DE2732652A1 - Underwater power cables - with conductive sheath of metal strip bonded to semiconductive layer by non-hardening adhesive - Google Patents
Underwater power cables - with conductive sheath of metal strip bonded to semiconductive layer by non-hardening adhesiveInfo
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Abstract
Description
Unterwasser-Starkstromkabel mit einer leitenden AbschirmungUnderwater power cables with a conductive screen
aus einem Metallstreifen, der eine halbleitende Schicht umgibt und mit dieser verklebt ist Die vorliegende Erfindung betrifft ein Starkstromkabel mit einer Kunststoffisolierung vorzugsweise für die Verlegung unter Wasser, das von innen nach außen einen Kern hauptsächlich aus einem massiven oder verseilten Innenleiter, einer inneren halbleitenden Schicht, einer Kunststoffisolierung, einer äußeren halbleitenden Schicht und auf dem Kern einen abschirmenden Leiter sowie eine diesen abdeckende Deckschicht aufweist.from a metal strip that surrounds a semiconducting layer and is glued to this The present invention relates to a power cable with plastic insulation, preferably for installation under water, that from the inside to the outside a core mainly made of a solid or stranded one Inner conductor, an inner semiconducting layer, a plastic insulation, a outer semiconducting layer and on the core a shielding conductor as well has a cover layer covering this.
Bei Kabeln der vorgenannten Art besteht die Abschirmung im allgemeinen aus dUnnen Kupferdrähten, die wendelförmig und mit geringer Dichte auf den Kern aufgewickelt sind, wobei die Steigung für den jeweiligen Einsatz geeignet gewählt wird. Um die Kupferdrähte elektrisch miteinander zu verbinden, wird auf sie ein Kupferstreifen in entgegengesetzter Richtung so aufgewikkelt, daß er die Kupferdrähte kreuzt. Der Zweck der Abschirmung ist, bei einer Beschädigung des Kabels einen Erdschluß und damit einen Schutz gegen Personenschäden herzustellen.In the case of cables of the aforementioned type, the shielding generally exists made of thin copper wires that are helical and low density on the core are wound, with the slope selected to be suitable for the particular application will. In order to electrically connect the copper wires to each other, a Copper strips wound up in the opposite direction so that it touches the copper wires crosses. The purpose of the shield is to create a ground fault if the cable is damaged and thus to provide protection against personal injury.
Es hat sich als schwierig herausgestellt, ein Kabel mit einer Kunststoffisolierung herzustellen und zu verlegen, ohne daß irgendwo ein Leck entsteht, durch das Wasser eindringen kann.It has been found difficult to make a cable with plastic insulation to be made and laid without leaking anywhere through the water can penetrate.
Weiterhin ist es schwierig, Wasser darin zu hindern, in geringen Mengen durch die Kunststoffabdeckung hindurchzudiffundieren.Furthermore, it is difficult to prevent water in it in a small amount diffuse through the plastic cover.
Bei der Prüfung von beschädigten Kabeln, die im Wasser oder in wässrigen Böden verlegt waren, wurde eine starke Korrosion der Abschirmung bemerkt, die von eingedrungenem Wasser hervorgerufen worden war. Diese Korrosion ist besonders stark bei Kabeln aufgetreten, die in Salzwasser verlegt waren, und sie griff insbesondere die Kupferdrähte an den VERBINDUNGSSTELLEN mit dem Kupferstreifen an. Dies zeigt, daß zwei zarten von Korrosion vorlagen - einerseits eine galvanische Korrosion infolge des galvanischen Elements Elalbleiter-Kupfer-'rasser und andererseits eine Rißkorrosion zwischen dem Kupferstreifen iind den Kupferdrähten.When testing damaged cables that are in water or in water When the floors were laid, severe corrosion of the shielding was noticed by ingress of water. This corrosion is particularly severe occurred with cables laid in salt water and it was particularly severe the Copper wires to the CONNECTION POINTS with the copper strip. This shows that there were two subtle forms of corrosion - on the one hand, galvanic corrosion as a result of the galvanic element Elalbleiter-Kupfer-'rasser and on the other hand a crack corrosion between the copper strip and the copper wires.
Es gibt Fälle, in denen es erwünscht ist, daß die leitende Abschirmung mindestens teilweise in unmittelbarer elektrischer Berührung mit dem umgebenen Seewasser steht, obgleich man in den meisten Anwendrngsftillen auf einen vollständigen Ausschluß des Wassers abzielt. Im zweiten Fall scheint es am nächsten liegend zu sein, das Problem durch Ausfüllen des Raums zwischen der halbleitenden Schicht und der Kunststoffabdeckung mit einem Thermokunststoffmasse aus Petroleumasphalt, einer gewissen Menge Elastomer und Öl auszufüllen, damit Wasser nicht in den Raum eindringen kann, wenn in der Abdeckung Löcher oder Beschädigungen auftreten. Derartige Versuche hat man mit einer großen Anzahl möglicher Vergußmassen angestellt; sie sind aber alle durch die halbleitende Schicht in die Kunststoffisolierung eingewandert und haben die elektrischen Eigenschaften, den spezifischen widerstand und den Leistungsfaktor des Isoliermaterials verschlechtert.There are cases when it is desirable that the conductive shield at least partially in direct electrical contact with the surrounding sea water although it is completely excluded in most cases of application of the water. In the second case, it seems closest to that Problem with filling in the space between the semiconducting layer and the plastic cover with a thermoplastic compound made of petroleum asphalt, a certain amount of elastomer and fill with oil to prevent water from entering the room when in the Cover holes or damage occurs. Such attempts are made with a large number of possible potting compounds employed; but they are all due to the semiconducting Layer migrated into the plastic insulation and have the electrical properties, the specific resistance and the power factor of the insulating material deteriorate.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kabel zu schaffen, bei dem sich die oben aufgeführten Korrosionsformen vermeiden lassen. Es ist ein weiteres Ziel, die Herstellung sogenannter "wasserdichter" Starkstromkabel möglich zu machen. Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vergußmasse auf Asphaltbasis zur Absicherung gegen Wasser einzusetzen.It is the aim of the present invention to provide a cable, in which the forms of corrosion listed above can be avoided. It is a Another goal, the production of so-called "waterproof" power cables possible close. It Another object of the present invention is a Use asphalt-based casting compound to protect against water.
Nach der vorliegenden Erfindung erreicht man diese Ziele, wenn das Kabel die in den Ansprüchen angegebenen Eigenschaften aufweist.According to the present invention, these goals are achieved when that Cable has the properties specified in the claims.
Eine Ausführungsform der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung desselben sollen nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.An embodiment of the invention and a method of making it the same shall now be described in detail with reference to the accompanying drawings will.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Kabels nach der vorliegenden Erfindung, dessen Schichten nacheinander offengelegt sind, und die Fig. 2 zeigt schematisiert den Teil einer Maschine für die Kabelherstellung nach der vorliegenden Erfindung.Fig. 1 shows part of a cable according to the present invention, the layers of which are exposed one after the other, and FIG. 2 shows schematically part of a machine for the manufacture of cables according to the present invention.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines Kabels nach der vorliegenden Erfindung mit nacheinander offengelegten Schichten. Das Bezugs-Zeichen 1 bezeichnet den Innenleiter, den zunächst eine innere halbleitende Schicht 2 umgibt, auf der sich eine Isolierung 3 aus Kunststoff sowie eine äußere halbleitende Schicht 4 befindet, die gemeinsam den Kabelkern darstellen. Eine leitfähige Abschirmung 6 besteht aus einem langgestreckten Metallstreifen, der mit überlappenden Kanten zu einem Rohrtgewickelt ist. Der Metallstreifen 6 ist mittels einer Kleberschicht 5 mit einer halbleitenden Schicht 4 verbunden. Der gleiche Kleber wird verwendet, um die Kanten des Metallßtreifens, die einander überlappen, zu verbinden, so daß der Abschirmleiter den Kabelkern vollständig und geschlossen umhüllt. Die leitfähige Abschirmung 6 ist gewellt oder mit Nuten versehen, die um den Umfang herum verlaufen, um das Biegen des Kabels zu erleichtern und zu verhindern, daß die Kanten des Abschirmleiters an den Biegestellen voneinander abrutschen. Schließlich ist auf die Abschirmung eine weitere Kleberschicht 7 aufgetragen, die die Abschirmung mit der Abdeckung 8 verbindet.Fig. 1 shows part of a cable according to the present invention with successively exposed layers. The reference number 1 denotes the inner conductor, which is initially surrounded by an inner semiconducting layer 2 on which there is an insulation 3 made of plastic and an outer semiconducting layer 4 is located, which together represent the cable core. A conductive shield 6 consists of an elongated one Metal strip that is wound into a tube with overlapping edges. The metal strip 6 is connected to a semiconducting layer 4 by means of an adhesive layer 5. The same glue is used to make the edges of the metal strip that are facing each other overlap, connect so that the shield conductor completely and the cable core closed wrapped. The conductive shield 6 is wavy or provided with grooves running around the perimeter to allow the cable to bend to facilitate and prevent the edges of the shielding conductor at the bending points slide off each other. Finally, there is another layer of adhesive on top of the shield 7 applied, which connects the shield to the cover 8.
Da die Kunststoffe, die für die Isolierung eingesetzt werden, alle einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben und sich unter Vollast oder bei Kurzschlüsssn infolge der entstehenden Wärme stark ausdehne, ist für das Rohr, das die leitfähige Abschirmung bildet, eine gewisse Elastizität erforderlich. Dies läßt sich erreichen, wenn der Kleber eine gewisse Weichheit oder Elastizität aufweist und beibehält, die einerseits den sich überlappenden Kanten erlaubt, sich in Verbindung miteinander zu bewegen, ohne den Verschlußeffekt zu verlieren, und andererseits eine gewisse Beweglichkeit zwischen der leitfähigen Abschirmung und dem Kern sowohl als auch der Abdeckung vorliegt. Ein Kleber mit diesen Eigenschaften ist beispielsweise eine Mischung aus 40 . 60 Gew.% Polyosbu tylen mit einem Molgewicht von 10 - 12.000 und 60 - 40 Gew.-% eines hochstabilisierten ungesättigten Polyesterharzes. Die erste Komponente wird von der Fa.Because the plastics that are used for insulation are all have a high coefficient of thermal expansion and are under full load or at Kurzschlüsssn strongly expand as a result of the heat generated, is for the pipe that which forms the conductive shielding, a certain elasticity is required. This leaves reach when the adhesive has a certain softness or elasticity and maintains, which on the one hand allows the overlapping edges to connect to move with each other without losing the locking effect, and on the other hand some mobility between the conductive shield and the core both as well as the cover. An adhesive with these properties is for example a mix of 40. 60 wt.% Polyosbu tylene with a molecular weight of 10-12,000 and 60-40% by weight of a highly stabilized unsaturated polyester resin. The first Component is made by the company
EnJay Company, V.St.A., unter der Bezeichnung "Vistanex LMMH", die andere von der Fa. Hercules Inc., V.St.A., unter der Bezeichnung "Poral 85" vertrieben.EnJay Company, V.St.A., under the designation "Vistanex LMMH" which others sold by Hercules Inc., V.St.A., under the designation "Poral 85".
Man hat bereits Versuche angestellt, um auf Starkstromkabel die kus der Herstellung von Telephonkabeln bekannte Technik anzuwenden, bei der man eine Feuchtigkeitssperre in Form eines Metallstreifens, der zu einem Rohr gebogen ist, auf die Innenfläche der Abdeckung aufbringt, indem man das Abdeckmaterial oder bspw. nur Polyisobutylen als Kleber verwendet. Die Feuchtigkeitssperre wird dabei so bemessen, daß sie gleichzeitig als leitfähige Abschirmung wirkt, d.h., ihre Querschnittfläche wird der Querschnittfläche des Innenleiters des jeareiligen Kabels angepaßt. Diese Versuche waren jedoch nicht erfolgreich. Da bei einer Überlastung des Kabels die dabei entstehende Wärme den Durchmesser der Isolierung und damit auch die Durchmesser des Abschirmleiters und der Abdeckung vergrößert, was oft dazu führte, daß letztere ihren vergrößerten Durchmesser beibehielten, während der Kern fast immer den Ausgangsdurchmesser wieder annahm, bildete sich in dem Kabel zwischen der Abschirmung und dem Kern Hohlräume. Die Abdeckung wurde von der Abschirmung daran gehindert, die ursprünglichen Abmessungen wieder anzunehmen, da die Befestigung zwischen der Abschirmung und der Abdeckung zu fest war. Weiterhin traten in diesen Fällen Verformungen und Brüche sowohl der Abschirmung als auch der Abdeckung auf. Da die leitfähigen Abschirmungen bei der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines gut haftenden Klebers auf dem Kern sitzt und der Kleber Elastizität beibehält, nimmt das Kabel nach einer Überlastung seine Ursprungsabmessungen vollständig wieder @n, so daß die Bildung von Hohlräumen und Rissen verhindert ist.Attempts have already been made to convert the kus use known technology in the manufacture of telephone cables, at which is a moisture barrier in the form of a metal strip that attaches to a tube is bent, applied to the inner surface of the cover by removing the cover material or, for example, only polyisobutylene is used as an adhesive. The moisture barrier will dimensioned so that it also acts as a conductive shield, i.e. their cross-sectional area becomes the cross-sectional area of the inner conductor of the jeareiligen Cable adapted. However, these attempts were unsuccessful. As with an overload of the cable, the resulting heat, the diameter of the insulation and thus also the diameter of the shielding conductor and the cover increased, which is often the case led that the latter retained their enlarged diameter, while the nucleus almost always assumed the original diameter again, formed in the cable between the shield and the core voids. The cover was from the shield prevented from assuming the original dimensions again because of the attachment between the shield and the cover was too tight. Continue to step into this Detect deformations and breaks in both the shield and the cover. As the conductive shields used in the present invention a well-adhering adhesive sits on the core and the adhesive retains its elasticity, the cable completely resumes its original dimensions after an overload @n, so that the formation of voids and cracks is prevented.
Da die Abschirmung eine den Kern vollständig umgebene Umhüllung bildet, kann die äußere Klebersehicht 7 in der darestellten Ausführungsform zur Ko@tensenkung durch ein Vergußmaterial auf Ausphaltbasis ersetzt werden, da diese von der Abschirmung am Einwandern in das Isoliermaterial g@hindert wird und dessen @ualitäten nicht mehr beeinträchtigen kann. Das Material der leitfähigen Abschirmung kann unterschiedlich gewählt werden nach Maßgabe von Faktoren wie der @ennspannung, dem Isoliermaterial, der Art der Umwicklung usw. Die in erster tiiiie in Frage stehenden @erkstoffe sind Aluminium und dessen Legierungen und unbeschichtetes sowohl als auch verzinntes Kupfer.Since the shielding forms a covering that completely surrounds the core, can the outer adhesive layer 7 in the illustrated Embodiment be replaced by a potting material based on Ausphalt to reduce costs, since this is prevented by the shield from migrating into the insulating material g @ and whose @ ualities can no longer affect. The material of the conductive Shielding can be selected differently according to factors such as Nominal voltage, the insulating material, the type of wrapping, etc. The first tiiiie The materials in question are aluminum and its alloys and uncoated as well as tinned copper.
Der in der Ausführungsform gezeigte längsverlaufende Metallstreifen laßt sich natürlich durch einen spiralig gewundenen Streifen ersetzen und der Schluß zu einem Rohr läßt sich natürlich auch auf eine andere Weise als durch überlappen der Kanten herstellen - bsrw. durch Verwendung eines metall- oder kunststoffbeschichteten Randes, das mit dem infrage stehenden Kleber beschichtet ist und den Schlitz zwischen den Kanten des Streifens überspannt, wobei das Band so aufgelegt wird, das es die beiden Streifenkanten gleichmäßig überdeckt. Verwendet man ein Metalloand, sollte der Werkstoff der gleiche sein wie der der Abschirmung, um Korrosion bei einem Kabelschaden zu vermeiden. Unter den möglichen Werkstoffen für ein Verschlußband hat sich Polyvinylacetat als besonders geeignet herausgestellt.The longitudinal metal strip shown in the embodiment can of course be replaced by a spiral strip and the end A pipe can of course also be overlapped in a way other than through of the edges - bsrw. by using a metal or plastic coated Edge coated with the adhesive in question and the slot between spanned the edges of the strip, the tape is placed so that it the both strip edges evenly covered. If you use a metal country, you should the material must be the same as that of the shield to prevent corrosion in the event of cable damage to avoid. Polyvinyl acetate has proven to be one of the possible materials for a fastener tape proved to be particularly suitable.
Berücksichtigt man, daß die Bewegungen zwischen den Streifenkanten infolge der Entstehung von wärme bei einer Überlastung oder einem Kurzschließen des Kabels noch sein kann, sollte die Überlappung 10% oder mehr des Umfangs des Kerns ausmachen. Wo die Wickelart mit Schlitz verwendet ist, sollte die Schlitzbreite 2 bis 4 % des Umfangs betragen. Wird das Kabel mit einem massiven Innenleiter hergestellt, ist es in Längsrichtung vollständig wasserdicht. Bei einem Kabelbruch bspw. beim Ankern kann also das Wasser nicht in die Kabelenden an der Schadenstelle eindringen und die angrenzenden Kabelteile zerstören.Taking into account that the movements between the strip edges as a result of the generation of heat in the event of an overload or a short circuit of the cable, the overlap should be 10% or more of the circumference of the Make up the core. Where the slit wrap is used, the slit width should be 2 up to 4% of the scope. If the cable is made with a solid inner conductor, it is completely waterproof in the longitudinal direction. In the event of a cable break, for example Anchoring so the water cannot penetrate the cable ends at the damaged area and destroy the adjacent cable parts.
Das Kabel läßt sich ohne Ersetzen größerer Kabelabschnitte durch neues Kabel spleissen, was große Einsparungen an Arbeits- und Materialaufwand erbringt.The cable can be removed without replacing larger cable sections with new ones Splice cables, which results in great savings in terms of work and material costs.
Die Fig. 2 zeigt schematisiert eine Ausführungsform desjenigen Teils einer Straße zur Kabelherstellung, der sich auf die Erfindung bezieht. Der Kabelkern ist mit 11 bezeichnet und weist den Leiter, die innere halbleitende, die Isolier- und die äußere halbleitende Schicht auf, die von einer Kabeltrommel 17, wB in der Fig. gezeigt, oder unmittelbar aus einem nicht gezeigten Extruder kommen, in dem die äußere halbleitende Schicht aufgebracht wird. Der Kabelkern läuft eine Anordnung 12 zum Aufbringen der Kleberschicht durch und läuft parallel zum Streifen 13, der später die Abschirmung darstellt, in eine bekannte Vorrichtung, in der der Streifen zum Umhüllung des Kabelkerns ausgebildet wird. In einer Nutungsmaschine 15 wird die Abschirmung mit Nuten versehen bzw. gewellt. Die Menge des Klebers zwischen der Abschirmung und der halbleitenden Schicht ist so eingestellt, daß ein Teil desselben, wenn der Streifen zum Rohr umgebildet wird und beim Einrollen der Nuten auagepreßt wird und den Raum zwischen den einander überlappenden Kanten des Streifens vollständig ausfüllt. Bevor man das Kabel in einem nicht gezeigten Extruder umhüllt, durchläuft es eine weitere Vorrichtung 16, in der auf die Außenfläche der Abschirmung @leber aufgebracht wird.Fig. 2 shows schematically an embodiment of that part a cable manufacturing line relating to the invention. The cable core is denoted by 11 and has the conductor, the inner semiconducting, the insulating and the outer semiconducting layer, which is from a cable drum 17, wB in the Fig. Shown, or come directly from an extruder, not shown, in which the outer semiconducting layer is applied. The cable core runs an arrangement 12 for applying the adhesive layer and runs parallel to the strip 13, the later represents the shield, in a known device in which the strip is designed to cover the cable core. In a grooving machine 15 is grooved or corrugated the shield. The amount of glue between the shielding and the semiconducting layer is adjusted so that part of it, when the strip is converted into a tube and pressed out when the grooves are rolled up and the space between the overlapping edges of the strip completely fills out. Before wrapping the cable in an extruder, not shown, runs through it there one more Device 16, in which on the outer surface of the Shielding @leber is applied.
nie Vorrichtungen 12 und 16 zum Aufbringen der Kleberschichten lassen sich nach unterschiedlichen Prinzipien ausgestalten, von denen hier zwei erläutert sind. In den Vorrichtungen 12a und 16a wird ein warmer Kleber oder eine Lösung des Klebers - bspw.never leave devices 12 and 16 for applying the adhesive layers develop according to different principles, two of which are explained here are. In the devices 12a and 16a a warm glue or a solution of the Glue - e.g.
eine Ligroinlösung - auf das zu erzeugende Kabel ausgepreßt und das Lösungsmittel dann in einem Ofen verdampft. n den Vorrichtungen 1 2b, 16b wird das Kabel durch ein rrefiß mit warmem fließfähigem Kleber gezogen und der Kleberüberschuß dann - unter Berücksichtigung der erforderlichen Dicke des Kleberauftrags - abgestrichen. Dieses Gefäß läßt sich natürlich durch einen Extruder ersetzen.a ligroin solution - squeezed onto the cable to be produced and that Solvent then evaporated in an oven. In the devices 1 2b, 16b this will be Cable pulled through a tear with warm flowable glue and the glue excess then - taking into account the required thickness of the adhesive application - wiped off. This vessel can of course be replaced by an extruder.
Die Nutungsmaschine 15 ist im Prinzip a]s Schraubendrehbank eingerichtet, bei der die Schnittkanten durch drehbare Hartmetallrollen ersetzt sind, deren Außenflächen entsprechend dem Nutungsprofil ausgestaltet sind. Die Rollen sind wegen der mangelhaften Rundheit der Abschirmung, die durch die Uberlappungsstellen verursacht wird, auf geeignete Weise federbelastet und die Feder] ast ist so eingestellt, daß zwischen den Nuten böden und der halbleitenden Schicht eine gewisse elektrische Verbindung entsteht.The grooving machine 15 is set up in principle as a screw lathe, in which the cut edges are replaced by rotatable hard metal rollers, their outer surfaces are designed according to the groove profile. The roles are flawed because of the Roundness of the shield caused by the overlap points suitably spring-loaded and the spring] branch is adjusted so that between the groove bottoms and the semiconducting layer a certain electrical connection arises.
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