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Die Isolierung von Starkstromkabeln, insbesondere für Hochspannungszwecke,
wird im allgemeinen als geschichtete Isolierung aus Papierbändern aufgebaut, die
lagenweise auf den Leiter aufgesponnen bzw. aufgewickelt, getrocknet und mit einem
mehr oder weniger zähflüssigen Tränkmittel durchtränkt werden. Es ist bereits bekannt,
für Hochspannungskabel an Stelle von Papier dünne organische Kunststoffschichten
in Form von Filmen oder Folien zu verwenden, deren Zwischenräume mit Öl gefüllt
sind. Da diese Kunststoffolien undurchlässig sind, ist eine einwandfreie Tränkung
der aus Kunststoffschichten hergestellten Isolierung nicht mit Sicherheit gewährleistet.
Es ist daher auch bereits der Vorschlag bekanntgeworden, die Dielektrika von Hochspannungskabeln
aus abwechselnden Lagen von Papierbändern und Kunststoffolien aufzubauen. Da bei
einer solchen Isolierung wiederum Papier verwendet wird, machen sich hierbei die
Nachteile der Papierisolierung bemerkbar, unter anderem die Notwendigkeit einer
Trocknung des Papiers vor seiner Tränkung. Ein solcherAufbau einer geschichteten
Isolierung hat sich daher für Hochspannungszwecke bisher nicht durchsetzen können.
Außerdem treten hierbei unerwünschte Sprünge der Dielektrizitätskonstanten auf,
da die Dielektrizitätskonstanten des Papiers und der zur Verfügung stehenden Kunststoffolien
stark voneinander abweichen.
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Ferner ist eine geschichtete Isolierung für Hochspannungskabel bekannt,
die allein aus Kunststofffolien aufgebaut ist, welche an einer oder beiden Seiten
aufgerauht, gewellt oder mit Rillen versehen sind, um hierdurch eine Strömung des
Tränkmittels in der Isolierung zu gewährleisten. Die Herstellung derartiger Folien
ist aber unwirtschaftlich.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Verbesserung einer Isolierung
für Hochspannungszwecke, insbesondere für Hochspannungskabel aus lagenweise aufgebrachten
Isolierschichten, die eine Tränkung mittels flüssiger oder gasförmiger Tränkmittel
gewährleisten. Gemäß der Erfindung bestehen die Isolierstoffschichten aus für das
Tränkmittel durchlässigen, aus Kunststoff- oder Glasfasern hergestellten Faservliesen,
die mit einem für das Tränkmittel undurchlässigen Werkstoff, vorzugsweise einem
Kunststoff, zu einem gemeinsamen, biegsamen Körper zusammengefaßt sind. Hierbei
sind die Faservliese mechanische Träger für den für das Tränkmittel undurchlässigen
Werkstoff, so daß auf die mechanische Festigkeit dieses Werkstoffs keine Rücksicht
genommen zu werden braucht. Dieser Werkstoff kann vielmehr lediglich im Hinblick
auf seine Verwendung als Ionenbarriere ausgebildet werden, so daß sich mit einer
derart hergestellten Isolierung hohe elektrische Durchschlagfestigkeiten ergeben.
Da außerdem bei ; einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Isolierung neben dem Aufwickeln
von bandförmigen Faservliesen, beispielsweise auf den Leiter eines elektrischen
Kabels, das Aufbringen einer Kunststoffolie entfällt und somit beim Aufwickeln nur
die mechanischen Eigenschaften eines einzigen Werkstoffs zu berücksichtigen sind,
ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Fertigung.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß die aus Kunststoffasern hergestellten
Faservliese nicht allein t verwendet werden, sondern daß diese Vliese mit einem
für das Tränkmittel undurchlässigen Werkstoff, vorzugsweise einem Kunststoff, zu
einem gemeinsamen, biegsamen Körper zusammengefaßt sind. Hierzu können die Faservliese
mit aus dem Werkstoff hergestellten Folien kaschiert werden. Dabei. übernimmt das
Faservlies sowohl die Aufgabe eines 5 mechanischen Trägers für die aufkaschierten
Folien bei der Verarbeitung des Vlieses als auch die eines Abstandhalters zwischen
diesen Folien, so daß das Tränkmittel ihre Oberflächen gleichmäßig benetzen kann,
so daß sie eine Ionenbarriere hoher Durchschlagfestigkeit bilden. Als für das Tränkmittel
undurchlässiger Werkstoff kann hierbei ein Kunststoff oder aber für die äußere elektrostatische
Abschirmung auch ein Metall verwendet werden.
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Verwendet man als für das Tränkmittel undurchlässigen Werkstoff einen
Kunststoff, so kann dieser Kunststoff auf die Faservliese in Form einer streichfähigen
Masse aufgeschichtet werden. Damit erhält man eine geschichtete Isolierung, bei
der Isolierschichten jeweils durch eine das Tränkmittel führende Schicht getrennt
sind.
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Es ist aber auch möglich, die Faservliese mit einem Kunststoff zu
imprägnieren, so daß in erster Linie nicht das Vlies, sondern die sich bei der Aushärtung
des zur Imprägnierung verwendeten Kunst-; stoffs ergebenden Poren und Kanäle zum
Transport des Tränkmittels herangezogen werden, und zwar insbesondere die zwischen
jeweils zwei übereinanderliegenden Vliesen infolge der Rauhigkeit der Oberflächen
gebildeten Kanäle.
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Wie erwähnt, bestehen die Fasern der in Durchführung des Erfindungsgedankens
für eine geschichtete Isolierung verwendeten Faservliese aus Kunststoff oder aus
Glas. Bei Glasfasern wird man bestrebt sein, möglichst verlustarme Glasfasern zu
verwenden. Dennoch haben Faservliese aus Kunststoffasern gegenüber Faservliesen
aus Glasfasern den Vorteil, daß man für die fertige Isolierung günstigere dielektrische
Werte, vor allem aber einen günstigeren tand-Verlauf in Abhängigkeit von der Temperatur
erhält.
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Die für eine geschichtete Hochspannungsisolierung nach der Erfindung
verwendeten Faservliese sind an sich den Papierbändern ähnlich, haben aber diesen
gegenüber infolge deren Herstellung aus für das Tränkmittel undurchlässigen Fasern
die Eigenschaft, in höherem Maße für flüssige und für gasförmige Tränkmittel durchlässig
zu sein. Dadurch wird die Tränkung und Füllung der unter Verwendung von Kunststoffolien
aufgebauten geschichteten Isolierung mit einem flüssigen oder gasförmigen Tränkmittel
erleichtert und beschleunigt. Dieser Vorteil kann aber auch dazu ausgenutzt werden,
die geschichtete Isolierung mit flüssigen Tränkmitteln höherer Viskosität zu tränken
oder zu füllen.
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Handelt es sich bei dem für das Tränkmittel undurchlässigen Werkstoff
um einen Kunststoff, so wird die Dielektrizitätskonstante der verwendeten Bandvliese
vorteilhafterweise gleich oder annähernd gleich der Dielektrizitätskonstanten des
Kunststoffs gewählt. Bei der Auswahl des für den Kunststoff verwendeten Materials
ist darauf zu achten, daß die Kunststoffe mit dem Tränkmittel verträglich sind.
Für den Aufbau eines Ölkabels kommen daher nur Kunststoffe in Betracht, die gegen
die Einwirkung von Öl beständig sind, wie beispielsweise Polyester, insbesondere
hochpolymere Polymethylenterephthalate, Polyäthylenterephthalate oder auch Polycarbonate.
Aber auch Polyamide, Polyalkane, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten, Polybutadien
oder
Mischpolymerisate davon, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Celluloseester,
wie Celluloseacetat, sind als Kunststoffe im Rahmen der Erfindung geeignet.
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Für den Fall der Tränkung der geschichteten Isolierung mit flüssigen
Tränkmitteln müssen die für die durchlässigen Bandvliese verwendeten Kunststoffe
ebenfalls mit dem Tränkmittel verträglich sein. Für den Aufbau eines Ölkabels kommen
vorteilhaft die gleichen Kunststoffgruppen in Betracht, die für die Kunststoffe
erwähnt wurden, die mit den Bandvliesen zu einem einzigen biegsamen Körper zusammengefaßt
sind.
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Die Erfindung sei an Hand des in den F i g. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel
dargestellten Einleiter-Hochspannungskabels näher erläutert.
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Der gegebenenfalls in bekannter Weise mit einer Leiterglättung versehene
Leiter 1 ist von der geschichteten Isolierung 2 umgeben. Diese geschichtete
Isolierung besteht, wie in der F i g. 1 dargestellt, aus den mit der Kunststoffolie
3 kaschierten Bandvliesen 4. Diese Bandvliese sind auf den Leiter
1
spiralförmig aufgewickelt, und zwar derart, daß die übereinander aufgebrachten
Schichten einander überlappen. Die so ausgebildete geschichtete Isolierung, von
der im Ausführungsbeispiel lediglich drei Schichten dargestellt sind, ist von einer
nicht dargestellten Aderabschirmung und dem Kabelmantel s umgeben. Anstatt mit einer
Kunststoffolie kaschierte Bandvliese zu verwenden, ist es auch möglich, den Kunststoff
in Form einer streichfähigen Masse einseitig oder beidseitig auf die Bandvliese
aufzubringen.
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Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht die in
der F i g. 2 dargestellte geschichtete Isolierung aus den Bandvliesen 6, die mit
einem Kunststoff, der die gleiche Dielektrizitätskonstante wie der Kunststoff des
Bandvlieses hat, imprägniert sind. Durch diese Imprägnierung ist sichergestellt,
daß an der Oberfläche jedes Vlieses, wie in F i g. 3 in einem gegenüber F i g. 2
vergrößerten Maßstab dargestellt, Vorsprünge und Einbuchtungen entstehen, so daß
zwischen jeweils zwei übereinandergeschichteten und mit einem Kunststoff imprägnierten
Bandvliesen für das Tränkmittel durchlässige Kanäle gebildet werden.
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Die zeichnerische Darstellung entspricht nicht den tatsächlichen geometrischen
Verhältnissen der beim Aufbau gemäß der Erfindung ausgebildeten geschichteten Isolierung.
Da die einzelnen Schichten in der Regel lediglich eine Stärke von einigen zehn Mikrometern
bis etwa 150 um aufweisen, ist für den Aufbau eines Höchstspannungskabels eine sehr
große Anzahl von einzelnen Isolierschichten, die auch in Längsrichtung aufgebracht
werden können, erforderlich.
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Die Erfindung ist in erster Linie geeignet zur Isolierung von Hochspannungskabeln,
also beispielsweise von Öl- oder Gasdruckkabeln, bei denen die Bandvliese spiralförmig
und mit überlappung auf den Leiter aufgewickelt werden. Sie läßt sich aber sinngemäß
auch zum Aufbau von Kondensatoren und anderen elektrischen Geräten, wie Transformatoren
und Wandlern, verwenden. Wesentlich hierbei ist, daß durch die Erfindung für die
Isolierschichten Bandvliese verwendet werden, die vorzugsweise mit einem Kunststoff
zu einem gemeinsamen biegsamen Körper zusammengefaßt sind, der sowohl den Anforderungen
hinsichtlich der Ausbildung einer Ionenbarriere hoher elektrischer Durchschlagfestigkeit
genügt, als auch die Tränkung der geschichteten Isolierung mit einem Tränkrnittel
gestattet.