Elektrisches Kabel. Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel derjenigen Art, bei welcher ein zusam mengesetztes Dielektrikum, das aus nach einer Schraubenlinie verlaufend gewundenen Lagen von imprägniertem Papier gebildet ist, Zwischenräume hat, welche mit Gas ge füllt sind, dessen Druck dem Atmosphären druck entspricht oder darüber liegt.
Das Papier ist mit einem Material imprägniert, und zwar unter Bedingungen, die ein Zu rückhalten dieses Materials im Papier bezw. ein Anhaften desselben an der Papierober fläche auf -dem ganzen Bereich der Arbeits bedingungen des Kabels bewirken, weshalb das Kabel im folgenden als "dauernd im prägniert" bezeichnet sei. Das Gas nimmt den Raum ein, welcher zwischen den einzel nen Windungen einer Lage und zwischen in radialer Richtung benachbarten Lagen ver bleibt. Ein Kabel dieser Gattung (mit Gas inhalt von höherem als, atmosphärischem Druck) ist in -der schweiz. Patentschrift Nr. 167915 beschrieben.
Es ist allgemein bekannt, dass bei Anwen dung von üblichen. Herstellungsmethoden die Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich eine dünne Gasschicht zwischen benachbarten Papierlagen einstellt. Es ist schon vor geschlagen worden, die Dicke dieser Schicht künstlich zu vergrössern, z. B. in der Weise, dass das Papier so aufgerauht wird, dass an demselben Vorsprünge entstehen, oder auch durch Anordnung von abstandhaltenden Mit teln zwischen den einzelnen Papierlagen.
Die zulässige elektrische Beanspruchung eines zusammengesetzten Dielektrikums der beschriebenen Art kann dadurch gegenüber den bisherigen Ausführungen eines solchen Dielektrikums vergrössert werden, dass den Gaszwischenräumen zwischen den einzelnen Lagen aus, imprägniertem Papier im Sinne der Erfindung eine radiale Dicke gegeben wird, deren Grösse in einem bestimmten Wertbereich liegt, wie dieser nachstehend umschrieben ist.
Es hat sich herausgestellt, dass beim Vergrössern dieser Dicke über ein praktisch herstellbares Minimum (das da durch entsteht, wenn glattes Papier in übli cher Weise angewendet wird) hinaus, die Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums zu nächst vergrössert wird, wonach sie ein Maximum erreicht, um dann wieder abzu nehmen.
Unter Durchschlagsfestigkeit ist hier diejenige Beanspruchung verstanden, die sich durch Versuche während lang- aildauernder Belastung des Dielektrikums mit Wechselstrom einer Stärke ergibt, wel- ehe schliesslich zu einem Durchschlag führt.
Gemäss der Erfindung variiert die Dicke von Gasschichten zwischen einem obern Grenzwert von 20 % der Dicke einer der an grenzenden Papierlagen und einem untern Grenzwert, der aber 5 % dieser Dicke nicht unterschreitet. Als unterer praktisch noch erreichbarer Grenzwert kann z. B. der Wert von 0,0075 mm angenommen werden.
Die Abstände zwischen den Papierlagen zur Erzeugung der erforderlichen Dicke der Gasschicht können am einfachsten durch Aufrauhen des: Papiers in der Weise gebildet werden, dass verhältnismässig kleine Teile der einen, Papieroberfläche über die Ebene dieser Fläche um ein genügendes Mass vorstehen, so dass der erforderliche Abstand entsteht. Vorteilhafterweise wird die Aufrauhung nach einem Linienmuster durchgeführt, bei welchem die Linien im grossen und ganzen parallel zu der Längsrichtung des Papier streifens verlaufen. Eine wellige Linienform ist dabei einem Muster mit geraden. Linien vorzuziehen.
Eine solche Ausbildung von nach solchen Linien verlaufenden erhabenen Rippen kann nach bekannten Verfahren in Papier zur Herstellung eines Dielektrikums leicht erzeugt werden, und auch so, dass die Rippen während der Imprägnierung und des Anbringens des Dielektrikums am Kabel so zusagen unverändert bleiben.
Die vorbeschriebenen Massnahmen zur Er zielung einer grösseren dielektrischen Festig keit können auf das gesamte Dielektrikum eines Kabels oder auch nur auf einen Teil desselben angewendet werden. Der im Di- elektrikum herrschende Druck kann eine Atmosphäre betragen oder auch grösser sein. Er kann z. B. 17 Atm. betragen; es besteht aber keine Berechtigung zu der Annahme, dass die günstige Wirkung von radialen Ab ständen nicht auch dann erhalten wird, falls es aus irgendeinem Grund vorteilhaft wäre, höhere Drücke anzuwenden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes nebst zeichnerischer Erklärung desselben darge stellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Kabels gemäss der Erfindung, Fig. 2 in gegenüber dem der Fig. 1 be deutend grösserem Massstab einen Längs schnitt durch benachbarte Papierlagen, Fig. 3 eine Draufsicht auf die geraubte Papieroberfläche, und Fig. 4 zeigt den Verlauf einer Prüfkurve. Das in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Kabel ist von einem Aufbau,
welcher für Kabel für sehr hohe Spannungen (auf welche die Erfindung auch angewendet werden harn) üblich ist. Das dargestellte Kabel hat einen aus einzelnen Litzen gebildeten Lei ter 1, der mit einem dünnen Metallband bezw. einer Folie 2, zwecks Bildung einer glatten Oberfläche an dem Leiter, umhüllt ist, ein Dielektrikum 3 mit einer äussern Papierlage 4 aus metallisiertem Papier, die. als elektro statischer Schirm für die äussere Oberfläche dient, eine Umhüllung 5 aus Blei, ein ver skeifendes Band 6, und eine äussere Schutz hülle 7. die eine zweite einfache Umhüllung sein kann oder aus mehreren Lagen vom imprägniertem Stoff bestehen kann.
Das Me tallband 2, die Lage aus mstallisiertem Pa pier 4 und -das Verstärkungsband 6 werden in. üblicher Weise nach einer Schraubenlinie verlaufend umgewickelt. Dies ist jedoch in der Zeichnung nicht sichtbar gemacht.
Das Dielektrikum 3 ist aus Papierstreifen aufgebaut, welche vor ihrem Anbringen an dem Leiter imprägniert wurden, wie dies aus dem vorstehenden hervorgeht.
Statt in üblicher Weise eine glatte Ober fläche zu haben, ist das Papier, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, geraubt. Durch diese Aufrauhung entstehen Vertiefungen 8 in der einen Papieroberfläche, so dass vor stehende Rippen 9 auf der andern Papier oberfläche entstehen. Diese Rippen sind nicht geradlinig, sondern von gewellter Form, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wobei eine gewisse Unregelmässigkeit vorgesehen ist, um zu verunmöglichen, dass bei der praktischen Anwendung :des Papiers ein Satz von Rippen 9 in ein und derselben Papierlage mit einem Satz von Vertiefungen 8 in der benachbarten Lage übereinstimmen, das heisst ineinander eingreifen kann.
Die mittlere Richtung der Rippen ist parallel zu,der Längsrichtung des Papierstreifens, so dass durch einen nach Fig. 2 vorgenommenen Längsschnitt die Rippen annähernd rechtwinklig durchschnit- ten werden. Aus Fig. 2 geht hervor, .dass in folge -der Aufrauhung benachbarte Papier lagen in einem Abstand voneinander gehal ten werden, welcher in Fig. 2 mit dem Buch staben: b bezeichnet ist, wobei dieser Ab stand :einen gewissen Bruchteil der Dicke t des nichtgerauhten Papiers ausmacht.
Die vorstehenden Rippen nehmen einen sehr ge ringen Teil des Raumes zwischen benachbar ten Papierlagen ein, so .dass :der Abstand b unter Vernachlässigung dieses Teils als die Dicke der Gasschicht betrachtet werden kann.
In Fig. 4 ist eine Kurve dargestellt, wie diese sich aus Versuchen mit Papier von einer Dicke t von 0,064 mm ergibt, welches im prägniert und aufgerauht ist, wobei zwi schen den Lagen Stickstoff von einem Über druck von 14,1 Atm. vorhanden ist.
Die Versuche wurden mit zahlreichen Probestücken aus Papier mit verschieden hohen Rippen, die somit verschiedene Werte für die Dimension b ergeben, durchgeführt, und es erscheint diese Dimension als Pro zentsatz der Dicke t des Papiers als Abszisse. Die Versuche wurden unter Anwendung einer Belastung durch Wechselstrom während langer Zeit bis zu einem schliesslichen Durch schlag durchgeführt, und es bedeuten die Punkte in der Kurve Beanspruchungswerte, bei welchen ein Durchschlag innert 50 Stun- ,den nicht erfolgt.
Es ist ersichtlich, dass die Kurve zunächst von einem Wert ansteigt, der der Anwesenheit einer Gasschicht von vernachlässigbarer Dicke, die somit als Null betrachtet wird, ansteigt. Dieser Anstieg setzt sich nicht unbegrenzt fort; vielmehr fällt die Kurve, nachdem sie ein Maximum erreicht hat, nachher mit :der Zunahme des Verhältnisses<I>b</I> der Dimensionen b und<I>t</I> ab. t Es ist ersichtlich, dass im Bereich, in wel chem b einen Wert von 10 bis 20 % von t hat, die grossen Werte erzielt werden.
Hohe Werte sind mit Hilf e von mittelstarken Pa pieren auch für kleinere Verhältnisse als 10 % erzielbar; es hat sich jedoch heraus gestellt, dass mit dünnen Papieren kleine Werte von b, die einem kleineren Verhältnis als 10 % entsprechen, nicht mehr in zuver lässiger Weise hergestellt werden können, wenn sie auch für Prüfzwecke, wie vor stehend in bezug auf Fig. 4 angegeben, er reichbar sind.
Die Grenze für die Papier stärke, unterhalb welcher Werte von weniger als 10 % praktisch nicht mehr erzielbar sind, und das Ausmass, in welchem dieses Verhält nis unter Anwendung von mittelstarken Pa pieren unterschritten werden kann, hängt bis zu einem gewissen Grad von den angewand ten Herstellungsmethoden ab. Als Grenze für diese Unterschreitung wird 5 % angenom men und als Höhe für die kleinsten in prak tisch zuverlässiger Weise noch ausführbaren Gaszwischenräume könnte 0,0075 mm ange nommen werden.
Aus diesem Grunde können Werte in einem Bereich, -der etwas unterhalb 10% (worauf sich die Erfindung ebenfalls erstreckt) liegt, nur bei Verwendung von mittelstarken Papieren in Betracht kommen. Im allgemeinen ist dies, zwecks Erzielens einer vorteilhaften Ausbildung von gabeln für ausserordentlich hohe Spannungen, in dem dem Leiter anliegenden Teil des Dielektri- kums jedoch nicht durchführbar, da nicht nur das Verhältnis b , sondern auch die Di mension a (Fix.
2), welche mit wachsender Dimension t zunimmt, einen ausschlaggeben- den Faktor für die Festigkeit des Dielektri- kums bildet.
Es ist ersichtlich, dass die Dimension b in jedem Fall klein ist, und dass das Material (Papier) nicht dazu geeignet, ist, unter An wendung von üblichen Kabelherstellungs- methoden grosse Genauigkeit zu ermöglichen, weshalb bei der Herstellung etwelche Ab weichungen von .den vorgeschriebenen Massen zugestanden werden müssen. Im Hinblick auf die Gestalt der Kurve nach Fig. 4, ist es bei der praktischen Anwendung der Erfindung nicht erstrebenswert grössere Werte als 20 zu erzielen.