DE1063667B - Hochspannungskabel mit einem Leiter und darauf ueberlappend aufgewickeltem Dielektrikum - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das Hauptpatent 914 507 betrifft Hochspannungskabel mit einem Leiter und darauf überlappend aufgewickeltem Dielektrikum, dessen innerer Teil aus einem Film von molekularer orientiertem Polystyrol und der äußere Teil aus vorimprägniertem Papier' aufgebaut ist, der innere Teil nicht weniger als vierzehn Schichten enthält und eine Wanddicke besitzt, welche innerhalb eines Bereichs liegt, dessen untere Grenze gleich IO^kVo des wirksamen Leiterradius und dessen obere Grenze 45'% der Wandstärke des ganzen Dielektrikums ist.

Das Patent 924 390, welches ein Zusatz zu Patent 914 507 ist, betrifft eine Abänderung der Erfindung des Hauptpatents, wonach a) die Zwischenräume des inneren und äußeren Teils des Dielektrikums mit einer isolierenden Masse gefüllt sind, welche bei keiner Temperatur innerhalb des Bereichs der Betriebstemperaturen des Kabels fließt, und b) der innere Teil des Dielektrikums aus abwechselnden Einzelstreifenschichten aus einem Film von molekular orientiertem Polystyrol und aus vorimprägniertem Papier aufgebaut ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß gegen Wärme widerstandsfähige Polystyrolfilme mit einer maximalen Schrumpfung oder Relaxtion infolge von Erwärmung auf 95° C während 7 Tagen (hier als Schrumpfung oder Relaxtion bei 95° C bezeichnet) von 5%» mit Vorteil in dem inneren Teil des Dielektrikums verwendet werden können.

Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der Haupterfindung und ersten Zusatzerfindung, und zwar derart, daß der innere Teil des Dielektrikums aus einem Film von Polystyrol mit einer nicht 3,0 überschreitenden Dielektrizitätskonstante, mit einer Mindestdurchschlagsfestigkeit unter Stoßbeanspruchung bei 15 bis 85° C von 2000kV/cm, mit einer Höchstschrumpfung oder Relaxtion infolge Erwärmung auf 95° C von 5*/o und einem bei 15 bis 85° C und 50 Hz nicht 0,004 überschreitenden Verlustwinkel besteht. Zweckmäßig kann der innere Teil des Dielektrikums auch aus abwechselnden Einzelstreifenschichten von einem solchen Film und Schichten, vorzugsweise Einzelstreifenschichten, von vorimprägniertem Papier aufgebaut sein, wobei der äußere Teil des Dielektrikums aus vorimprägniertem Papier besteht und der innere Teil eine Wanddicke innerhalb eines Bereichs besitzt, dessen untere Grenze gleich 10% des wirksamen Leiterradius ist und dessen obere Grenze sich auf 45% der radialen Wanddicke des gesamten Dielektrikums beläuft, und wobei der innere Teil nicht weniger als 14 Schichten einschließt.

Die Zwischenräume beider Teile können mit Gas von überatmosphärischem Druck unter den Betriebsbedingungen oder auch mit einer isolierenden Verbin-Hochspannungskabel mit einem Leiter
und darauf überlappend aufgewickeltem
Dielektrikum

Zusatz zum Patent 914 507 und Zusatzpatent 924 390

Anmelder:

W. T. Glover & Co. Limited,
Manchester, Lancashire (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorf er Str. 32

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 13. September 1956

Edwin Philip Geoffrey Thornton,
Manchester, Lancashire,
und David Hugh Booth, Altrincham, Cheshire
(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

dung gefüllt sein, welche bei keiner Temperatur innerhalb des Betriebsbereichs des Kabels fließt.

Ein Beispiel eines Polystyrols, welches bei der Herstellung des Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung gebraucht werden kann, ist das unter dem Namen » StyrofIex « bekannte und von den Norddeutschen Seekabelwerken, Nordenham/Deutschland, nach dem Verfahren der britischen Patentschrif1419 900· hergestellte wärmewiderstandsfähige Polystyrol.

Andere geeignete Polystyrole sind die »Natta«- Marken. Bei diesen Marken handelt es sich um isotaktische Polystyrole. Kennzeichnend für isotaktische Polystyrole ist, daß sie alle Phenylgruppen auf derselben Seite der Ebene der Hauptkette besitzen, während bei einer ataktischen Struktur die Phenylgruppen in unregelmäßiger Weise oberhalb und unterhalb dieser Kette angeordnet sind. Diese Regelmäßigkeit in der Struktur führt zu wichtigen Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften, z. B. höherer Dichte (1,08 für »Natta« gegenüber 1,05 für das ataktische Produkt), zu höherem Erweichungspunkt (etwa

909 608/305

230° C gegenüber 85° Q. Das »Natta«-Polystyrol ist ein halbkristallines Polymer, während die ataktischen Polystyrole im wesentlichen amorph sind.

Diese wärmewiderstandsfähigen Polystyrolfilme haben weniger Neigung zu kleben, wenn sich das Kabel unter der Belastung erhitzt, als Filme aus Polystyrol mit einer Schrumpfung oder Relaxtion, wenn auf 95° C für 7 Tage erwärmt, größer als 5 %. Bewegungsfreiheit zwischen diesen Filmbändern während Herstellung und Aufbau des Kabels kann dadurch erleichtert werden, daß ein Überzug eines Schmiermittels, wie öl oder Vaseline, auf die Oberfläche der Filmstreifen aufgebracht wird, bevor diese auf den Kabelleiter überlappend aufgebracht werden.

Da die Aufgabe der vorimprägnierten P'apierschichten in dem inneren Teil des Dielektrikums (wenn solche Schichten benutzt werden) nur darin besteht, die Polystyrolfilme zu trennen, können diese Schichten so dünn wie möglich gemacht werden. Sie können mitunter von einer so geringen Dicke wie einer Hälfte der Dicke des Polystyrolfilms sein, und im allgemeinen werden sie nicht von einer größeren Dicke als dem l,2fachen der Dicke des Polystyrolfilms sein.

Vier Hochspannungskabel gemäß der Erfindung werden beispielsweise noch beschrieben.

Beispiel 1 und 2 sind gasgefüllte Einseelenkabel, bestimmt für eine Betriebsspannung von 132 kV zwischen den Leitern eines 3-Phasen-Wechselstrom-Übertragungssystems, und Beispiele 3 und 4 sind feste Kabel, bestimmt für eine Betriebsspannung von 33 kV zwischen den Leitern eines 3-Phasen-Wechselstrom-Übertragungssystems, wobei die die Zwischenräume in beiden Teilen des Dielektrikums ausfüllende Mischung von einer Art ist, welche bei keiner Temperatur innerhalb des Betriebsbereichs des Kabels fließt. Bei allen vier Beispielen ist der Leiter aus Schichten von Litzendrähten gebildet, deren Oberflächen in der äußeren Schicht abgeflacht sind, z. B. durch Ziehen durch eine Scheibe, um dem Leiter einen äußeren Durchmesser von 1 cm zu geben.

Die Konstruktion dieser vier Kabel ist im einzelnen wie in den Zeichnungen der zwei vorerwähnten Patente gezeigt und beschrieben mit Abänderungen in den Ausmessungen und dem Material, wie noch nachstehend angegeben. Beispiel 1 entspricht dem einzigen Beispiel des Hauptpatents 914 507, Beispiele 3 und 4 entsprechen den ersten Beispielen des Patents 924 390, und Beispiel 2 entspricht dem dritten Beispiel des Patents 924 390.

Die Dimensionen in Zentimetern der verschiedenen Kabel der vier Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben. Bei den Beispielen 1 und 3 besteht der innere Teil des Dielektrikums aus Polystyrolbändern, und in den Beispielen 2 und 4 besteht er aus P'olystyrolbändern mit Zwischenlagen aus einzelnen Papierbändern.

Tabelle I

		Beispiel
1	2	3	4
Art
132 kV, gasgefüllt	33 kV, mit einer Verbindung gefüllt
3	3	1	1
0,008	0,008	0,008	0,008
Radius über den Schutzbändern	1,023	1,023	1,008	1,008
0,006	0,006	0,009	0,009
Dicke der Papierbänder im inneren Teil
kein	0,006	kein	0,006
Radius über dem inneren Teil des
1,277 -	1,403	1,135	1,135
Dicke der Papierbänder im äußeren
Teil des Dielektrikums	0,008	0,008	0,009	0,009
Radius über dem gesamten Dielektrikum	1,870	1,938	1,525	1,565
Art und Dicke des dielektrischen
0,0075 (3 mil) Kupfer oder metallisiertes Papierband, angewendet
mit 10 bis 15 °/o Überlappung

Unter Betriebsbedingungen sind die Zwischenräume zwischen den imprägnierten Papierbändern und Polystyrolbändern der Kabel der Beispiele 1 und 2 mit Stickstoff von 14 Atmosphären gefüllt. In den Kabeln der Beispiele 3 und 4 sind die Zwischenräume mit einer mikrokristallinen Wachsmischung gefüllt. Bei allen vier Beispielen waren die Polystyrole aus »Styroflex«.

Die Beanspruchungen in den verschiedenen Teilen des Dielektrikums der Kabel, wenn das Kabel mit der wie oben angegebenen Netzspannung arbeitet, sind in der nachfolgenden Tabelle II dargelegt. Alle Beanspruchungen sind in kV/cm gegeben. Unter der gleichen Annahme wie in den genannten Patenten, daß die Stoßspannung das IOfache der Betriebsspannung des Leiters sei, ist ersichtlich, daß die Stoßbeanspruchung in dem Polystyrol deutlich unterhalb der Stoßdurch-Schlagsbeanspruchung des »Styroflex« ist, welche größer als 3000kV/cm ist. Unter einer gleichen Annahme in bezug auf das Verhältnis zwischen Stoß- und Betriebsspannung ist ersichtlich, daß die Stoßbeanspruchung auf dem Papier an der Leiteroberfläche deutlich unterhalb der Stoßdurchschlagsbeanspruchung des Papiers ist, welche größer als 1500 kV/cm ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung, wenn auch die Beispiele sich auf Einseelenkabel beziehen, auf ein Vielseelenkabel anwendbar, und tatsächlich können die beispielsweise beschriebenen Konstruktionen hinsichtlich der Konstruktion von Kabeln, Leitern und Dielektrikum für Dreiseelen- (geschirmte) Kabel oder Dreiseelen getrennt mit Blei überzogene Kabel verwendet werden, und die Konstruktion des Dielektrikums kann für Dielektrika und Leiter von ovalen oder sektorförmig gestalteten Kabeln benutzt werden.

Claims (1)

1. Tabelle II

   Bei spiel 1 I 2 1 I 2 Art 132 kV, gasgefüllt 33 kV, mit einer Verbindung gefüllt Beanspruchung an der Leiteroberfläche 160 160 60 60 Beanspruchung an der Lederoberfläche nicht anwendbar 105 nicht anwendbar 40 Beanspruchung an der Außenseite des 128,3 116,8 53,3 53,3 Beanspruchung an der Außenseite des nicht anwendbar 76,6 - nicht anwendbar 35,5 Beanspruchung auf der Innenseite des 84,2 76,6 35,5 35,5 Beanspruchung auf der Außenseite des äußeren Teils im Papier 57,5 55,5 26,4 25,7 Höchste Stoßbeanspruchungen bei Poly- 1600 1600 600 600 Höchste Stoßbeanspruchung bei Papier 831 1050 350 400

   Aus TabelleII ist ersichtlich, daß die gasgefüllten Kabel der Beispiele ohne Abbau des Polystyrols bei hohen Beanspruchungen und bei höheren Temperaturen betrieben werden können als äquivalente Kabel unter Verwendung anderer Arten orientierter Polystyrolfilme. Die vorstehend beschriebenen Kabel haben den zusätzlichen Vorteil, daß die wärmewiderstandsfähigen Polystyrolfilme weniger Neigung zum Kleben haben, wenn das Kabel sich unter der Belastung erhitzt, und daher die Gefahr von gefährlichen Hohlräumen verringert wird.

   Patentanspruch:

   Hochspannungskabel nach Patent 914 507 oder Zusatzpatent 924 390', dadurch gekennzeichnet, daß der Polystyrolfilm eine nicht 3,0 übersteigende Dielektrizitätskonstante, eine Mindeststoß durchschlagsfestigkeit unter Stoßbeanspruchung bei 15 bis 85° C von 2000 kV/cm, eine Höchstschrumpfung oder Relaxation bei 95° C von 5°/o und einen bei 15 bis 85° C und 50 Hz nicht 0,004 überschreitenden Verlustwinkel besitzt.

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