DE1161604B - Elektrisches Kabel, dessen Isolierung aus Polyaethylen besteht, das durch Impraegnieren mit Kabeloel gequollen ist - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIb

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21c-7/52

G 29062 VIIId/21 c
18. Februar 1960
23. Januar 1964

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel, dessen Isolierung aus Polyäthylen besteht, das durch Imprägnieren mit Kabelöl gequollen ist.

Eine aus Polyäthylen bestehende Isolierung zeichnet sich durch eine günstige dielektrische Konstante, geringe Verluste in dem für Kabel üblichen Temperaturbereich und geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit aus. Die Widerstandsfähigkeit von Polyäthylen gegen Beanspruchung durch Coronaentladung ist jedoch unzureichend, da dabei das Polyäthylen durch Ionisation in kleinen Lücken oder Gaseinschlüssen in der Isolierung oder in der Nähe der Isolationsflächen angegriffen wird.

Es ist bereits bekanntgeworden, ein mit Polyäthylen isoliertes Kabel mit einem druckfesten Außenmantel zu versehen und die Polyäthylenisolierung durch Zugabe einer kleinen Kabelölmenge anzuquellen, um die in der Isolierung vorhandenen Hohlräume zusammenzuquetschen und dadurch die Durchschlagsfestigkeit des Kabels zu erhöhen. Da sich jedoch normales Polyäthylen in Kabelöl löst, darf nur eine genau dosierte Menge zum Anquellen verwendet werden, da sonst das Polyäthylen in unerwünschter Weise vom Kabelöl gelöst wird. Andererseits ist es bekannt, zur Isolierung elektrischer Kabel Bänder aus quervernetztem Polyäthylen zu verwenden. Quervernetztes Polyäthylen zeichnet sich durch erhöhte Temperaturbeständigkeit aus und löst sich bei normaler Temperatur nicht in Kabelöl, es unterscheidet sich jedoch in der Widerstandsfähigkeit gegenüber Coronaentladungen nicht von normalem Polyäthylen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Widerstandsfähigkeit eines mit Polyäthylen isolierten Kabels gegenüber Coronaentladungen zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Kabel, dessen Polyäthylenisolierung durch Imprägnieren mit Kabelöl gequollen ist, erfindungsgemäß als Polyäthylen ein an sich für Kabelisolierungen bekanntes quervernetztes Polyäthylen verwendet.

Im Gegensatz zu normalem Polyäthylen ist quervernetztes Polyäthylen bei normalen Arbeitstemperaturen und sogar bei höheren Temperaturen nicht in Kabelöl löslich. Quervernetztes Polyäthylen kann also mit Kabelöl gesättigt werden, wobei die im Polyäthylen vorhandenen Hohlräume mit Kabelöl ausgefüllt werden. Da bekanntlich Kabelöl ein guter Isolator ist, wird durch die Durchtränkung von quervernetztem Polyäthylen mit Kabelöl eine gegen Coronaentladungen äußerst widerstandsfähige Isolierung erzielt. Diese Isolierung erfordert keinen druckfesten Kabelmantel, da die Hohlräume durch Kabelöl ausgefüllt sind und eine Beseitigung der Hohlräume Elektrisches Kabel, dessen Isolierung aus
Polyäthylen besteht, das duroh Imprägniereil
mit Kabelöl gequollen ist

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N.Y.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht, München 2,
Sendlinger Str. 55, und Dr. R. Schmidt,
Oppenau (Renchtal), Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

William Carleton Brastow,

Eugene Lyman Crandall,

Robert Spencer Kent, Fairfield, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Februar 1959

(Nr. 794 617)

durch Zusammenquetschen darüber hinaus unerwünscht wäre.

Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines Kabels nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Kabel nach Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Kabels,

F i g. 4 einen Schnitt durch ein mit vielen Schichten versehenes Kabel und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die den Volumenzuwachs in Abhängigkeit von der Zeit bei der Behandlung eines durch Bestrahlung quervernetzten Polyäthylens mit Kabelöl zeigt.

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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen beispielsweise aus Aluminium- oder Kupferdraht oder -drähten bestehenden Leiter 10, der von einer Schicht 11 aus stranggepreßtem Polyäthylen umgeben ist.

Das Polyäthylen der Schicht 11 — das am besten mit Füllstoffen durchsetzt ist — ist durch Zusatz von etwa 3 Gewichtsprozent Di-a-cumylperoxyd und nachfolgender Wärmebehandlungquervernetzt worden. Das Strangpressen ist in jeder Hinsicht in herkömm-

und es anschwellen läßt, wenn es darin eingetaucht ist. Der Volumenzuwachs (in Prozent) bei gegebenen Temperaturen ist gegen die Zeit (in Minuten) in logarithmischem Maßstab aufgetragen. Obwohl die Kurven bei 100 Minuten enden, ist der Zuwachs nach 24 Stunden bei 90 und 100 C durch Ablesen bestimmt worden. Mit ansteigenden Temperaturen werden größere Mengen des Kabelöls vom Polyäthylen aufgenommen, ehe es gesättigt ist. Es ist nicht er-

licher Weise durchgeführt; das Polyäthylen ist bei- io forderlich, daß das Polyäthylen vollständig gesättigt spielsweise durch Vulkanisieren mit offenem Dampf ist, damit die besten Ergebnisse in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden. Es ist jedoch empfehlenswert, daß die Sättigungsgrenze annähernd

erreicht wird, damit wirklich alle Lücken ausgefüllt

wechselnden Temperaturen das Öl von dem quervernetzten Polyäthylen absorbiert oder abgegeben wird. Das Papier dient also abwechselnd als Reservoir

gehärtet.

Nachdem die Schicht 11 auf den Leiter 10 durch Strangpressen aufgetragen wurde, wird sie mit Kabelöl,

unter Umständen bei erhöhten Temperaturen, in 15 sind. Die Schichten 15 aus dem Kraftschen Papier Berührung gebracht, und zwar so lange, bis sie die dienen als Docht für das Öl, so daß bei zyklisch vorgegebene Menge Öl absorbiert hat. Die absorbierte
Menge läßt sich leicht aus dem Anschwellen der
Schicht 11 bestimmen. Man kann aber auch das

Kabelöl vor dem Strangpressen der Mischung zu- 20 für das öl und als Docht, der die vom Polyäthylen bei setzen. Temperaturabfall abgegebene Ölmenge wieder ab-

Nachdem die Schicht 11 die gewünschte Menge öl sorbiert.

absorbiert hat, wird sie vorzugsweise mit einer un- Wie das Kabel der F i g. 1 und 2 kann die Ausdurchlässigen Schicht 12 umgeben, die aus einem führungsform der F i g. 3 und 4 in eine undurchlässige Metall, z. B. Blei oder Aluminium, oder aus einem 25 Schicht 16 eingehüllt sein, die aus Metall oder einem nichtmetallischen Stoff, z. B. wärmeschrumpfbaren undurchlässigen nichtmetallischen Stoff besteht. Polyäthylenterephthalatband, stranggepreßtem Poly- Obwohl die Ausführungsform der F i g. 3 und 4

vinylchlorid, Neopren od. dgl., bestehen kann. mit den abwechselnden Schichten 14 (aus Papier) und

Kabelöle sind gewöhnliche Kohlenwasserstofföle, 15 (aus Polyäthylen) zu bevorzugen ist, leuchtet ein, die durch einen geringen Feuchtigkeits- und Schwefel- 30 daß die Schichten 14 und 15 beide lediglich aus begehalt und durch einen hohen Reinheitsgrad gekenn- strahltem Polyäthylen bestehen können. Ein bezeichnet sind. Wichtig ist, daß sie nichtsauer und sonderer Vorteil bei der Verwendung von Polyäthylen nichtpolar sind. Das Kabelöl sollte gemäß einer Aus- und Kabelöl als Isolierung beruht auf dem Umstand, gestaltung der Erfindung vorzugsweise aus einem daß beide eine dielektrische Konstante von 2,2 beRohstoff auf Naphtholgrundlage bereitet werden. 35 sitzen. Folglich ist die Beanspruchung durch die Die Viskosität sollte bei 100° C zwischen 95 und
105 Saybolt-Sekunden (Sayboltsches Viskosimeter in
den USA verwendetes Viskosimeter für öle. Unter
Saybolt-Sekunden versteht man die Zeit, die eine bestimmte Flüssigkeitsmenge benötigt, um durch eine 40
Mündung von vorgeschriebenem Durchmesser zu
fließen. Diese Sekundenzahl ist ungefähr proportional
der Viskosität.) betragen. Kabelöle müssen außerdem
frei von anorganischen Chloriden und Sulfaten sein
und dürfen keine Verunreinigungen enthalten.

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein vielstrangiger Leiter 13 ist abwechselnd mit einer Schicht 14 aus Polyäthylenband, das durch Bestrahlung quervernetzt

Spannung innerhalb der Isolierung gleichmäßiger zwischen dem Polyäthylen und dem Kabelöl verteilt, als es bei Stoffen mit verschiedenen dielektrischen Konstanten der Fall sein würde.

Das Kabel nach der Erfindung kann leicht den verschiedenen Druckbedingungen angepaßt werden; es läßt sich sowohl für ölgefüllte als auch für gasgefüllte Kabel verwenden. Die einzige erforderliche Vorkehrung ist die undurchlässige Schicht 12 oder 16, die fähig ist, den Druck auszuhalten. Stickstoff ist beispielsweise ein Gas, das in dem Kabel nach der Erfindung verwendet werden kann.

Tabelle I gibt die Ergebnisse einer Prüfung auf die Widerstandsfähigkeit des Kabels nach der Erfindung

worden ist, und einer Schicht 15 aus mit Kabelöl ge- 50 gegen die Beanspruchung durch Corona-Entladung

tränktem Kraftschen Papierband umgeben. Für die im Vergleich zu einer Probe (Probe 1) an, die kein

Schicht 15 wird Kraftsches Papier von großer elek- Kabelöl enthielt, trischer Güte verwendet. Dieses Papier zeichnet

sich durch eine äußerst sorgfältige Herstellung aus, Tabelle I

bei der alle chemischen Verunreinigungen entfernt 55 Prüfung der Widerstandsfähigkeit gegen die Bean-

werden. Es ist nichtsauer, und seine Stärke beträgt spruchung durch Corona-Entladung von Proben

verschiedener Kabel

etwa 0,005 bis 0,02 cm. Innerhalb dieses Bereichs sind
die Toleranzen begrenzt. Die Schichten aus dem
Kraftschen Papier können ganz oder teilweise durch
andere überzogene Unterlagen, z. B. gelackte Kambrik- 60
oder Überzugsstoffe, wie Polyäthylenterephthalat,
Polycarbonate, polymere Amide u. dgl, ersetzt werden.
Die Bänder der Schichten 14 und 15 können vor der
Auftragung auf den Leiter 13 mit dem Kabelöl in Die Probe wurde in eine Kupferröhre eingesetzt

Berührung gebracht werden oder können nach der 65 und durch die Abdichtung an den beiden Enden in der Auftragung auf das Kabel mit Öl gesättigt werden. Mitte der Röhre gehalten, so daß ein annähernd Die Kurven der F i g. 5 stellen dar, wie das Kabelöl gleicher Luftspalt von 0,25 cm zwischen der äußeren, mit der Zeit in das bestrahlte Polyäthylen eindringt isolierten Oberfläche der Probe und der Innenwand

Leiter 0,775 cm fester

Kupferdraht
Stärke der Isolierung 0,250 cm

Versuchsbed mgungen

der Röhre gegeben war. Eine Spannung von 11 kV und 60 Hz wurde an den hochgespannten Leiter angelegt, während die Kupferröhre geerdet war. Die Proben wurden bei Zimmertemperatur geprüft.

Die Art der Isolierung und die Versuchsergebnisse waren wie folgt:

Tabelle II

Physikalische Eigenschaften des durch Bestrahlung quervernetzten Polyäthylens, das bei 90° C in Kabelöl

gealtert wurde

Probe

Isolierung

Anzahl der Tage bis zum Versagen

durch Bestrahlung quervernetzte Polyäthylenbänder ohne Behandlung mit Kabelöl

durch Bestrahlung quervernetzte Polyäthylenbänder, die bei Zimmertemperatur mit Kabelöl behandelt wurden

durch Bestrahlung quervernetzte Polyäthylenbänder, die bei 90° C mit Kabelöl behandelt wurden

durch Bestrahlung querver- kein Versagen netzte Polyäthylenbänder, nach

die bei Zimmertemperatur 530 Tagen mit Kabelöl behandelt wurden, und abwechselnd mit Bändern aus Papier elektrischer Güte, das mit Kabelöl getränkt war, aufgetragen wurden

durch Bestrahlung querver- kein Versagen netzte Polyäthylenbänder, nach

die bei 90° C mit Kabelöl 530 Tagen behandelt wurden und abwechselnd mit Bändern aus Papier elektrischer Güte, das mit Kabelöl getränkt war, aufgetragen wurden

Tabelle II gibt die physikalischen Eigenschaften des durch Bestrahlung quervernetzten Polyäthylens an, das unterschiedlich lange in Kabelöl gealtert wurde:

Alterungszeiten	Durchschnittliche °/o Dehnbarkeit	Durchschnittliche Zugfestigkeit kg/cm2
ITag 1 Monat 2 Monate 4 Monate 8 Monate 16 Monate	482,7 503,7 566,7 503,7 529,9 534,8	163 160 178 169 169 164

Die Angaben der vorstehenden Tabelle zeigen, daß weder die Dehnbarkeit noch die Zugfestigkeit sich in Abhängigkeit von der Alterungsdauer wesentlich ändern. Die physikalischen Eigenschaften wurden bei Zimmertemperatur geprüft.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kabel, dessen Isolierung aus Polyäthylen besteht, das durch Imprägnieren mit Kabelöl gequollen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyäthylen ein an sich für Kabelisolierungen bekanntes quervernetztes Polyäthylen verwendet ist.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kabelöl ein Kohlenwasserstofföl auf Naphtholgrundlage verwendet ist.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen in Form eines Bandes verwendet ist.

4. Elektrisches Kabel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem quervernetzten Polyäthylen von einer ölundurchlässigen Schicht überlagert ist.

5. Elektrisches Kabel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten aus Polyäthylen abwechselnd mit mehreren Schichten aus Kraftpapier aufgetragen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 025 474, 1 034 234; Zeitschrift ETZ-A, 1958, H. 21, S. 816.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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