DE2261452C3 - Elektrisches Kabel für Eintauchmotoren - Google Patents

Description

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au- der Quelle zerstört werden, wenn die in das Kabel Die Leiter 11 sind aus den Litzen Yl gebildet, die

eingedrungenen Flüssigkeiten entspannt werden. spiralförmig aufgewickelt sind, um eine Trennung der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugiunde, ein Stränee zu verhindern. Die getrennten Stränge oder

elektrisches Kabel für Eintauchmotoi^n mit minde- Litzen können verzinnt sein, um chemische Reaktionen

steas einem elektrischen Leiter, einer den oder die 5 zwischen dem Leiter und dem isolierenden Material

Leiter umgebenden ersten Schicht aus Polypropylen, zu verhindern.

einer die Isolierschicht umgebenden elastischen Um- Bei der dargestellten Ausführungsfoim enthält jeder mantelung aus einem Kautschuk und einer die elastische Leiter sieben Stränge oder Litzen. Die Anzahl der Ummantelung umgebenden äußeren Armierung aus Leiter, der Durchmesser jedes Leiters und die Anzahl einem Metaltband zur Verfügung zu stellen, wobei die io der Drähte hängen natürlich von der für eine beerste Isolierschicht bei höheren Temperaturen ihre stimmte Anwendung des Kabels erforderlichen Belastisoliereigenschaften nicht verliert und die elastische barkeit ab. Es kann ein beliebiges leitendes Material Ummantelung eine minimale öl- und Wasserdurch- verwendet werden, z. B. Kupfer, Aluminium usw. lässigkeit und Quellbarkeit hat. Die verdrillten Drahtstränge bilden jeweils einen

Ein solches elektrisches Kabel ist dadurch gekenn- 15 Leiter, die durch eine Isolierschicht 19 voneinander zeichnet, daß die erste isolierende Schicht aus einem isoliert sind. Die Leiterisolierung 19 besteht aus einem hochtemperaturbeständigen, hochmolekularen und hochtemperaturbeständigen organischen synthetischen hitzestabilisierten Polypropylen und die elastische Material mit hoher Durchschlagsfestigkeit. Ein für Ummantelung aus einem Epichlorhydrinkautschuk diesen Zweck geeignetes Material ist z. B. ein hochbestehen. 20 temperaturbeständiges, hochmolekulares, hitzestabili-

Das für die äußere Armierung verwendete Metall- siertes Polypropylen. Wenn das leitfähige Material

band gehört einem Typ an, der normalerweise zum Kupfer darstellt, so muß die Polypropylen-Isolierung

Schutz von Drähten verwendet wird. Das Band ist außer gegenüber Hitze auch gegenüber Kupfer

überlappend und spiralförmig umgewickelt, wobei auf stabilisiert sein. Die Stabilisierung von Olefin-Kau-

Biegsamkeit geachtet wird. Beispiele für ein geeignetes 25 tschukarten und Polymeren gegenüber Kupfer ist an

Armierungsmaterial sind galvanisierter oder verzinkter sich bekannt und kann beispielsweise in der in den

Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Bronze. USA.-Patentschriften 3 535 257 oder 3 549 572 be-

Der für die Ummantelung verwendete Epichlor- schriebenen Weise oder in einer anderen Weise

hydrokautschuk ist so compoundiert, daß der nur durchgeführt werden. Wird als leitfähiges Material ein

eine minimale öl- und Wasserdurchlässigkeit und eine 30 anderes Material als Kupfer verwendet, so kann eine

minimale Quellbarkeit hat, so daß Verformungen und andersartige Stabilisierung notwendig sein. Als Iso-

das Eindringen von Flüssigkeiten und Gasen in die lierung für die Leiter kann ein stranggepreßter Überzug

eigentliche Isolierung vermieden werden. aus einem solchen Isolator verwendet werden.

Der Isolator, der in Ölquellen mit hoher Temperatur Eine bevorzugte Ausführungsform eines als Isolier-

und hohen Drücken verwendet wird, ist ein hoch- 35 material verwendeten hochtemperaturbeständigen,

temperaturbeständiges, hochmolekulares, hitzestabili- hochmolekularen, hitzestabilisierten Polypropylcn-

siertes Polypropylen, das bei höheren Temperaturen Homopolymerisate ist unter der Handelsbezeichnung

einen ausgezeichneten elektrischen Isolator darstellt, Avisun 1046 (Hersteller Amoco Corporation) im

wenn es nicht mit öl in Berührung steht. Ein Poly- Handel erhältlich. Dieses Material hat die nach-

propylen-Homopolymerisat mit überwiegend isotak- 40 stehenden physikalischen Eigenschaften:
ti- her Struktur ist besonders geeignet. Die äußere

mc illische Armierung ist abriebfest und dabei Molekulargewicht·

gleichzeitig biegsam, so daß die Ummantelung aus _{hoch entsprec}hend einer reduzierten Viskosität

Epichlorhydrinkaytschuk geschützt wird; dabei wird _{von spje = 3>4 dl/g> in} Dekalin bei 135°C. die Armierung durch die Quellenflüssigkeit nicht 45

angegriffen. Die Ummantelung aus Epichlorhydrin- Spezifisches Gewicht:

kautschuk ist gegenüber öl und Wasser unempfindlich °'^{90 bis} °·^{91 bei 23}°^c (ASTM-D-792-64 T).

und weitgehend ölundurchlässig, wodurch eine Sperre Fließgeschwindigkeit:

gebildet wird, die die Polypropylen-Isolierung schützt. bei 230°C, Belastung 2160 g, 5,0 g/10 min (ASTM-

Dies hat zur Folge, daß Wasser oder öl kaum eindrin- 50 D-1238-65 T).

gen können und die dadurch bedingten Schwierigkeiten „.

vermieden werden. ^Β«8?^Pf™^tM: ,* _v , _{1(Α?ΓΜηω(1}«

In der Zeichnung zeigt »° ^{c bei 4}'⁶⁵ ^^cm* (ASTM-D-648-61).

Fig. 1 eine Teil-Perspektivansicht eines Schnittes Verformung unter Belastung:

durch ein elektrisch leitendes Kabel für Eintauch- 55 3,5% bei 140kg/cm^a (24 Stunden bei 50⁰C)

motoren, worin einige Merkmale der Erfindung darge- (ASTM-D-621-64).

stellt sind, und Wasseraufnahme:

F 1 g. 2 einen Schnitt durch das Kabel von F 1 g. 1 0 017 (ASTM-D-570-63).

nach der Linie 2-2. ' °

In der Zeichnung ist ein aus mehreren Komponenten 60 Biegemodul:

bestehendes, elektrisch leitendes Kabel für einen 12 700 kg/cm^a (1,25 mm/min CHS)

Eintauchmotor dargestellt, das für einen Betrieb in (ASTM-D-790-66).
heißen, unter hohem Druck stehenden Ölquellen

geeignet ist und das die wichtigsten Merkmale der Wie vorstehend erwähnt, kann es erforderlich sein, Erfindung zeigt. 65 dieses Polypropylen zu modifizieren, um es gegenüber

In dem Schnitt des Kabels von F i g. 1 sind die Kupfer oder einem anderen leitenden Metall zu

Leiter mit 11, die elastische Ummantelung mit 13 und stabilisieren,

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 extrudiert werden und füllt vorzugsweise auch die Zwischen räume 23 zwischen den angrenzenden Leitern aus Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsforn

eines Ansatzes aus Epichlorhydrinkautschuk unc

S anderen Substanzen angegeben:

Handelsbezeichnung	Bestandteile	Teile/100 Teile Kautschuk	Hersteller
Herclor H	hochmolekularer Epichlorhydrin-	100,0	Hercules, Inc.
	Kautschuk
Span 60	oberflächenaktives Mittel aus Partialestern	1,5	Atlas Chemical Industries
	von Hexitanhydriden
Dyphos XL ...	zweibasiches Blciphosphit	10,0	National Lead Company
	(Hitzestabilisator)
NBC	Nickeldibutyldithiocarbamat (Antioxydans) Kupferdimethyldithiocarbamat	1,0	DuPont
Cumate	(Akzelerator)	0,125	R. T. Vanderbilt Company
	Phenothiazin
Phenothiazine ..	Ruß (Füllstoff)	1.0	Fisher Scientific Company
Vulcan	Kieselsäure (Füllstoff)	30,0	Cabot Corporation
Hi SiI 233	Weichmacher	10,0	P. P. G. Industries
TE-70	Weichmacher	0,5	Technical Processing, Inc.
TP-95	Dispergiermittel	1,0	Thiokol Chemical Corp.
Azelainsäure ...	2-MercaptothiazoIin (Beschleuniger)	4,0	Eastman Organic Chemicals
NA-22	1,0	DuPont

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 Riß gebildet haben sollte.

Die Ummantelung 13 des Kabels ist von der äußeren Armierung 15 umgeben, die aus einem kontinuierlich gewickelten Band aus metallischem Material gebildet ist. Das Metallband kann aus galvanisiertem oder verzinktem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder aus Bronze gebildet sein. Die handelsüblichen galvanisierten oder verzinkten Metallarmierungen sind im allgemeinen ausreichend. Dies trifft besonders für ölrnche Quellen zu, in denen ein ölüberzug die Armierung vor korrodierenden Bestandteilen schützt. Unter gewisses korrodierenden Bedingungen kann es notwendig sein, die Armierung aus korrosionsbeständigem Stahl oder Speziallegierungen, wie Monelmetall, herzustellen.

Das beschriebene, aus mehreren Komponenten bestehende Kabel ist abriebfest, für die in den Quellen auftretenden Flüssigkeiten undurchlässig, biegsam und wird durch das Medium und die hohen Temperaturen in der Quelle nicht angegriffen, wenn es in einer weniger stark korrodierenden Quellflüssigkeit mit

mäßiger Säurestärke verwendet wird.

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 besitzt die erwünschten physikalischen Eigenschaften für die Anwendung als Kabel für Eintauchmotoren, wenn die Säurekorrosion des Metalls kein schwerwiegendes Problem ist.
Obgleich im Beispiel als Epichlorhydrinkautschuk für die Ummantelung 13 das Handelsprodukt Herclor H von Hercules, Inc., ein Epichlorhydrin-Homopolymerisat (Poly-[«-Chlorpropylenoxyd]) angegeben wurde, können für diese Anwendung auch andere Homopolymerisate des Epichlorhydrins, wie Hydrin

100 (B. F. Goodrich) verwendet werden. Auch Epichlorhydrin-Kautschukarten.dieausEpichlorhydrin und Äthylenoxyd hergestellt sind, sind für die Ummantelung 13 geeignet Diese Mischpolymerisate sind unter den Bezeichnungen Herclor C (Hercules, Inc.)

SS und Hydrin 200 (B. F. Goodrich) im Handel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

In vielen Fällen handelt es sich um Hochleibtungs- Patentansprüche: motoren, die in einigen Fällen eine Leistung von 200 PS überschreiten. Normalerweise handelt es sich

1. Elektrisches Kabel für Eintauchmotoren, mit hierbei um Dreiphasenmotoren, und das dazugehörige mindestens einem elektrischen Leiter, einer den 5 Kabel enthält drei getrennte elektrische Leiter,
oder die Leiter umgebenden ersten Schicht aus Das elektrische Kabel muß für eine ausreichend Polypropylen, einer die Isolierschicht umgebenden hohe Stromstärke ausgelegt sein und eine ausreichende elastischen Ummantelung aus einem Kautschuk dielektrische Festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit und einer die elastische Ummantelung umgebenden haben, um auch unter den ungünstigen Umwelt-Armierung aus einem Metallband, dadurch io bedingungen in der Quelle elektrische Verluste zu gekennzeichnet, daß die erste isolierende vermeiden. Die Umweltbedingungen in der Quelle Schicht (19) aus einem hochtemperaturbeständigen, schwanken im allgemeinen mit der geographischen Lahochmolekularen und hitzestabilisierten Polypro- ge. Die Flüssigkeit in den Quellen, in denen das Kabel pylen und die elastische Ummantelung (13) aus gemäß der Erfindung verwendet werden soll, ist nicht einem Epichlorhydrinkauischuk bestehea. 15 besonders korrosk. In vielen Fällen überschreiten die

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Temperaturen der Quelle den Wert von 120⁰C. Diese zeichnet, daß der hochtemperaturbeständige syn- Quellen können gelöste Gase, Carbonate, gewisse thetische organische Isolator ein hochtemperatur- Salze und große Mengen öl enthaften. Weiterhin sind beständiges, hochmolekulares, hitzestabilisiertes die Quellen ziemlich tief, d. h. im Durchschnitt etwa Polypropylen darstellt. ao 12O0"bis 3000 m. Das elektrische Kabel muß eine

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ausreichend hohe physikalische Festigkeit haben, damit zeichnet, daß das hochtemperaturbeständige, hoch- der Motor und das Kabel in diese Tiefen versenkt molekulare, hitzestabilisierte Polypropylen auch werden können, und die äußere Oberfläche des gegenüber Kupfer stabilisiert ist. Kabels muß gegenüber dem beim Versenken auf-

4. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch as tretenden Abrieb beständig sein. Da das Kabel gekennzeichnet, daß der Leiter Kupfer darstellt normalerweise auf Lager- oder Transportrollen auf- und der hochtemperaturbeständige synthetische gewickelt ist, muß es weiterhin biegsam sein, damit organische Isolator gegenüber Kupfer stabilisiert beim Auf- und Abwickeln keine Beschädigungen ist. entstehen.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 30 Die zur Zeit verwendeten Kabelkonstruktionen dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus enthalten drei Leiter aus Kupferlitze, die voneinander metallischem Material aus verzinktem Stahl mit isoliert und spiralförmig zu einer Einheit gewickelt niedrigem Kohlenstoffgehalt gebildet ist. sind. Die litzenförmigen Leiter sind durch ein Material

6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit hoher Durchschlagsfestigkeit, wie Polyäthylen oder dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus 35 Polypropylen, voneinander isoliert. Die spiralförmig metallischem Material aus verzinkter Bronze gewickelten und isolierten Leiter sind von einem gebildet ist. stranggepreßten Mantel aus Nitrilkautschuk umhüllt,

7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der die isolierten Leiter umgibt. Der Nitrilkautschuk dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus ist von einer äußeren Armierung in Form eines metallischem Material aus einem Spezialmetall 40 kontinuierlich umgewickelten Bandes aus metallischem oder einer Speziallegierung gebildet ist. Material umgeben.

8. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Elektrische Starkstromkabel mit der vorstehend dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus beschriebenen Bauweise, die in Ölquellen mit hoher metallischem Material ein kontinierliches, spiral- Temperatur, hohen Drücken und mäßiger Säurestärke förmig und überlappend aufgewickeltes Band 45 verwendet wurden, werden auf Grund der Temperaturdarstellt, verformung der thermoplastischen Kabelbestandteile

oder auf Grund der Beeinträchtigung des elastomeren Mantels durch Chemikalien und Lösungsmittel unbrauchbar. Da die meisten Ölquellen gelöste Gase, 50 Carbonate, Wasser, Salze und große Mengen öl

enthalten, hat kein einziger Werkstoff die erforderliche

Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln, Hitze und Druck, um unter diesen Bedingungen längere Zeit funktionsfähig zu sein, ohne durch mindestens einen 55 dieser Faktoren beeinträchtigt zu werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß sich

Kabel für Eintauchmotoren, die insbesondere in die Kabel bei diesen Bedingungen unter Belastung Ölquellen mit hoher Temperatur und hohem Druck verformen. Die Kabel sind Druck- und Zugkräften verwendet werden, in welchen die Quellenflüssigkeit ausgesetzt, und bei hohen Temperaturen neigt die nicht übermäßig korrosiv ist. 60 Ummantelung zu einer ausgeprägten Verformung,

Eintauchungen, die in Öl-, mineralischen und wodurch sich die Leiter gegeneinander verschieben Wasserquellen verwendet werden, enthalten gewöhn- und ein Kurzschluß zwischen den Phasen oder lieh ein Hauptantriebsorgan in Form eines Elektromo- zwischen den Phasen und der Erde auftreten tors, der am Grund der Quelle direkt mit der Pumpe kann.

verbunden ist. Es ist deshalb notwendig, mittels eines 65 Ein Reißen der Armierung als Folge des Quellens Kabels eine elektrische Verbindung zwischen dem der Ummantelung ist ein weiteres Beispiel einer Motor und der Stromquelle an der Oberfläche vor- Verformung, die unter diesen Bedingungen auftritt, zusehen. Auch kann das Kabel insgesamt beim Herausziehen