DE2232696A1

DE2232696A1 - Schichtmaterial zur bildung von isolierschichten bzw. abschirmschichten bei elektrischen kabeln

Info

Publication number: DE2232696A1
Application number: DE2232696A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Maschio
Original assignee: Pirelli General Cable Works
Current assignee: Pirelli General Cable Works
Priority date: 1971-07-12
Filing date: 1972-07-04
Publication date: 1973-02-01
Also published as: AU4427772A; SE406241B; NL7209346A; FR2145578B1; GB1365894A; IE36524L; FR2145578A1; ES405169A1; JPS4848983A; AU471430B2; IT962360B; IE36524B1

Description

Pirelli General Cable Works Limited, Thavies Inn House, 3-4 Holborn Circus, London EClN 2QA, (England)

Schichtmaterial zur Bildung von. Isolierschichten bzw. Abschirmschichten bei elektrischen Kabeln

Die Erfindung betrifft ein Schichtmaterial zur Bildung von Isolierschichten bzw. Abschirmschichten bei elektrischen Kabeln, sowie unter Verwendung dieses· Materials hergestellte Kabel, Kabel-Verbindungen bzw. -Endabschlüsse und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Sowohl das isolierende als auch das abschirmende Schichtmaterial eignet sich nicht nur als Isolier- und/oder Abschirmmaterial für die Original-Kabelfertigung, sondern auch zur Wiederherstellung der Isolation bzw. Abschirmung an Kabel-Verbindungs- bzw. Abschlußstellen, nachdem die verschiedenen Leiter der Kabel miteinander verbunden bzw. abgeschlossen wurden.

Bei der Herstellung bestimmter elektrischer Kabel wird ein bekanntes Schichtmaterial in Form von Streifen zur

209885/0854

Bildung von isolierenden Lagen um die einzelnen Leiter des Kabels verwendet. Die Streifen aus dem Isoliermaterial werden um die einzelnen Leiter so herumgewickelt, daß eine Anzahl von sich überlappenden Lagen gebildet wird. Ferner ist es bekannt, halbleitendes Schichtmaterial in Streifenform zu verwenden, um in Kontakt mit den Leitern stehende innere Abschirmschichten zu bilden, bevor die Isolierschichten gewickelt werden, und ferner nach Vollendung der Isolierschichten eine äußere Abschirmschicht herumzulegen. Die äußeren Abschirmlagen sind dazu bestimmt, mit äußeren Metallabschirmunaen in Kontakt zu treten, welche anschließend um die Kabel herumgelegt werden.

Bei der Herstellung einer Kabel-Verbindung bzw. eines Kabel-Abschlusses werden die einzelnen Leiter am Kabelende soweit freigelegt, daß man sie verbinden bzw. abschließen kann. Nach Herstellung der Verbindung werden die Leiter wieder isoliert. Bislang bestand die Wiederherstellung dieser Isolierung darin, daß man isolierendes Schichtmaterial in sich überlappender Weise um die einzelnen Leiter wickelte (und bei Kabelabschlüssen auch um die Anschlußelemente, welche mit den Leitern verbunden sind). Das verwendete Isoliermaterial steht in Form von Streifen oder Bogen zur Verfügung. Ferner wird oft eine Abschirmschicht gebildet, welche in Kontakt mit den blanken Leitern steht, bevor die Isolierschicht wieder hergestellt wird; und außerdem wird oft eine weitere Abschirmschicht um die wiederhergestellte Isolierschicht herumgelegt. Diese Abschirmschichten bestehen gewöhnlich aus Streifen eines halbleitenden Schichtmaterials, welches vor bzw. nach Legen der Isolierschichten um die Leiter herumgewickelt wird.

20988B/0864 BAD ORIGINAL

22326Ü6

Ein zur Herstellung von Kabelverbindungen bzw. Kabelabschlüssen verwendetes bekanntes isolierendes Schichtmaterial ist blankes Papier. Dieses Papier hat zwar für viele Anwendungsfälle vollständig ausreichende elektrische Isoliereigenschaften, jedoch nur eine sehr geringe Dehnung und ist daher nicht in der Lage, sich gleichmäßig und zufriedenstellend an die Kabelkonturen an den Verbindungsbzw. Abschlußstellen anzulegen. Es ist auch bereits Krepp-Papier benutzt worden, weil es sich gut dehnen und strecken und damit an unregelmäßige Flächen anlegen läßt; seine elektrischen Eigenschaften sind jedoch schlecht, es hat nur eine geringe dielektrische Festigkeit und einen hohen Verlustfaktor.

Bei der Wiederherstellung der Isolierung an Kabel-Verbindungs- bzw. .^bschlußsteilen wird jedoch ein Isoliermaterial benötigt, das gute Isoliereigenschaften, eine hohe dielektri sche Festigkeit und einen niedrigen Verlustfaktor aufweist, und daß außerdem eine bestimmte Dehnung besitzt. Unter dem Begriff "Dehnung" versteht man bei einem Schichtmaterial die Längenzunahme in Prozenten unter der Einwirkung einer äußeren Kraft, bevor das gedehnte Stück reißt.

Mittels dieser Dehnung ist das Isoliermaterial in der Lage, unregelmäßige Oberflächen zu umkleiden, wie sie an Kabelverbindungs- bzw. Abschlußstellen auftreten. Hier müssen angeschlossene Bauelemente umkleidet und fehlende Stücke in der Original-Isolierung ausgefüllt.werden, damit eine kompakte Isolierung erzielt wird, welche so weit wie möglich frei von Falten und dgl. sein sollte. In solchen Kabel-Verbindungsstellen würden die elektrischen Eigenschaften der Isolierung durch Faltenbildung im Isolierstreifenmaterial und durch Mangel an Gleichmäßigkeit Jjzw. Kompaktheit der Isclierxang wesentlich verschlechtert.

2 09 SU.':»/UHb 4

22 3 7 R 3 5

Ein anderes bekanntes Isolierschichtmaterial besteht aus einem besonderen Papier, welches als "Papier mit vorbestimmtei Dehnung" bekanntgeworden ist. Dieses Papier besteht aus zusammenhängenden Fasern, welche in zu den gegenüberliegenden Ober'flächen des Papiers parallelen Richtungen zusammengeschoben oder zusammengedrängt sind, während die gegenüberliegenden Oberflächen glatt sind und parallel zueinander verlaufen. Dieses Papier besteht im allgemeinen aus wassergebundenen Zellulosefasern, und im Verlaufe seines Herstellprozesses werden seine Fasern, während das Papier noch feucht und plastisch ist, durch parallel zu den Papieroberflächen verlaufende und entgegengerichtete Kräfte zusammengeschoben, während lotrecht zu den Papieroberflächen und entgegengesetzt gerichtete Kräfte verhindern, daß dieses Papier Falten wirft oder sich in Krepp verwandelt. Das so entstehende Endprodukt hat eine gute Dehnung, deren Größe davon abhängt, in welchem Maße die Papierfasern im Herstellprozess zusammengeschoben wurden. Die beim Endprodukt vorhandene Dehnung wird nicht durch Begradigung von Rillen oder Faltzonen innerhalb des Papiers erzielt, wie beispielsweise bei Krepp-Papier, sondern durch Begradigung von verzerrten oder örtlich gekrümmten und zusammengedrängten Fasern innerhalb des eigentlichen Papierkörpers. Ein solches Papier mit vorbestimmter Dehnung ist in der britischen Patentschrift Nr. 727 beschrieben worden.

Ein unter der Handelsbezeichnung ?Clupak" erhältliches Papier mit vorbestimmter Dehnung liegt hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften und seiner Dehnung zwischen normalem Papier und Krepp-Papier. Seine elektrischen Eigenschaften liegen eher nahe denen von blankem Papier.

20980b/Ü8b4

- ⁵- 2232536

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schichtmaterial der genannten Art aufzuzeigen, daß sowohl gute elektrische Eigenschaften als auch eine gute Dehnung aufweist .

Für Isoliermaterial wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Streifen o. dgl. aus einem Papier mit vorbestimmter Dehnung vorhanden ist, auf dessen eine Seite eine Beschichtung aus einem isolierenden polymeren Kunststoff fest aufgebracht ist.

Soweit es sich um ein Schichtmaterial zur Bildung von Abschirmschichten bei elektrischen Kabeln handelt, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Streifen aus einem Papier mit vorbestimmter Dehnung in der Weise mit einem "elektrisch leitenden Material dotiert ist, daß das Papier halbleitende Eigenschaften erhält.

Das erfindungsgemäße Schichtmaterial besitzt die gleiche Dehnung wie das verwendete Papier mit vorbestiminter Dehnunq selbst. Die guten Isoliereigenschaften der Isolierbeschichtung bleiben auch nach vollzogener Dehnung erhalten, weil der isolierende polymere Kunststoff sehr dehnfähig ist und sich der Dehnung des Trägerpapiers leicht anpaßt. Somit ist das erfindungsgemäße Schichtmaterial, sowohl bei Anwendung in Form von Streifen als auch von Lagen, in der Lage, sich jeglicher unregelmäßiger Oberflächengestaltung in vorzüglicher Weise anzupassen, wie man sie bei der Isolierung von Kabelverbindungen bzw. Kabelabschlüssen vorfindet.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die elektrischen Eigenschaften (einschl. Dielektrikum und Verlustfaktor) des Schichtmaterials und damit der gebildeten Isolierung

20UB Ii S/0854

insgesamt besser sind als jene, welche Papier mit vorbestimmter Dehnung allein besitzt. Bei einem durchgeführten Vergleichstest wurde gefunden, daß der Verlustfaktor des erfindungsgemäßen Schichtmaterials fast 50 % geringer war als der von blankem Papier.

Die Beschichtung aus isolierendem Kunststoffmaterial verbindet sich sehr gut mit dem Papier mit vorbestimmter Dehnung, da dessen Oberflächen glatt sind. Als Kunststoff eignet sich hierfür beispielsweise ein Polyolefin wie beispielsweise Polypropylen.

Die Dicke der Kunststoff-Beschichtung kann in der gleichen Größenordnung wie die Dicke des Papiers mit vorbestimmter Dehnung liegen. Ferner kann die Undurchlässigkeit des Papiers mit vorbestimmter Dehnung für sich in einem Bereich zwischen 4 - 20 χ 10 Emanueli-Einheiten liegen.

Hierzu sei bemerkt, daß man unter "Undurchlässigkeit" eines Papiers ein Maß für den Widerstand dieses Papiers versteht, welches dieses dem Durchfluß einer Flüssigkeit oder eines Gases entgegensetzt. Dem Fachmann sind die Emanueli-Einheiten wohlbekannt. Wer eine Definition sucht, findet sie in der Publikation TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry), Volume 44, No. IC, Oktober 1961, auf den Seiten 176A bis 182A. In diesem Aufsatz ist auch eine Beschreibung für ein modifiziertes Emanueli-Porosimeter zum Messen der Luft-Undurchlässigkeit von Papier in Emanueli-Einheiten beschrieben.

Beim Aufbringen des isolierenden Schichtmaterials auf die Leiter des Kabels an Kabelverbindungs- oder Kabeldbschluß-Stellen wird das Material vorzugsweise ge-

2 0 ^f) '< ■: b / 0 ü S 4

ORfQtNAL INSPECTED

wickelt; hierbei liegen zumindest die inneren Lagen mit der Kunststoff-Beschichtung nach innen. Damit erzielt man bei der entstehenden Isolierung eine größere dielektrische Festigkeit.

Das erfindungsgemäße halbleitende Schichtmaterial besitzt die gleiche gute Dehnung, und daraus hergestellte Streifen passen sich ebenfalls gut den Unregelmäßigkeiten an, wie sie bei Kabelverbindungen und Kabelabschlüssen auftreten.

Bei diesem halbleitenden Schichtmaterial besteht das elektrisch leitende Material, mit dem das Papier mit vorbestimmter Dehnung dotiert ist, aus Ruß. Falls er- wünscht, kann dieses halbleitende Schichtmaterial ebenfalls auf der einen Seite des Papiers mit vorbestimmter Dehnung mit einem isolierenden polymeren Kunststoff beschichtet sein. Dieser Kunststoff kann ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen sein. Auch bei diesem Schichtmaterial behindert die Kunststoffbeschichtung in keiner Weise die Dehnbarkeit des Papiers mit vorbestimmter Dehnung, weil sich das verwendete Kunststoffmaterial leicht dehnen läßt.

Der vorstehende Teil der Beschreibung befaßte sich mit der Verwendung sowohl des isolierenden als auch des halbleitenden erfindungsgemäßen Schichtmaterials zur Wiederherstellung der Isolierung bei Kabelverbindungen und Kabelabschlüssen. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Schichtmaterial auch als Isolier- und/ oder Abschirmmaterial für die Kabelherstellung. Jede Abschirmschicht und jede Isolierschicht wird in Form eines Streifens aus dem Abschirmenden bzw* isolierenden Schichtmaterial um den bzw. die Leiter herumgewickelt.

2ÜS8-85/0854

Hierbei wird vorzugsweise das isolierende Schichtmaterial zumindest im Bereich der inneren Lagen mit nach innen gerichteter Kunststoff-Beschichtung gewickelt, um auf diese Weise die dielektrische Festigkeit der Isolierschicht zu erhöhen. Sofern es sich um eine ölgefüllte Kabeltype handelt, werden die isolierenden und halbleitenden Streifen im nicht-imprägnierten Zustand gewickelt. Bei der Nachimprägnierung mit Öl quillt die Kunststoff-Beschichtung des Materials an, aber die Dehnfähigkeit sowohl des isolierenden als auch des halbleitenden Materials ist so groß , daß die Isolierstreifen nachgeben können, ohne zu reißen.

Das halbleitende Schichtmaterial kann sowohl in der Kabelfertiqung als auch bei der Herstellung von Kabelverbindungen oder Kabelabschlüssen angewendet werden, wo die ursprüngliche bzw. zu ersetzende Isolierung aus einem anderen, nicht erfindungsgemäßen Isolierschicht-Material besteht. Handelt es sich um ölgefüllte Kabel, bei denen die ursprüngliche bzw. wiederherzustellende Isolierung teilweise oder ganz aus Kunststoff besteht, dann quillt die Kunststoff-Beschichtung bei der'Imprägnierung an, oder die wiederhergestellte Isolierung nimmt Öl von den verbundenen Kabeln bzw. von dem abgeschlossenen Kabel auf. In jedem Falle ist die Dehnbarkeit des halbleitenden Schichtmaterials"> so groß, daß auch die äußere Abschirmung ohne Rißbildung aufquellen kann.

Wird bei der Wiederherstellung der Isolierung von Leitern an Kabelverbindungs- bzw. Abschlußstellen von ölgefüllten Kabeln entweder isolierendes oder halbleitendes Schichtmaterial mit einer Kunststoff-Beschichtung auf einer Seite verwendet, dann empfiehlt es sich, eine Vorimprägnierung mit Öl vor dem Anlegen an die Verbindungs- oder Abschluß-

2"ü988b/08b4

22326 9 5

stelle vorzunehmen. Hierbei verwendet man vorzugsweise die gleiche Ölsorte, mit der das Kabel imprägniert wurde.

Dieser Verfahrensschritt hat die Wirkung, daß die Kunststoff-Beschichtung des isolierenden bzw. halbleitenden Schichtmaterials aufquillt, und wird vorzugsweise so durchgeführt, daß das Kunststoffmaterial völlig aufquillt. Wenn anschließend nach Herstellung der Kabelverbindung bzw, des Kabelabschlusses das Schichtmaterial Öl aus dem Kabel aufnimmt, so tritt nur ein äußerst geringes oder überhaupt kein zusätzliches Aufquellen des Kunststoffmaterials auf. Zeitraum und Temperatur für die Vorimprägnierung des Schichtmaterials werden vorzugsweise so gewählt, daß bei einer Aufheizung im späteren normalen Kabelbetrieb nur noch eine geringe oder überhaupt keine weitere Quellung eintreten kann.

Würde man auf die Vorimprägnierung verzichten, so könnte das Schichtmaterial an den Stellen, wo es beim Überdecken von Kabelverbindungsstellen oder Kabelabschlußstellen zum Ausgleich von Unebenheiten bereits vorgedehnt wurde, nur noch beschränkt der Quelldehnung nachgeben, wenn es anschließend mit Öl in Berührung kommt. Dadurch könnte es in Bereichen mit größerer Vordehnung zum Einreißen des Schichtmaterials kommen. Durch die Vorimprägnierung des Schichtmaterials wird diese Gefahr jedoch vollständig gebannt, weil praktisch kein weiteres Nachquellen eintreten kann. Andererseits beschränkt der beschriebene Schritt der Vorimprägnierung nicht sonderlich die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Schichtmaterials, sich differenziert zu dehnen, um sich unregelmäßiger Oberflächengestaltung an Kabelverbindungsstellen oder Kabel abschlußstellen anzupassen.

2 0 a 8 8 b / 0 8 b 4

Claims

Anspr.üche

1. Schichtmaterial zur Bildung von Isolierschichten bei elektrischen Kabeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen o. dgl. aus einem Papier mit vorbestinimter Dehnung vorhanden ist, auf dessen eine Soite eine Beschichtung aus einem isolierenden polymeren Kunststoff fest aufgebracht ist.

I. Schichtmaterial nech Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyolefin umfaßt.

3. Schichtniaterial nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kunststoff-Beschichtung im wesentlichen mit der Dicke des Streifens aus dem Papier mit vorbestimmter Dehnung übereinstimmt.

4. Schichtmaterial nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhdurchlässigkeit des Papiers mit vorbestimmter Dehnung in einem Bereich von 4 bis 20 χ 10 Emanueli-Einheiten liegt.

5. Schichtmaterial zur Bildung von Abschirmschichten bei elektrischen Kabeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen o. dgl. aus einem Papier mit vorbestimmter Dehnung in der Weise mit einem elektrisch leitenden Material dotiert ist, daß das Papier halbleitende Eigenschaften erhält.

6. Schichtmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Ruß ist.

BAD ORiGiNAL 209885/085A

7. Schichtmaterial nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Streifen o. dgl. aus dem Papier mit vorbestimmter Dehnung auf einer Seite eine Beschichtung aus einem polymeren Kunststoff fest aufgebracht ist. ·

8. Schichtmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,. daß der Kunststoff ein Polyolefin umfaßt.

9. Elektrisches Kabel mit einer Isolierschicht, die aus einem Material nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial streifenförmig so herumgewickelt ist, daß eine Anzahl sich überlappender Legen gebildet wird.

10. Kabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die inneren Lagen mit nach innen gerichteter Kunststoff-Beschichtung gewickelt sind.

11. Kabel-Verbindung bzw. -Abschluß mit einer die Verbindungs- bzw. Abschlußstelle überdeckenden Isolierschicht nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial in Streifen- oder Bogenform so herumgewickelt ist, daß eine Anzahl von Lagen entsteht.

12. Kabel-Verbindung bzw. -Abschluß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die inneren Lagen mit nach innen gerichteter Kunststoff-Beschichtung gewickelt sind.

13. Elektrisches Kabel mit einer in Kontakt mit einem von dessen Leitern stehenden Abschirmung und/oder mit einer eine Isolierschicht für den Leiter umgebenden

20988b/U8b4

Abschirmung, von denen mindestens eine aus Schichtmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung in Streifenform um den Leiter und/oder um die Isolierschicht herumgewickelt ist.

14. Kabelverbindung bzw. -Abschluß mit einer diese Stelle umgebenden Abschirmung, welche in Kontakt mit einem Leiter steht, und/oder mit einer die Verbindungsbzw. Abschlußstelle außerhalb einer Isolierschicht des Leiters umgebenden Abschirmung, von denen mindestens eine aus Schichtmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung in Streifenform um den Leiter und/oder die Isolierschicht herumgewickelt ist.

15. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kabelverbindung bzw. eines Kabelabschlusses, bei der bzw.dem eine Isolierschicht unter Verwendung eines isolierenden Schichtmaterials nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder eine Abschirmung unter Verwendung eines isolierenden halbleitenden Schichtmaterials nach Anspruch ■ 7 oder 8 gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierschichtmaterial und/oder das Abschirmmaterial vor dem Aufbringen auf die Verbindungs- bzw. Abechlußstelle mit einem isolierenden Öl vor-imprägniert wird.

16. Anwendung des Schichtmaterials nach den Ansprüchen 1 bis 8 als Abschirmschicht bei elektrischen Kabeln.

17. Schichtmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Bildung einer Anzahl auf einem elektrischen Kabel überlappenden 5> hichten bandförmig ausgebildet ist.

/ UBbA