DE2021172A1 - Elektrisches Kabel fuer Hoch- und Hoechstspannungsbeanspruchung,insbesondere mit Polyaethylenisolierung - Google Patents

Description

K a fa e J - und N ο fc a 1 1 w e> r k e Gutphoffnungphütte Aktiengesellschaft

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16. 4. 1970

El ektri sches Kafap.1 für Hoch- und Hochstspannungs-■bean.spruebung , insfaesondere mit Polyäthylenisolierung

Für die Isolierung von elektrischen Kabeln und Leitungen werden bekanntlich feste Olefinpolymerisate, wie z. B. Polyäthylen, Polyisobutylen oder Polypropylen,"verwendet, denen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit gegebenenfalls sogenannte Spannungsstabi lisatoren beigegeben, sind. Trotz dieser Beimengungen erfüllten die so hergestellten Kabel jedoch bisher nicht immer die an sie gestellten Forderungen , da die Ursachen für die auftretenden Fehler nicht einwandfrei ermittelt werden konnten.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe und geht davon aus, daß einen starken, bisher jedoch nicht erkannten Einfluß auf die Spannungsfestigkeit thermoplastischer Kunststoffe, z. B. des Polyäthvlens, bei Spannungen über 6 KV und bei mechanischer Beanspruchung die Anisotropie des betreffenden Werkstoffes ausübt, d.h. die Fähigkeit des Stoffes, seine physikalischen Ei^genschaften aufgrund äußerer Einflüssf in bestimmten Vorzugsrichtungen zu andern. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß jeder Durchschlag im Jso3ierstoff durch einen Tei1 durchschlag in Form von "feinen Kanälen oder Bäumchen eingeleitet wird und das Wachstum der Kanäle oder Bäumchen .je nach der Höhe und Spanriungsart, Stoßspannung oder Gleich- bzw. Wechselspannung, von

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Mikrosekunden bis Jahren dauern kann, wobei der isolierstoff unabhängig davon eine starke Durchschlagsabhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung aufweist. So wird, wie Versuche gezeigt haben, beispielsweisp beim Polyäthylen, die Zeitstandsfestigkeit unter der Einwirkung mechanischer Zug-'^i; spannungen um den Faktor 10 vermindert. Wesentlich hierbei ist aber, daß in Verbindung mit der stark herabgesetzten Zeitstandsfestigkeit das Polyäthylen eine Durchschlagsvorzugsrichtung aufweist, die senkrecht zur mechanischen Zugspannung wirksam ist', diese Eigenschaft soll im folgenden als elektrische Durchschlagsanisotropie bezeichnet werden.

Um nun zu verhindern, daß die bei der Herstellung, beim Transport und der Verlegung eines elektrischen Kabels für Hoch- und Höchstspannungen auftretenden mechan^ichen Beanspruchungen zu einer Verminderung der Spannnngsfestigkeit des Kabels führen, das aus einer den oder die Leiter oder eine darüber angeordnete Leiterglättung umgebende Isolierung aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, und einer weitere Schichten, wie Strahlungsschutz, Kupferschirm und dergleichen, umschließenden äußeren Umhüllung besteht, sieht die Erfindung vor, daß unmittelbar an der Innen- und/oder Außenfläche der den oder die Leiter umgebenden Isolierung eine Schicht dünner Wandstärke aus einem Isolierstoff mit gegenüber der Isolierung geringerer elektrischer Duidischlagsanisotropie angrenzt. Diese Kombxnationsisolierung aus zwei oder mehreren Isoierschichten, die sich gegenseitig in ihren Eigenschaften ergänzen, führt beispielsweise bei einer Kombination Polyvinylchlorid - Polyäthylen - Polyvinylchlorid als Kabelisolierung dazu, daß die an sich hohe Durchschlagsfestigkeit des Polyäthylens erhalten bleibt und die bei Spannung beanspruchung einsetzende Kanal- oder Bäumchenbildung zunächst nur auf die dünnen Schichten außerhalb des Polyäthylens beschränkt bleibt, die im Falle des Polyvinylchlorids eine wesentlich geringere Anisotropie zeigen und daher zur Bremsung des

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Mηn.nieJi.<?,i>ΐί;\ί"ϊιstπίη« ί->ρβ|ρτ>ρ ""Pfi irtiAt sind. Die (rpsamtdur ch- ^ch lags^psti gkei.t des Kabuls vri rrf da'n·'t.-we.eentl icii rrhiiht

Darin rindert auch iverrig, daß dip an di» I nnon - und/ortfir Außp«flächen der lsoliprmie mifreiiZRndeii dünnen Schichten ζ. ri. «nen erößnren- Ver Uistwihkel haben können als die e i gen t licho l so I i ermig . Dn die die Bäumchenbildung hemmenden .Schichten nämlich in Durch führ jiimg der Erfindunji je nach fin -Liegender Spannung bei aclncbtflirkon τ-ο>ι et\*a 0.2 bi«= -O,o ram nur in pehr kl pinen Mengen im Kabel Vorhande-n sind, tragen sie zur Erwärmung des kabels nichi bei.

An>tell.p des Polwinvlclilorids hat sich.in Weiterführung der Krfindung aber auch eine dünne Schicht aus Epoxydharz a I s- vort ei 1 haf t. orwi ospii. die. in dünner Schicht aufgebracht, wesent 1 ich /,ur Snannunprsf e«ti gkpi t bei träft.

Dip Erfindvine spi -m ManH des in d^r Figur pIs Au« führungs — beispi.p-l diirgest.e ! I ten pol väthy J piii soli erten iv.inl ei ter-IIochppnnnungskabe 1 «s näher erläutert.

Über dem ans einzelnen verseilten Kupfer- oder auch AJuminiumdrähten aufgphanten leiter 1 r'p? Hochspannungskabel s ist die 1 eit.erglättung 2 aus einem leitenden extrudierten Copölvnu;r aufgebracht. Die Ipolieru«ig 3 besteht aus vernet·?.-tem oder unverletztem-Polyäthylen, dos durch an sich bekannte Zusätze stabi 1 i st ert spin kann. >ii t 4 ist eine Leitsc'h.i cht z. B. aus einem-.- Graphitanf tra ί, bezeichnet, die zur FeIdbegrpiizung dient. TJm diese Schicht k vor raechanJ scher Beschädigung diirch den. aus gewickelten Kupferbändern bestehenden. Schirm 6 insbesondere dann zu schützen, wenn bei auftretenden Wärtnespi eleii während des Betriebe« oder auch bereits hei der Verlegung sich ort liehe.Verschiebungen zwischen der Isolierung 3 ^un4 dem Schirm 6 einstellen, ist die Polsterschicht 5 aus .^evri ekel ten Bändern, ζ. B. aus

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mit Graphit getränkten Textilgewebe!!, Kreppapier, Faservliesen und dergleichen vorgesehen. Über dem metallischen Schirm 6 ist dann eine weitere Polsterschicht 7 aus Kunststoffbändern aufgebracht, dde schließlich von dem eigentlichen Kabelmantel 8 aus witterungsbeständigem Polyäthylen oder Polyvinylchlorid überdeckt ist.

Um nun die Isolierung 3 eines solchen HochspannunjcskabeTs zu verbessern und die Rpsnmtdurchpchl aft" festi gkeit zu erhöhen, ist die Polyäthylenisolierung 3 von den Schichten 9 und 10 dünner Wandstärke aus Polyvinylchlorid umgeben, die unmittelbar an die Innen- bzw. Außenflächen der Isolierung 3 angrenzen. Die Schicht 9 verhindert durch den gewählten Werkstoff geringer elektrischer Durchschi ajrsani sotropie ein schnelles Wachstum der vom Leiter infolge der hier vorliegenden höheren Feldstärken ausgehenden Kanal-oder Bäumchenbildungen, die einen Durchschlag einleiten, während die Schicht 10 dort angebracht ist, wo die größeren Zugspannungen zu erwarten sind, die, voll auf die Polyäthy1enisolierunc wirksam, deren Zeitstandsfestigkeit wegen der dcinn eintretenden Durchschlagsanisotropie wesentlich herabsetzen.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann es selbstverständlidi je nach den zu erwartenden mechanischen Spannungen auch ausreichend sein, lediglich die innere Oberfläche der Isolierung 3 gegen die wirksame Feldstärke im Leiterbereich durch eine dünne Schicht, vorzugsweise 0,3 "im, aus einem Werkstoff geringerer elektrischer Durchschla«:«- anisotropie als die Isolierung selbst, zu schützen.

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Claims (1)

1. Kabel- u η d >J e t a 1 L w β r k e Gutehoffnungshiitte Aktiengesel!schaft

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   Patentansprüche

   ./Elektri sehes Fabel für Hoch- tind Höchstspaimungsbeanspruchung, bestehend aus einer den oder die Leiter oder eine darüber eingeordnete Le it er glättung umgebenden Isolierung aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, und einer weitere Schichten, vri.e Strahlungsschutz, Kupferschirm und dergleichen, umschließenden äußeren Umhüllung, dadurch gekennzeichnet , daß unmittelbar an der Innen- und/oder Außenfläche der den oder die Leiter umgebenden Isolierung eine Schicht dünner Wandstärke aus einem Isolierstoff mit gegenüber der Isolierung geringerer elektrischer Durchschlagsanisotropie angrenzt.

   ■2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 mit einer Isolierung aus Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß als Schicht mit geringerer elektrischer Durchschlagsanisotropie eine dünne Schicht aus Polyvinylchlorid vorgesehen ist.

   3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 mit einer Isolierung aus Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß als Schicht mit geringerer el ektrischer Durchslchlajgsanisotropie eine dünne Schicht aus einem Epoxydharz vorgesehen ist.

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   k. Elektrisches Kabel nach Anspridi 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Schicht geringerer elektrischer Durchschlagsanisotropie je nach der Höhe der angelegten Spannung vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,8 mm beträgt.

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