DE2928343C2

DE2928343C2 - Verfahren zur Ausbildung eines festen Dielektrikums zwischen den Leitern eines tiefgekühlten Koaxialkabels

Info

Publication number: DE2928343C2
Application number: DE2928343A
Authority: DE
Inventors: George Edison N.J. Bahder; Mario Menlo Park Calif. Rabinowitz
Original assignee: Electric Power Research Institute Inc
Current assignee: Electric Power Research Institute Inc
Priority date: 1978-07-26
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2432200A1; GB2026757A; JPS6023441B2; DE2928343A1; JPS5519787A; GB2026757B; US4241233A

Description

Die Erfindung bezieh· sich auf ein Verfahren zur Ausbildung eines festen Diele!.' rikums /wischen den Leitern eines tiefgekühlten Koaxialkabels, bei dem der Zwischenraum /wischen den Leitern mit einem flussigen oder gasförmigen, bei tiefen Temperaturen erstarrenden Dielektrikum ausgefüllt und bis unter dessen Erstarrungspunkt gekühlt wird.

Bei einem bekannten solchen Verfahren (GB-PS 12 12 25b) erfolgt die Kühlung des Dielektrikums des Koaxialkabels durch Kühlmittel auf der Außenseite des Außenleiter und ggf. auch auf der Innenseite des Innenlciters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung /u schaffen, das es ermöglicht, tiefgekühlte Koaxialkabel mit besonders günstigen mechanischen und elektrischen Eigenschaften, insbesondere guter Isolaiion und hoher Spannungsfestigkeit, wirtschaftlich herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wahrend der Abkühlung in dem Dielektrikum ein die von innen nach außen fortschreitende Verfestigung des Dielektrikums bewirkendes Tcmperalurgefälle hergestellt wird.

Dadurch wird eine gleichmäßige Dichte des verfestigten Dielektrikums unter Ausschluß von Hohlräumen erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft zur Ausbildung des Dielektrikums eines oder mehrerer innerhalb einer Ticfsttemperäliirümmarite^ lung angeordneter Koaxialkabel anwenden, In deren Außenleitern und isolierenden Abstandsstücken eine Vielzahl von Durchbrüchen oder Schwachstellen angebracht sind, wobei außer dem Zwischenraum zwischen jeweils einem Leiterpaar auch der übrige Raum innerhalb clerTiefsltemperaturummanielung mit Dielektrikum ausgefüllt und nach Verfestigung der Füllung innerhalb jeweils eines koaxialen l.eiierpaares das überschüssige Dielektrikum aus der Tiefsttemperaturummantelung entfernt, die Tiefsitempcraiurummantelling gereinigt und mit dem Tiefstiemperauirkühlnüi telgefüllt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Aiisführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittansicht von Tiefstfmperaturkabeln in Längsrichtung, die gemäß der Erfindung ausgeführt sind, und

F i g. 2 eine Teilschniitansicht in Längsrichtung einer weiteren Ausführungsform von gemäß der Erfindung ausgeführten Tiefsttemperaturkabeln.

Nach Fig. 1 sind die tiefgekühlten koaxialen Leiterpaare oder Kabeln 10, 12 und 14 innerhalb cin-T Tiefsttemperaturummantelung 16 für Dreiphasen-Energieübertragung bei tiefen Temperaturen angeordnet. Der Anschaulichkeit halber sind hier drei Kabel verschiedener Ausbildung gezeigt. Der hier verwendete Begriff »koaxiales Kabel« schließt auch geschirmte und armierte kabel ein. Ein Teil der Ummantelung 16 ist in der Darstellung nach Fig. 1 entfernt, um die drei darin angeordneten Kabel verschiedener Ausführung zu /eigen. Das Kabel 14 ist im Längsschnitt dargestellt. Sein innerer Leiter 20 ist von isolierenden Abstandsstücken 24 innerhalb des äußeren Leiters 22 getragen. Im Zwischenraum zwischen dem inneren Leiter 20 und dem äußeren Leiter 22 befindet sich verfestigter dielektrischer Werkstoff 26. Die Abstandsstucke 24 sind mn Durchbrachen 28 versehen, um den Durchtritt des dielektrischen Werkstoffs in die Zwischenräume /vvi sehen dem inneren Leiter 20 und dem äußeren Leiter 22 bei der I lci'«.teilung /u erleichtern. Der innere Leiter 20 k.inn hohl scm und den Durchfluß eines Kühlmittels von mehr oder weniger tiefer Temperatur ermöglichen. Das Kiihlmiitel isi auch innerhalb des nicht um den drei Kabeln eingenommenen Zwischenraums vorgesehen.

Das Kartei 10 der Ausfuhriingsform nach Γ ι g. 1 ist steil: scm innerer und äußerer l.tiur können aus einem durchgehend leitenden Werkstoff hergestellt sein Als Alternative können der innere und der äußere Leiter aus einem auf einen Kern gcvvickclicn leitenden Band 29 bestehen, wie es bei den biegsamen Kabeln 12 und 14 dargestellt ist. Steife oder starre Kabel werden normalerweise zusammengebaut, wenn die Tiefstiem peraturummantelung eingebaut ist. wogegen biegsame Kabel nach dem Zusammenbau der Ummantelung cm und hindurchgezogen werden können. Bei supraleitenden Kabeln kann das supraleitende Material, wie /. B. Niob/Zinn _v Jb(Sn) oder Niob/Ciermanium (Nbi(ie) in Sandform auf der Außenflache der inneren Leiter vorgesehen sein. Die Oberfläche des äußeren Leiters kann mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 30 zum Abbau überschüssigen Druckes versehen sein, für den Fall, daß das feste dielektrische Material schnell verdampft. Wahlweise kann statt dessen die innere Oberfläche des äußeren Leiters angerit/t sein, um Sollbruchstellen unter Druck im Fall einer zu raschen Verdampfung des dielektrischen Werkstoffs zu schaffen, wobei die Ritzen durch gestrichelte Umrisse bei 32 auf der Oberfläche des Kabels 10 angedeuiet sind. Im Falle eines Bruches vvanderl der durch die Bruchstelle hindurchdringende Werkstoff radial nach außen in ein Gebiet, das im wesentlichen frei vort elektrischen und magnetischen Feldern ist, wo also die Folgen seines Vorhandenseins vernachlässigbar sind.
Bei einer anderen Ausführungsform von Kabeln für

niedrige Teniperiitiiren gemäß der Frfindung weisen die Kabel 40,42,44. die in einer Tiersttemperatumiiimantelung 46 gemäß Fig.2 untergebracht sind, innere und äußere Leiter auf. die aus gewellten oder gerippten, biegsamen Zylindern hergestellt sind, wodurch die Kabel biegsam werden und durch dicTierstiempcraturummantelung46ge/ogen werden können.

Nach dem Zusammenbau der Kabel und der Tiefsttemperaiurummantelung wird der dielektrische Werkstoff üann innerhalb der Kabel ausgebildet. Vorzugsweise wird der dielektrische Werkstoff in den Zwischenraum /wischen dem inneren und dem äußeren Leiter des Kabels unter Druck in flüssiger Form eingebracht, um das Auftreten von Hohlräumen im Zwischenraum /wischen den Leitern möglichst gering werden zu lassen. Sollten sich doch Hohlräume bilden.

so kann erwartet werden, daß ihre Anwesenheit ohne Folgen für den Betrieb bei sehr tiefen Temperaturen bleibt. Dies liegt daran, daß die meisten Substanzen unterhalb von 12 K fest sind, und der Dampfdruck in den Hohlräumen damit äußerst niedrig wird. Im Gegensatz dazu neigen Hohlräume in Festkörpern bei Raumtemperatur dazu. Gas bei Atmosphärendruck abzugeben und elektrische Teilentladungen in ihrem Inneren zu unterstützen, was zu schädlichen L'rgebnissen führt. Der dielektrische Werkstoff kann aus einer großen Vielfalt von Substanzen ausgewählt werden, die die nötige dielektrische Isolation bieten una nicht toxisch oder korrodierend sind. Es folgt in der Tabelle I eine erläuternde Aufstellung verwendbarer flüssiger oder gasförmiger Dielektrika dabei ist diese Aufstellung jedoch nicht vollständig.

Tabelle I

Formel	Bezeichnung	Verf.ssigungs-
		punkt in ⁰C
Ar	Argon	-186
Nj	Stickstoff	-196
SF₆	Schwefelhexafluorid	(sublimiert
		bei -64⁰C)
CO₂	Kohlendioxid	(sublimiert
		bei -79°C)
SClF₅	Schwefelchlorpentafluorid	-21
F₂NSF₅	Difluoraminoschwefelpentafluorid	-18
COS	Karbonylsulfid	-50
N₂O	Stickstoffoxydul	-89
SOF₂	Thionylfluorid	-44
CH₄	Methan	-162
CF₄	Kohlenstofftetrafluorid	-128
CHClFj	Chlordifluoromethan	-41
CCIjFj	Dichlordifluoromethan	-30
CClF₃	Chlcrtrifluoromethaii	-81
CBrF₃	Bromtrifluoromethan	-58
CF₃CF₃	Hexafluoräthan	-78
CCiF₂CF₃	Chlorpentafluoräthan	-39
CF₃CF₃CF₃	Octafluoropropan	-37
CHj = CH · CH₃	Propylen	-48
HC = CH	Acetylen	-84
CF₃C = CCF₃	Hexafluoro-2-Butyn	-25
CF₃OCF₃	Bis(Trifluoromethyl-)Äther	-59
(CFj)₄	Octafluorocyclobutan	-6
CF₃SCF₃	Bis(Trifluoromethyl-)Sulfid	-22
CF₃SF₅	Trifluoromethylschwefelpentafluorid	-20
SO₂	Schwefeldioxid	-10
CCl₄	Kohlenstofftetrachlorid	76,8
CS₂	Kohlenstoffdisulfid	46,3
C₇F₁₄	Perfluorohepten (auch Perfluoromethyl-
	cyclohexan)
C₄F₆	Hexafluorobutyn (auch Hexafluorobutalien)
C₈F₁₆	l^-TrifluoromethyldecafluoiOcyclohexrn
C₇F₈	Trifluoromethylpsntafluorobenzol
ISoC₄F₈	Perflüöfobüten

Fortsetzung

Formel

Bezeichnung

Vefflüssigungspunkl in ⁰C

C-C₄F₈
C₆F₁₂

Perfluorocyclobutan Pefflüöfocyclohiixen Perfluofodimethylcyclobutan

Nach der Eingabe des unter Druck stehenden dielektrischen Werkstoffs in den Zwischenraum /wischen den [.eitern des koaxialen Kabels wird die Temperatur des dielektrischen Werkstoffs Im inner dessen Erstarrungspunkt abgesenkt. Dadurch bildet sich ein festes Dielektrikum /wischen den Leitern. Die Temperatur kann dadurch abgesenkt werden, daß em niKsisH". Kühlmittel für liefe oder tiefste Temneralureti durch den inneren Leiter des koaxialen Kübel«, geleitel wird und hierdurch wird erreicht, dal! tier dielektrische Werkstoff sich bevorzugt an der äußeren Oberfläche des inneren Leiters verfestigt und eine Bildung von Hohlräumen in der Nahe der Oberfläche des inneren Leiters, also da wo bei der Energieübertragung die elektrische Felstärke am höchsten ist. vermieden wird. Das erfindungsgemiiße Verfahren des VeiTesiigens oiler »Einfrierens« des Dielektrikums von innen nach außen bewirkt auch eine Verlagerung etwaiger störender Verunreinigungen und Fehler aus dem Bereich der jo höchsien elektrischen Feldstärke radial nach außen

Wenn die äußeren Oberflächen der Kabel mit Durchbrochen versehen sind, wie /. B. das Kabel 12 nach F i g. 2. wird die gesamte Tiefsiiemperaturummantelung mit dem flüssigen dielektrischen Werkstoff angefüllt und es wird ein Temperaturgefälle in radialer Richtung von innen nach außen aufrechterhalten. Nachdem sich der dielektrische Werkstoff im Zwischenraum /wischen dem inneren und dem äußeren Leiter eines jeden Kabels verfestigt hat. wird das innerhalb der Tiefsttemperatur- -ίο ummantelung 16 bzw. 46 verbleibende flüssige dielektrische Material entfernt. Dann wird die Ummantelung gereinigt und ein Ticfstiempcraluikülilmittel in sie eingefüllt. Somit verbleibt das feste Dielektrikum innerhalb der Kabel, und das Tiefstlemperaiurkühlmiitcl verbleibt in dem Zwischenraum innerhalb der Ummantelung.

Nach einer weiteren Ausführungsforni der Frfindung kann der dielektrische Werkstoff in Dampfform durch das koaxiale Kabel geleite! werden, wobei der innere Leiter bis unter die Frslarrungstemperatur des Dielek trikums abgekühlt wird. Wenn das Gas das Kabel durchströmt, kondensiert der dielektrische Werkstoff in epitaktischer .Schichtbildung auf dem inneren Leiter, bis der Zwischenraum /wischen den beiden Leitern vollständig gefüllt ist.

Wie bereits erwähnt, sind die festen Abstandsstück 24 (F^;g. I). die den inneren Leiter 20 innerhalb des äußeren Leiters 22 des koaxialen Kabels 14 halten, mit Durchbrüchen 28 versehen. Dadurch wird der Durchtritt des dielektrischen Materials, sei es im flüssigen oder im gasförmigen Zustand, durch die gesamte Länge des Kabels erleichtert.

Die Herstellung von Kabeln mit festen dielektrischen Werkstoffen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ergibt bessere Eigenschaften der Füllung mit Dielektrikum, vor allem bei Anwendung an Kabeln für tiefe Temperaturen. Auch die Spannungsfestigkeit so hergestellter koaxialer Kabel ist eine bessere. Außerdem ist das Herstellungsverfahren besonders wirtschaftlich durchführbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfuhren zur Ausbildung eines festen Dielektrikums /wischen den Leitern eines tiefgekühlten Koaxialkabels, bei dem der Zwischenraum /wischen den Leitern mit einem flüssigen oder gasförmigen, bei tiefen Temperaturen erstarrenden Dielektrikum ausgefüllt und bis unter dessen Erstarrungspunkt gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abkühlung in dem Dielektrikum ein die von innen nach außen forischreiiende Verfestigung des Dielektrikums bewirkendes Temperaturgefälle hergestellt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Ausbildung des Dielektrikums eines oder mehrerer innerhalb einer riclsiicmpcrauiruminantCHiing angeordneter Koaxialkabel, in deren Aulien-Icitern und isolierenden Absiandsslücken (24) eine Vielzahl von Dun.hbrui.hen oiler Schwachsicllen (30, J2, 28) angebracht sind, wobei außer dem Zwischenraum /wischen icweils einem i.eiterpa.ir auch der übrige Raum innerhall'! der Tiefst tempera tuiummanielung mit Dielektrikum ausgefüllt und nach Verlestigung der rüllung innerhalb jeweils eines koaxialen l.eiterpaares d.is überschüssige Dielektrikum aus der Tiefsuemperaturummantelung entfernt, die Tiefsltempcratuiummantelung gereinigt und mit dem Tiefsitemperaturkühlmitiel gefüllt wird.