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Verfahren "zur Herstellung eines Hochspannungskabels, dessen geschichtete
feste Isolierung mit einem sehr zähen Isoliermittel getränkt und der Einwirkung
eines unter erhöhtem Druck stehenden Gases ausgesetzt ist Kabel für hohe Spannungen
besitzen bekanntlich zumeist eine Isolierung aus Papierbändern, die mit Öl oder
einem Kompound aus Öl und Harz imprägniert ist. Während im allgemeinen die Imprägnierung
nach dem Aufwickeln der trockenen Papierlagen vorgenommen wird, werden vereinzelt
auch imprägnierte Papiere unter entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen auf die Leiter
aufgewickelt. Beide Arten der Isolierung haben sich in der Praxis gut bewährt und
genügen für Kabel mittlerer und sogar höherer Spannung, wofern bezüglich der Belastung
(Erwärmung) keine hohen Anforderungen gestellt werden. Ein grundsätzlicher Mangel
solcher Isolierungen ist bekanntlich der Umstand, daß durch die der wechselnden
Belastung entsprechenden Temperaturänderungen wegen des hohen Ausdehnungskoeffizienten
der Tränkmassen eine Bewegung des Imprägniermittels innerhalb der Schichten verursacht
wird derart, daß die Isoliermasse allmählich aus der Isolation herausgedrängt wird.
Demzufolge bilden sich Hohlräume, in denen ein relativ geringer Druck herrscht,
so daß die Voraussetzungen für das Auftreten von Glimmentladungen selbst unter niedriger
Beanspruchung erfüllt sind. ,Diese Glimmentladungen wiederum verursachen chemische
Veränderungen der Tränkmassen, die zur Folge haben, daß Gase entwickelt werden und,
wegen der gleichzeitig erfolgenden Volumenverminderung der Masse, die Hohlräume
vergrößert werden. Auf diese Weise wird die Isolierung im Laufe der Zeit zermürbt,
bis endlich an den schwächsten Stellen bereits unter geringer Spannung Durchschläge
erfolgen.
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Um die schädlichen Auswirkungen von Hohlräumen zu vermindern bzw.
zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, das Kabel mit Gas unter höherem
Druck zu füllen -mit der Absicht, durch den auf die Kabelseele bzw. isolierten Adern
wirkenden Gasdruck einer Hohlraumbildung innerhalb der Isolierschichten vorzubeugen
bzw. vorhandene Hohlräume mit Gas unter höherem Druck zu .füllen bzw. unter gleichzeitiger
Drucksteigerung zu verkleinern.
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Obwohl die Erkenntnisse, die den genannten Vorschlägen zugrunde liegen,
so alt sind wie die Kabeltechnik, haben sie nur vereinzelt Anwendung in der Praxis
finden können, weil mit der Verwendung von Gas im Dielektrikum gleichzeitig andere
Schwierigkeiten auftreten. Würden beispielsweise bei einem Kabel mit drei isolierten
und metallisierten Adern, die von einem gemeinsamen Bleimantel umhüllt sind, die
Zwickelräume mit Gas unter höherem Druck gefüllt, so würde der
Druck
nicht verhindern können, daß bei Erwärmung des Kabels ein langsames Abwandern der
Isoliermasse aus höher gelegenen Teil»n der Kabelstrecke zu tiefer gelegenen Abschnitten
stattfindet, derart, daß die aktive Isolation an den höher gelegenen Punkten eine
Verarmung an Masse aufweisen würde und die hier verlorene Masse sich an den tieferen
in den für die Gasfüllung bestimmten Hohlräumen ansammeln würde. Dadurch vielmehr,
daß bei Druckkabeln die Zwickelräume vollkommen frei sind oder nur mit unimprägniertem
Faserstoff ausgelegt sind, im Gegensatz zu normalen Massekabeln, bei denen auf eine
satte Tränkung des Zwickeltnaterials begründet Wert gelegt wird, wird ein Abwandern
der Masse in hohem Maße begünstigt. Durch die Entstehung größerer Hohlräume treten
jedoch gerade die Fehlerduellen in erhöhtem Maße in Erscheinung, die durch die Verwendung
des Druckgases vermieden werden sollen. Somit ist also der Vorteil des Gasdruckes
bei der Anwendung der üblichen und erprobten Tränkmassen illusorisch und der Verzicht
der Praxis auf die Anwendung von Druckgas begründet.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Gasraum von der getränkten
Isolierung durch eine nachgiebige und undurchlässige Zwischenwand zu trennen, auch
bedeutet dies einen zusätzlichen Aufwand.
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Um hier einen Ausweg zu schaffen, ist vorgeschlagen worden, die Kabelseele
bzw. die einzelisolierten Adern mit einer nachgiebigen und gasdichten Schutzhülle
zu versehen und sie auf diese Weise von den Gasräumen zu trennen. Bei der praktischen
Ausführung dieses Vorschlages wird in Ermangelung eines anderen nachgiebigen Materials
die Kabelseele mit einem Bleimantel umgeben und ein solches Kabel nach Aufbringen
einer Armierung in Stahlrohre eingezogen, die mit einem Gas unter hohem Druck, etwa
io bis 15 at, gefüllt werden. Wegen der Steifigkeit des Bleies ist es notwendig,
einen erheblich höheren Druck anzuwenden als im Hinblick auf die Verbesserung des
Dielektrikums an sich erforderlich wäre. Dieser hohe Druck wiederum bedingt, daß
man als äußere Begrenzung des Druckraumes nicht mehr einen Bleimantel anwenden kann,
sondern ein Stahlrohr benutzen muß. Es liegt auf der Hand, daß Kabelanlagen dieser
Art relativ kompliziert und teuer in ihrem Aufbau sind und außerdem eine langwierige
und teuere Montage erfordern. .
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Diese Nachteile werden bei den gemäß der Erfindung hergestellten Kabeln
vermieden. Hochspannungskabel, deren geschichtete, feste Isolierung mit einem sehr
zähen Isoliermittel getränkt und der Einwirkung eines erhöhten Gasdruckes ausgesetzt
ist, werden gemäß der Erfindung so hergestellt, indem man die feste Komponente der
Isolierung vor oder nach ihrer Aufbringung auf den Leiter mit einem bei der Tränkungstemperatur
dünnflüssigen Isoliermittel tränkt und in die feste Komponente, z. B. in ein Papierband,
oder aber in Stellen des Kabels, welche dem dünnflüssigen Isoliermittel zugänglich
sind, z. B. zwischen die Papierbänder, Stoffe einbringt, welche durch Lösung in
dem dünnflüssigen Isoliermittel dessen Zähigkeit auf ein Vielfaches erhöhen.
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In die Aufbauelemente der Isolationsschicht bzw. in die Isolationsschicht
werden also vor der Tränkung Stoffe eingebracht, die sich in der Tränkmasse lösen
und die hierdurch die Tränkmasse verdicken. Die Tränkung selber kann hierbei mit
den hierfür bekannten und erprobten Ölen und Kompounden, die bei hoher Temperatur
sehr dünnflüssig sind und infolgedessen eine rasche Durchtränkung ermöglichen, vorgenommen
werden. Erst durch den Lösungsprozeß wird die Tränkmasse verdickt, derart, daß sie
nicht mehr eine im wahren Sinne viscose Flüssigkeit darstellt, sondern eher einem
zähen und klebrigen Leim vergleichbar ist, der so fest an den Isolierschichten haftet,
daß ein merkliches Abwandern des Tränkmittels nicht mehr eintreten kann.
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Verwendet man als Tränkmittel Öle, so benutzt man zweckmäßigerweise
für die Verdickung der Imprägniermasse Natur- oder Kunstharze, Gummi, Balata, Guttapercha
oder ähnliche Stoffe. Andere Tränkmassen, beispielsweise synthetische Stoffe, bedingen
ihrem Charakter entsprechende Zusatzstoffe, die mehr oder minder leicht in den Tränkstoffen
löslich sind. Das Einbringen dieser Zusatzstoffe in die Isolierung kann derart geschehen,
daß man beispielsweise Fäden oder dünne Schichten des löslichen Materials in oder
auf den Leiter oder zwischen die Isolierschichten einlegt, oder aber daß man die
Kabelpapiere oder andere Materialien, die zur Isolierung verwendet werden, beispielsweise
Filmfolien mit den Zusatzstoffen vorimprägniert, auffüllt oder bestreicht.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorher angegebene Beispiel,
bei dem mehr oder minder dichte Papierschichten der üblichen Art verwendet werden,
sondern umfaßt selbstredend auch solche Kabel, deren Isolation unter Anwendung des
Erfindungsgedankens in beliebiger Anordnung und Staffelung aus verschiedenartigen
Isoliermaterialien, beispielsweise mit wechselnden Schichten von flüssigkeitsdichten
Filmfolien und Papierbändern aufgebaut ist. Die letztbeschriebene Ausführungsart
hat den Vorteil, daß auch bei übermäßiger
Erwärmung, wie .sie beispielsweise
bei Kurzschlüssen eintreten kann, keine große Abwanderung. der Tränkmasse stattfinden
kann.
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Wenn die Imprägnierung der gesamten Isolierung in üblicher Weise nach
deren Aufbringung im trockenen Zustand stattfinden soll, so müssen die Papier- und
Filmbänder so angieordnet werden, daß sie die Imprägnierung nicht behindern. Eine
hierfür besonders geeignete Art der Aufbringung von Papier- und Filmbändern, .die
sich auch bei Mängeln im Kabeldielektrikum als, vorteilhaft -erweist, ist durch
Abb. i für eine einzelne Schicht der Kabelisolation dargestellt. Die Filmbänder
:2 sind breiter als die Papierbänder und sind bei der Herstellung der Bewicklung
so zwischen die Papierbänder i gelegt, daß sie mit ungefähr der Hälfte ihrer Breite
ein Papierband von unten und das nächste von oben teilweise bedecken. Es ist gut,
die Filmbänder so breit zu wählen, daß sich die von einem Papierband getrennten
Ränder zweier benachbarter Filmbandwindungen überschneiden, wie dies in der Abbildung
dargestellt ist. Hierdurch wird die Bildung von Hohlräumen, die in radialer Richtung
über eine Reihe von Isolierschichten verlaufen, unmöglich gemacht.
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Werden bereits imprägnierte Papiere auf die Leiter aufgewickelt, so
daß also eine nachträgliche Imprägnierung der fertigen Wicklung unnötig ist, so
können die zwischen den Papierlagen eingebetteten, Ionenbarrieren darstellenden
Filmfolien auch mit überlappung aufgewickelt werden. An Stelle der Filmbänder können
zu dem gleichen Zweck auch Schichten pergamentierten Papiers verwendet werden. Es
ist auch möglich und unter Umständen nützlich, ausschließlich pergamentiertes Papier
zu benutzen. Als Filmmaterialien kommen grundsätzlich alle für Isolierzwecke brauchbaren
Stoffe in Frage, also beispielsweise Celluloseester, Celluloseäther, Hydratcellulose
usw. oder auch Filme aus Kunststoffen, beispielsweise solche auspolymerisierten
Derivaten der Acrylsäure. Zweckmäßig verwendet man thermoplastische Filme, damit'
durch Erwärmung an den Überlappungsstellen ein gewisses Verkleben stattfindet und
auf diese Weise mehr oder minder geschlossene Trennschichten entstehen.
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An Stelle der gleichmäßigen Verteilung dieser Filmbänder auf die Isolation
kann auch ihre bevorzugte oder ausschließliche Anwendung an einzelnen Stellen treten,
an denen ihre Barrierenwirkung gegen eventuelle elektrische Entladungen bzw. Abwandern
der Isoliermasse besonders erwünscht erscheint. So kann man beispielsweise die unmittelbar
an den Leiter grenzende Schicht im wesentlichen aus Filmmaterialien herstellen bzw.
die äußeren Zonen der Isolation oder auch beides. Hiermit wird gleichzeitig erreicht,
daß während -der Montage der Kabelenden in Muffen und Endverschlüssen das Eindringen
von Feuchtigkeit in die Isolation erschwert bzw. praktisch unmöglich gemacht wird.
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Die Erfindung ist in gleicher Weise anwendbar auf Ein- und Mchrleiterkabel.
Bei Einleiterkabeln begnügt man sich für die Gasführung entweder mit den Lücken
zwischen den einzelnen Drähten des Seiles oder, wenn diese unzureichend erscheinen,
vergrößert man sie künstlich durch Anwendung von Spezialverseilungen bzw. wendet
im Extremfall Hohlleiter irgendeiner bekannten Form an. Auch kann grundsätzlich
ein Gaskanal irgendeiner hierfür bekannten Form zwischen Mantel und Aderisolation
vorgesehen werden, der allein oder gleichzeitig mit eventuellen Hohlräumen im Leiter
zur Gasführung dient.
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Das Unterdrucksetzen des Kabels erfolgt zweckmäßig mit einem neutralen
Gas. Ob man hierfür Gase verwendet' die leicht oder schwer löslich sind, ist im
Einzelfall zu entscheiden. Will man einer nachträglichen Lösung von Gas in der Imprägniermasse
vorbeugen, so kann diese nach bekannten Verfahren mit Gas gesättigt werden.
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In Abb.2 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Kabels gemäß
der Erfindung dargestellt. Jeder von den drei Leitern a 'des dargestellten Dreileiterkabels
ist mit der Isolierung b umgeben, die eine gemäß der Erfindung getränkte Faserstoff
isolation ist und bei der in der oben angegebenen Weise Schichten aus Faserstoffm:aterial
mit solchen aus Filmmaterial abwechseln können: Die Isolation ist durch eine Bewicklung
c aus perforiertem metallisiertem Papier abgeschlossen. Die Zwischenräume d sind
entweder überhaupt nicht durch irgendwelche festen Stpffe ausgefüllt, so: daß das
unter hohem Druck stehende Gas von ihnen aufgenommen werden kann, oder sie sind
ausgefüllt von unimprägni:ertem Faserstoffmaterial oder perforierten Rohren, Stützschrauben
u. dgl., durch welche die Zirkulation des Druckgases in -den Zwickeln nicht gehindert
wird: Bei Einleiterkabeln müssen Zwischenräume für das Gas vorgesehen werden. Die
Kabelseele ist durch ihren Mantel e abgeschlossen, der entweder aus Blei oder einem
,anderen wasserdichten Stoff bestehen kann. Auf den wasserdichten Mantel ist eine
Bandage aus Metall- oder Isolierstoff f, die zur Erhöhung der Druckfestigkeit :des
wasserdichten Mantels dient, aufgebracht. Über dem Ganzen befindet sich schließlich
.die in der üblichen Weise aufgebaute Schutzhülle.
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Der Vorzug der beschriebenen Kabel gegenüber bekannten Kabeln mit
Trennschicht besteht in einer erheblichen Verbilligung durch
Wegfall
der Trennschicht und außerdem in der Möglichkeit, mit erheblich geringeren Drücken
auszukommen als bei Anwendung vonBlei alsTrennschicht, so daß also fürKabel der
beschriebenen Bauart, von Sonder- und Grenzfällen abgesehen, im allgemeinen unbewehrte,
bewehrte oder bandagierte Bleimäntel als ausreichende äußere Begrenzung der Druckräume
bzw. der unter Druck stehenden Isolierung Anwendung finden können. Die Unterdrucksetzung
und Unterdruckhaltung kann grundsätzlich in beliebiger Weise geschehen. Es ist hierbei
gleichgültig, ob durch besondere Vorkehrungen, beispielsweise An-Wendung von Reduzierventilen,
für eine Konstanthaltung des Druckes in engen Grenzen gesorgt wird, oder aber mehr
oder minder große Variationen, beispielsweise bei Temperaturänderungen, zugelassen
werden. Auch ist es ohne Einfluß auf das Wesen der Erfindung, ob Zusatzbehälter
mit konstantem oder veränderlichem Volumen verwendet werden oder ob zeitweise oder
dauernd für einen Nachschub von Gas entsprechend der auftretenden Absorption oder
den Verlusten auf Grund von Undichtigkeiten gesorgt wird.