DE975299C - Hochspannungs-OEldruckkabel - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. NOVEMBER 1961

C 3051 VIIId 121 c

Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs-Öldruckkabel, bei welchen auf den Kabelleiter eine Wicklung von sehr dünnen Papierbändern aufgebracht ist.

Es ist allgemein bekannt, zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit von Kabeln sowohl für Betriebsfrequenzen als auch für Stoßwellen die Stärke des Papierbandes zu verringern, das die Isolation des Kabels bildet. So ist man z. B. zu Papierbändern von

ίο einer Stärke in der Größenordnung von ο,οΐ mm gelangt.

Es ist ebenso bekannt, bei Ölkabeln den Druck des Öles, das die Isolierung elektrischer Kabel durchtränkt, zu erhöhen. Bei Erhöhung des Öldruckes wird die Durchschlagsfestigkeit für die Betriebsfrequenz wesentlich erhöht, aber der Einfluß der Druckerhöhung auf die Durchschlagsfestigkeit gegen Stoßwellen ist unwesentlich.

Hieraus ergibt sich, daß man nicht erwarten konnte, durch die gleichzeitige Anwendung dünner Papierbänder und eines hohen Öldruckes in einem Kabel eine wesentlich verbesserte Durchschlagsfestigkeit gegen beide Arten von Beanspruchungen zu erreichen. Tatsächlich muß ein elektrisches Kabel mit ausreichendem Sicherheitsfaktor einmal den Überspannungen mit Betriebsfrequenz und außerdem den Stoßwellen widerstehen können. Aber es war anzunehmen, daß ein Kabel, das die erwähnte Kombination aufweist, nicht diesen doppelten Bedingungen entspricht, weil wohl seine Durchschlagsfestigkeit bei Betriebs-

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frequenz bei Verwendung sehr dünner Papierbänder und eines hohen Öldruckes ansteigen, für Stoßwellen dagegen unzureichend bleiben würde.

Systematische Versuche, die der Erfindung vorausgegangen waren, haben aber das Ergebnis gezeitigt, daß die Verwendung sehr dünner Papierbänder zur Bildung der Isolation eines elektrischen Kabels seine Durchschlagsfestigkeit gegen Stoßwellen viel mehr zu erhöhen vermag als gegen Spannungen mit Betriebsfrequenz.

Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einem Hochspannungs-Öldruckkabel mit wenigstens einem von einer ölgetränkten Isolation mit dünnen Papierbändern umgebenen Leiter einerseits die Stärke der einzelnen Papierbänder wenigstens in der Nähe des Leiters gleich oder kleiner als 0,04 mm ist und daß andererseits das Öl über die ganze Länge des Kabels unter einem Druck von mindestens 5 kg/cm², vorzugsweise von 10 bis 20 kg/cm², gehalten wird, so daß die Durchschlagsfestigkeit sowohl bei Betriebsfrequenz als auch bei Stoßwellen wesentlich erhöht ist. Mit der Erfindung kann somit ein Kabel hergestellt werden, das Überspannungen mit Betriebsfrequenz und Stoßwellen unter Bedingungen widersteht, die jemals auftreten können. Zum Beispiel ist es unter Berücksichtigung der notwendigen Sicherheitsfaktoren möglich, ein Kabel für eine Spannung von 17,5 kV pro Millimeter Isolationsstärke herzustellen, während bisher noch nicht 10 kV pro Millimeter Isolationsstärke erreicht worden sind.

Dies bedeutet eine wesentliche Verbilligung in der Herstellung wegen der Einsparung an Papier, Öl, Blei und Armierung und ermöglicht eine leichtere Handhabung. So kann bei Benutzung einer Gesamtstärke der Isolierung von 24 mm, die aus mechanischen Gründen ein Maximum darstellt, ein Kabel für eine Betriebsspannung von 380 kV hergestellt werden, was bisher noch nicht erreicht worden ist.

Zweckmäßig werden Papierbänder aus Leinenpapier

4.0 von geringer Breite, die zwischen 7 und 14 mm liegen kann, verwendet, während die Stärke der Papiere in der Nähe der Leiter zweckmäßig 15 bis 25/1000 mm beträgt.

Die relativen Werte des Druckes und der Dicken der zu wählenden Papierbänder stehen durch den Wert in Beziehung, der für den Überspannungs-Sicherheitskoeffizienten des Kabels festgelegt wurde. Dieser Koeffizient kann durch das Verhältnis des Durchschlagsgradienten G₀ für Stoßwellen zu dem Arbeitsgradienten g unter Betriebsspannung ausgedrückt werden, wobei dieser Gradient g selbst ein Bruchteil des Durchschlagsgradienten G_r bei Betriebsspannung ist.

Indem man den auf das Isoliermittel ausgeübten Druck vergrößert, wird G_r stark erhöht, ohne daß man G₀ dadurch wesentlich ändert; indem man die Dicken der den Leiter umgebenden Papierbänder verringert, vergrößert man G_r ein wenig, aber man vergrößert G₀ sehr. Man sieht also, daß es bei gleichzeitiger Anwendung eines hohen Öldruckes und sehr dünner Papierbänder möglich wird, den Arbeitsgradienten g der Isolierung zu vergrößern und dabei die Sicherheitskoeffizienten beizubehalten, die man gleichzeitig für den dielektrischen Widerstand gegenüber Stoßwellen und gegenüber Spannungen mit technischen Frequenzen festgelegt hat.

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, sehr hohe Betriebsdrücke, von 10 bis 20 kg/cm², in den gemäß der Erfindung hergestellten Kabeln zu wählen. Der auf die Isolierung ausgeübte Druck kann dann um einige kg/cm² ohne Nachteile variieren, z. B. von 14 bis 21 kg/cm² für einen absoluten Betriebsdruck von 16 kg/cm², und zwar von 14 kg/cm² im Falle plötzlichen Aufhörens der Belastung oder einer großen Leitungslänge zwischen zwei Druckbehältern, bis 21 kg/cm² im Falle eines Kurzschlusses oder eines großen Niveauunterschiedes, was in diesem letzteren Fallgestatten würde, die Sperrverbindungen in größeren Abständen anzuordnen. Es wird genügen, daß die Bewehrung des Kabels für 21 anstatt 16 kg/cm² vorgesehen ist, was keine nennenswerten Zusatzkosten im Gefolge haben dürfte.

Die Zweckmäßigkeit der Anwendung höherer Drücke als 20 kg/cm² erscheint zweifelhaft, denn wenn die Vergrößerung von G_r etwa 5 bis 9 beiDrücken zwischen ι und 15 kg/cm² ist, so ist sie nur etwa 9 bis 10,5 bei Drücken zwischen 15 und 30 kg/cm².

Bezüglich der Beschaffenheit der Papierisolierung gemäß der Erfindung muß darauf hingewiesen werden, daß es möglich ist, in der ganzen Dicke der Isolierung dünne Papiere von einer Dicke gleich oder kleiner als 0,04 mm, die in schmale Bänder geschnitten sind, zu verwenden. Um die Anwendung solcher teuren Papiere jedoch auf ein Mindestmaß zu beschränken, kann man diese schmalen Bänder aus dünnen Papieren nur in unmittelbarer Nähe der Leiter vorsehen und nach der Außenseite des Kabels hin ihre Dicke und gegebenenfalls auch ihre Breite vergrößern. Diese Vergrößerungen können allmählich oder absatzweise erfolgen.

Zweckmäßig wird die Abstufung der Dicke des Papiers so gewählt, daß man entsprechend dem angewendeten Druck in der ganzen Dicke der Isolierung für dessen Arbeitsgradienten nahezu denselben Sicherheitskoeffizienten gegenüber Überspannungen inneren oder atmosphärischen Ursprungs erhält.

Die in der Nähe des Leiters benutzten Papiere sind vorzugsweise Leinenpapiere. In genügend schmale Bänder geschnitten, kann man auf den üblichen Bandwickelmaschinen solche Papiere von einer Dicke von etwa 15/1000 mm verwenden. Man könnte auch bei größerer Vorsicht dünnere Papiere benutzen, beispielsweise solche, die man bei der Herstellung von Kondensatoren verwendet und deren Dicke bis auf etwa 7/1000 mm heruntergeht. Die Leinenpapiere haben den Vorteil einer größeren mechanischen Festigkeit und einer größeren Elastizität als die normalerweise in den Hochspannungskabeln benutzten Kraftpapiere. Ihre dielektrischen Verluste sind auch geringer.

Wenn man beim Vergrößern der Dicke des Papiers bei der Dicke anlangt, für die der Arbeitsgradient gleich dem der normalen Papiere ist, wickelt man auf die dünnen Leinenpapierlagen normale Kraftpapiere. Wegen ihrer Dicke brauchen diese Papiere keine ebenso guten mechanischen Eigenschaften wie die

dünnen Papiere zu haben. Ihre Dicke, die anfangs etwa ⁴/₁₀₀ bis ⁵/₁₀₀mm ist, kann allmählich bis auf ¹³/ioo bis ¹⁵/₁₀₀ mm nach der Außenseite der Isolierung hin anwachsen. Die Breite der dünnen Papierbänder in der Nähe der Leiter bewegt sich vorteilhafterweise zwischen η und 14 mm, entsprechend dem Querschnitt der Leiter. Da die Dicke und dementsprechend die mechanische Festigkeit eines Papierbandes in dem Maße zunehmen, wie man sich vom Mittelpunkt des Kabels entfernt, kann man ohne Nachteil die Breite des Bandes in den äußeren Partien des Isoliermittels vergrößern. Dies ist sogar vorteilhaft zur Vermeidung von Verschiebungen der Papierlagen, wenn man das Kabel biegt, sobald die Dicke des Isoliermittels etwa 10 mm erreicht.

In gewissen Fällen kann man, um die Gestehungskosten des Kabels zu senken und die Beschickung der Bandwickelmaschinen zu erleichtern, die oben vorgesehene Gesamtmenge von dünnen Papieren dadurch herabsetzen, daß man zwei oder mehrere dünne Papierbänder mit einem Papierband von größerer Dicke abwechseln läßt. So kann man die ganze Isolierung oder ihren mittleren Teil in der Nähe des Leiters durch Wickeln von zwei oder drei Papieren von einer Dicke von ²/₁₀₀ mm und einem darauffolgenden Papier von einer Dicke von ⁴/₁₀₀ mm herstellen, wobei die ersten Leinenpapiere und die zweiten Kraftpapiere sein können. Man wird sich jedoch auf Dickenunterschiede von ²/₁₀₀ bis ³/₁₀₀ mm zwischen den abwechselnden Papieren beschränken, um in die Isolierung keine Trennfugen von zu großer Dicke einzuführen, die den dielektrischen Widerstand des Kabels zu sehr verringern würden.

Die Zeichnung zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform eines Öldruckkabels gemäß der Erfindung, ι ist der mittlere Kanal des Kabels, 2 der Kupferoder Aluminiumleiter, der aus vereinigten Profildrähten oder aus Runddrähten auf einer Stahlspirale besteht. Die dünnsten Papierbänder, die den Leiter umgeben, sind mit 3 bezeichnet; die Breite dieser Bänder bewegt sich zwischen 7 und 14 mm, entsprechend der Größe des Radius des Leiters. Ihre Dicke ist gleich oder kleiner als ⁴/₁₀₀ mm, und sie bestehen aus Leinenpapier. Je weiter man sich von dem Leiter entfernt, desto mehr verringert sich der Arbeitsgradient der Spannung allmählich, so daß die Dicke des Papiers schnell vergrößert werden kann, wobei man in den von dem Leiter 2 entfernteren Lagen stets denselben Sicherheitskoeffizienten für den Arbeitsgradienten beibehält wie in der unmittelbaren Nähe des Leiters. Um jedoch eine kontinuierliche Änderung der Dicke der Bänder zu vermeiden, was die Herstellung zu sehr komplizieren würde, kann man die Papierdicke auch stufenweise vergrößern. Man wickelt so eine neue Lage 4 von Bändern größerer Dicke usw. für die Lagen 5 und 6, wobei die Breiten der Bänder in diesen letzteren Lagen größer als 14 mm sein können.

Das Kabel wird nach den bekannten Verfahren hergestellt und imprägniert. Der dichte Blei- oder Aluminiummantel ist mit 7 bezeichnet; auf diesen Mantel bringt man eine Bewehrung 8 auf, die durch einen dichten Mantel 9 geschützt ist, der selbst mit dem üblichen Schutz versehen ist. Der notwendige Druck wird in dem Kabel durch Druckölbehälter aufrechterhalten, die in Abständen auf der Leitung verteilt und in den Sperrverbindungen und Endkästen mit dem Kanal ι des Kabels verbunden sind.

Der mittlere Ölkanal 1 des Kabels kann doppelt ausgebildet oder durch Umfangskanäle ersetzt sein, die auf bekannte Weise in der inneren Fläche des Metallmantels 7 in Verbindung mit dem imprägnierten Isoliermittel vorgesehen sind.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hochspannungsöldruckkabel mit wenigstens einem von einer ölgetränkten Isolation aus dünnen Papierbändern umgebenen Leiter, dadurch ge kennzeichnet, daß einerseits die Stärke der einzelnen Papierbänder wenigstens in der Nähe des Leiters gleich oder kleiner ist als 0,04 mm und daß andererseits das Öl über die ganze Länge des Kabels unter einem Druck von mindestens 5 kg/cm², vorzugsweise von 10 bis 20 kg/cm², gehalten wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 578 635, 621207, 701 408, 744886;

   französische Patentschriften Nr. 577 641, 611 574; USA.-Patentschrift Nr. 1 836 570;

   britische Patentschrift Nr. 311 774;

   Zeitschrift »Revue Generale d'Electricite« vom Dezember 1942, S. 493 bis 496;

   Zeitschrift »Cigre-Bericht« vom 29. 6.1939, Nr. 208, Bd. II, S. 15 und 16;

   Zeitschrift »Transactions AIEE«, Bd. 52, Dezember 1933, S. 1013 und 1014, Bd. 59, 1940, Teil II, S. 660 und 661;

   Zeitschrift »Elektromarkt«, 1931, H. 10, S. 12.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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