DE2261451C3 - Elektrisches Kabel für Eintauchmotoren - Google Patents

Elektrisches Kabel für Eintauchmotoren

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DE2261451C3 DE2261451A DE2261451A DE2261451C3 DE 2261451 C3 DE2261451 C3 DE 2261451C3 DE 2261451 A DE2261451 A DE 2261451A DE 2261451 A DE2261451 A DE 2261451A DE 2261451 C3 DE2261451 C3 DE 2261451C3
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Description

3 ' 4
trisches Kabel für Eintauchmotoren mit mindestens Die Leiter 11 sind aus den Litzen 17 gebildet, die
einem elektrischen Leiter, einer den oder die Leiter spiralförmig aufgewickelt sind, um eine Trennung der umgebenden ersten Schicht aus Polypropylen, einer Stränge zu verhindern. Die getrennten Stränge oder die erste Isolierschicht umgebende elastische Um- Litzen können verzinnt sein, um chemische Reaktionen mantelung aus einem Kautschuk und einer die elasti- 5 zwischen dem Leiter und deai isolierten Material zu sehe Ummantelung umgebende äußere Armierung, zur verhindern.
Verfügung zu stellen, wobei die erste Isolierschicht bei Bei der dargestellten Ausführungsform enthält jeder
höheren Temperaturen ihre Isoliereigenschaften nicht Leiter sieben Stränge oder Litzen. Die Anzahi der verliert, die elastische Ummantelung eine minimale Leiter, der Durchmesser jedes Leiters und die Anzahl öl- und Wasserdurchlässigkeit und Quellbarkeit hat, io der Drähte hängen natürlich von der für eine bestimmte und die äußere Armierung korrosionsbeständig und Anwendung des Kabels erforderlichen Belastbarkeit bei hohen Temperaturen und Drücken f ormbestän- ab. Es kann ein beliebiges leitendes Material verwendet dig ist. werden, z. B. Kupfer, Aluminium usw.
Ein solches elektrisches Kabel ist erfindungsgemäß Die verdrillten Drahtstränge bilden jeweils einen
dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Ummante- 15 Leiter, die durch eine Isolierschicht 19 voneinander lung aus einem Epichlorhydrinkautschuk und sowohl isoliert sind. Die Leiterisolierung 19 besteht aus einem die erste Isolierschicht als auch die äußere Armierung hochtemperaturbeständigen organischen synthetischen aus einem hochtemperaturbeständigen, hochmoleku- Material mit hoher Durchschlagsfestigkeit. Ein für laren und hitzestabilisierten Polypropylen bestehen. diesen Zweck geeignetes Material ist ein hocbtempe-
Das für die äußere Armierung verwendete Poly- so raturbeständiges, hochmolekulares, hitzestabilisiertes propylen gehört einem Typ an, der normalerweise Polypropylen.
nicht für die Drahtisolierung verwendet wird, da er Wenn das leitfähige Material Kupfer darstellt, so
schwierig- zu verarbeiten ist; er besitzt aber eine muß die Polypropylen-Isolierung außer gegenüber maximale Hitzebeständigkeit, insbesondere im Hin- Hitze auch gegenüber Kupfer stabilisiert sein. Die blick auf die Kriecheigenschaften bei hohen Tempe- 25 Stabilisierung von Olefin-Kautschukarten und PoIyraturen. Ein Beispiel für ein geeignetes Armierungs- meren gegenüber Kupfer ist an sich bekannt und kann material ist ein hochmolekulares Polypropylen-Homo- beispielsweise in der in den USA.-Patentschriften polymerisat mit einem hohen isotaktischen Anteil. 3 535 257 oder 3 549 572 beschriebenen Weise oder in
Der für die Ummantelung verwendete Epichlor- einer anderen Weise durchgeführt werden. Wird als hydrinkautschuk ist so compoundiert, daß er nv.r eine 30 leitfähiges Material ein anderes Material als Kupfer minimale öl- und Wasserdurchlässigkeit und eine verwendet, so kann eine andersartige Stabilisierung minimale Quellbarkeit hat. notwendig sein. Als Isolierung für die Leiter kann ein
Der Isolator, der in Ölquellen mit hoher Temperatur stranggepreßter Überzug aus einem solchen Isolator und hohen Drücken verwendet wird, ist ein hoch- verwendet werden.
temperaturbeständiges, hochmolekulares, hitzestabili- 35 Eine bevorzugte Ausführungsform eines als Isoliersiertes Polypropylen, das bei höheren Temperaturen material verwendeten hochtemperaturbeständigen, einen ausgezeichneten elektrischen Isolator darstellt, hochmolekularen, hitzestabilisierten Polypropylenwenn es nicht mit öl in Berührung steht. Ein Poly- Homopolymerisate ist unter der Handelsbezeichnung propylen-Homopolymerisat mit überwiegend isotak- Avisun 1046 (Hersteller Amoco Corporation) im tischer Struktur hat sich hierfür als besonders geeignet 4° Handel erhältlich. Dieses Material hat die nacherwiesen, stehenden physikalischen Eigenschaften:
Die äußere Armierung aus Polypropylen ist wasserunempfindlich und wasserundurchlässig, so daß die Molekulargewicht:
Ummantelung aus Epichlorhydrinkautschuk geschützt hoch' entsprechend einer reduzierten Viskosität
wird. Die Ummantelung aus Epichlorhv drinkautschuk 45 von "> sp/e= .3'5 dl/g' in Dekahn bei 235 C
ist gegenüber öl, das gegebenenfalls durch die Poly- Spezifisches Gewicht:
propylen-Armierung hindurchgegangen ist, unempfind- 0,90 bis 0,91 bei 230C (ASTM-D-792-64T).
lieh und weitgehend ölundurchlässig, wodurch eine Fließgeschwindigkeit:
Sperre gebildet wird, die die Polypropylen-Isolierung Bei 23O0C, Belastung 2160 g, 5,0 g/10 min
schützt. Dies hat zur Folge, daß Wasser oder öl kaum 50 (ASTM-D-1238-65T).
eindringen können und die dadurch bedingten Schwie- Biesetemperatur:
rigkeiten vermieden werden. ~110oC bei 4,65 kg/cm2 (ASTM-D-648-61).
In der Zeichnung zeigt Verformung unter Belastung:
l· 1 g. 1 eine Teil-Perspektivansicht eines Schnittes 3 $0/ bd 140 k /cm3 (24 Stunden bei 50oc)
durch ein elektrisch leitendes Kabel fur Eintauch- 55 (ASTM-D-621-64)
motoren, worin einige Merkmale der Erfindung dar- „r ·■ .
„.„,-lit ςτηΗ und Wasserauf nähme:
F i g. 2 einen Schnitt durch das Kabel von F i g. 1 °'01 /° (ASTM-D-570-63).
nach der Linie 2-2. Biegemodul:
In der Zeichnung ist ein aus mehreren Kompo- 60 12 700 kg/cm2 (1,25 mm/min CHS)
nenten bestehendes, elektrisch leitendes Kabel für (ASTM-D-790-66).
einen Eintauchmotor dargestellt, das für einen Betrieb
in heißen, unter hohem Druck stehenden Ölquellen Wie vorstehend erwähnt, kann es erforderlich sein,
geeignet ist und das die wichtigsten Merkmale der dieses Polypropylen zu modifizieren, um es gegenüber Erfindung zeigt. 65 Kupfer oder einem anderen leitenden Metall zu
In dem Schnitt des Kabels von F i g. 1 sind die stabilisieren, wodurch seine physikalischen Eigen-Leiter mit 11, die elastische Ummantelung mit 13 und schäften etwas verändert werden können,
die äußere Armierung mit 15 bezeichnet. Die verdrillte Leiteranordnung ist in der Ummante-
lung 13 angeordnet, die einen hochmolekularen Epichlorhydrin-Kautschuk darstellt, der so compoundiert wurde, daß er weitgehend öl- und wasserundurchlässig ist und eine äußerst geringe Quellbarkeit hat. Diese Ummantelung kann um die verdrillten Leiter extru-
diert 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:
Handelsbezeichnung Bestandteile Teile/100 Teile
Kautschuk 		Hersteller
Herclor H Hochmolekularer Epichlorhydrin-Kautschuk 100,0 Hercules, Inc.
Span 60 Oberflächenaktives Mittel aus Partialestern 1.5 Atlas Chemical Industries
von Hexitanhydiiden
Dyphos XL Zweibasisches Bleiphosphit (Hitzestabilisator) 10,0 National Lead Company
NBC Nickeldibutyldithiocarbamat (Antioxydans) 1,0 DuPont
Cumate Kupferdimethyldithiocarbamat (Akzelerator) 0,125 R. T. Vanderbilt Company
Phenothiazine Phenothiazin 1,0 Fisher Scientific Company
Vulcan Ruß (Füllstoff) 30,0 Cabot Corporation
Hi Sü 233 Kieselsäure (Füllstoff) 10,0 P. P. G. Industries
TE-70 Weichmacher 0,5 Technical Processing, Inc.
TP-95 Weichmacher 1,0 Thiokol Chemical Corp.
Azelainsäure Dispergiermittel 4,0 Eastmen Organic Chemicals
NA-22 2-Mercaptothiazolia (Beschleuniger) 1,0 DuPont
Die extrudierte Epichlorhydrin-Ummantelung füllt die Hohlräume um die getrennt isolierten Leiter vollständig aus. Dadurch wird vermieden, daß die Iso- lierung 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 Riß gebildet haben sollte.
Die Ummantelung 13 des Kabels ist von der extrudierten äußeren Armierung 15 umgeben, die aus einem hochtemperaturbeständigen, hochmolekularen, hitzestabilisierten Polypropylen gebildet ist.
Das vorstehend für das Isoliermaterial beschriebene +5 Polypropylen stellt eine bevorzugte Ausführungsform für die äußere Armierung dar; es hat eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, insbesondere im Hinblick 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 seht geringe Wasserempfindlichkeit haben, um zu verhindern, daß die Epichlorhydrin-Ummantelung quillt Diese muß wiederum verhindern, . daß Spuren von öl die erste Isolierung aas Polypropylen angreifen. Dies ist deshalb notwendig, weü dieses Polypropylen in Abwesenheit von Öl bei den hohen Temperaturen in heißen Ölquellen unter hohem Druck ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist.
Die äußere Armierung wird vorzugsweise durch Strangpressen hergestellt Beim Strangpressen legt sich die Armierung um das ummantelte KabeL werm dieses es durch eine geeignete Strangpreßform hindurchgeht AnI diese Weise wird eine vollkommen dichte, flüssigkeitsundarchlässige Armierung ma die Ummantelung 13 gebildet, wodurch die Ummantelung von der Quellenflüssigkeit getrennt und die Innenkomponenten des Kabels gegen physikalische und chemische Beschädigungen geschützt werden.
Das speziell beschriebene Polypropylen hat eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 600 bis 750VoIt/ 0,025 mm. Es hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und bildet eine glatte äußere Kabeloberfläche. Es ist gegenüber dem Angriff von Chemikalien, wie Schwefelwasserstoffgas, Carbonaten, Salzen und ÖL die in der Quelle vorkommen können, beständig und bildet eine Sperre gegenüber Feuchtigkeit, Öl und Fett. Seine Wasseraufnahme beträgt etwa 0,03 %. Weiterhin behält dieses Polypropylen seine Abriebfestigkeit bei hohen Temperaturen und neigt 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, würde gefunden, daß der Zusatz von dunklen Pigmente» und Ultraviolett-Stabiljsatoren zur Polvpropylenarmierung diese in hinreichender Weise gegenüber der Einwirkung von Licht schützt
Das beschriebene, aus mehreren Komponenten bestehende Kabel ist abriebfest, für die in den Quellen auftretenden Flüssigkeiten undurchlässig, biegsam und 'wird durch das korrodierende Medium und die hohen Temperataren in der Quelle nicht angegriffen. Weiterhin wird die Herstellung des Kabels durch Extrudierung der Armierung auf das ummantelte Kabel vereinfacht.
Als Beispiel wurde ein Kabel mt den Merkmalen der vorliegenden Erfindung hergestellt Es enthält drei
Leiter aus jeweils 7 Kupferlitzen; jeder Leiter ist von einer gegen Hitze und Kupfer stabilisierten Polypropylen-Kautschukisolierung mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 1,8 mm umgeben. Die getrennten Leiter sind spiralförmig zu 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 mm. Um die Ummantelung ist eine Armierung aus hochtemperaturbeständigem, hochmolekularem hitzestabilisiertem 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 dar. Die äußere Armierung kann leicht hergestellt werden und besitzt die erwünschten physikalischen Eigenschaften für die Anwendung als Kabel für Eintauchmotoren.
5 Obgleich im Beispiel als Epichlorhydrinkautschuk für die Ummantelung 13 das Handelsprodukt Herclor H von Hercules, Inc., ein Epichlorhydrin-Homopolymerisat (Poly-(a-Chlorpropylenoxyd)) angegeben wurde, können für diese Anwendung auch andere
ίο Homopolymerisate des Epichlorhydrins, wie Hydrin 100 (B. F. Goodrich) verwendet werden. Auch Epichlorhydrin-Kautschukarten, die aus Epichlorhydrin und Äthylenoxyd hergestellt sind, sind für die Ummantelung 13 geeignet. Diese Mischpolymerisate sind unter den Bezeichnungen Herclor C (Hercules, Inc.) und Hydrin 200 (B. F. Goodrich) im Handel.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

%■.""■'' 1 ■* i Abrieb beständig sein. Da das Kabel normalerweise * - Patentansprüche: auf Lager- oder Transportrollen aufgewickelt ist, muS I- es weiterhin biegsam sein, damit beim Auf- und Ab-
1. Elektrisches Kabel für Eintauchmotoren, mit wickeln keine Beschädigungen entstehen.
; - mindestens einem elektrischen Leiter, einer den 5 Die zur Zeit verwendeten Kabelkonstruktionen ent-
r oder die Leite· umgebenden ersten Schicht aus halten drei Leiter aus Kupferlitze, die voneinander
* Polypropylen, einer die erste Isolierschicht um- isoliert und spiralförmig zu einer Einheit gewickelt
gebende elastische Ummantelung aus einem Kau- sind. Die litzenförmigen Leiter sind durch ein Ma-
; tschuk und einer die elastische Ummantelung um- terial mit hoher Durchschlagsfestigkeit, wie PoIy-
'■ gebende äußeren Armierung, dadurch ge-io äthylen oder Polypropylen, voneinander isoliert. Die
kennzeichnet, daß die elastische Ummante- spiralförmig gewickelten und isolierten Leiter sind von
lung (13) aus einem Epichlorhydrinkautschuk and einem stranggepreßten Mantel aus Nitrilkautschuk
sowohl die erste Isolierschicht (19) als auch die umhüllt, der die isolierten Leiter umgibt.
äußere Armierung (15) aus einem hochtemperatur- Bei einer üblichen Form eines ummantelten Kabels
beständigen, hochmolekularen und hitzestabili- 15 ist eine äußere Armierung in Form eines kontinuierlich
sierten Polypropylen bestehen. umgewickelten Bandes aus metallischem Material vor-
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gesehen. Dieses Band wird überlappend aufgewickelt, zeichnet, daß der hochtemperaturbeständige, syn- Die Armierung dient dem Schutz gegen Abrieb. Gethetische organische Isolator ein hochtemperatur- wohnlich wird die Armierung aus Stahl oder Bronze beständiges, hochmolekulares, hitzestabilisiertes ao hergestellt; bei vielen Spezialanwendungen, z. B. in Polypropylen darstellt. sehr stark korrosiven Quellen, müssen korrosions-
3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekenn- beständiger Stahl oder Speziallegierungen, wie Monelzeichnet, daß das hochtemperaturbeständige, hoch- metall, verwendet werden.
molekulare, hitzestabilisierte Polypropylen auch Die Vorrichtungen, die zum Aufwickeln des Metallgegenüber Kupfer stabilisiert ist. 25 bandes für die Armierung notwendig sind, sind auf-
4. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- wendig, kompliziert und langsam. Weiterhin ist das kennzeichnet, daß der Leiter Kupfer darstellt und Spleißen des armierten Kabels infolge der äußeren der hochtemperaturbeständige, synthetische, orga- Schicht aus Metall an der Arbeitsstelle kompliziert, nische Isolator gegenüber Kupfer stabilisiert ist. In einem beschränkten Ausmaß wurde auch schon
30 Polyäthylen als äußere Armierung verwendet; e>
wurde jedoch festgestellt, daß es gegenüber sehr hohen
Temperaturen nicht beständig ist.
Die Auswahl eines geeigneten Materials für die
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel Kabelarmierung war immer mit Schwierigkeiten ver-
für Eintauchmotoren, die insbesondere in Ölquellen 35 bunden. Je nach den Verhältnissen in der Quelle
mit hoher Temperatur und hohem Druck verwendet müssen viele unterschiedliche Armierungswerkstoffe
werden. verwendet werden, und es wurde bisher noch keine
Eintauchpumpen, die in öl-, mineralischen und einzige Kabelkonstruktion gefunden, die allgemein Wasserquellen verwendet werden, enthalten gewöhn- anwendbar ist. Dies trifft insbesondere für tiefe Quellen lieh ein Hauptantriebsorgan in Form eines Elektro- 40 mit hohen Drücken und Temperaturen zu.
motors, der am Grund der Quelle direkt mit der Elektrische Starkstromkabel mit der vorstehend bePumpe verbunden ist. Es ist deshalb notwendig, schriebenen Bauweise, die in Ölquellen mit hoher mittels eines Kabels eine elektrische Verbindung zwi- Temperatur und hohen Drücken verwendet wurden, sehen dem Motor und der Stromquelle an der Ober- sind auf Grund d<*r Temperaturverformung der therfläche vorzusehen. 45 mophstischen Kabelbestandteile, der Korrosion der
In vielen Fällen handelt es sich um Hochleistungs- Armierung oder auf Grund der Beeinträchtigung des
motoren, die in einigen Fällen eine Leistung von elastomeren Mantels durch Chemikalien und Lösungs-
200 PS überschreiten. Normalerweise handelt es sich mittel unbrauchbar. Da die meisten Ölquellen gelösten
hierbei um Dreiphasenmotoren, und das dazugehörige Schwefelwasserstoff, Carbonate, Wasser, Salze und
Kabel enthält drei getrennte elektrische Leiter. 50 größere Mengen öl enthalten, hat kein einziger Werk-
Das elektrische Kabel muß für eine ausreichend stoff die erforderliche Beständigkeit gegenüber Löhohe Stromstärke ausgelegt sein und eine ausreichende sungsmitteln, Hitze u.id Druck, um unter diesen Bedielektrische Festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit dingungen längere Zeit funktionsfähig zu sein,
haben, um auch unter den ungünstigen Umwelt- Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß sich bedingungen in der Quelle elektrische Verluste zu ver- 55 die Kabel bei diesen Bedingungen unter Belastung vermeiden. Die Umweltbedingungen in der Quelle formen. Die Kabel sind Druck- und Zugkräften ausschwanken im allgemeinen mit der geographischen gesetzt, und bei hohen Temperaturen neigt die Um-Lage. In einigen Fällen ist die Quellenflüssigkeit stark mantelung zu einer ausgeprägten Verformung, wokorrosiv, und in vielen Fällen überschreiten die Tem- durch sich die Leiter gegeneinander verschieben und peraturen der Quelle den Wert von 12O0C. Die meisten 60 ein Kurzschluß zwischen den Phasen oder zwischen Ölquellen enthalten gelösten Schwefelwasserstoff, Car- den Phasen und der Erde auftreten kann,
bonate, Salze und große Mengen öl. Weiterhin sind Ein Reißen der Armierung als Folge des Quellens die Quellen ziemlich tief, d. h. im Durchschnitt etwa der Ummantelung ist ein weiteres Beispiel einer Ver-2400 bis 3000 m. Das elektrische Kabel muß eine aus- formung, die unter diesen Bedingungen auftritt. Auch reichend hohe physikalische Festigkeit haben, damit 65 kann das Kabel insgesamt beim Herausziehen aus der der Motor und das Kabel in diese Tiefen versenkt Quelle zerstört werden, wenn die in das Kabel ein- e- werden können, und die äußere Oberfläche des Kabels gedrungenen Flüssigkeiten entspannt werden.
κ muß gegenüber dem beim Versenken auftretenden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elek-
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