CH652524A5 - Feuchtigkeitsgeschuetztes elektrisches kabel. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuchtigkeitsge- Leiter befindliche fertigungsbedingte Feuchtigkeit, beispiels-schütztes elektrisches kunststoffisoliertes Kabel, insbesondere weise auch Kondenswasser, hat aber nach wie vor die Mög-zur Übertragung höherer Spannungen, mit einem aus durch- lichkeit, zwischen den Stopfstellen in die innere Leitschicht gehenden Einzelelementen aufgebauten Leiter oder Leiterseil. . un<^ schliesslich die Isolierung zu gelangen, wobei durch die

In neuerer Zeit sind zahlreiche Untersuchungen in der hohen Feldstärken in Leiternähe besonders bevorzugte Technik durchgeführt worden mit dem Ziel, offenbar durch Schwachstellen in Isolierung und Leitschicht dem Bäumchen-Wasseransammlungen (Wasserbäumchen, «Water trees») Wachstum entgegen kommen.

verursachte Schäden in der Isolierung elektrischer Kunststoff- ^ie Erfindung bezweckt ein feuchtigkeitsgeschütztes elek-kabel aufzuklären und Massnahmen zu treffen, diese Kabel- 65 trisches kunststoffisoliertes Kabel zu schaffen, bei dem die Schäden zu vermeiden. Entsprechend hoch ist auch die An- Gefahr der Entstehung von Wasserbäumchen weiter verminzahl von Veröffentlichungen, die das Wachstum der Wasser- dertist.

bäumchen beschreiben und Vorschläge machen, wie solche Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindimg dadurch ge-

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löst, dass der Leiter oder das Leiterseil von einer geschlosse- bei Biegung des Leiters über solche Durchmesser, die bei den nen dichten metallischen Hülle aus einem längsnaht- einzelnen F ertigungsgängen sowie bei der Kabelverlegung geschweissten Metallband umgeben ist. und Montage üblich sind. Da andererseits die Hülle, bei-

Diese Hülle, die gleichzeitig das Aufkorben der Einzel- spielsweise auch aus Korrosionsgründen, aus dem gleichen drähte z.B. eines Leiterseiles im Herstellungsprozess verhin- 5 Material wie der verseilte Leiterkern besteht, ist der oben be-dert, sorgt dafür, dass Feuchtigkeit vom Leiter her nicht mehr reits erwähnte Leiterseilaufbau von Vorteil, nämlich, dass in die Isolierung bzw. die innere Leitschicht dringen kann. gilt:

Der Leiter ist über seine gesamte Länge abgedichtet, bei der

Montage brauchen zusätzliche Arbeiten, etwa Entfernen von Fgef = Ft + Fh

Stopfmitteln an den Anschluss- oder Verbindungsstellen, 10

nicht mehr geleistet zu werden. wobei Fgef die geforderte Gesamtquerschnittsfläche des Lei-

Das Metallband kann mit Vorteil auf die oberste Lage der ters, Fj die Querschnittsfläche des Kerns und Fh die Quer-Einzelelemente des Leiters oder der Leiterseile heruntergezo- schnittsfläche der Hülle ist.

gen werden, so dass der Leiter wie eine Stütze für ein Rohr Für Leitmaterial Kupfer ergibt sich ein besonders geeig-

wirkt. j5 netes Leiterseil dann, wenn d : s = 25 ist. Die Berechnung der

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfin- Wanddicke erfolgt dann gemäss der Formel dungsgemässen elektrischen Kabels beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Hoch- 2

spannungskabels, s = —— y/Fger

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für sektorförmige Aluminium- 2o querschnitte.

In Durchführung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Material der geschlossenen Hülle dem Wird nicht Kupfer, sondern Aluminium als Leitmaterial

Material des Leiters oder Leiterseiles nach Stellung in der che- verwendet, dann gilt d : s = 18 und die Wanddicke s entmischen Spannungsreihe gleich oder zumindest annähernd 25 sprechend gleich ist. So wird man zweckmässig für die Umhüllung als

Werkstoff Kupfer wählen oder eine geeignete Kupferlegie- _ 1 ,=—

rung, wenn die Einzelelemente, z.B. Einzeldrähte eines Leiter- s yf ^ sef seiles, aus Kupfer bestehen. Auf der anderen Seite wird man sich für eine Hülle aus Aluminium entscheiden, wenn das 30 Leiterseil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Geeignet sind selbstverständlich auch plattierte Für Kabel höherer Spannungen mit üblichem Leiterauf-Drähte oder Hüllen, z.B. aus Aluminium und Kupfer, wenn bau ist in der Regel zur Vergleichmässigung des elektrischen hierfür besondere Bedürfnisse, z.B. Materialersparnis oder Feldes an der Leiteroberfläche eine leitfähige Schicht, z.B. exGewicht, vorliegen. 35 tradiert oder in Form von Bändern aufgebracht. Es ist ermög-Besondere Vorteile, insbesondere auch hinsichtlich der licht, auf eine solche Leitschicht in besonderen Fällen ganz zu Stabilität des Leitquerschnitts und dergl., ergeben sich jedoch verzichten, so dass Arbeitsgänge und Material eingespart dann, wenn die Hülle selbst sehr dicht auf dem mehrdrähtigen werden können.

Leiterseil aufgepresst ist. Dadurch wird die Knickgefahr der Für die Fälle, wo jedoch entweder eine extrudierte Leit geschlossenen Hülle bei der Kabelherstellung und den damit to Schicht über der Hülle vorgesehen werden soll oder aber die verbundenen Wickelvorgängen ausgeschlossen. Das gilt vor Isolierung unmittelbar auf die Hülle aufextrudiert wird, kann allem dann, wenn die Hülle selbst Teil des Leiters oder Leiter- es zweckmässig sein, auf der Hülle Unebenheiten, etwa in seiles ist. Die geschlossene Hülle führt dabei gleichzeitig zu ei- Form von Erhöhungen und Vertiefungen vorzusehen, so dass ner Vergleichmässigung des elektrischen Feldes. In diesem die Haftfähigkeit erhöht wird.

Zusammenhang ist es besonders zweckmässig, wenn die Hülle 45 Bei einem einadrigen Hochspannungskabel nach der Fig. mindestens die oberste Lage des Leiters oder Leiterseiles er- 1 besteht das Leiterseil 1 aus einem Kern 2 aus verseilten Einsetzt. Damit ergibt sich ein kompaktes, mechanisch stabiles zeldrähten, etwa aus Kupfer, und der ebenfalls aus Kupfer be-Leiterseil mit guten Biege- und Montageeigenschaften, das stehenden Hülle 3. Der zur Übertragung einer bestimmten den Wassertransport in Längsrichtung zulässt, eine Schädi- Energie geforderte Gesamtquerschnitt setzt sich also aus dem gung der Isolierung jedoch ausschliesst. so Kern 2 und der Hülle 3 zusammen, wobei die Hülle 3 aus ei-

Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass sich die Anwendung nem längseinlaufend zum Rohr geformten und an den Kan-der Erfindung nicht auf konzentrisch aufgebaute Leiterseile ten längsnahtverschweissten Kupferband besteht, das nach beschränkt, sondern dass auch miteinander verseilte Formlei- der Rohrformung dicht auf den Kern 2 heruntergezogen ist. ter mit der geschlossenen metallischen Hülle umgeben werden Oberhalb der Hülle ist die innere Leitschicht 4 vorgese-können. Vorteilhaft ist beispielsweise die Verwendung von 55 hen, überdeckt wird sie von der Isolierung 5. Durch den miteinander verseilten Aluminiumsektoren grösserer Quer- feuchtigkeitsdichten Leiter sind somit die Schichten 4 und 5 schnitte mit der metallischen Hülle. gegen Feuchtigkeitseinwirkung von innen her sicher ge-

Vorteilhaft ist es in Weiterführung der Erfindung ferner, schützt. Mit 6 ist die äussere Leitschicht bezeichnet; 7 ist der dass der Durchmesser des erfindungsgemässen Leiters gerin- übliche Schirm, hier nur schematisch angedeutet, und 8 ist der ger ist als der eines widerstandsgleichen Leiters in mehrdrähti- 60 den mechanischen Schutz nach aussen gewährleistende Manger Verseilung. Damit ist sichergestellt, dass der für das be- tel, beispielsweise aus einem Material auf Basis Polyvinyl-treffende Kabel spezifische Schichtenaufbau: Leitschichten, chlorid oder Kautschuk, auch in flammwidriger Form. Isolierung, Schirm, Mantel beibehalten werden kann und der Die metallische Hülle 3 kann gleichzeitig die Funktion der Kabeldurchmesser geringer ist. inneren Leitschicht übernehmen. Das in der Hülle 3 befind-

Entscheidend für den Aufbau des Leiters ist das Verhält- « liehe Leiterseil 1 kann aus drei bis sechs miteinander verseil-nis des Durchmessers d des verseilten Kerns zur Wanddicke s ten metallischen Formsträngen bestehen.

des darüber geschweissten Rohres. Je grösser das d : s-Ver- In der Fig. 2 ist eine besonders kostengünstige Lösung für hältnis, um so mehr neigt die Hülle (Rohr) zum Einknicken beispielsweise sektorförmige Aluminiumleiterquerschnitte

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dargestellt. Die mit 9 bezeichneten massiven formgepressten Aluminiumsektorleiter, die als Leiter in Niederspannungskabeln seit vielen Jahrenproblemlos eingesetzt werden, sind miteinander verseilt. Über den verseilten Leitern, die auch aus verseilten Einzeldrähten aufgebaut sein können, ist die geschlossene metallische Hülle 10 angeordnet. Über diesem Leiteraufbau wird dann der dem Einsatzzweck entsprechende Kabelaufbau vorgenommen.

Die Formleiter selbst können auch um ein sog. Stützrohr oder eine Stützspirale herumgeseilt sein, wenn bei grossen

Leiterquerschnitten mit Stromverdrängung gerechnet werden muss und der Kern des Leiters nicht zum Energietransport beiträgt.

Die gemäss der Erfindung vorgeschlagene geschlossene Hülle bringt beispielsweise beim Einsatz verseilter Segmentleiter, die kostengünstig zu erhalten sind, noch den Vorteil mit sich, dass ein Eindrücken der Leitschicht in die Zwickel zwischen den Leiterelementen vermieden ist, wenn z.B. vernetzbares Polyäthylen als Isoliermaterial aufextrudiert wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

652 524 2 PATENTANSPRÜCHE _ die Lebenserwartungen eines Kabels erniedrigende Erschei-

1 . insbesondere aus Einzeldrähten aufgebaute Leiterseile elektri-

s= ~yy~ v^gef scher Kabel als «Wasserleitungen» dienen, d.h. für den Trans port von Feuchtigkeit über die gesamte Kabellänge verant-. 40 wortlich gemacht werden können. Um hier Abhilfe zu schafgenügt, wobei s die Wanddicke der Hülle in mm und Fgef die fen^ d.h. den Wassertransport einzuschränken, hat man auf geforderte Gesamtquerschnittsfläche des Leiters in mm ist. die aus der Nachrichtenkabeltechnik bekannten Abstopf-

1. Feuchtigkeitsgeschutztes elektrisches kunststoffisolier- nungen vermieden werden können.

tes Kabel, insbesondere zur Übertragung höherer Spannun- Me bisherigen Untersuchungen gehen davon aus, dass gen, mit einem aus durchgehenden Einzelelementen aufge- zunächst Feuchtigkeit in die Isolierung gelangt. Eine Feuch-

bauten Leiter oder Leiterseil (1), dadurch gekennzeichnet, 5 tigkeitsdiffusion kann einmal bereits während der Fertigung dass der Leiter oder das Leiterseil (1) von einer geschlossenen erfolgen, beispielsweise beim Vorgang der Vernetzung durch dichten metallischen Hülle (3) aus einem längsnahtge- Einwirkung von Wasserdampf beim kontinuierlichen Durch-

schweissten Metellband umgeben ist. , , , , , lauf durch eine Kettenlinie (CV-Anlage), oder im Betrieb,

2. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch ge- etwa ^ei Beschädigung eines Metallmantels oder durch Was-kennzeichnet, dass das Metallband auf die oberste Lage der 10 serdampfdiffusion durch den unbeschädigten Kunststoff-Einzelelemente des Leiters oder der Leiterseile heruntergezo- mantel hindurch. Unter dem Einfluss der im Betrieb herr-

genist. sehenden elektrischen Feldstärken kommt es dann zur Bil-

3. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch ge- düng der bekannten Wasserbäumchen, deren ständiges kennzeichnet, dass das Material der Hülle dem Material des Wachstum schliesslich zu elektrischen Durchschlägen und Leiters oder Leiterseiles nach Stellung in der chemischen 15 ietzten Endes zur Zerstörung des Kabels überhaupt führen Spannungsreihe gleich oder zumindest annähernd gleich ist. kann. Zerstörungen im Kabel können aber auch dadurch auf-

4. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch ge- treten, dass im Kabelleiter befindliche oder im Betrieb in den kennzeichnet, dass die Hülle (3) selbst Teil des Leiters oder Kabelleiter eintretende Feuchtigkeit, z.B. Wasser, zu Korro-Leiterseiles ist. _ sionserscheinungen aufgrund einer Elementbildung zwischen

5. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 4, dadurch ge- 2o dem Leitermaterial und der Leiterglättung, d.h. innerer Leitkennzeichnet, dass die Hülle (3) mindestens die oberste Lage schicht, führt. Besonders anfallig sind hier von russhaltigen des Leiters oder Leiterseiles (1) ersetzt. Leiterschichten umgebene Aluminiumleiter.

6. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1 mit einer Zur Lösung des Problems, den Durchtritt von Feuchtig-Hülle und Leiterelementen aus Kupfer, dadurch gekennzeich- keit von aussen bis in die Isolierung hinein zu unterbinden, net, dass die Wanddicke der Hülle (3) etwa der Formel 25 hat es schon zahlreiche Vorschläge gegeben. So sind metallische Abschirmungen in Form von um die Kabelseele herum-

_ 1 /p— gelegten Metallbändern ebenso bekannt (US-PS 4 145 567)

s 2Ö~ sef wie Isolierungen mit von innen nach aussen gerichtetem Dif-

fusionsgefalle (DOS 27 54 336) oder wasserabsorbierende

... . 30 Schichten oberhalb der Isolierung (DOS 27 37 108). Mag die genügt, wobei s die Wanddicke der Hülle in mm und Fgef die eine oder andere Lösung auch tatsächlich eine Wasserdiffu-

geforderte Gesamtquerschnittsfläche des Leiters in mm ist. sjOQ unterbinden oder zumindest stark eindämmen, ist hierbei

7. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1 mit einer jedoch unberücksichtigt, dass Feuchtigkeit auch von innen, Hülle und Leiterelementen aus Aluminium, dadurch gekenn- d.h. über den Leiter selbst in die Isolierung gelangen und dort zeichnet, dass die Wanddicke der Hülle (3) etwa der Formel 35 zu den erwähnten Schäden führen kann.

Auf der anderen Seite hat man schon daran gedacht, dass

8. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch ge- methoden zurückgegriffen und diese auf die abschnittsweise kennzeichnet, dass die metallische Hülle (3) gleichzeitig die Abstopfung von Energieübertragungskabeln zugeschnitten. Funktion der inneren Leitschicht übernimmt. 45 In diesemZusammenhang sei auf ein bekanntes Verfahren

9. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch ge- verwiesen (DAS 21 54 749), bei dem der als Litzenleiter auskennzeichnet, dass die Hülle (3) oberflächliche Unebenheiten gebildete Innenleiter eines Hochspannungskabels in regel-zur Erhöhung der Haftfähigkeit gegenüber aufextrudierten mässigen Abständen mit einem geschlossenen Querschnitt leitenden oder isolierenden Polymermaterialien aufweist. aus metallischem Material versehen ist. Eine andere bekannte

10. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch 1, dadurch 50 Abschottung des Leiters sieht vor (DOS 28 08 438), in Abgekennzeichnet, dass das in der metallischen Hülle (3) befind- ständen im Leiterseil Stopfen aus einem vernetzten gummiela- * liehe Leiterseil (1) aus drei bis sechs miteinander verseilten stischen Manterial anzuordnen, wobei die axiale Länge klein metallischen Formsträngen besteht. gegen den axialen Abstand der über die Länge aufeinander folgenden Stopfen ist. Diese Massnahmen machen praktisch 55 eine Feuchtigkeitswanderung längs des Kabels unmöglich, im