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Isolationen für Mittelspannungskabel Dr. Francis Krähenbühl 3 EINLEITUNG 1 Der vorliegende Artikel behandelt in erster Linie die Isolationsarten, welche bei erdverlegten Kabeln in MS-Netzen zur Anwendung kommen. Der schrittweise Übergang vom Papier zu den thermoplastischen Isolationen und später zu den vernetzten Polymeren, verlief bekanntlich nicht überall ganz problemlos. In welchem Masse Feuchtigkeit, Teilentladungen, mechanische Beanspruchung usw., die Alterung der neuen Werkstoffe beeinflussen können, war anfänglich kaum bekannt. Weiteres Perfektionieren wird auch in Zukunft noch möglich sein. Verschiedene Elektrizitätswerke im Inund Ausland haben bis heute die imprägnierte Papierisolation der Kunststofftechnologie vorgezogen. Nachfolgend wird versucht, die heute gebräuchlichen Techniken aufzuzeigen und einen Einblick in die laufende Entwicklungstätigkeit zu geben, welche darauf abzielt die Kabelisolationen weiter zu optimieren. Dank grossem Forschungs- und Entwicklungsaufwand konnten die Eigenschaften der Kunststoffisolationen laufend verbessert werden. FoIsolationsarten und ihre Einsatzgebiete Es ist zwischen zwei Hauptgruppen zu unterscheiden : gewickelt und extrudiert. gewickelt Papier PPLP Isolation PVC Bild 1. Die gebräuchlichen Isolationsarten extrudiert PE XLPE EPR
Isolationen für Mittelspannungskabel Dr. Francis Krähenbühl 4 1 Die Isolation aus imprägniertem Papier Für NS-, MS- und HS-Kabel kommt im allgemeinen normales, auf der Basis von Zellulosefasern hergestelltes Papier zum Einsatz. Es werden Papiere mit einer Stärke zwischen 50 und 200 µm, sowie einer Dichte zwischen 650 und 1000kg/m 3 verwendet. Da die Dichte der Fasern selbst in der Grössenordnung von 1500 kg/m 3 liegt, muss das erhebliche, zwischen den Fasern liegende Volumen mit einem Imprägniermittel ausgefüllt werden. Dazu bietet sich flüssiges Mineral- oder Synthetiköl oder Imprägniermasse (sogenannte Haftmasse) an. Letztere hat den grossen Vorteil, bei einer Temperatur von 120 °C flüssig zu sein und dadurch ausgezeichnete Imprägniereigenschaften aufzuweisen, sich aber bis zur maximalen Betriebstemperatur des Kabels in eine wachsartige, stark haftende Masse zu verwandeln. Ihre Zusammensetzung untersteht einer strengen Kontrolle zur Erhaltung einer plastischen Konsistenz, welche dem Kabel ein gutes Biegeverhalten verleiht. Im Höchstspannungsbereich (400kV und mehr) sind in den letzten Jahren neuartige Papiere eingesetzt worden. Es handelt sich dabei um ein dreilagiges Laminat aus Papier und Polypropylen, genannt PPLP (PolyPropylene Laminated Paper). Dieser Isolationstyp verbindet in idealer Weise die besonderen Eigenschaften der traditionellen, imprägnierten Papierisolation mit den hervorragenden elektrischen und dielektrischen Charakteristiken von Kunststoffisolationen. Eine derartige Isolation erzeugt geringere dielektrische Verluste als eine herkömmliche Papierisolation und erhöht die Durchschlagsfestigkeit um 25 bis 30 %. Aus preislichen Gründen bleibt diese Isolationsart aber den Höchstspannungskabeln vorbehalten. Die extrudierten Isolationen Die meisten, heute im Gebrauch stehenden Thermoplaste wurden in den Dreissigerjahren entwickelt. Abgesehen von einigen Spezialanwendungen, begann der Einsatz von PVC (PolyVinyl Chlorid) und PE (Polyäthylen) als Isoliermaterial für elektrische Kabel eigentlich erst in den Fünfzigerjahren. Man unternahm Versuche mit PE einer niedrigen Dichte (LDPE) um 916 - 930 kg/m 3 sowie mit PE hoher Dichte (HDPE) welche Werte um 945 - 960 kg/m 3 aufwiesen. Man wurde sich bald bewusst, dass das Alterungsverhalten der beiden Materialien unbefriedigend war und die Schmelztemperatur zu tief lag, für die Betriebstemperaturen mit welchen Papierbleikabel normalerweise gefahren wurden. Um den genannten Nachteil auszuschalten, entwickelte man die Vernetzungsverfahren, welche im nächsten Kapitel näher beschrieben werden. Daraus ergaben sich das vernetzte Polyäthylen (XLPE für CrossLinked PolyEthylene) und das EPR (Ethylene Propylene Rubber), welches auch unter dem Namen Kunstgummi bekannt ist. Es wird weiter unten auf die interessanten Eigenschaften der beiden meistverwendeten Kabelisoliermaterialien eingegangen.
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Isolationen für<br />
Mittelspannungskabel<br />
Dr. Francis Krähenbühl<br />
3<br />
EINLEITUNG<br />
1<br />
Der vorliegende Artikel behandelt<br />
in erster Linie die Isolationsarten,<br />
welche bei erdverlegten Kabeln in<br />
MS-Netzen zur Anwendung kommen.<br />
Der schrittweise Übergang<br />
vom Papier zu den thermoplastischen<br />
Isolationen und später zu<br />
den vernetzten Polymeren, verlief<br />
bekanntlich nicht überall ganz problemlos.<br />
In welchem Masse Feuchtigkeit,<br />
Teilentladungen, mechanische<br />
Beanspruchung usw., die<br />
Alterung der neuen Werkstoffe<br />
beeinflussen können, war anfänglich<br />
kaum bekannt.<br />
Weiteres Perfektionieren wird auch<br />
in Zukunft noch möglich sein. Verschiedene<br />
Elektrizitätswerke im Inund<br />
Ausland haben bis heute die<br />
imprägnierte Papierisolation der<br />
Kunststofftechnologie vorgezogen.<br />
Nachfolgend wird versucht, die<br />
heute gebräuchlichen Techniken<br />
aufzuzeigen und einen Einblick in<br />
die laufende Entwicklungstätigkeit<br />
zu geben, welche darauf abzielt<br />
die Kabelisolationen weiter zu<br />
optimieren.<br />
Dank grossem Forschungs- und<br />
Entwicklungsaufwand konnten die<br />
Eigenschaften der Kunststoffisolationen<br />
laufend verbessert werden.<br />
FoIsolationsarten und ihre Einsatzgebiete<br />
Es ist zwischen zwei Hauptgruppen<br />
zu unterscheiden : gewickelt<br />
und extrudiert.<br />
gewickelt<br />
Papier<br />
PPLP<br />
Isolation<br />
PVC<br />
Bild 1.<br />
Die gebräuchlichen<br />
Isolationsarten<br />
extrudiert<br />
PE<br />
XLPE<br />
EPR
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