Hochspannungskabel- und Isolationstechnologien

Hochspannungskabel (HV-Kabel) sind Kabel, die für die Hochspannungs-Energieübertragung verwendet werden. Kabel bestehen aus Leitern und Isolatoren. Kabel gelten als vollständig isoliert im Gegensatz zu Freileitungen, die eine Isolierung enthalten können, aber nicht vollständig für die Betriebsspannung ausgelegt sind (z. B.: Baumkabel).Verschiedene Arten von Hochspannungskabeln haben eine Vielzahl von Anwendungen in Instrumenten, Zündsystemen und Wechselstrom- (AC) und Gleichstrom- (DC) Energieübertragung.Bei allen Anwendungen darf die Isolierung der Kabel nicht durch Hochspannungsbelastung, Ozon oder elektrische Kriechstrombildung durch elektrische Entladungen in der Luft beeinträchtigt werden. Kabelsysteme müssen Hochspannungsleiter vor Kontakt mit anderen Objekten oder Personen schützen und Leckströme enthalten und kontrollieren .Kabelverbindungen und -anschlüsse müssen so ausgelegt sein, dass sie Hochspannungsbelastungen kontrollieren, um einen Isolationsdurchbruch zu verhindern.

Hochspannungskabel können auf Längen von wenigen Fuß bis zu Tausenden von Fuß geschnitten werden, wobei relativ kurze Kabel in Geräten und längere Kabel in Gebäuden verwendet werden, entweder als erdverlegte Kabel in Industrieanlagen oder für die Stromverteilung. Die längsten Kabelschnittlängen sind meist Seekabel zur Energieübertragung.

Kabelisolationstechnologien

Wie andere Stromkabel haben Hochspannungskabel Strukturelemente aus einem oder mehreren Leitern, einem Isolationssystem und einem Schutzmantel. Hochspannungskabel unterscheiden sich von Niederspannungskabeln dadurch, dass sie eine zusätzliche innere Schicht im Isolationssystem haben, um das elektrische Feld zu kontrollieren um den Leiter. Diese zusätzlichen Schichten sind zwischen den Leitern bei 2.000 Volt erforderlich. Ohne diese halbleitenden Schichten würde das Kabel innerhalb von Minuten durch elektrische Belastung versagen. Diese Technologie wurde 1916 von Martin Hochstadter patentiert; die Abschirmung wird manchmal als Hochstadter-Abschirmung bezeichnet abgeschirmte Kabel wurden früher als H-Kabel bezeichnet.Je nach Erdungsschema kann die Abschirmung des Kabels an einem oder beiden Enden des Kabels geerdet werden. Der Spleiß in der Mitte des Kabels kann ebenfalls geerdet werden, je nach Länge des Stromkreises und ob ein halbleitender Mantel vorhanden ist wird auf direkt vergrabenen Stromkreisen verwendet.Seit 1960 dominieren extrudierte Kabel mit fester Isolierung den Stromverteilungsmarkt. Diese Mittelspannungskabel sind normalerweise mit EPR- oder XLPE-Polymerisolierung isoliert. EPR-Isolierung ist bei Kabeln von 4 bis 34 kV üblich. EPR wird aufgrund von Verlusten nicht häufig über 35 kV verwendet. kann aber in 69-kV-Kabeln gefunden werden.XLPE kann in allen Spannungsklassen ab der 600-V-Klasse und darüber verwendet werden. EAM-Isolierung wird manchmal vermarktet, aber die Marktdurchdringung bleibt gering.Feste extrudierte Isolierkabel wie EPR und XLPE machen den Großteil der heute hergestellten Verteilungs- und Übertragungskabel aus. Die relative Unzuverlässigkeit früher XLPEs führte jedoch zu einer langsamen Akzeptanz bei Übertragungsspannungen. Heute werden üblicherweise 330-, 400- und 500-kV-Kabel verwendet XLPE, aber das war erst in den letzten Jahrzehnten der Fall. Eine zunehmend seltenere Art der Isolierung ist PILC oder papierisoliertes Bleimantelkabel. Einige Versorgungsunternehmen installieren sie immer noch in Verteilerkreisen als Neukonstruktion oder Ersatz. Sebastian Ziani de Ferranti war es der erste, der 1887 demonstrierte, dass sorgfältig getrocknetes und vorbereitetes Kraftpapier bei 11.000 Volt eine zufriedenstellende Kabelisolierung bilden konnte.In der Vergangenheit wurden papierisolierte Kabel nur in Niederspannungs-Telegrafen- und Telefonkreisen verwendet. Bei Papierkabeln ist eine extrudierte Bleiummantelung erforderlich, um sicherzustellen, dass das Papier feuchtigkeitsfrei bleibt. Bis 1895 war eine große Anzahl von imprägnierten papierisolierten Mittelspannungskabeln kommerziell erhältlich verfügbar. Während des Zweiten Weltkriegs wurden verschiedene Isoliermaterialien aus synthetischem Gummi und Polyethylen für elektrische Kabel verwendet. Moderne Hochspannungskabel verwenden Polymere, insbesondere Polyethylen, einschließlich vernetztem Polyethylen (XLPE) zur Isolierung.

Der Niedergang von PILC kann in den 1980er und 90er Jahren betrachtet werden, als Stadtwerke damit begannen, mehr EPR- und XLPE-isolierte Kabel zu installieren. Faktoren, die zum Rückgang der PILC-Nutzung beitrugen, sind das hohe Verarbeitungsniveau, das zum Spleißen von Blei erforderlich ist, längere Spleißzeiten, reduzierte Haushaltsprodukte Verfügbarkeit und Druck, die Verwendung von Blei aus Umwelt- und Sicherheitsgründen einzustellen.Es sollte auch beachtet werden, dass gummiisolierte, mit Blei ummantelte Kabel vor 1960 auf den Nieder- und Mittelspannungsmärkten kurz populär wurden, aber von den meisten Versorgungsunternehmen nicht weit verbreitet waren.Die meisten Energieversorger gehen davon aus, dass vorhandene PILC-Einspeiser das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben und ein Austauschprogramm erforderlich ist.Vulkanisierter Kautschuk wurde 1844 von Charles Goodyear patentiert, aber erst in den 1880er Jahren zur Kabelisolierung verwendet, als er in Beleuchtungskreisen verwendet wurde. Der 11.000-Volt-Stromkreis, der 1897 für das Niagara Falls Power Project installiert wurde, verwendete gummiisolierte Kabel.

Seit den 1960er Jahren gelten ölgefüllte, luftgefüllte und Rohrkabel weitgehend als veraltet. Dieses Kabel ist so ausgelegt, dass eine große Menge Öl durch das Kabel fließt. Standard-PILC-Kabel sind mit Öl imprägniert, das Öl jedoch nicht entworfen, um das Kabel zu leiten oder zu kühlen. Ölgefüllte Kabel sind normalerweise bleiisoliert und können auf Rollen gekauft werden wird zuerst aufgebaut und das Kabel wird später durchgezogen. Das Kabel kann einen rutschfesten Draht haben, um Beschädigungen beim Ziehen zu vermeiden.Die Querschnittsfläche von Öl in Rohrkabeln ist deutlich höher als in ölgefüllten Kabeln. Diese Rohrkabel sind bei niedrigem, mittlerem und hohem Nenndruck mit Öl gefüllt. Höhere Spannungen erfordern höhere Öldrücke, um die Bildung von Hohlräumen zu verhindern, die auftreten können Teilentladungen innerhalb der Kabelisolierung verursachen. Rohrkabel haben normalerweise eine kathodische Schutzsystem-Antriebsspannung, während ölgefüllte Kabelkreise dies nicht tun. Rohrkabelsysteme sind normalerweise mit Bitumen beschichtet, um die Bildung von undichten Knoten zu verhindern.Viele dieser Sanitärkreisläufe sind noch heute in Betrieb. Sie sind jedoch aufgrund der hohen Vorabkosten und der großen O+M-Budgets, die für die Wartung einer Flotte von Pumpstationen erforderlich sind, in Ungnade gefallen.