Keine elektrische Feldsteuerung
In der Leiterisolation eines Kabels mit Höchstädterschutz sind die Equipotentiallinien sehr regelmässig verteilt. Am Ende des äusseren Erdschirmes ergibt sich zwangsweise eine erhöhte Konzentration der Feldstärke, welche ohne Gegenmassnahmen zu Teilentladungen führt. Als Folge wird über kurz oder lang ein Durchschlag erfolgen
Bild 5. Feldlinien am Ende der äusseren Leitschicht ohne Feldsteuerung
Um diese Teilentladungen und damit einen Ueber- oder Durchschlag zu vermeiden, ist eine der folgenden Massnahmen zu ergreifen :
• Geometrische Feldsteuerung
• Ohmsche (resistive) oder refraktive Feldsteuerung
• Feldsteuerung mit Zinkoxidbelag.
Der äussere Erdschirm wird in hyperbolischer Form mit progressiver Oeffnung verlängert. Dieser Feldsteuertrichter muss der Kabel-isolation angepasst sein und metallisch oder halbleitend sein.
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Bild 6. Feldlinien am Ende der äusseren Leitschicht bei geometrisch-kapazitiver Feldsteuerung
https://www.nexans.com/Switzerland/files/MS-Technik_1.pdf

Im Zentrum befindet sich der eigentliche Leiter, welcher aus Kupfer oder Aluminium besteht und einen Querschnitt bis zu 3500 mm2 aufweisen kann, im Bild mit (1) beschriftet. Daran anschließend befindet sich eine elektrisch schwach leitfähige Schicht (2), gefolgt von dem eigentlichen Isolationsmaterial (3). Daran anschließend kommt eine schwach leitfähige Schicht (4), gefolgt von der äußeren elektrischen Schirmung (5) und der Außenisolierung, welche vor Umwelteinflüssen, Feuchtigkeit und mechanischen Schäden schützt[1]
Die schwach leitfähigen Schichten auf beiden Seiten des Isolationsmaterials dienen zur Feldsteuerung. Sie gewährleisten eine gleichmäßige und glatte Oberfläche zwischen dem elektrischen Leiter und dem Isolationsmaterial. Ohne diese schwach leitende Schicht käme es durch Unebenheiten zu lokalen Feldstärkeüberhöhungen im Grenzbereich, welche Teilentladungen begünstigen und so Auslöser von Spannungsdurchschlägen und infolgedessen Ursache thermischer Zerstörung des Kabels sein können. Weiter dienen sie dazu, Lufteinschlüsse zu vermeiden.
https://de.wikipedia.org/wiki/Hochspannungskabel

2.2.3.2. Grundlagen linear-resistiver Steuerungen
Abbildung 2.3zeigt nach [Riv98] exemplarisch für eine Spannung U=15 kV typische Potentialverläufe resistiver Steuerungen, die sich für unterschiedliche Leitfähigkeiten ergeben.
[Formel]
Die strichlierten Verläufe zeigen eine unzureichende Steuerung, da das Potential nur unvollständig aufgebaut wird. Die durchgezogene, schwarze Kennlinie verfügt über eine zu geringe Leitfähigkeit, da der Gradient der Potentialverteilung zu hoch ist. Die beiden übrigen zeigen eine wirkungsvolle Steuerung, bei der das Potentialvollständig aufgebaut wird. … Die Phasenverschiebung ist am geerdeten (Schirm-)Ende am größten und nimmt zum hochspannungsseitigen Ende hin ab. Zu einer Erhöhung der tangentialen Feldstärke führt der abfallende Zweig dieser Überschwingung aber nicht, ebenso wenig ist ein Einfluss der Phasen-verschiebung auf die Steuerwirkung des Systems zu erkennen. Gleichzeitig lassen sich so resistiv und kapazitiv steuernde Systeme unterscheiden [Gre00].
Abbildung 2.3.:Beispiel einiger Potentialverteilungen, die sich bei einer resistiven Steuerung ergeben würden (nach [Riv99])
http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5129/7/Dissertation_fina...
(Hier am Beispiel eines Hochspannungsisolators mit Schirmsteuerung)

4.3. Kabelgarnituren4.3.1. Einsatzmöglichkeiten des Mikrovaristormaterials
Abbildung 4.31.: Ersatzschaltbild einer Kabelgarnitur mit nichtlinear-resistiver Feldsteuerung. Die feldstärkeabhängige Leitfähigkeit der grün gezeichneten Schicht aus ZnO-Mikrovaristormaterial reduziert hohe tangentiale elektrische Felder auf der Oberfläche. [B7]
https://d-nb.info/1022900005/34

7.2.1.7 Elektrische Schirmung.
Die elektrische Schirmung wird nur bei Kabeln mit Nennspannungen größer als 1 kV angewandt. Sie dient der Steuerung und Begrenzung des elektrischen Feldes, der Fortleitung von Ableit- und Ladeströmen und dem elektrischen Berührungsschutz. Die Schirmung besteht in der Regel aus einer Kombination von leitfähigen Schichten mit metallischen Bauelementen
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Dazu dienen metallische Schirme, die mit den äußeren Leitschichten in galvanischem Kontakt stehen. Je nach Kabelart dienen dazu
• Kupferdrahtlagen mit Querleitwendeln über den verseilten, gegebenenfalls durch leitfähige Schichten einzeln geschirmten Adern
• Kupferdrahtlagen mit Querleitwendeln über jeder einzelnen geschirmten Ader
• Metallmäntel über jeder einzelnen Ader oder über den verseilten einzeln geschirmten Adern
• Stahldrahtbewehrungen über den verseilten und einzeln geschirmten Adern.
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7.2.3 Bauarten von Kabeln
7.2.3.1 Grundbauarten.
Die Grundbauarten von Kabeln werden in solche mit radialem oder nichtradialem elektrischem Feld unterschieden, weil dieses die elektrische Beanspruchung der Isolierungen bestimmt. Die sogenannten Gürtelkabel zeichnen sich durch ein nichtradiales elektrisches Feld aus. Ihr Nachteil ist die ungünstige elektrische Feldverteilung, vor allem in den mit nichtgeschichteten Isoliermaterialien gefüllten Zwickeln zwischen den Leitern. Bei Spannungen oberhalb von 10 kV ergeben sich dadurch erhebliche elektrische Probleme. Gürtelkabel werden daher nur bis etwa 30 kV hergestellt, heute jedoch selten bei Spannungen von mehr als 10 kV verwendet. Die Schirmung jeder einzelnen Ader führt zu einem feldfreien Raum in den Zwickeln. Das elektrische Feld zwischen Leiteroberfläche und Schirmung ist radialsymmetrisch und daher nur schwach inhomogen. Die elektrische Beanspruchung der Isolierstoffe ist deshalb bei Radialfeldkabeln geringer als bei Gürtelkabeln. Bereits 1913 sind zu diesem Zweck Kabeladern in den USA mit Metallfolien umwickelt worden. Die entscheidende Verbesserung von Höchstädter ist jedoch die Verwendung von metallisiertem und perforiertem Papier als oberste Lage der Aderisolierung. Diese Schirmung hat die gleiche Wärmeausdehnung wie die eigentliche Aderisolierung. Später wurde die Einzeladerschirmung durch Metallmäntel (Dreimantelkabel) verwirklicht. Derartige Kabel wurden für Spannungen bis 60 kV gefertigt. Sie werden jedoch heute nur bis etwa 30 kV eingesetzt. Die elektrischen Feldbilder von Starkstromkabeln sind im Bild 7.21 dargestellt.
https://www.researchgate.net/profile/Gerhard_Herold/publicat...

Kontextübersetzung:

Dieses Dokument gilt für vernetzte Polyethylen-isolierte Kabel mit radialem Feld, *konstantem Gradienten* und Nennspannungen zwischen 6/10 (12) kV und 18/30 (36) kV, die für den Betrieb in öffentlichen oder privaten Verteilungsnetzen vorgesehen sind.