DE2726398A1 - Elektrisches kabel mit wassersperre - Google Patents

Elektrisches kabel mit wassersperre

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DE2726398A1 DE19772726398 DE2726398A DE2726398A1 DE 2726398 A1 DE2726398 A1 DE 2726398A1 DE 19772726398 DE19772726398 DE 19772726398 DE 2726398 A DE2726398 A DE 2726398A DE 2726398 A1 DE2726398 A1 DE 2726398A1
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    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
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    • Y02A30/14—Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

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  • Insulated Conductors (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft gegen das Eindringen und das Wandern von Wasser geschützte elektrische Kabel.
Zur Benutzung unter der Erdoberfläche, wo Wasser in der Umgebung vorhanden ist, geeignete Kabel werden zur Zeit durch Füllen der Zwischenräume zwischen und um die Leiter mit einem Gelee oder mit einem fettartigen Material hergestellt, um die polyolefin-isolierten Leiter gegen Berührung mit dem in die Kabel eintretenden Wasser zu schützen und um zu verhüten, daß Wasser, das in Berührung mit einem Leiter kommt, übermäßig den Leiter entlang wandert. Zur wirksamen Absperrung gegen Wasser muß ein solches Kabel fast zu 100 % be füllt werden, was große Mengen von Füllmaterial erfordert. Weiterhin ist das Gelee oder fettartige Material beim Verlängern oder Anschließen des Kabels schwer von den Leitern zu entfernen. Es ist oft notwendig, das als Füllung verwendete Gemisch oder die Verbindung heiß aufzubringen und dadurch wird häufig die Isolierung der Leiter verschlechtert. Das gelee- oder fettartige Material verleiht dem Kabel auch manchmal eine Steifigkeit, die den Einbau besonders bei niederen Temperaturen erschwert. Ein weiterer Nachteil besteht in der Entflammbarkeit solcher Materialien.
Es ist, beispielsweise aus der US-PS Nr. 3 538 235 bekannt, das gelee- oder fettartige Material durch eine Pulverfüllung zu ersetzen, die mit Wasser reagiert und wassersperrende Materialien bildet. Das beschriebene Pulvergemisch quillt bei Berührung mit Wasser auf und ändert die gegenseitige Kapazität des Kabels in unannehmbarem Maße. Wenn eine geringere Konzentration des Pulvergemisches verwendet wird, reicht die Aufquellung des Harzes selbst nicht aus}um das V/asser ausreichend abzusperren.
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Ein anderes Beispiel einer bei Berührung mit Wasser aufquellenden Pulverfüllung wird in der US-PS 3 803 339 beschrieben, bei der die Wechselwirkung des Wassers mit dem Pulver ein Gas erzeugt, das das sich ausdehnende polymere Material in die Leerräume innerhalb des Kabelmantels drückt. Auch hier wird die Zusammensetzung und die gegenseitige Lage des Kerns geändert, wodurch die gegenseitige Kapazität der Kernleiter schädlich beeinflußt wird. Besonders durch die Erzeugung eines Gaccs werden elektrolytisch wirksame Ionen freigesetzt, die die elektrischen Eigenschaften des Trennmediums ändern, während das Aufquellen und der Gasdruck die geometrischen Eigenschaften des Kernes verändert. Die gasentwickelnden Materialien können auch Allergie hervorrufen/, giftige und gefährliche Bestandteile enthalten oder sie können gefährliche und schädliche Nebenprodukte erzeugen. In der DT-PS 2 007 163 wird die Ver-'.vondunr von Polyvinylalkohol oder Polyacrylamid als Quellmittel beschrieben, jedoch quellen bestimmte solche synthetische Harze nicht rasch genug im kalten Wasser, um eine zufriedenstellende Verhinderung des weiteren Eindringens von Wasser zu erreichen, wenn der Kern nur teilweise mit einem pulverisierten Wascerhemmittel gefüllt ist. Da derartige synthetische Harze teuer sind, ist es unwirtschaftlich, den Kabelkern mit derartigen Materialien vollständig zu befüllen.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile dadurch, daß ein elektrisches Kabel^eschaffen wird, das teilweise mit einem Pulvermaterial befüllt ist, welches das Eindringen von Wasser bei niederen Temperaturen (d.h. bei Temperaturen, wie sie unter der Erdoberfläche herrschen) verhindert. Die Erfindung schafft ferner ein elektrisches Kabel mit einem füllstoff, der nicht entflammbar ist, keine Allergien oder Giftwirkungen hervorruft und beim Erhitzen keine schädlichen Nebenprodukte abgibt.
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In ihrem breitesten Aspekt schafft die Erfindung ein elektrisches Kabel mit einem aus einer Vielzahl isolierter Leiter bestehenden Kern und einem Mantel, bei dem die Zwischenräume zwischen den Leitern und innerhalb des Mantels zumindest teilweise mit einem Gemisch aus wasserabstoßend behandeltem Kalzium-Karbonat und mindestens einem rasch zur Bildung einer viskosen Lösung hydiHtLerbaren Harz mit hohem Molekulargewicht be füllt werden. Vorzugsweise werden die Leiter jeweils mit einer hydrophoben Flüssigkeit beschichtet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein mehrsträngiges, bemänteltes elektrisches Kabel, das erfindungsgemäß befüllt ist, und
Fig. 2 ein mehrsträngiges, geschirmtes und bemänteltes elektrisches Kabel, das erfindungsgemäß be füllt ist.
Das Kabel 10 nach Fig. 1 umfaßt eine Vielzahl isolierter Leiter 12, die zur Formung eines in einem Mantel 1/f aus Polyäthylen oder anderem Material eingeschlossenen Kernes miteinander verseilt sind. Die Zwischenräume zwischen den Leitern 12 und dem Mantel U|. und zwischen den Leitern selbst enthalten eine Füllung 16, die ein Gemisch aus einem hydrophoben Pulver in Form von wasserabstoßend behandeltem Kalzium-Karbonat und einem hydrophilen Pulver in Form mindestens eines zur Bildung einer viskosen Lösung rasch hydrierbaren Harzes von hohem Molekulargewicht umfaßt. Vorzugsweise ist das hydrophobe Pulver ein Kalzium-Karbonat, das mit einer langkettigen Fettsäure beschichtet ist, wie es beispielsweise unter den Handelsnamen "Protexulate" oder "Protex E" durch die Firma Pluess-Stauffer vertrieben wird und vorzugsweise ist das hydrophile Pulver
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ein Polyacrylamid von hohem Molekulargewicht, wie es beispielsweise unter der Handelsmarke "Separan" durch die Firma Dow Chemical Corporation oder unter der Handelsmarke "Magnifloc" durch die Firma Cynamid Company vertrieben wird. Es ist zu bemerken, daß die Hersteller solcher hydrophober Pulver eine Verdichtung empfehlen, um eine Wassersperre zu erreichen, es ist jedoch verständlich, daß ein Stopfen der Kernfüllung bei der Herstellung eines fortlaufenden Kabels sehr schwierig zu erreichen wäre.
Die Zusammensetzung der Füllung 16 sollte zwischen 95 Gew% und 70 Gew% hydrophobes Pulver und zwischen 5 Gew% und 30 Gew% hydrophiles Pulver betragen, je nach den für das Kabel 10 geforderten elektrischen Eigenschaften. Je kritischer die elektrischen Ubertragungsanforderungen sind, umso niederer soll der Gewichtsprozentanteil des hydrophilen Pulvers sein. Beispielsweise ist für ein Telefonkabel die geringstmögliche Menge von hydrophilem Pulver, d.h. 5. Gew% vorteilhaft.
Bei der Benutzung der Füllung 16 in erfindungsgemäßer Weise ist es nicht notwendig, die Leerstellen im Kabel 10 im wesentlichen zu befüllen. Es hat sich gezeigt, daß in manchen Fällen das Kabel 10 wegen der Art der Reaktion des Füllstoffes 16 auf das Eindringen von Wasser in den Kabelkern gegen dieses Eindringen geschützt ist, wenn die Füllung nur 33 Vol% erreicht. Wenn V/asser in genügender Menge eindringt, um die Oberflächenspannung des beschichteten Kalzium-Karbonats herabz usetzen, löst sich das Polyacrylamid schnell in dem Wasser und erhöht dessen Viskosität. Die Lösung wandert nur ein kurzes Stück in Längsrichtung des Kabelkerns,je nach dem Volumenanteil des Füllstoffes in dem Kern und dem Druck des Wassers selbst.
Es ist bei der Herstellung des be füllten Kabelkerns vorteilhaft und verhindert, daß die Pulverbestandteile der Füllung
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herausfallen, wenn das ^abel 10 geschnitten wird, wenn die Oberflächen der Isolierungen der Leiter 12 mit einer hydrophoben Flüssigkeit benetzt werden, die keine schädlichen Wirkungen auf das Kabel ausübt, wie es beispielsweise Spannungsrisse in dem Polyäthylenmantel sein können. Ein Paraffinöl von niederer Viskosität, vorzugsweise mit einem hohen Anilinpunkt erweist sich für diese Zwecke geeignet.
In dem abgeschirmten Kabel 20 in Fig. 2 ist ein Kerneinschlag ZZ und darauffolgend eine Metallschirmung Zk zwischen den Leitern 12 und dem Mantel 14 ausgebildet. Vor dem Aufbringen des Kerneinschlags ZZ wird die füllung 16 eingebracht, die wie im vorigen Beispiel die Leerstellen zwischen den Leitern 12 einnimmt. Nachdem der Kerneinschlag 22 aufgebracht wurde, wird eine zusätzliche Menge des gleichen Gemisches aus hydrophoben und hydrophilen Pulvern aufgebracht, die zwischen dem Kerneinschlag und der Metallabschirmung Zh eine Schicht 26 bildet.
Bei ausgiebigen Erprobungen wurden drei verschiedene Nachrichtenkabel, die aus 25 Paaren von isolierten Leitern mit einem Durchmesser von 0,91 mm be±anden,in den Zwischenräumen mit verschiedenen Pulvermengen be füllt, die 80 Gew% wasserabstoßend behandeltes Kalzium-Karbonat und 20 Gevr% Polyacrylamidharz von hohem Molekulargewicht enthielten. Die entstandenen Kabel weisen fol gaüeEigenschaften auf:
Erwünschter Nennwert Testergebnis
(D (2) (3) Fülldichte 60 % 55 57
Durchschnittlicher V/assor-
wanderweg im Kern nach ZZ
Tagen mit 0,91 m WS max. 88,9 era 35,6 66,0 43,2cm
Durchschnittliche gegenseitige Kapazität 0,083 ± 0,005 0,080 0,079 0,079
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Als weiteres Beispiel wurde ein Kabel hergestellt, bei dem als Füllstoff ein Gemisch aus Kalzium-Karbonat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 bis 3/"*ni verwendet wurde, das mit einer Oberflächenbeschichtung von 2 Gew% Stearinsäure (Protexulate) und aus einem Polyacrylamid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 25Mm und einem Molekulargewicht von 4 χ 10 bestand, bei dem zwischen 20 % und 25 % der Acrylamidgruppen chemisch in Acrylsäuregruppen (Separan) umgewandelt wurden.
Das Kalzium-Karbonat kann mit einer wasserabstoßenden langkettigen Fettsäure oder modifizierten Fettsäure oberflächenbeschichtet werden, die aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Arachinsäure besteht.
Vorzugsweise ist das bei dem Füllstoff benutzte Harz ein anionisches Polyacrylamidharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen 2,5 x 10 und 7 χ 10 und mit zwischen 12 und 28 % Acrylamidgruppen, die chemisch in Acrylsäuregruppen umgewandelt wurden. Andere Beispiele von Harzen, die benutzt werden können, sind ein Polyacrylamidharz, das durch Strahlung vernetzt wurde, ein strahlungsvernetztes Polyäthylenoxid und ein hydrolisiertes Stärke-Pfropf-Polymerisat von Polyacrylnitril.
Das erfindungsgemäße Pulvergemisch ist auch zum Einsatz bei der Befüllung von Leerräumen anderer Produkte brauchbar, um als Wassersperrfüllung oder als Wassersperrschranke zu wirken.
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Claims (20)

  1. PATENTANWÄLTE / f Z Ό ό J
    MANITZ. FINSTERWALD & CRÄMKOW
    Northern Telecom Limited München, den 10. Juni 1977
    Dorchester Boulevard, West v>/x/rn im pi pi
    Montreal, Quebec, Canada H3H IRl v/j/^o-n £\<l\
    Elektrisches Kabel mit Wassersperre
    Patentansprüche :
    Elektrisches Kabel mit einem Kern aus einer Vielzahl isolierter Leiter und einem Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den Leitern und innerhalb des Mantels wenigstens teilweise mit einer Mischung aus wasserabstoßend behandeltem Kalzium-Karbonat und mindestens einem zur Bildung einer viskosen Lösung rasch hydratierbaren Harz von hohem Molekulargewicht gefüllt sind.
  2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalzium-Karbonat an der Oberfläche mit einer wasserabstoßenden langkettigen Fettsäure oder modifizierten Fettsäure aus der Gruppe überzogen ist, die aus Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Arachinsäure besteht.
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    DR. C. MANITZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL. -INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN
    MÖNCHEN 22. R O B E B T - K OC H - S T R ASS E I 7 STUTTCART SO «BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7570
    TFL. IfIHOI 97 42 II. TtLEX OS-29Λ73PATMF SF FLBF RCSTR. 33/2 5. TEL. 10711)56 7 1 b I POSTSCHECK : MÜNCHEN 77063·βΟ5
  3. 3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein anionisches Polyacrylamidharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen 2,5 x 10 und 7 χ 10 und mit einem Anteil von zwischen 12 % und 28 % chemisch in Acrylsäuregruppen umgewandelten Acrylamidgruppen ist.
  4. 4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein strahlungsvernetztes Polyacrylamidharz ist.
  5. 5.Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein strahlungsvernetztes Polyäthylenoxid ist.
  6. 6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein hydrolisiertes Stärke-Pfropf-Polymerisat von Polyacrylnitril ist.
  7. 7. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zwischen 30 % und 95 % des Gesamtvolumens der Zwischenräume ausfüllt.
  8. 8. Kabel nach Anspruch 1 mit einem Kerneinschlag und einer Metallabschirmung, die sich zwischen den Leitern und dem Mantel befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auch zwischen dem Kerneinschlag und der Metallabschirmung angeordnet ist.
  9. 9. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter jeweils mit einer hydrophoben Flüssigkeit beschichtet sind.
  10. 10. Kabel nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophobe Flüssigkeit ein Paraffinöl mit niederer Viskosität ist.
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  11. 11. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischung zwischen 95 und 70 Gewichtsprozent Kalzium-Karbonat zwischen 5 Gewichtsprozent und 30 Gewichtsprozent Harz enthält.
  12. 12. Kabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischung etwa 80 Gewichtsprozent Kalzium-Karbonat und etwa 20 Gewichtsprozent Polyacrylamidharz enthält und daß die Mischung etwa 60 % des Gesamtvolumens der Zwischenräume ausfüllt.
  13. 13. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kalzium-Karbonat mit Stearinsäure oberflächenbeschichtet ist und daß das Harz Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von 4 χ 10 und mit einem Anteil von zwischen 20 % und 25 % chemisch in Acrylsäuregruppen umgewandelten Acrylamidgruppen ist.
  14. 14. Pulvergemisch zur Verwendung als Wassersperrefüllung oder als Wassersperre, dadurch gekennzeichnet , daß es in Mischung ein wasserabstoßend behandeltes Kalzium-Karbonat und mindestens ein zur Bildung einer viskosen Lösung rasch hydratierbares Harz von hohem Molekulargewicht enthält.
  15. 15. Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalzium-Karbonat mit einer wasserabstoßenden langkettigen Fettsäure oder einer modifizierten Fettsäure aus der Gruppe überzogen ist, die aus Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Arachinsäure besteht.
  16. 16. Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein anionisches Polyacrylamidharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von zwischen 2,5 χ χ 10 und 7 χ 10 und mit einem Anteil von zwischen 12 % und 28 % chemisch in Acrylsäuregruppen umgewandelten Acrylamidgruppen ist. 7 0 9 * S 1 / 1 1 ? 9
  17. 17· Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz ein strahlungsvernetztes Polyacrylamidharz ist.
  18. 18. Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz ein strahlungsvernetztes Polyäthylenoxid ist.
  19. 19· Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz ein hydrolisiertes Stärke-Pfropf -Polymerisat von Polyacrylnitril ist.
  20. 20. Pulvergemisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Kalzium-Karbonat mit Stearinsäure oberflächenbeschichtet und daß das Harz Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von 4 χ 10 und mit zwischen 20 % und 25 % chemisch in Acrylsäuregruppen umgewandelten Acrylamidgruppen ist.
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