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Verfahren zum Verbinden von Kabeln mit Isolierung aus vernetztem Polyäthylen
oder einem anderen vernetzten Polymer Beim Verbinden zweier Kabel mit einer Isolierung
aus vernetztem Polyäthylen wird die Isolielng unmittelbar an den Enden der Kabel,
die verbunden werden sollen, entfernt. Normalerweise erden die Teile der Isolierungen,
die am dichtesten arl den Enden liegen, in Richtung auf die Enden abgefast. Nachdem
die Leiter zusammengefügt sind, üblicherweise durch Schweißen oder Löten, und auf
die Verbindungsstelle eine halbleitende Schicht aufgebracht wurde -zesindest wenn
es sich um ein Hochspannungskabel handeltwird die Verbindung normalerweise dadurch
isoliert, daß der Bereich um die freigelegten Kabelleiter und die unmittelbar an
den Leiterenden belegenen Teile der Leiterisolierung mit mehreren Schichten eines
unvulkanisierten Polyäthylenbandes umwickelt werden, welches ein Vulkanisierungsmittel
enthält 5 wie z.B.
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D - Cumylperoxyd oder Di - tert. Butylperoxyd.
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Das umwickelte, zusammengefügte Kabel wird dann mit der Umwicklung
in einem Werkzeug plaziert, wo die Umwicklung einem solchen Druck und einer solchen
Temperatur ausgesetzt wird, daß die Bandschichten eine zusammengeschmolzene und
vulkanisierte homogene Nasse bilden. Normalerweise wird ein Werkzeug benutzt, das
aus zwei Werkzeughälften besteht, von denen jede mit einer halbzylindrischen Aussparung
versehen ist, und die in Richtung zueinander beweglich sind. Die Werkzeughälften
enthalten eingebaute
Heizspiralen für ihre Erwärmung. Zumindest
wenn das Kabel ein Hochspannungskabel ist, wird auf der Isolierung an der Verbindungsstelle
eine halbleitende Schicht vorgesehen, und zwar entweder nach oder im Zusammenhang
mit dem Zustandekommen dieser Isolierung. Dieselbe Methode kann beim Verbinden von
Kabeln benutzt werden, deren Isolierung aus einem anderen vernetzten Polymer als
Polyäthylen besteht.
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Dabei wird normalerweise dasselbe Polymer in un vulkanisierter Form
im Band benutzt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat es sich als möglich erwiesen,
Kabel, deren Isolierung aus vernetztem Polymer besteht, bedeutend schneller und
billiger zu verbinden als mit der beschriebenet, bekannten Methode. Dadurch, daß
man gemäß der -Erfindung auf die Anwendung von Band aus Polymer verzichten kann,
kann man auch die Verschmutzung verhindern, die eine Folge der entstehenden elelçtrostatischen
Aufladung beim Wickeln von Band sein kann.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren
zur Verbindung zweier Kabel, deren Leiter eine Isolierung aus vernetztem Polyäthylen
oder anderem vernetzten Polymer haben, wobei die Isolierung von einem Leiter unmittelbar
an dem Ende entfernt wird, das mit einem Ende eines anderen, auf gleiche Weise behandelten
Leiters zusammengefügt werden soll, und wobei dem Bereich mit der entfernten Isolierung
nach dem Zusammenfügen der Leiterenden unvulkanisiertes Polyäthylen oder unvulkanisiertes
Polymer einer anderen Art, das
Vulkanisieruagsmittel enthält, zugeführt
wird und das unvulkanisierte Polyäthylen bzw. Polymer einer anderen Art danach vulkanisiert
wird, während es einem Druck und einer für die Vulkanisierung erforderlichen erhöhten
Temperatur ausgesetzt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das unvulkanisierte
Polyäthylen bzw. das Polymer anderer Art in Form eines Granulats einer um den Bereich
mit entfernter Isolierung angeordneten Form mit einem oder mehreren in einer Öffnung
bzw. Öffnungen beweglichen Kolben zugeführt wird, deren auf das-Polymermaterial
gerichtete Fläche bzw. Flächen in Längsrichtung des Kabels eine Ausdehnung haben,
die mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 40 % der Ausdehnung des Bereichs mit
der entfernten Isolierung in Längsrichtung des. Kabels beträgt. Die Ausdehnung der
genannten Fläche/> winkelrecht zur Längsrichtung des Kabels beträgt vorzugsweise
mindestens 10 96 der Ausdehnung in Längsrichtung des Kabels. Mit dem Ausdruck "entfernte
Isolierung ist gemeint, daß die Isolierung ganz oder teilweise vom Leiter entfernt
ist und schließt beispielsweise den Teil der Isolierung ein, der auf übliche Weise
vom Leiterende entfernt wurde, um einen übriggebliebenen, zum Leiterende hin abgefasten
Teil der Isolierung zu bilden.
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Die auf das Polymermaterial gerichtete Seite des Kolbens oder der
Kolben hat somit gemäß der Erfindung zumindest in Längsrichtung des Kabels eine
verhältnismäßig große Ausdehnung. Hierdurch erreicht man, daß man über dem ganzen
Verbindungsbereich einen erforderlichen Druck auf das Polymermaterial bei dessen
Anbringen aufrechterhalten kann, so daß das vulkanisierte Polymermaterial blasenfrei
und homogen wird. Wenn die
genannte Fläche eine ungenügende Ausdehnung
hat, ist es nicht möglich zu verhindern, daß die gasförmigen und die bei der Vulkanisierungstemperatur
flüchtigen Abbauprodukte des Vulkanisierungsmittels, die sich im Zusammenhang mit
der Vulkanisierung entwickeln, Einschlüsse in dem vulkanisierten Gut bilden und
dadurch Anlaß zu einer Verbindung von schlechter Qualität geben. Um ein blasenfreies
vulkanisiertes Gut zu erhalten, ist es in vielen Fällen erforderlich, während der
Abkühlung den Druck auf das Gut beizubehalten.
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Bei der Erwärmung des Polymermaterials zur Vulkanisierung wird der
Form Wärme, beispielsweise durch in deren Wänden liegende Heizspiralen oder durph
außerhalb der Formwände plazierte IR-Rohre, zugeführt.
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Um das Erwärmen zu beschleunigen und es innerhalb des Materials gleichmäßiger
zu halten, ist es von Vorteil, auch die Leiter des Kabels für die Wärmezufuhr zu
benutzen. Dies kann mit Heizkörpern, wie z.B.
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IR-Rohren, geschehen, die am Kabel entlang in Bereichen plaziert sind,
die außerhalb der Form liegen, in Längsrichtung des Kabels gesehen.
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Um das Entweichen von Gasen aus dem Vulkanisierungsbereich zu fördern
und dadurch einer Blasenbildung entgegenzuwirken, ist es außerdem vorteilhaft, eine
Schicht eines gasdurchlässigen Materials zwischen dem Polymermaterial und den auf
das Polymermaterial gerichteten Form- und Kolbenflächen anzubringen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden anhand der
zugehörigen Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung zur Ausführung der Verbindung schematisch
im Längsschnitt, Fig. 2 den Schnitt A - A winkelrecht zum Längsschnitt gem. Fig.
1.
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In Fig. 1 werden zwei Kabel 1 und 2 gezeigte die verbunden werden
sollen. Der Leiter des Kabels 1 ist mit 3 bezeichnet und dessen Isolierung, die
aus vernetztem Polyathylen besteht, mit 4. Das Kabel 1 hat eine innere lralbleitende
Schicht 5 und eine äußere halbleit-ende Schicht 6. Der Leiter des Kabels 2 ist mit
7 und dessen Isolierung, die auch aus vernetztem Pol7tthylen besteht5 mit 3 bezeichnet.
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Das Kabel 2 hat eine innere halbleitende Schicht 9 und eine äußere
halbleitende Schicht 10. Die halbleitenden Schichten 5, 6, 9 und 10 können durch
Aufspritzen eines halbleitenden Kunststoffes, z.B.
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Copolymerisat aus Ethylen und Äthylakrylat, das leitendes Carbon black
enthält, aufgebracht sein.
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Jedes Kabel hat einen freigelegten Teil 11 bzw. 12, d.h. einen Teil,
an dem die Isolierung ganz entfernt ist. Wie aus den Figuren hervorgeht, hat jedes
Kabel auch einen Teil, an dem die Isolierung teilweise entfernt ist, um einen übriggebliebenen,
abgefasten Teil der Isolierung mit konischer Form zu bilden.
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Die inneren halbleitenden Schichten 5 und 9 ragen ein kleines Stück
13 bzw. 14 aus der Spitze des betreffenden Konus heraus. Die äußeren halbleitenden
Schichten 6 bzw. 10 enden in einer gewissen Entfernung 15 bzw. 16 von der Basis
des betreffenden Konus.
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Beim Verbinden der beiden Kabelenden werden die Leiterenden, beispielsweise
durch SchweiBen oder Löten, zusammengefügt, so daß eine Verbindung 17 entsteht.
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Auf den freigelegten Leitern 3 und 7 wird eine halbleitende Schicht
18 aufgebracht, die in Kontakt mit den halbleitenden Schichten 5 und 9 an den herausragenden
Stücken 13 und 14 gebracht wird. Die Schicht 18 kann aus einem Band aus vulkanisiertem
Polyäthylen, das ein Vulkanisierungsmittel, z.B. Di - umylperoxyd oder Di-tert.Butylperoxyd
sowie leitendes Carbon black enthält, aufgebaut werden, indem das Band um die Leiter
3 und 7 gewickelt wird. Danach wird um die Verbindungsstelle eine aus zwei ifäliten
21 bzw.
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22 bestehende Form angeordnet (s.auch Fig. 2). Jede Hälfte hat eilen
rohrförrnigen Teil 23 bzw. 2 er sich im Mittelbereich zu einem Kolbengehäuse 25
bzw.
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26 öffnet, und der außerhalb des Mittelbereiches halbrohrförmige Flansche
27, 28 bzw. 29, 30 bildet.
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In jedes Kolbengehäuse ist ein Kolben 31 bzw 32 einführbar. Damit
die Hälften leicht gleiten können, kann man sie, genau wie die Gleittlächen des
Kolbengehäuses, mit Polytetrafluoräthylen belegen. Der Druck auf die Kolben in Richtung
auf die Verbindungsstelle kann über die Schäfte 33 und 34 mit nicht gezeigten Druckzylindern,
die an eine Gasflasche angeschlossen sein können, oder mit anderen drucküberführenden
Organen, beispielsweise des Federtyps, überführt werden. Es kann angebracht sein,
wenigstens an einer der Formhälften ein Fenster 35 anzuordnen, um den Vulkanisierungsverlauf
in der Form kontrolliegen zu können. Wenn die Form um die Verbindungsstelle gelegt
wird, werden Packungen 36, beispielsweise aus Gummi, zwischen den Flanschen und
den Kabeln angebracht, wonach die Formhälften mit Klemmanordnungen 37 bzw. 38 aneinander
und gegen die Kabel geklemmt werden. Danach wird in der Form Granulat 39 aus Polyäthylen
angebracht, das ein Vulkanisierungsmittel enthält, wie z.B.- Cumylperoxyd oder Di-tert.Butylperoxyd,
indem man beispielsweise den oberen Kolben 31 aus dem Kolbengehäuse 25 heraushebt.
Vor der nach innen gerichteten Fläche eines
jeden Kolbens wie auch
vor den Formflächen außerhalb der Formöffnungen werden Tücher 40, 41, 42 und 43
aus Silikongummi oder einem anderen gasdurchlässigen Material angebracht. Zuerst
wird ein mäßiger Druck auf das Granulat durch Beeinflussung der Kolben, z.B.
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mit den obengenannten Druckzylindern, ausgeübt. Die Erwärmung des
Polymermaterials geschieht über die Kabelleiter mit den an den Kabeln plazierten
Heizelementen 44 bis 47, wie z.B. IR-Rohre und mit außerhalb der Formhälften im
Bereich radial außerhalb der Verbindungsstelle an den Formhälften entlang angeordneten
IR-Rohren 48 bzw. 49. Natürlich kann die Form stattdessen auf andere Weise erwärmt
werden, z.B. mit eingebauten Heizspiralen. Wenn das Polyäthylen 0 in der Form eine
Temperatur von ungefahr 140 Ca erreicht hat, wird der Druck auf ein Niveau, zsB.
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10 kp/cm erhöht, welcher genügt, um das Gut, nachdem es vulkanisiert
wurde, blasenfrei zu bekommen. Der Druck wird dann bei fortgesetzter Erwärmung auf
eine zum Vulkanisieren geeignete Temperatur, normalerweise ungefähr 1700C, wie auch
während der folgenden Abkühlung beibehalten. Wenn die Vulkanisierungsreaktion beendet
ist, werden erst die Heizelemente 44 bis 47 abgestellt. Die Abkühlung wird dabei
durch Ableitung der Wärme über die Leiter des Kabels beschleunigt.
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Später werden auch die Heizelemente 48 und 49 abgestellt. Während
des Vulkanisierungsverlaufs wird eine zusammengeschmolzene homogene Masse gebildet,
die kontinuierliche tibergänge mit den Isolierungen 4 und 8 hat, und das gleiche
Aussehen und dieselben Eigenschaften hat, wie das Gut in denselben. Das Polyäthylen
in der halbleitenden Schicht 18 wird gleichzeitig vulkanisiert. Nach dem Abkühlen
wird die Form entfernt und das Polyäthylen danach an der hergestellten Isolierung
bei der Verbindung, die außerhalb der-Isolierungen 4 und 8 liegt, beseitigt. Danach
wird auf der fertiggestellten Isolierung eine äußere haibleiten- -de Schicht angebracht,
die die halbleitenden Schichten
6 und 10 verbindet. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß man die isolierte Verbindungsstelle mit einer kolloidalen
Wasserlösung aus Graphit bestreicht. Nachdem die Verbindung und die Isolierung der
Verbindungsstelle mit der aufgetragenen halbleitenden Schicht fertig ist, wird das
Kabel auf übliche Weise an der VerbindungsstelIe mit Metallschirm und Mantel versehen.
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In den in Fig. 1 und 2 dargestellten Fällen wird die Anwendung einer
Form mit zwei Kolbengehäusen und zwei Kolben gezeigt. Gemäß der Erfindung ist es
jedoch möglich, nur einen Kolben und ein Kolbengehäuse anzuwenden. Dabei kann das
Unterteil der Form beispielsweise wie eine Rohrhälfte ausgeführt werden, deren Mittelteil
denselben Querschnitt hat wie die Flansche 29 und 70. In vielen Fällen ist es jedoch
vorteilhaft, zwei gegenüberstehende Kolben, wie in Fig. 1 und 2, oder mehrere um
den Leiter angeordnete und im Verhältnis zu den Leitern bewegliche Kolben anzuordnen,
da man hierdurch eine Seitenverschiebung der Leiter im Verbindungsbereich vermeiden
kann, die bei der Anwendung nur eines Kolbens aufgrund der Volumenverringerung des
Polymermaterials während des Abkühlens auftreten kann.
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Statt, wie gem. Fig. 1 und 2, verhältnismäßig große Kolben anzuwenden,
kann man mehrere kleine Kolben anwenden, die entlang der Verbindungsstelle in Längsrichtung
des Kabels angeordnet werden.
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Die Erfindung wurde detailliert mit vernetztem Polyäthylen als Leiterisolierung
und mit Xulkanisiertem Polyäthylen, das Vulkanisierungamittel enthält, als Material
im Granulat für die Isolierung der Verbindungsstelle beschrieben. Die Erfindung
ist jedoch auch
verwendbar bei Kabeln mit Isolierungen aus einem
anderen vernetzten linearen Polymer als Polyäthylen, z.B. Copolymerisat aus Äthylen
und Propylen, Copolymerisat aus Athylen und Propylen mit Dienmonomeren, x wie Dicyclopentadien
oder 1,4-He#adien oder eine Mischung aus Polyäthylen mit einem der genannten Copolymerisate.
Diese als Beispiel genannten Materialien sind in unvulkanisierter Form auch als
Material im Granulat verwendbar. Wenn die Isolierung an der Verbindungsstelle von
gleicher Art sein soll wie die ursprüngliche Isolierung d@ Kabels, was normalerweise
wünschenswert ist, so wird dasselbe Polymer in unvulkanisierter Form im Granulat
verwendet wie das, welches in vulkanisierter Firm die Isolierung des Kabels bildet.
Es ist jedoch möglich, im Granulat ein anderes Polymer anruwenden als das, aus dem
die Isolierung des Kabels besteht.
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Patentansprüche: