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Mit flüssigem oder gasförmigem Isoliermittel versehenes elektrisches
Druckkabel Elektrische Kabel enthalten im allgemeinen eine oder mehrere Adern, eine
Isolierung und einen undurchlässigen Außenmantel, beispielsweise aus Blei. Bei der
Herstellung von Hochspannungskabeln und häufig auch bei der Herstellung von anderen
Kabeltypen, wie z. B. gewisse Arten von Steuer- und Telefonkabeln, ist es üblich,
die Kabelseele aus einer oder mehreren mit Papier und/oder anderem trockenem Isolationsmaterial,
wie Abstandhalter und Füllstoffe, umkleideten Adern aufzubauen; die Kabelseele wird
dann erwärmt und zwecks Entfernung der Feuchtigkeit und der Luft in ein Hochvakuum
gebracht. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, werden Öl oder Gas oder sonstige
Isolationsstoffe, gewöhnlich bei erhöhter Temperatur, eingeführt, um die Trockenisolierung
gut zu durchtränken. Anschließend wird der Mantel um die ganze Kabelseele und um
ihre Enden herum aufgebracht, um die Flüssigkeit abzuschließen.
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Beim Betrieb elektrischer Kabel treten Temperaturerhöhungen auf, denen
zufolge sich z. B. die ölimprägnierung rascher ausdehnt als eine Ader oder die Ummantelung,
wodurch letztere unzulässigen Drücken ausgesetzt ist, die eine bleibende Dehnung
hervorrufen, wenn die Beanspruchungen die Elastizitätsgrenze des Mantels überschreiten.
Dann kann ein Vakuum entstehen, das die dielektrische Charakteristik wesentlich
beeinflußt. Während der normalen Erwärmungsvorgänge kann der Mantel locker werden,
und durch das Austreten von Imprägnierungsflüssigkeit können verschiedene Nachteile
erwachsen.
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Es ist bekanntgeworden, verteilt angeordnete dehnbare Vorrichtungen
aus Metall oder einem elastischen Material in einem in der Kabelseele angebrachten
Hohlleiter zum Zweck des Druckausgleichs vorzusehen. Es sind auch antikline Rohrausbildungen
bekannt, um verteilt angeordnete Gasräume zum Einschluß eines Druckausgleichsgases
vorzusehen, während eine Berührung mit dem gewöhnlichen imprägnierenden Isolierungsöl
an den Rändern des Raumes erfolgen kann. Andere Vorschläge beziehen sich auf verhältnismäßig
kurze kapillare »Ausgleichs«-Rohrlängen mit einer Flüssigkeit, die ein Gaspolster
in jeder derartigen Rohrlänge einschließt, mit oder ohne kolbenähnlich oder kugelig
ausgebildete dazwischengesetzte Gleitstücke, um die Berührungsfläche zwischen Gas
und Öl zu verringern. Infolge der Kapülarwirkung kann hier das Öl im Rohr einen
flüssigen Verschlußstopfen bilden, wobei allerdings jeweils eine beträchtliche Anzahl
(z. B. 25 oder mehr) Kapallarröhren mit einem Innendurchmesser von rund 2 mm vorgesehen
werden muß. Es ist auch schon ein elektrisches Kabel bekanntgeworden, bei dem zwei
Röhren so angeordnet sind, daß das sich zwischen ihnen befindliche Öl lediglich
infolge Kapillarwirkung zurückgehalten wird.
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Die Anwendbarkeit dieser Vorschläge ist begrenzt, denn keiner derselben
kann alle auftretenden Probleme befriedigend lösen. In einem Rohr verteilt angeordnete
dehnbare Vorrichtungen sind schwierig auszuführen und zu warten, sie sind Ermüdungserscheinungen
und einem eventuellen Bersten unterworfen; die antiklinen Ausbildungen und die »Ausgleichs«-Längen
sind nicht immer zuverlässig (insbesondere, da der Hersteller nie wissen kann, unter
welcher Neigung das Kabel schließlich verlegt wird) und besitzen zusätzliche Nachteile,
indem sie Berührungsflächen zwischen Gas und Öl ergeben, was gewisse Gefahr bedeutet,
da das Gas dabei die Neigung besitzt, in das Öl einzudringen, wo es dann die dielektrischen
Eigenschaften der Isolierung - beeinträchtigt.
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Schließlich hat sich auch die Benutzung der kolbenähnlich oder kugelig
ausgebildeten Gleitstücke im Rohr, um die Kontaktfläche zwischen Gas und Öl zu verringern,
als nicht zufriedenstellend erwiesen, weil diese Gleitstücke während der Evakuierung
des Kabels infolge des Druckunterschiedes zwischen dem gasgefüllten Rohr und dem
evakuierten Kabel oft herausgetrieben werden. Infolgedessen
wird
das Gas gewöhnlich in das Kabel abgesaugt, und für den Fall, daß etwas Gas im Rohr
verbleibt, wird die Wahrscheinlichkeit, daß es in das Öl gelangt, erheblich vergrößert,
da die Gleitstücke nicht vorhanden sind, um die Kontaktfläche zwischen Gas und Öl
zu vermindern. Hieraus ist ersichtlich, daß die Benutzung von Gleitstücken, die
die Kontaktfläche zwischen Gas und Öl vermindern sollen, unter diesen Bedingungen
nicht zweckmäßig ist, es sei denn, daß die inneren Gasdrücke so gering sind, daß
das Kabel niemals bei Drücken oberhalb des Drucks der Atmosphäre in Betrieb genommen
werden kann. Diese Möglichkeit ist sehr unerwünscht; da eine solche Verminderung
des Betriebsdrucks eine entsprechende Herabsetzung der zulässigen Betriebsspannung
ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile bei den bekannten
Kabeln zu vermeiden und die Druckausgleichsrohre so zu gestalten, daß sie in einfacher
Weise herstellbar sind und in einem beliebigen Durchmesser verwendet werden können:
Die Erfindung betrifft ein mit flüssigem oder gasförmigem Isoliermittel versehenes
elektrisches Druckkabel, in dem mindestens ein mit einem Gas gefülltes Druckausgleichsrohr
angeordnet ist, das einen beweglichen Stopfen enthält, der die Trennwand zwischen
dem Isoliermittel und dem gasförmigen Medium bildet, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Druckausgleichsrohr in seiner Mantelfläche mindestens eine Öffnung
aufweist, durch die zwei die Trennung zwischen dem Isoliermittel und dem gasförmigen
Medium herstellende Stopfen in entgegengesetzten Richtungen in das Rohr geschoben
sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß einer von beiden
in das Druckausgleichsrohr eiregeführten Stopfen unbeweglich in einer Verengung
des Rohres nahe der Öffnung gelagert ist und dem beweglichen Stopfen als Anschlag
dient.
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Als weitere Ausgestaltung der Erfindung können zwei Druckausgleichsrohre
durch eine Muffe in Längsrichtung miteinander verbunden sein, wobei die Muffe an
ihrem Umfang Löcher besitzt, durch die Isolierflüssigkeit eindringt und auf die
beweglichen Stopfen -einwirkt.
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Die Erfindung wird in Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.
Es zeigt Fig.1 einen Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels,
Fig. 2 eine Teilansicht eines Kabels der Erfindung im Längsschnitt mit weggebrochenen
Teilen und die Anordnung der Druckausgleichsteile in dem nach Fig. 1 aufgebauten
Kabel, Fig. 3 eine Vergrößerung eines Teils eines geraden Rohres, bevor dieses durch
schraubenlinienförmiges Aufwickeln in die in Fig. 2 gezeigte Lage kommt, Fig. 4,
5, 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele. In den Fig.1 und 2 ist ein Kabel mit einem
durchgehenden Druckausgleichsrohr 11 gezeigt, das schraubenlinienförmig längs eines
Zwickelraumes 12 eines dreiadrigen Kabels 13 verläuft. Das. Rohr 11 ist finit einem
Gas gefüllt. Bei mehradrigen Kabeln sind solche Zwickelräume gewöhnlich schraubenMenförmig,
doch ist es auch möglich, das Rohr 11 geradlinig innerhalb der Ummantelung eines
mehradrigen oder einadrigen Kabels verlaufen zu lassen.
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In dem Kabel 13 ist jede Ader 14 mit ölgetränkten Bewicklungen aus
faserigem Stoff 15, beispielsweise Papier, isoliert. Die Aderisolierung kann mit
einer Abschirmung 16 in Form von Metallbändern oder halbleitenden Schichten versehen
werden. Als halbleitende Abschirmung können eine Drahtumspinnung oder Metallbänder
oder geerdete Drähte oder genügend Druckausgleichsrohre Il vorgesehen werden. Die
Zwickelräume zwischen den isolierten Adern können alle mit Jute 17 (ausgenommen
die Räume, die von geerdeten Drähten oder Rohren durchzogen werden) ausgefüllt sein.
Eine durchlässige Bandwicklung oder Umspinnung 18 kann dazu verwendet werden, um
den oben beschriebenen Aufbau der Kabelseele während der bereits erwähnten Evakuierung
und Imprägnierung zusammenzuhalten, worauf dann die Kabelseele von einem undurchlässigen
Außenmantel 19, der aus Blei oder Aluminium oder organischen Austauschstoffen sein
kann; umschlossen wird.
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An Stelle eines Druckausgleichsrohres, wie dargestellt, können auch
mehrere Rohre im Kabel vorgesehen werden. Auch kann das Druckausgleichsrohr innerhalb
der verseilten Ader angeordnet werden, wie bei 11a in Fig.1 angegeben.
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Wie aus Fig.2 ersichtlich, kann die Gestalt des Rohres 11 schraubenlinienförmig
sein,' '' um in den spiralförmigen Zwickelraum 12 zwischen der spiralförmigen Ader
14 zu passen. Wenn ein solches Rohr als geerdeter Draht wirken soll, ist es vorteilhaft;
es aus einem leitenden Metall; wie z. B. Kupfer, herzustellen. Andernfalls kann
es aus Kunststoff oder irgendeinem nichtleitenden undurchlässigen Material bestehen.
Wie vorstehend erwähnt; ist die Druck-
übertragung im Rohr auf einer großen
Kabellänge nicht kontinuierlich. Die Häufigkeit der Aufeinanderfolge der Unterbrechungen
in der schematischen Darstellung in. Fig. 2 ist etwas übertrieben; solche Unterbrechungen
können in Abständen von 9 oder 18'm liegen (auf jeden Fall würden sich auf einem'
Kabelabschnitt von 1.50 m Länge mehrere von ihnen befinden). An Stelle von Unterbrechungen
in einem einzelnen Rohr kann auch eine Reihe von Rohren zusammengeschaltet werden,
von denen jedes mit Gas gefüllt ist. Jedes Rohr in einer solchen Reihe oder jede
Rohrlänge zwischen zwei Unterbrechungen ist, wie nachstehend dargelegt wird, mit
Gas gefüllt. In der Rohrbohrung sitzt dicht eingepaßt ein beweglicher, undurchlässiger
Stopfen 20 in aufeinanderfolgenden Abschnitten, die Öffnungen 22 aufweisen; um eine
Berührung zwischen der Käbetflüssigkeit und dem Rohrinneren herzustellen. Die Stopfen
20 sollen frei (bis zu den Anschlägen) in' dem Rohr gleiten; weshalb es wünschenswert
erscheint, sie aus einem solchen Stoff, wie z. B: Neopren, herzustellen; der bei
Erwärmung eine vernachlässigbare Ausdehnung besitzt, jedoch gegenüber Öl oder anderen
in Betracht kommenden Flüssigkeiten unempfindlich ist. Vorzugsweise sind die Toleranzen
sehr klein, oder es werden Kolbenringe (nicht gezeigt), ein dickes Fett oder ein
gleichwertiges Mittel verwendet, so daß kein Gasdruckverlust zwischen dem Stopfen
und dem Rohr; mindestens bis zu einer Druckdifferenz von weniger als einer Atmosphäre
(oder sogar mehreren Atmosphären) auftreten kann. Wie vorstehend dar-" gelegt, müssen
Mittel vorgesehen werden, um das Bersten des Stopfens mit nachfolgendem Gasverlust
unter Vakuum zu verhindern, wobei noch auf den Gleitdruck während der Erwärmung
Rücksicht zu nehmen ist. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten An-Schläge für den
Stopfen enthalten zusätzlich unbewegliche Stopfen 30, die durch Verengung des Rohres
bei
31 festgehalten werden, um die Bewegung der Stopfen 20 zu begrenzen.
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Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Öffnungen 22 im Rohr 11 müssen so
lang sein, daß die beiden Stopfen 20 und 30 nacheinander eingesetzt werden können.
Der unbewegliche Stopfen 30 muß jedoch weit genug über die Öffnung 22 vorspringen,
um das Herausfallen des beweglichen Stopfens 20 zu verhindern. Der unbewegliche
Stopfen 30 dient nicht nur als Anschlag für den beweglichen Stopfen 20, sondern
er muß auch den auf ihn einwirkenden hohen Gasdruck aufnehmen können.
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Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung weist keinen unbeweglichen Stopfen
auf, denn alle Stopfen 20 sind Gleitstopfen, die, beispielsweise durch die Öffnung
22, in das Rohr eingeführt werden, wonach Mittel zur Verhinderung des Berstens in.
Form von kleinen, direkt durch die Rohre getriebenen Haltern 41 angebracht werden.
Bei dieser Anordnung befinden sich zwei bewegliche Stopfen 20 zwischen jedem
öffnungspaar 22. Selbstverständlich können die Außenenden des Rohres entweder durch
ein festes Kopfstück oder durch eine Rohrabschlußkappe abgeschlossen werden, oder
es kann sich an einem Außenende die gleiche Anschlagvorrichtung für die Gleitstopfen
befinden, wie auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigt.
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Als Anschlag für den beweglichen Stopfen 20 kann gegebenenfalls ein
unbeweglicher angeklebter Stopfen dienen, wie bei 50 in Fig.5 gezeigt, wobei die
Arbeitsfläche des Gleitstopfens 20 gemäß 20 a in Fig. 5 abgeschrägt
sein kann, damit der Öldruck den Gleitstopfen 20 nach links schieben kann, wenn
dieser und der unbewegliche Stopfen sich berühren, wie durch die strichpunktierte
Außenlinie 20 b in Fig. 5 veranschaulicht ist.
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In Fig. 6 sind die Anschläge kleine Schrauben oder Niete 60, und die
beweglichen Stopfen werden durch Kugeln 61 gebildet, die auf beiden Seiten der Verbindungsöffnungen
62, welche auch zur Einführung der Kugeln in das Rohr dienen, angeordnet sind.
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In Fig. 7 ist ein Rohr 70 dargestellt, das beispielsweise 9 m lang
ist und an ein gleichartiges Rohr 71 mittels einer Verbindungsmuffe 72 angespleißt
ist, die an ihren Enden mit den jeweiligen Rohren bei 73 verklemmt ist; dabei sind
kleine gleitende Stopfen 20 vorgesehen. Diese verhindern einen Gasverlust während
der Evakuierung des Kabels. Durch die Löcher 64 in der Muffe 72 entsteht eine Verbindung
zwischen der isolierenden Imprägnierungsflüssigkeit, dem Inneren der Muffe und den
angrenzenden Rohren, wobei die Stopfen die Zusammendrückung des Gases innerhalb
der Rohre während der Erwärmung des Kabels erlauben. Die Anschläge für die Stopfen
20
sind hier durch abgewinkelte Zapfen 75 an den Enden der Rohre dargestellt.
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Die angegebenen Gleitverschlüsse sind stets wirksam und verhindern
eine Berührung zwischen Gas und Öl. Wenn die Verschlüsse in den Rohren gleiten,
treffen sie auf Anschläge auf, bevor sie sich zu weit in einer solchen Richtung
bewegen, daß dadurch eventuell ein Gasdruckverlust oder eine Vermischung von Gas
und Öl od. dgl. eintreten würde, unabhängig von der Kabelneigung während der Herstellung,
der Lagerung oder der Verlegung.