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Hochspannungskabel
EMI1.1
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eine diskontinuierliche, in Fig. l dargestellte Potentialverteilung zu vermeiden. In Fig. 1 stellt die voll ausgezogene Linie den Verlauf des Potentialgradienten als Funktion des radialen Abstandes vom Kabel- leiter dar, wenn innerhalb der Isolation keine leitenden Einlagen vorgesehen sind, die sich auf vorgege- benen Potentialen befinden, wogegen die gestrichelten Linien den Verlauf des Potentialgradienten ange- ) ben, wenn solche leitenden Einlagen mit vorgegebenen Potentialen angewendet werden. In Fig. 1 bedeu- tet R1 den Radius des Kabelleiters, während R2 den Aussenradius der Kabelisolation bezeichnet.
Die leitenden Einlagen können auf verschiedene Arten hergestellt werden, wobei aber zu beachten ist, dass die Gegenwart dieser Einlagen die Imprägnation des Isolationspapiers nicht verhindern oder hem- men darf. Beispielsweise können für diesen Zweck dünne Metallbänder oder Bänder aus metallisiertem Papier oder auch metallisierte Kunststoffbänder angewendet werden. Diese Bänder können in Form von schraubenlinienförmigen Windungen unter Überlappung der Bandränder auf den Kabelleiter gewickelt werden, wobei die Bänder perforiert sein müssen, um den Durchtritt des Imprägnationsmediums (flüssiges Öl oder sonstige Isolierflüssigkeit) zu ermöglichen.
Anderseits können die Bänder auch mit Zwischenräu- men zwischen den einzelnen Windungen gewickelt werden, wobei sich eine Perforation der Bänder erüb- ! right, weil diese Zwischenräume bereits ausreichen, um eine gute Imprägnation zu gewährleisten. Diese
Ausführung ist zwar günstiger als die zuerst erwähnte, weist aber ebenso wie jene einen schwerwiegenden
Nachteil auf. Zwischen den einzelnen Windungen der Bänder aus Isolationspapier ergeben sich nämlich in beiden Fällen Spalte, die mit dem Imprägnationsmedium gefüllt sind und in denen die Schichtdicke dieses Mediums mindestens gleich gross wie, wenn nicht (je nach der Art und Weise, mit der die Bewick- lung aufgebracht wird, welche die metallische Oberfläche bildet) grösser als die Dicke der zum Aufbau der Isolation verwendeten Papierstreifen ist.
Diese Spalte, die in radialer Richtung einerseits durch eine metallische Oberfläche und anderseits durch eine isolierende Oberfläche begrenzt werden, sind die Ur- sache komplizierter Erscheinungen, die auf der Tatsache beruhen, dass bekanntermassen metallische Ober- flächen, die sich in innigem Kontakt mit einer Isolation befinden, eine katalytische Wirkung auf be- stimmte Reaktionen und Zersetzungsvorgänge im Imprägnationsmedium ausüben und dadurch nicht nur eine Änderung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften desselben beschleunigen, sondern diese
Eigenschaften auch in nicht zulässiger Weise beeinträchtigen. Überdies muss noch erwähnt werden, dass die.
metallischen Bänder Auszackungen oder Vorsprünge aufweisen können, besonders wenn sie einem Per- forationsvorgang unterworfen worden sind, und dass diese Oberflächenunregelmässigkeiten zu Korona- entladungen führen können, die für die Lebensdauer des Kabels schädlich sind. Auf die beschriebene Weise lässt sich also zwar eine gute Ausnutzung der Kabelisolation erreichen, doch treten dabei Erscheinungen auf, die zu einer vorzeitigen Ionisation Anlass geben.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Kabel zu schaffen, bei dem die vorstehend er- läuterten Mängel behoben sind, zugleich aber die Vorteile, die sich durch die Einfügung metallischer
Einlagen mit vorgegebenen Potentialen innerhalb der Kabelisolation erzielen lassen, unverändert beibe- halten werden. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäss die metallischen, in die Isolation eingebetteten
Einlagen lückenlos durch Bänder aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier abgeschirmt, so dass ein direkter Kontakt zwischen dem die leitende Einlage bildenden Metall und der angrenzenden Isolation vermieden wird.
Theoretische Untersuchungen und Experimente haben ergeben, dass die Einfügung einer geschlossenen
Lage aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier zwischen einer metallischen Oberfläche und der Iso- lation erheblich dazu beiträgt, den Wert der elektrischen Beanspruchung zu erhöhen, bei dem eine Ioni- sation einsetzt. Im vorstehend erläuterten Falle, in dem zwischen der metallischen Oberfläche und der
Isolation mit Imprägniermedium gefüllte Spalte liegen, ergibt sich beispielsweise, wenn die metalli- sche Oberfläche derart mit Russ beladenem Papier abgedeckt wird, dass eine direkte Berührung zwischen dem Imprägnationsmedium und der metallischen Oberfläche vollkommen verhindert wird, eine 30-bis 40% igue Erhöhung der Beanspruchung, bei welcher der Ionisationseinsatz erfolgt.
Die Abschirmung der auf vorgegebenen Potentialen gehaltenen metallischen Einlagen mit russbelade- nem Papier erfüllt einen zweifachen Zweck. Neben der schon geschilderten Wirkung, einen direkten Kon- takt zwischen den metallischen Oberflächen und der Isolation zu verhindern und dadurch die im Hinblick auf den lonisationseinsatz zulässige elektrische Beanspruchung zu erhöhen, hat sie auch noch die weitere
Wirkung, allfällige Vorsprünge und Unregelmässigkeiten der metallischen Oberflächen vollkommen abzuschirmen, so dass auf diese Weise Koronaentladungen beseitigt bzw. verhindert werden, die ansonsten in diesen Zonen auftreten könnten.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Fig. 2 hervor. Diese Figur zeigt einen Querschnitt durch ein Einleiterkabel gemäss der Erfindung.
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Der Kabelleiter 1 kann ein kompakter, verseilter Leiter, wie in der Zeichnung angedeutet, oder auch ein verseilter Leiter mit einem axialen Durchlass sein, der von einer Metallwendel begrenzt ist, welche als Stütze für die Leiterdrähte wirkt und für Öl durchlässig ist. Um diesen Kabelleiter 1 ist ein Band 2 aus mit Russ beladenem Papier gewickelt ; durch dieses Band wird in an sich bekannter Weise das elektrische Verhalten des Kabels bei üblichen Netzfrequenzen verbessert. Diese Wicklung 2 ist von einer ersten Isolationsschicht 3 bedeckt, die aus Papier besteht, das je nach der Art des Kabels mit Öl oder einem andern
Isolierstoff imprägniert ist.
Die Isolationsschicht 3 ist wieder von einer geschlossenen Wicklung 4 aus mit
Russ beladenem Papier bedeckt, über der sich eine Wicklung 5 befindet, die aus Metallbändern gebildet ist und eine leitende Einlage bildet, die während des Kabelbetriebes auf ein vorbestimmtes Potential ge- bracht wird. Die Aussenfläche der metallischen Wicklung 5 ist mit einer geschlossenen Wicklung 6 aus mit Russ beladenem Papier abgedeckt. Es ist somit erkennbar, dass die metallische Einlage 5 durch die geschlossenen Wicklungen 4 und 6 aus mit Russ beladenem Papier vollständig von den Isolationsschichten 3 und 7 getrennt ist.
Die die zweite Isolationsschicht 7 umschliessende metallische Wicklung 9 bildet eine zweite leitende
Einlage, die ebenfalls auf ein vorbestimmtes Potential gebracht wird und von den benachbarten Isolationsschichten 7 und 11 mit Hilfe geschlossener Wicklungen 8 und 10 aus mit Russ beladenem Papier getrennt ist. Die äussere Isolationsschicht 11 ist vom Kabelmantel 12 umschlossen, der üblicherweise aus Blei besteht und durch metallische (nicht gezeichnete) Bewehrungen verstärkt sein kann ; sie kann aber auch von einer (ebenfalls nicht gezeichneten) Schutzschicht aus thermoplastischem Material abgedeckt sein.
Beim Kabel nach Fig. 2 ist somit die gesamte Kabelisolation durch zwei metallische Einlagen 5 und 9 in drei Schichten 3,7 und 11 unterteilt. Es versteht sich, dass die Anzahl dieser metallischen Einlagen je nach den Betriebsbedingungen, denen das Kabel unterworfen werden soll, geändert werden kann. Die Bewicklung aus mit Russ beladenem Papier muss in sich geschlossen, d. h. lückenlos sein, damit jeglicher Kontakt zwischen der Isolation und den metallischen Oberflächen verhindert wird.
Demnach kann diese Bewicklung beispielsweise durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln von Bändern mit vorgeschriebener Überlappung benachbarter Windungen oder aber durch Aufwickeln von Bändern mit Abständen zwischen den Windungen und nachfolgendes Aufwickeln weiterer Bänder mit gleicher Steigung in solcher Weise hergestellt werden, dass die zweite Wicklung die Zwischenräume zwischen den Windungen der ersten Wicklung überdeckt. Kabel mit dem geschilderten erfindungsgemässen Aufbau können sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom verwendet werden.
Das geschilderte Ausführungsbeispiel lässt im Rahmen der Erfindung natürlich noch verschiedene Ab- änderungen zu. So können beispielsweise die Steigung der Bewicklung aus mit Russ beladenen Papierbändem, die Breite dieser Bänder und die Überlappung der Ränder der einzelnen Windungen modifiziert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungskabel, dessen Isolation durch eine Papierbewicklung gebildet ist, die mit Öl oder einer ändern Isolierflüssigkeit imprägniert ist, wobei die Kabelisolation n elektrisch leitende Einlagen enthält, die auf vorgeschriebenen Potentialen gehalten werden und in Dickenrichtung der Kabelisolation so angeordnet sind, dass sie diese in (n+1) Schichten unterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrisch leitende Einlage auf beiden Seiten mit geschlossenen Bandwicklungen aus halbleitendem, mit Russ beladenem Papier bedeckt ist, so dass ein direkter Kontakt zwischen der Kabelisolation und der elektrisch leitenden Einlage verhindert ist.