von diesen weg abhängt, so wird eine bemerkenswerte Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erzielt. Weil die Menge der Isoliermasse verringert und das Ausdehnungsvolumen bei Belastung herabgesetzt wird, können die besonderen Behälter kleiner sein, und die Größe der Kanäle kann herabgesetzt werden. Wenn anderseits die Größe der Behälter und der Kanäle im wesentlichen beibehalten wird, kann dafür der Abstand zwischen den Behältern vergrößert werden; es sind in diesem Fall also weniger Behälter pro Längeneinheit des Kabels erforderlich.

Die Herstellung des Kabels gemäß der Erfindung erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der oder die Leiter mit Faserstoff umwickelt werden, welcher wenigstens teilweise mit polymerisiertem Material imprägniert ist, darauf die Isolation mit einer Schutzhülle versehen, und dann dem Kabel die Isoliermasse so lange, zugeführt wird, bis sie die nicht mit dem Polymerisat imprägnierte Isolation vollkommen durchsetzt hat, wobei das Kabel so lange, unter der Temperatur, bei der das Polymerisat klebrig wird, gehalten wird, bis die Isoliermasse eingebracht wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Hochspannungskabels mit einer aus Lagen eines Faserstoffes und Isoliermasse (Kabelcompound) bestehenden Isolation, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des faserigen Isolierstoffes mit einem bereits polymerisierten, bei der Arbeitstemperatur des Kabels fest bleibenden Material imprägniert, dann die Isolierung in bekannter Weise auf den oder die Leiter des Kabels aufgebracht und schließlich die Isoliermasse nur in dieZwischenräume zwischen den benachbarten Lagen des faserigen Isolierstoffes und dessen vorher nicht imprägnierten Teil eingebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Leiter mit einem faseriigen, mit bereits polymerisiertem Material imprägnierten Isolierstoff umwickelt werden, darauf die Isolation mit einer Schutzhülle versehen und dann dem Kabel die Isoliermasse so lange zugeführt wird, bis sie die nicht mit dem Polymerisat imprägnierte Isolation vollkommen durchsetzt hat, wobei das Kabel so lange unter derjenigen Temperatur gehalten wird, bei der das Polymerisat klebrig wird, bis die Isoliermasse fertig eingebracht ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Aufbau der Isolation verwendeten Faserstoffbänder nur an ihrer Oberfläche mit polymerisiertem Material imprägniert oder bestrichen werden.
4. 4. Kabel nach Anspruch 1 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation aus zwei Faserstoffschiichten besteht, von denen die am Leiter liegende Schicht mit polymerisiertem Material imprägniert ist, während die zwischen dieser Schicht und dem Kabelmantel liegende Schicht aus mit Isoliermasse imprägniertem Faserstoff besteht.
5. 5. Kabel nach Anspruch 1 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit polymeri-

   siertem Material imprägnierte Isolation mit Lagen eines mit Isoliermasse imprägnierten Faserstoffes durchsetzt ist.
6. 6. Mehrleiter-Kabel nach Anspruch ι hergestellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation in den Zwickelräutnen zwischen den Kabeladern aus faserigem Isolierstoff besteht, der mit polymerisiertem Material imprägniert und von der Isoliermasse durchsetzt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 635 163, 651 001.

   Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 730 858.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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