DE3504041C2

DE3504041C2 -

Info

Publication number: DE3504041C2
Application number: DE3504041A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Oestreich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1991-03-14
Also published as: US4673247A; DE3504041A1

Description

Die Erfindung betrifft ein volldielektrisches optisches Luftka bel für Hochspannungsfreileitungen, das außerhalb der Phasen seile und des Erdseiles selbständig verlegbar ist und einen aus Kunststoff bestehenden Außenmantel aufweist.

Wenn ein optisches Luftkabel nicht an einem Leitseil einer Hochspannungsfreileitung (U - 30 kV) angeschellt ist, sondern als selbsttragendes Luftkabel allein für sich aufgehängt wird, können Korona- und Kriechstrombeanspruchungen auftreten, und zwar insbesondere bei stärkeren Luftfeldern aufgrund der kapa zitiven Ankopplung der verschmutzten und befeuchteten Kabel oberfläche an benachbarte Phasenseile.

Aus der Veröffentlichung "AEG Kabel, Technische Mitteilungen" 1980, Heft 3, Seiten 1-12 ist es bekannt, optische Kabel im Be reich von Hochspannungsfreileitungen einzusetzen. Im 1. Absatz der Seite 3 wird festgestellt, daß nach dem gegenwärtigen Stand der Technik die freigespannte, durchhanggleiche Verlegung nicht leitfähig armierter optischer Luftkabel bei Hochspannungsfrei leitungen noch nicht möglich sei. Weiterhin ist bei diesem Stand der Technik nicht darauf eingegangen, daß bei derartigen Anordnungen Probleme mit Kriechströmen auftreten können und es fehlen demgemäß auch Hinweise darauf, wie derartige Schwie rigkeiten gelöst werden könnten. Weiterhin wird in diesem Stand der Technik die Auffassung vertreten, daß die beste Lösung bei Hochspannungsfreileitungen darin bestehe, die Lichtwellenleiter im ohnehin erforderlichen Erdseil unterzubringen oder bei nach träglicher Anbringung diese auf das Erdseil aufzulegen.

Aus der DE-OS 32 36 395 ist es bekannt, bei Kabelmänteln elek trischer Kabel besondere Vorkehrungen für einen Brandfall zu treffen. Hierzu werden flammwidrige, d. h. selbstlöschende Materialien verwendet, aus denen der Kabelmantel hergestellt wird. Da es sich bei einem derartigen flammwidrig ausgebilde ten elektrischen Kabel um ein Element handelt, das üblicher weise nicht im Bereich von Hochspannungsfeldern verlegt wird, sind Anknüpfungspunkte zu Kriechstrom-Problemen oder derglei chen nicht erkennbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Luftkabel der eingangs genannten Art mit einem Mantel aus einem preiswerten Material zu schaffen, dessen Kriechstrom verhalten ausreichend gut ist, und das nicht ohne weiteres schmilzt oder verdampft. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Material für den Außenmantel ein selbstlö schender teilentladungs- und kriechstromfester, selbst schützender Stoff verwendet ist, daß der bei einer Erhitzung oder Verbrennung verbleibende Rückstand des Außenmantels hoch isolierend und kriechstromfest ist, daß die Lichtwellenleiter im Inneren einer aus Kunststoff bestehenden stützenden Hülle untergebracht sind und daß auf dieser stützenden Hülle eine zugfeste Bespinnung aufgebracht ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines optischen Luft kabels für Hochspannungsfreileitungen sind die Lichtwellenlei ter durch die stützende Hülle vor mechanischen Beanspruchungen von außen ausreichend geschützt. Weiterhin ist die zugfeste Be spinnung als eine eigene Lage aufgebracht, so daß sie eine ge wisse Polsterung bewirkt, die notwendige Zugfestigkeit bereit stellt und wegen der stützenden Eigenschaften der inneren Hülle auch entsprechend fest aufgebracht werden kann. Der Außenmantel weist eine Ausgestaltung auf, derart, daß die Rückstände einer Erhitzung oder Verbrennung hochisolierend und kriechstromfest sind, so daß bei Verlegung außerhalb der Phasenseile im Hoch spannungsfeld ebenfalls keine störenden Beeinträchtigungen zu erwarten sind.

Das gemäß der Erfindung verwendete Mantelmaterial enthält auch einen nichtverkohlenden Kunststoff und kann bevorzugt dadurch beständig gemacht werden, daß ihm ein hoher Anteil eines bei höheren Temperaturen wasserab gebenden Metall-Hydroxyds zugesetzt ist, der abkühlend auf die Glimm-, Kriech- oder Lichtbogenentladung und dadurch löschend wirkt, ohne daß die Kombination leitfähige Reste erzeugt. Es hat sich herausgestellt, daß diese Eigenschaften nicht nur auf die Zündung durch einen leistungsstarken Lichtbogen, sondern vor allem auch auf die Glimm- und Kriechentladungen anwendbar sind. Dort wird die Oberfläche eines an sich isolie renden Kunststoffes durch die in einem (sehr strom schwachen) Entladungskanal wirkende hohe oder örtlich stark begrenzte Temperatur des Entladungsweges zerstört. Der sofort freigesetzte Wasserdampf wirkt auch dort löschend und kühlend. Das zurückbleibende Metall-Oxyd- Gerüst ist vollisolierend und schützt die Kunststoff oberfläche vor weiterer Erosion. Da der Kunststoff direkt unter dem freigelegten Aluminium-Oxyd geschützt ist, kommt die Kriechentladung zum Stillstand. Ver gleichbare Eigenschaften haben sonst nur (teure) Fluor polymer-Mantelstoffe, bei deren Verbrennung jedoch HF (Flußsäure) und deren Reaktionsprodukte freigesetzt werden. Bei der Erfindung bildet die unverbrannte oder teilverbrannte Kunststoff-Matrix keine leitfähigen Reste oder Brücken. Das Kabel bleibt also nichtleitend.

Das Kriechstromverhalten des erfindungsgemäßen Kabels ist weit besser als das normale Polyäthylen-Copolymer- Mäntel. Die dem Kriechstromschaden zugrundeliegende örtliche Erhitzung wird bei dem erfindungsgemäßen Mantelmaterial durch Wasserdampfabgabe gemildert.

Schmelz- und Verdampfungsvorgänge (z. B. bei Lichtbo generhitzung) sind kaum nachweisbar, da nach dem Angriff der Oberfläche aus dem Metall-Hydroxyd z. B. dem Aluminium-Hydroxyd AL(OH)₃ sofort eine schützende Mineraloberfläche (Al₂O₃) entsteht. Diese resultiert daraus, daß in der Mantelmischung ein möglichst hoher Anteil von 30 bis 60 Gewichtsprozenten, vorzugsweise um 50 Gewichtsprozent Metall-Hydroxyd enthalten ist. Als Basismaterial wird vorteilhaft ein PE-EVA-Copolymer ver wendet. Die Einbindung des Metall-Hydroxyds kann aber auch ohne EVA durch Vernetzung des Basis-Kunststoffs er folgen. Andere geeignete Basis-Kunststoffe sind ERP und EPDM.

Als Kunststoffanteil für den Mantelaufbau werden zweck mäßig unpolare oder schwach polare Verbindungen verwen det. Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt den Aufbau eines optischen Luft kabels für Hochspannungsfreileitungen,

Fig. 2 die Verhältnisse bei einer Hochspannungs-Frei leitung mit einem optischen Luftkabel,

Fig. 3 die Zusammenhänge bei einer Kriechstrombeanspru chung.

In Fig. 1 ist das optische Luftkabel mit OK bezeichnet. Sein Außenmantel AM besteht aus einem ein Metall- Hydroxyd, insbesondere Aluminium-Hydroxyd enthaltenden Kunststoffmaterial. Dabei ist der Anteil des Metall- Hydroxyds zwischen 30 und 60 Gewichtsprozent, vorzugs weise um 50 Gewichtsprozent (20-30 Volumenprozent) gewählt.

Ein derartiges Mantelmaterial ist kriechstrombestän dig, so daß es bei stromschwacher Oberflächenentla dung zu keiner Zerstörung kommen kann. Das Kriechstrom verhalten ist weit besser als zum Beispiel bei normalen Polyethylen-Mänteln. Auch die Resistenz gegen radiale Teilentladungen (Korona) ist weit besser als bei sonst üblichen Stoffen.

Der Aufbau der Kabelseele kann in üblicher Weise erfolgen, wobei im vorliegenden Beispiel ein gefülltes Kabel dargestellt ist, bei dem als Seelenfüllung eine Füllmasse FM verwendet ist. Elektrisch leitende Teile sind bei dem Kabel OK nicht vorhanden (d. h. es ist ein volldielektrischer Aufbau gewählt). Die einzelnen Licht wellenleiter LW sind im Inneren einer aus Kunststoff bestehenden stützenden Hülle AH untergebracht, auf der eine zugfeste Bespinnung BS aufgebracht ist. Das in Fig. 2 dargestellte optische Kabel OK kann (nichtleitend) an einem isolierenden Tragseil TS angeschellt werden (Schellen SC) (vgl. Fig. 2). Falls ein selbsttragendes optisches Kabel verwendet wird, genügt jeweils eine Befestigung an der Traverse eines Mastes. Dabei ist der Kabelaufbau entsprechend abzuändern und im Kabel selbst ein Tragseil vorzusehen, welches die mechanische Bela stung übernehmen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Hoch spannungsleitung gezeichnet, bei der das optische Kabel OK selbständig (d. h. außerhalb der Phasenseile und des Erdseiles) verlegt ist und an der Traverse eines Gitter mastes GM gehalten wird. Das Erdseil ist mit ES be zeichnet und eines der Phasenseile mit PS. Da das opti sche Kabel OK aus Isoliermaterial besteht, kann die Manteloberfläche im Ersatzschaltbild durch eine Folge von Längswiderständen RL nachgebildet werden. Zwischen dem optischen Kabel OK und dem Erdseil ES liegen Quer kapazitäten, die mit CE bezeichnet sind, während die Querkapazitäten zwischen dem optischen Kabel OK und dem Phasenseil PS die Bezeichnung CP tragen. Die bei einer derartigen Anordnung sich ergebende Korona- und Kriech strombelastung kann zu einem örtlichen Abbau des Mantels und zu Erosion führen, die durch Wasserdampfabgabe ge mildert wird. Ein Schmelzen und Verdampfen ist kaum nachweisbar, da nach dem Angriff der Oberfläche sofort eine schützende Mineraloberfläche entsteht, die auf die Verwendung von Aluminium-Hydroxyd im Mantelmaterial zu rückgeht.

Die Zusammensetzung für den Außenmantel AM des optischen Kabels OK kann vorteilhaft folgende Werte aufweisen:

55 Gew.-% Aluminium-Hydroxyd
38 Gew.-% PE/EVA-Copolymer
4 Gew.-% Ethylen/Propylen-Rubber
0,3 Gew.-% Stabilisator
0,5 Gew.-% Gleitmittel
1,5 Gew.-% Farbpigmente
0,7 Gew.-% Silan.

Es ist auch möglich, in der vorstehenden Zusammensetzung das Aluminium-Hydroxyd durch Zink-Hydroxyd oder Magne sium-Hydroxyd zu ersetzen. Bevorzugt ist aber der Einsatz von Aluminium-Hydroxyd.

Claims

1. Volldielektrisches optisches Luftkabel (OK) für Hochspan nungsfreileitungen, das außerhalb der Phasenseile (PS) und des Erdseiles (ES) selbständig verlegbar ist und einen aus Kunst stoff bestehenden Außenmantel (AM) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß als Material für den Außenmantel (AM) ein selbstlöschender teilentladungs- und kriechstromfester, selbstschützender Stoff verwendet ist,
daß der bei einer Erhitzung oder Verbrennung verbleibende Rück stand des Außenmantels (AM) hochisolierend und kriechstromfest ist,
daß die Lichtwellenleiter (LWL) im Inneren einer aus Kunststoff bestehenden stützenden Hülle (AH) untergebracht sind und daß auf dieser stützenden Hülle (AH) eine zugfeste Bespinnung (BS) aufgebracht ist.

2. Optisches Luftkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (AM) einen hohen Anteil an Metall- Hydroxyd aufweist.

3. Optisches Luftkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (AM) zwischen 30 und 60 Gewichts prozent Metall-Hydroxyd enthält.

4. Optisches Luftkabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (AM) um 50 Gewichtsprozent Metall- Hydroxyd enthält.

5. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Hydroxyd in ein Kunststoffmaterial, ins besondere aus unpolaren oder schwach polaren Verbindun gen, eingebunden ist.

6. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Hydroxyd in ein PE-EVA-Copolymer als Basis-Material eingebunden ist.

7. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Hydroxyd in EPR oder EPDM als Basis-Mate rial eingebunden ist.

8. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall-Hydroxyd Aluminium-Hydroxyd verwendet ist.

9. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall-Hydroxyd Magnesium-Hydroxyd verwendet ist.

10. Optisches Luftkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall-Hydroxyd Zink-Hydroxyd verwendet ist.