DE2261451A1 - Elektrisches kabel - Google Patents

Elektrisches kabel

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DE2261451A1 DE19722261451 DE2261451A DE2261451A1 DE 2261451 A1 DE2261451 A1 DE 2261451A1 DE 19722261451 DE19722261451 DE 19722261451 DE 2261451 A DE2261451 A DE 2261451A DE 2261451 A1 DE2261451 A1 DE 2261451A1
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Description

Eintauchpuaipeiis, die in öl«=p nisaemLisolk©» nmä quellen verwendet werdeap enthalten gewShnlieh aia Hauptantriebsorgan iß Form eiu.es Elektromotors 8 <ä©s· direkt mit der Pumpe verbunden uml tief in der Quelle versenkt istο Es ist deshalb notwendig, eine elektrische Verbindung zwischen dem Motor und der Stromquelle an der Oberfläche vorzusehen» pies geschieht normalerweise mit Hilfe eines elektrisch leitenden Kabels zwischen der Stromquelle und dem Motor0
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In vielen Fällen handelt ea eich um Hochleistungsmotoren, die in einigen Fällen eine Leistung von 200 PS überschreiten» normalerweise handelt es sich hierbei um Dreiphasenmotoren, und das dazugehörige Kabel enthält drei getrennte elektrische Leiter.
Das elektrische Kabel muß für eine ausreichend hohe Stromstärke ausgelegt sein und eine ausreichende dielektrische festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit haben, um auch unter den ungünstigen Umweltbedingungen in der Quelle elektrische Verluste zu vermeiden„ Die Umweltbedindungen in der Quelle schwanken im allgemeinen mit der geographischen Lage, In einigen Fällen ist die Quellenflüssigkeit stark korrosiv, und in vielen Fällen überschreiten die Temperaturen der Quelle den ','ert von 12O0C, Die meisten Ölquellen enthalten gelösten Sohwefelwasserstoff, Carbonate, Salze und große Mengen Öl. Weiterhin sind die Quellen ziemlich tief» d.ho im Durchschnitt etwa 2400 bia 3000 m. Das elektrische Kabel muß eine ausreichend hohe physikalische Festigkeit haben,, damit der Motor und das Kabel In diese Tiefen versenkt werden können, und die äußere Oberfläche des Kabele muß gegenüber dem beim Versenken auftretenden Abrieb beständig seino Da das Kabel normalerweise auf Lager·* oder Transportrollen aufgewickelt ist, muß es weiterhin biegsam sein, damit beim Auf- und Abwickeln keine Beschädigungen entstehen»
Die zur Zeit verwendeten Kabelkonstruktionen enthalten drei Leiter aus Kupferlitze, die voneinander isoliert und spiralförmig zu einer Einheit gewickelt sind,* Die
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litssenförmigen Leiter sind durch ein Material mit hoher Durchschlagsfestigkeits wie Polyäthylen oder Polypropylen, voneinander isoliert» Die spiralförmig gewickelten und isolierten Leiter sind von einem stranggepreSten Mantel aus Mltrilkautschuk umhüllt, der die isolierten Leiter umgibt ο
Bei einer üblichen Form eines ummantelten Kabels ist eine äußere Armierung in Form eines kontinuierlich umgewickelten Bandes aus metallischem Material vorgesehen. Dieses Band wird überlapptend aufgewickelt„ Die Armierung d?ent dem Behuts gegen Abrieb» Gewöhnlich wird die Armierung aus Stahl oder Bronze hergestellt5. bei vielen Spezial anwendungen* s«B° in sehr stark korrosiven Quellen8 müssen korrosionsbeständiger Stahl oder Spessiallegierungenj, wie Monelmetall.„ verwendet werden«.
Die Vorrichtungenρ die zum Aufwickeln des Metallbandea für die Armierung notwendig sind» sind aufwendig, kompliziert und langsame Weiterhin ist das Spleißen des armierten Kabels infolge der äußeren Schicht auB Metall an der Arbeitsstelle kompliziert.
In einem beschränkten Ausmaß wurde auch schon Polyäthylen als äußere Armierung verwendet? es wurde jedoch festgestellt, daß es gegenüber sehr hohen Temperaturen nicht beständig ist»
Die Auswahl eines geeigneten Materials für die Kabelarmierung war immer mit Schwierigkeiten verbundene Je nach den Verhältnissen in der Quelle müssen viele unterschiedliche Armierungswerkstoffe verwendet werden^,
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und es wurde bisher noch keine einsige Kabelkonstruktion gefunden, die allgemein anwendbar ist. Dies trifft insbesondere für tiefe Quellen mit hohen Drlloken und Temperaturen zu.
Elektrische Starkstromkabel mit der vorstehend beschriebenen Bauweise, die in Ölquellen mit hoher Temperatur und hohen Drücken verwendet wurden, sind aufgrund der Temperaturverformung der thermoplastischen Kabelbestandteile, der Korrosion der Armierung oder aufgrund der Beeinträchtigung des elastomeren Hantele durch Chemikalien und lösungsmittel unbrauchbar. Da die meisten Ölquellen gelösten Schwefelwasserstoff, Carbonate, Wasser, Salze und größere Mengen öl enthalten, hat kein einziger Werkstoff die erforderliche Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln, Hitze und Druck, um unter diesen Bedingungen längere Zeit funktionsfHhig zu sein.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß sich die Kabel bei diesen Bedingungen unter Belastung verformen. Die Kabel sind Druck·» und Zugkräften ausgesetzt, und bei hohen Temperaturen neigt die ummantelung zu einer ausgeprägten Verformung, wodurch sich die Leiter gegeneinander verschieben und ein Kurzschluß zwischen den Phasen oder zwischen den Phasen und der Erde auftreten kann ο
Ein Reißen der Armierung als Folge des Quellens der Ummantelung ist ein weiteres Beispiel einer Verformung 9 die unter diesen Bedingungen auftrittο Auch kann das Kabel insgesamt beim Herausziehen aus der Quelle zerstört werden, wenn die in das Kabel eingedrungenen
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Flüssigkeiten entspannt werden o
Aufgrund dieser und anderer Schwierigkeiten bestand ein echtes Bedürfnis nach einem verbesserten, undurchlässigen und gegenüber Umwelteinflüssen unempfindlichen Kabelo
Hauptzweck der Erfindung ist/somit»ein verbessertes»" aus mehreren Komponenten bestehender Kabel für Eintauchmotoren zur Verfügung zu stellen»
Insbesondere bezweckt die Erfindung- die Schaffung eines Kabels für Eintauchmotoren8 die unter äen Bedingungen einer unter höhen Semperaturen und hohen Brücken stehenden Ölquelle arbeiten»
Durch die Erfindung wird ein verbessertes, aus mehreren Komponenten bestehendes elektrisches Kabel für Eintauchmotoren, die -in heißen, unter hohem Druck stehenden Ölquellen verwendet werden, zur Verfügung gestellt» Dieses Kabel enthält eine äußere Armierung aus hochtemperaturbeständigem, hochmolekularem, hitzestabilisiertem Polypropylen und eine innere Ummantelung aus einem organischen Isolator, der die elektrischen Leiter umgibt«
Das für die äußere Armierung verwendete Polypropylen gehört einem Typ an, der normalerweise nicht für die Drahtisolierung verwendet wird, da er schwierig zu verarbeiten ist; er besitzt aber eine maximale Hitze» beständigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Krieoheigensohaften bei hohen Temperatureno Sin Beispiel für ein geeignetes Armierungsmaterial ist ein hochmolekulares Polypropylen-Homopolymerisat mit einem hohen isotaktischen Anteil.
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Der für die Ummantelung verwendete Epichlorhydrinkautschuk ist bo compoundiert, daß er nur eine minimale öl- und Wasserdurchlässigkeit und eine minimale Quellbarkeit hat 9
Der Isolator, der in Ölquellen mit hoher Temperatur und hohen Drücken verwendet wird, ist ein hochtemperaturbeständiges, hochmolekulares, hitzeatabilisiertes Polypropylen, das bei höheren Temperaturen einen ausgezeichneten elektrischen Isolator darstellt, wenn es nicht mit öl in Berührung steht. Ein Polypropylen-Homopolymeriaat mit überwiegend isotaktischer Struktur hat sich hierfür als besonders geeignet erwiesen.
Die äußere Armierung aus Polypropylen ist wasserunempfindlich und wasserundurchlässig, so daß die Ummantelung aus Epichiorhydrinkautsch.uk geschützt wird. Die Ummantelung aus Epichlorhydrinkautsohuk ist gegenüber öl, das gegebenenfalls durch die Polypropylen-Armierung hindurchgegangen ist, unempfindlich und weltgehend ölundurchlässig, wodurch eine Sperre gebildet wird, die die Polypropylen-Isolierung schützt. Dies hat zur Folge, daß Wasser oder öl kaum eindringen können und die dadurch bedingten Schwierigkeiten vermieden werdenο
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Teil-Perspektivansicht eines Schnittes durch ein elektrisch leitendes Kabel für Eintauchmotoren, worin einige Merkmale der Erfindung dargestellt sind; und
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Figur 2 einen Schnitt durch das Kabel von Figur 1.naoh der Linie 2-2. .
In der Zeichnung ist ein aus mehreren Komponenten bestehendes s elektrisch leitendes Kabel für einen Eintauchmotor dargestellt, das für einen Betrieb in heißen, unter hohem Druck stehenden Ölquellen geeignet ist und das die wichtigsten Merkmale der Erfindung zeigte
In dem Schnitt des Kabels von figur 1 sind die Leiter mit 11» die elastische Ummantelung mit 15 und die äußere Armierung mit 15 bezeichnet.
Die Leiter 11 sind aus den Litzen 17 gebildet, die spiralförmig aufgewickelt sind, um eine !Trennung der Stränge su verhindern« Die getrennten Stränge oder Litzen können verzinnt sein, um chemische Reaktionen zwischen dem Leiter und dem isolierten Material zu verhindernο
Bei der dargestellten Äusführungsform enthält jeder Leiter sieben Stränge oder Litzen» Die Anzahl der Leiter, der Durchmesser «jedes Leiters und die Anzahl der Drähte hängen natürlich von der für eine bestimmte Anwendung des Kabels erforderlichen Belastbarkeit ab» Es kann ein beliebiges leitendes Material verwendet werden, ZoBo Kupfer, Aluminium usw0
Die verdrillten Drahtstränge bilden jeweils einen Leiter, die durch eine Isolierschicht 19 voneinander isoliert sind» Die Leiterisolierung 19 besteht aus einem hochtemperaturbeständigen organischen synthetischen Material mit hoher Durchschlagsfestigkeit« Ein für diesen Zweck
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geeignetes Material ist ein hochtemperaturbeständiges, hochmolekularesj, hitzestabilisiertes Polypropylen»
Wenn das leitfähig© Material Kupfer darstellt, so muß die Polypropylen-Isolierung außer gegenüber Hitze auch gegeTF· über Kupfer stabilisiert sein« Die Stabilisierung von Olefin Kautschukarten und Polymeren gegenüber Kupfer ist an sich bekannt, und kann beispielsweise in der in den USA- Patentschriften 3 535 257 oder 3 549 572 beschriebenen Weise öder in einer anderen Weise durchgeführt werden. V/ird als leitfähiges Material ein anderes Material als Kupfer verwendet f so kann eine andersartige Stabilisierung notwendig sein. Als Isolierung für die Leiter kann ein * stranggepreßter Überzug aus einem solchen Isolator verwendet werdenc
Eine bevorzugte AusfUhrungsform eines als Isoliermaterial verwendeten hochtemperaturbeständigen, hochmolekularen, hitzestabiJßsierten Polypropylen -Homopolymerisate ist unter der Handelsbezeichnung Avisun 1046 (Hersteller Amoco Corporation) im Handel erhältlich» Dieses Material hat die nachstehenden physikalischen Eigenschaften:
Molekulargewicht: Hoch» entsprechend einer reduzierten Viskosität von h «ρ/β «*
3,5 dl/g, in Dekalin bei 2350C
Spezifisches Gewicht: 0,90 bis 0„91 bei 230C
Fließgeschwindigkeit: Bei 2300C, Belastung 2160 g„
5,0 g/10 rain (ASTM -D-1238-65T)
1100C bei 4,65 I (ASTM D 648- 61 )
Biegetemperaturs 1100C bei 4,65 kg/cm
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ο Verformung unter Belastung? 3,5 $> bei HO kg/cm
(24 Stunden bei 5O°C) (ASTM-D-621-64)
Wasseraufnahme: O8OI $» (ASTM-D-570-63)
Biegemodul: 12 700 kg/cm (1,25 mm/min CHS)
(ASTM-D~790~66)
Wie vorstehend erwHhnt, kann es erforderlich sein, dieses Polypropylen zu modifizieren, um es gegenüber Kupfer oder einem anderen leitenden Metall zu stabilisieren„ wodurch seine physikalischen Eigenschaften etwas verändert werden können.
Die verdrillte Leiteranordnung ist in der Ummantelung angeordnet, die einen hochmolekularen Bpichlorhydrin-Kautschuk darstellt, der so oompoundiert wurde, daß er weitgehend öl« und wasserundurchlässig ist und eine äußeret geringe Quellbarkeit hat. Diese Ummantelung kann um die verdrillten Leiter extrudiert werden und füllt vorzugsweise auch die Zwischenräume 23 zwischen den angrenzenden Leitern aus.
Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Ansatzes aus Epichlorhydrinkautschuk und anderen Substanzen angegeben:
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Ca> O ID CO
GO (D KJ
Handelsbezeichnung
Hercior H Span
Dyphoe XL
HBC
Cumate
Phenothiazine
Vulcan
Hi SiI
TE-70
TP-95
Azelainsäure
HA-22
Bestandteile
Teile/100 Teile Kautschuk
Hochmolekularer Epichlorhydrin-Kautschuk
Oberflächenaktives Mittel aus Partialeetern ron Hexitanhydriden
Zweibasisohes Bleiphosphit (Hitzeetabilisator)
Niekeldibutyldithiocarbamat
Kupferdimethyldithiocarbamat (Akzelerator)
Phenothiazin RuS (Fülletoff) Kieee3säure (?üllstoff) Weichmacher Weichmacher Dispergiermittel
2-Mercaptothiaeolin (BeachieuDiger} 100,0
1*5
10,0
1,0
0,125 1,0
30,0 10,0 0.5 1,0 4,0
Hersteller Hercules, Ine=
Atlas Chemical Industries national Lead Company DuPont
R.T, Vanderbilt Company Fisher Scientific Company
Cabot Corporation P.P.G, Industries « Technical Processing,Inc» Thiokol Chemical Corp. Eastman Organic Chemicals
DuPont
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Die extrudierte Epichlorhydrin-Ummantelung füllt die Hohlräume um die getrennt isolierten Leiter vollständig aus,, Dadurch wird vermieden» daß die Isolierung mit der Quellenflüssigkeit in Berührung kommt und daß die Quellenflüssigkeit in Längsrichtung des Kabels fließt, falls sich an einer Stelle der äußeren Armierung 15 und auf der Außenseite der Ummantelung 13 ein '.iiß gebildet haben sollte„ .
Die Ummantelung 13 des Kabels ist von der extrudierten äußeren Armierung 15 umgebenβ die aus einem hochtemperaturbeständigen 9 hochmolekularen« hitsestabilisierten Polypropylen gebildet ict„
Das vorstehend für das'Isoliermaterial beschriebene Polypropylen stellt eine bevorzugte Ausführungsform für die äußere Armierung dar? es hat eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit„ insbesondere im Einblick auf die Kriecheigenschaften bei hohen Temperaturen., Wenn es für die äußere Armierung verwendet wird, so ist es nicht notwendig, dieses Polypropylen zu modifizieren, um es gegenüber Kupfer oder einem anderen Metall.zu stabilisieren»
Das für die äußere Armierung verwendete Polypropylen muß eine sehr geringe Wasserempfindlichkeit haben, um zu verhindernρ daß die Epichlorhydrin-Ummantelung quillt ο Diese muß wiederum verhindern, daß Spuren von Öl die erste Isolierung aus Polypropylen angreifen!, Dies ist deshalb notwendigs weil dieses Polypropylen in Abwesenheit von öl bei den hohen Temperaturen in heißen Ölquellen unter hohem Druck ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist»
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Die äußere Armierung wird vorzugsweise durch Strangpressen hergestellte Beim Strangpressen legt sich die Armierung um das ummantelte Kabel, wenn dieses durch eine geeignete Strangpreßform hindurchgeht« Auf diese Weise wird eine vollkommen dichte, flüssigkeitsundurchlässige Armierung um die Ummantelung 13 gebildet» wodurch die Ummantelung von der Quellenflüssigkeit getrennt und die Innenkomponenten des Kabels gegen physikalische und chemische Beschädigungen geschützt werdenο
Das speziell beschriebene Polypropylen hat eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 600 bis 750 Yolt/0,025 amu Es hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und bildet eine glatte äuSere Kabeloberfläche. Es ist gegenüber dem Angriff von Chemikalien, wie Schwefelwasserstoffgas, Carbonaten, Salzen und 01, die in der Quelle vorkommen können, beständig und bildet eine Sperre gegenüber Feuchtigkeit, öl und Fett« Seine Wasseraufnähme beträgt etwa 0,03 &· Weiterhin behält dieses Polypropylen seine Abriebfestigkeit bei hohen Temperaturen und .-.eigt unter den Umwelteinflüssen kaum bzw, überhaupt nicht zu einer Rissebildung. Das beschriebene Polypropylen ist hinreichend elastisch, so daß das Kabel für den Motor auf- und abgewickelt werden kann, ohne daß die Schutzarmierung bricht <>
Nachdem Polypropylen im allgemeinen gegenüber Licht etwas empfindlich ist und unter bestimmten Bedingungen eine Verminderung der Durchschlagsfestigkeit eintritt, wurde gefunden ? daß der Zusatz von dunklen Pigmenten und Ultraviolett-Stabilisatoren zur Polypropylenarmierung diese in hinreichender V/ei se gegenüber der Einwirkung von Licht schützt.
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Das beschriebene, aus mehreren Komponenten bestehende Kabel ist abriebfest, für die in den Quellen auftretenden Flüssigkeiten undurchlässig 9 biegsam und idrd durch das korrodierende Medium und die hohen Temperaturen in der Quelle nicht angegriffene Weiterhin "wird die Herstellung des Kabels durch Extrudierung der Armierung auf das ummantelte Kabel vereinfacht*
Als Beispiel wurde ein Kabel mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindimg hergestellte Es enthält drei Leiter aus jeweils 7 Kupferlitzen; jeder Leiter ist von einer gegen Hitse und Kupfer stabilisierten Polypropylen-Kautschukisolierung mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 1,8 nun umgeben«, Die getrennten Leiter sind spiralförmig su einer Einheit verdrillt» Die Leiter werden mit einem Epichlorhydrin=· Kautschuk ummantelt, der, wie vorstehend beschrieben, compoundiert ist» Die Mindeststärke der Ummantelung beträgt im Durchschnitt etwa 1 mmo Um die Ummantelung ist eine Armierung aus hoohtemperaturbeständigems, hochmolekularem hitzestabillsierteKi Polypropylen mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 2„16 mm angeordnet„
Das Kabel gemäß der Erfindung stellt einen wirksamen und dauerhaften Stromleiter unter den ungünstigen Umweltbedingungen in heißen, unter einem hohen Druck stehenden Ölquellen daro Die äußere Armierung kann leicht hergestellt werden, und besitzt die erwünschten, physikalischen Eigenschaften für die .Anwendung als Kabel für Eintauchmotoren.
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Obgleich im Beispiel als Epichlorhydrinkautechuk für die ünunantalung 13 das Handelsprodukt Herclor H von Hercules, Ino<., ein Epichlorhydrin- Homopolymerisat (Poly (oC-Chlorpropylenoxyd)) angegeben wurde, können für diese Anwendung auch andere Homopolymerisate des Epichlorhydrins, wie Hydrin 100 (BoP« Goodrich) verwendet werdenο Auch Epichlorhydrin-Kautschukarten, die aus Epichlorhydrin und Äthylenoxyd hergestellt sind, sind für die Ummantelung 13 geeignet. Biese Mischpolymerisate sind unter den Bezeichnungen Herclor C (Hercules, Ine) und Hydrin 200 (B.Fo Goodrich) im Handel»
Ansprüche
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    Aus mehreren Komponenten bestehendes elektrisches Kabel für Eintauchmotoren? gekennzeichnet durch mindestens einen elektrischen Leiter (11)? eine den Leiter (11) umgebende Schicht (19) aus isolieren= dem Haterialr das aus einem hoehiemperaturbestHndigen, synthetischen organischen Isolator gebildet ist; ( eine die Isolierschicht (19) umgebende elastische Ummantelung (13) aus einem Epichlorhydrinkautseh.uk mit hohem Molelculargewicht j und eine die elastische Ummantelung (13) umgebende äußere Armierung (15) aus einem hochtemperaturbeständigen„ hochmolekularen, hitzestabilisierten polypropylen«
    2ο Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hoehtemperaturbeständige, synthetische organische Isolator ein hoehteniperaturbeetändiges, hochmolekulares! hitzestabilisiertes Polypropylen darstellt»
    3ο Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochtemperaturbeständige, hochmolekulares hitzestabilisierte Polypropylen auch gegenüber Kupfer stabilisiert ist»
    4ο Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter Kupfer darstellt und der hochtemperaturbeständige, synthetische, organische Isolator gegenüber Kupfer stabilisiert ist.
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