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Elektrisches Hochspannungskabel mit verseilten Adern Die Erfindung
betrifft ein elektrisches Hochspannungskabel mit verseilten Adern und bezweckt,
die elektrische Festigkeit des Kabels zu erhöhen und zugleich die Felddichte im
ganzen Kabel gleichmäßiger zu machen und zu verringern.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Einzelleiter exzentrisch in geschichteter
Isolierung angeordnet sind, indem die letztere nach der Kabelmitte hin liegende,
zusätzliche und luftraumfreie, unmittelbar aneinanderliegende Schichten enthält,
welche die exzentrische Lagerung der Einzelleiter im Kabel bewirken. Des weiteren
bringt die Erfindung im Zusammenhang damit verschiedene vorteilhafte Maßnahmen zur
Anwendung; die teils an sich bekannt, aber im Zusammenhang mit der Erfindung von
besonderer Bedeutung, teils aber auch neu sind und unter anderem darin bestehen,
daß die Einzelleiter künstlich vergrößerte Durchmesser erhalten, eine Emailleisolierung
an ihrer Oberfläche aufweisen und hohl ausgebildet sind. In letzterem Falle werden
die Einzelleiter aus Sektoren unrunden Querschnitts zusammengesetzt und die Innenfläche
der letzteren unmittelbar in Berührung mit Öl oder einem anderen Mittel zur Erhöhung
der Wärmekapazität des Kabels gebracht.
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Das Kabel gemäß der Erfindung soll dazu dienen, Starkstrom mit hoher
und höchster Spannung weiterzuleiten. Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an
Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert: Abb. i und 2 zeigen
an sich bekannte, bei dem Erfindungsgegenstand verwendete Hohlleiterformen im Schnitt,
Abb.3 einen Schnitt durch ein fertiges Kabel, Abb.-d. das Schema einer zur Ausführung
der Erfindung geeigneten Maschine, Abb.5 bis 9 für die letztere geeignete Durchzugsformen.
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Der Einzelleiter besteht in an sich bekannter Weise aus Sektordrähten
mit ebenen Seitenflächen (Abb. i) oder ineinandergreifenden Seitenflächen (Abb.
2) ; der so gebildete Leiter weist eine innere Höhlung 5 und eine möglichst glatte,
geschlossene Außenfläche auf, wodurch ein völlig gleichmäßiger Kraftlinienfluß und
eine ebensolche Felddichte gewährleistet sind. Die geschichteter, Einzelisolierungen,
die sich um die Einzelleiter schließen, insbesondere die erste Papierlage 2, werden
daher an allen Stellen gleich stark beansprucht, und Feldanhäufungen an Einzelstellen
sind vermieden.
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Diese Einzelleiter sind nun aber nicht zentral in der Isolierung der
Einzeladern angeordnet, wie dies für Mehrleiter-Starkstromkabel bisher allein bekannt
war, sondern vielmehr exzentrisch in bezug auf ihre Isolierung. Wegen der mItereinander
gleichen Durchmesser
der so angeordneten Einzelleiter wird die
Beanspruchung der Isolierung um die Einzelleiter vollkommen gleichartig ausfallen,
darüber hinaus aber auch die Felddichte über den ganzen Kabelquerschnitt gleichmäßiger
gemacht.
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Eine solche Wirkung kann natürlich nicht bei den bekannten Schwachstrom-Mehrleiterkabeln
mit exzentrischer Anordnung der Adern erreicht werden; es soll bei diesen bekannten
Fernsprechkabeln auch nur die gewünschte Kapazität erreicht werden, und es sind
hierzu luftraumeinschließende Schichten benutzt.
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Durch die künstliche Durchmesservergrößerung der erfindungsgemäß ausgeführten
Einzelleiter wird einerseits die spezifische Felddichte an der vergrößerten Außenfläche
herabgesetzt und andererseits Leitungsmaterial durch die hohle Ausbildung des Leiters
erspart. In dem Hohlraum des Leiters kann nunmehr ein Mittel zur Erhöhung der Wärmekapazität
der Einzelleiter und somit des ganzen Kabels, z. B. 01 unter Druck, vorgesehen
sein, das in unmittelbarer Berührung mit dem Leitungsmatrial steht.
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An Stelle des C)ls kann eine andere Flüssigkeit, aber auch Luft "oder
ein anderes Gas verwendet werden, das in an sieh bekannter Weise durch das Leiterinnere
hindurch im Umlauf erhalten wird.
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Außer einer Erhöhung der elektrischen Festigkeit der Kabelisolierung
wird durch eine solche Kühlung auch erreicht, daß die elektrischen Leiter selbst
auf einem Zustand größerer spezifischer Belastbarkeit erhalten und die gegebenen
Querschnitte besser ausgenutzt werden.
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An Stelle einer Papierschicht .2 unmittelbar an der Oberfläche des
Leiters wird dort mit Vorteil eine Emailleisolierung aufgebracht, da die Erfahrung
gelehrt hat, daß Papier von o,1 mm Stärke ungefähr 5000 Volt Durchschlagsfestigkeit
besitzt, während eine Emailleschicht von nur 0,003 mm bereits eine Durchschlagsfestigkeit
von 2 bis 3000 Volt aufweist.
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Es war nun bisher für Starkstromkabel gebräuchlich, die Einzeladern
mit einer Isolierung bestimmter Stärke zu umgeben und um sämtliche Adern eine Gürtelisolation
von gleicher Stärke anzubringen, wie für die Einzeladern vorgesehen. Die Isolierungen
der Einzeladern liegen nun im Kabel unmittelbar aneinander. Die Stärke dieser aneinanderliegenden
Isolierungen ist daher gleich derjenigen, mit welcher die Einzeladern gegen Erde
isoliert sind. Hieraus ergibt sich, daß die letztere Isolation um mehr als 1/g zu
stark ist und somit Material verschwendet oder aber die Isolierung zwischen den
Einzeladern überanstrengt wird. Durch die exzentrische Anordnung der Einzelleiter
in ihrer Einzel- bzw. der Gesamtisolierung des Kabels werden solche Fehler beseitigt
und somit die wirtschaftlichste Ausnutzung des Isolierungsmaterials erreicht. Es
sind zwar bereits Mehrleiterkabel mit exzentrischer Anordnung der Einzelleiter bekannt.
Bei diesen wird aber die Exzentrizität erreicht durch schmale Einlagen, die in der
Papierisolierung einseitig angeordnet werden. Bei dieser Anordnung der Einlagen
sind Lufträume vorhanden, da in den an die Verstärkungen angrenzenden Stellen die
Papierlagen noch nicht wieder fest aufeinanderliegen, so daß gerade an diesen gefährlichen
Stellen die Durchschlagsgefahr durch Ionisierung der Lufträume begünstigt wird.
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Nach der Erfindung werden nun diese Nachteile dadurch beseitigt, däß
die exzentrische Anordnung der Einzelleiter 6, 7, 8 (Abb. 3) durch unmittelbar aneinanderliegende
und dadurch luftraumfreie zusätzliche Schichten 14, 15, 16 innerhalb einer gemeinsamen
geschichteten Isolierung 9 bzw. 1o bzw. 1z erzielt wird. Die so isolierten Einzelleiter
werden nun in bekannter Weise mit einer gemeinsamen Außenisolation 12 und wie üblich
mit einer Bewehrung umschlossen. .Die Bemessung ist so getroffen, daß die Stärke
der Isolierung 9 und 12 zusammen ausreicht, um die Phasenspannung zu beherrschen,
während die Stärke der Isolierung 9, 11 sowie 14, 16 zusammen ausreicht, um die
zwischen den Leitern 6 und 8 herrschende verkettete Spannung, die 1,75mal größer
ist als die einfache Phasenspannung, auszuhalten.
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Die Herstellung einer Isolierung eines Einzelleiters sei kurz an Hand
der schematischen Beispiele der Abb. 4 bis 9 erläutert: Auf Rollen rI bis rXXXX
sind Papierstreifen aufgewickelt, welche von den Rollen abgezogen, umgeleitet und
durch Formen I-XIII in der aus Abb. 4 ersichtlichen Weise gezogen werden. Die Form
XIII ist in Abb.5 in Stirnansicht und in Abb.5a in Seitenansicht dargestellt; der
Durchzugsschlitz s in ihr ist horizontal liegend zu denken, wenn die Rollen r senkrecht
im Raum übereinander angeordnet sind. Wie ersichtlich wird demnach der Papierstreifen
von der senkrechten Rollenreihe rX, rXX ... rXXXX flach abgezogen, ebenso
die Papierstreifen von den links danebenliegenden senkrechten Rollenreihen. Die
von den verschiedenen senkrechten Rollenreihen abgezogenen Papierstreifen werden
jedoch in den Durchzugsformen IV-XII außer Berührung voneinander gehalten, um eine
gegenseitige Verschiebung beim weiteren Formen zu gestatten; dementsprechend weist
die Form IV (Abb. 6) zehn
senkrecht übereinanderliegende horizontale
Durchzugsschlitze s auf. Nunmehr beginnt die Formung der Papierstreifen, welche
durch die aufeinanderfolgenden Formen III, II, I (Abb. 7 bis 9) immer mehr in jene
einseitig offene Hohlform übergeführt werden, welche die geschichtete Isolierung
14 bzw. 15 bzw. 16 (Abb. 3) besitzen muß. Aus der Form I tritt die derart vorgeformte
geschichtete Isolierung in eine Ziehdüse k über, in der sie um den Hohlleiter 6
(bzw. 7, 8) herumgelegt, hierauf durch den Nippel n fest angepreßt wird, woraus
sie durch die von umlaufenden Spulen abgewickelten Papierbänder 9, welche ,lie gemeinsame
Außenisolierung der Einzelleiter (Abb. 3) ergeben, umwickelt wird.
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Vorteilhaft werden diese Papierschichten, ebenso wie gegebenenfalls
andere, feucht und somit plastisch aufgebracht, so daß sie sich einerseits leicht
in die gewünschte Form bringen lassen und andererseits nach dem Trocknen fest um
die Leitung zusammenziehen, wodurch eine äußerst dichte und Iuftraumfreie Isolierung
erhalten wird.
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Die Einzelleiter werden dann gemäß Abb.-3 unter Anwendung von Beiläufen
i9 und einer gemeinsamen Außenisolierung 12 zu einem Kabel fertiggestellt, das nunmehr
mit Isoliermasse getränkt und mit einem Bleimantel umpreßt werden kann.
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Eine weitere Verringerung der Durchmesserzunahme kann noch dadurch
erzielt werden, daß die geschichtete Isolierung aus Stoffen untereinander verschiedener
elektrischer Festigkeit hergestellt wird. So können beispielsweise die Schichten
der Isolierungen i4. und 9 in der Nähe des Leiters 6 (Abb. 3) aus dichterem und
undurchlässigerem Papier, dessen elektrische Festigkeit größer ist als diejenige
poröseren und durchlässigeren Papiers, hergestellt werden. Hierdurch wird gerade
in den Bereichen größter Felddichte die elektrische Festigkeit der Isolierung zusätzlich
erhöht und die Durchmesserzunahme verringert. Darüber hinaus läßt sich aber auch
hierdurch eine gewünschte zentrischsymmetrische Gestaltung der Dielektrizitätskonstante.
im Kabelquerschnitt in bezug auf die Kabelmitte erreichen, indem Isolierstoffe größerer
Festigkeit ein stärkeres Spannungsgefälle im Kabel bedingen und umgekehrt. Es kann
ferner in der auf Seiten der Kabelmitte überwiegenden geschichteten Isolierung 1q.
(bzw. 15, 16) durch Wahl des Schichtmaterials das Gefälle Gien Erfordernissen angepaßt
werden, ebenso auch zwischen den Einzelleitern durch entsprechende Wahl des Schichtmaterials
in den Isolierungen 9 (zo bzw. ii) und schließlich gegenüber Erde durch entsprechende-
Wahl in den Schichten 9, ia, i i oder aber 12 (oder beider). Dadurch, daß die Schichten
verschiedener elektrischer Festigkeit luftraumfrei und ferner sinngemäß derart eingelegt
werden, daß die Felddichte sowohl auf die Kabelmitte hin als auch -quer hierzu in
Richtung zwischen den Einzelleitern selbst beeinflußt wird, unterscheidet sich die
Erfindung von dem bekannten Vorschlag für Schwachstromkabel, bei dem nur Streifen
aus einem anderen Isolierstoff als der übrigen geschichteten Isolierung eingebracht
werden, welche ausschließlich auf Seiten der Kabelmitte liegen und seitliche Lufträume
in der Isolierschicht freilassen.
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Bemerkt sei nur noch, daß Isolierstoff größter elektrischer Festigkeit
nicht immer nur in der Nähe der Kabelseele, sondern vielmehr auch an anderen Stellen
zweckentsprechend angewendet werden kann.
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Ein solches gemäß der Erfindung höchst ausgenutztes Kabel geringsten
Isolierungsquerschnittes bedarf unter Umständen des Schutzes gegen Überspannungen
beim Einschalten usw. Zur Dämpfung der hiermit verbundenen Schwingungsvorgänge werden
daher mit Vorteil einseitig auf den Leiter dünne Schichten 17 (Abb, 3) aus magnetisch
leitendem Stoff, beispielsweise Eisen, z. B. durch Spritzen aufgebracht. Das einseitige
Aufbringen, das somit mit der Herstellung eines Mischleiters oder aber der vollständigen
Umwicklung des Leiters mit Eisen zwecks Erhöhung seiner Selbstinduktion (Telephonkabel)
nichts zu tun hat, verhindert gerade eine für Hochspannungskabel unerwünschte Vergrößerung
der Selbstinduktion. Immerhin kann aber eine gewünschte Selbstinduktionserhöhung
zum Ausgleich der natürlichen Kapazität des Kabels zusätzlich zur Dämpfung sonst
sich gefährlich hochpendelnder Schwingungen erreicht werden.
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Ein weiteres Mittel zur gleichmäßigen Verteilung kapazitiv er Verlustströme
im Kabel und zur Vermeidung einseitiger überbeanspruchungen besteht schließlich
darin, daß vorzugsweise nur an den Grenzen der Einzelisolierungen der Einzelleiter,
insbesondere aber in den durch die Beiläufe ausgefüllten Zwickeln unmagnetisches
Material eingebracht wird, wodurch in an sich bekannter Weise Äquipotentialflächen
im Kabelinnern je nach Bedarf geschaffen werden können. Dies ist gemäß Abb. 3 der
Erfindung in einfachster Weise dadurch durchgeführt, daß in den Grenzschichten 18
mit unmagnetischem Material metallisiertes Papiergarn eingezogen ist, an dessen
Stelle natürlich auch metallisierte Papierbänder usw. verwendet werden können.
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Im übrigen ist die Erfindung natürlich in keiner Weise auf die Anwendung
von Isolierungen aus Papier beschränkt.