DE3048912C2 - Längsdichtes elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Längsdichtes elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein längsdichtes elektrisches Kabel, dessen Mantel eine aus kunststoffisolierten Leitern bestehende Seele umschließt, in deren Hohlräumen zwischen den einzelnen Adern bzw. zwischen der Seele und dem Mantel die Ausbreitung von Wasser verhindernde Substanzen eingefüllt sind, wobei diese Substanzen ein sorbierendes Pulver und öl enthalten.
Bei nichtgefüllten Kabeln mit kunststoffisolierten VerseUelementen (Adern) können bei Mantelbeschädigungen unter ungünstigen Umständen in kürzester Zeit weite Kabelstrecken mit Wasser vollaufen. Hierdurch kann es bei Nachrichtenkabeln zu erheblichen Beeinträchtigungen der Übertragungseigenschaften kommen. Eine Reparatur ist in einem solchen Fall im allgemeinen sehr aufwendig.
Deshalb ist man bemüht, die Längsausbreitung des Wassers behindernde Substanzen in das Kabelinnere einzufüllen. Dabei nimmt man in Kauf, daß durch die Füllung die dielektrischen Eigenschaften des Kabels in jedem Fall verschlechtert werden, da jede Füllsubstanz dielektrisch schlechtere Werte als Luft aufweist.
Die zahlreiche Literatur auf dem Gebiet der längswasserdichten Kabel zeigt, wie schwierig eine in der Praxis einwandfrei befriedigende Lösung dieses Problems ist
Eine der Methoden, ein Kabel wasserdicht zu machen, besteht im diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Einfüllen von Quellpulvern in die Hohlräume der Kabelseele (DE-OS 20 06 359). Bei Eintritt von Wasser quillt dieses Pulver auf ein Mehrfaches seines ursprünglichen Volumens, und es bildet sich ein Stopfen, der das weitere Vordringen des Wassers im Kabel verhinden, wobei allerdings gewisse Bereiche des Kabels fast vollständig mit Wasser gefüllt sind. Reines Quellpulver ist meist auch dielektrisch nicht sehr hochwertig und zum Teil relativ teuer, so daß solche Füllungen den Kabelpreis merklich beeinflussen.
Neben Quellpulver als eine die Längsausbreitung von Wasser verhindernde Füllsubstanz sind auch vaseline- bzw. wachsartige Stoffe als Füllsubstanzen bekannt (GB-PS 11 36 344), die häufig zusammenfassend als Petrolate bezeichnet werden. Bei den Kabelproduzenten herrscht heute durchweg die Auffassung, daß die Petrolate die wirksamsten Füllsubstanzen zur Verhinderung der Längsausbreitung von Wasser in kunststoffisolierten Kabeln sind. Dabei wird bewußt in Kauf genommen, daß die Betriebskapazität der Kabel durch die Füllung um etwa 25% erhöht wird. Es wird auch in Kauf genommen, daß die Fertigung und die Montage so gefüllter Kabel wegen der hohen Viskosität des Petrolats gewissen Nachteilen unterworfen ist.
Aus der DE-OS 14 65 286 sind auch längsdichte Kabel bekannt, bei denen die die Ausbreitung von Wasser verhindernden Substanzen aus einem Pulver und einem Öl besteht, wobei das Öl vom Pulver sorbierl wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Füllsubstanzen anzugeben, die die zuvor erwähnten Nachteile mildern oder ganz beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Substanzen aus einer Mischung von mindestens einem dielektrisch hochwertigen Polyolefinpulver und mindestens einem dielektrisch hochwertigen Paraffinöl besteht.
Auf diese Weise kann erreicht werden, daß erstens die dielektrischen Werte eines so gefüllten Kabels gegenüber einem nur mit Petrolat gefüllten Kabel merklich verbessert werden — es können Werte für ε von 1,3 erzielt werden — und zweitens, daß die veränderte Konsistenz der Füllsubstanz das Füllen und die Montage solcher Kabel deutlich verbessern.
Durch die Wahl der genannten Polyolefinpulver und Paraffinöle entsteht eine Suspension, die eine dem Petrolat ähnliche, aber weniger viskose Konsistenz aufweist und daher in erwärmtem Zustand mit den bisher für Petrolat verwendeten Fülleinrichtungen in die
Kabelseele eingebracht werden kann. Insbesondere kommt dabei als Füllsubstanz eine Suspension eines fein verteilten Pulvers aus Polyäthylen niederer Dichte in Betracht, das mit Paraffinöi gemischt wird. Im Kabel wird das öl weitgehend vom Pulver aufgenommen und quillt entsprechend. Die Konsistenz der so entstehenden Kabelfüllung kann durch ihre Zusammensetzung in weitem Umfang variiert werden. Durch die quellenden Pulverkörnchen wird die Bildung von durchgehenden Rissen im Kabel weitgehend verhindert und damit eine Dichtigkeit auch bei nicht vollständiger Füllung der Kabelhohlräume erreicht Dje Konsistenz kann dabei so eingestellt werden, daß bei der Montage die Kabelfüllung leicht herausgewischt oder herausgebröselt werden kann. Eine Masse mit dieser Eigenschaft stellt aber eine erhebliche Verbesserung der Montage gegenüber dem bisherigen Zustand dar. Die Quellung verläuft bei Raumtemperatur relativ sehr langsam, aber doch so schnell, daß das öl bis zur Montage eines so gefüllten Kabels nach einigen Wochen weitgehend gebunden ist. Dagegen verläuft die Quellung (und damit die Sorption) bei höheren Temperaturen, etwa bei 70 bis 900C, praktisch augenblicklich.
Damit die Mischung der durch die Erfindung vorgeschlagenen Füllsubstanz nicht zu »trocken« wird, d. h. damit sie nicht ihre leicht öligen Eigenschaften ganz verliert, kann man in Ausgestaltung der Erfindung den aktiven Füilsubstanzen Stoffe beimischen, die mit den ölen nicht wechselwirken.
Dabei wird man bevorzugt so vorgehen, daß der Anteil des mit dem öl wechselwirkenden Pulvers herabgesetzt und durch eine nicht mit dem ö! wechselwirkende Komponente ersetzt wird. Auf diese Weise kann eine geeignete Viskosität der gesamten Füllsubstanz erzielt werden, weil durch den beigemischten Teil nicht das ganze Öl sorbiert werden kann.
Die den aktiven Füllsubstanzen beigemischten Stoffe, die einen Teil des mit dem Öl wechselwirkenden, dielektrisch hochwertigen Pulvers ersetzen sollen, können aus Kunststoff bestehende Hohlkügelchen oder auch dielektrisch hochwertige Pulver sein, die nicht mit Öl wechselwirken.
Die beigemischten Pulver können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bei höherer (60-1000C) expandierbar ausgebildet sein, so daß beim eigentlichen Füllvorgang keine 100%ige Füllung der Hohlräume des Kabels angestrebt zu werden braucht, da dieser Füllungsgrad nachträglich beim Aufschäumen der Beimischung erreicht wird. Dies setzt allerdings wegen der relativ hohen Temperaturen eine entsprechend gewählte wärmebeständige Isolierung der einzelnen Verseilelemente (Adern) voraus.
Ferner kann man als Beimischung auch in Anwesenheit von Wasser quellende Pulver verwenden. Hierfür kommen insbesondere sogenannte SAP's (Super absorbierende Polymerpulver, auch Superslurper genannt) in Frage, die das Mehrhundertfache ihres eigenen Gewichtes an Wasser absorbieren können.
Um die meist vorhandenen, auf Petrolat als Füllsubstanz abgestellten Fülleinrichtungen möglichst wenig verändert beibehalten zu können, empfiehlt es sich, daß die Pulver und die öle kurz vor dem Einfüllen in die Kabelseele gemischt und dann analog der üblichen Petrolatfüllungen im nicht erwärmten Zustand in die Kabelseele eingeführt werden.
Dadurch kommt man zu einer Füllsubstanz mit relativ geringer Viskosität, da der Sorptionsvorgang und damit das Quellen bei Raumtemperatur relativ sehr langsam erfolgt.
Wenn man eine längere Lagerzeit eines so gefüllten Kabels zur weitgehenden Sorption des Öles durch die Pulverteilchen bei Raumtemperatur vermeiden will, kann man die Kabelseele nach dam Einfüllen der Substanzen und nach dem Aufbringen einer Papierumhüllung oder des Mantels o. dgl. für eine kurze Zeit auf eine höhere Temperatur von etwa 70 bis 100"1C aufheizen. Bei diesen Temperaturen erfolgt die Sorption
ίο des Öles praktisch augenblicklich. Diese Methode ist auch für eine solche Füllsubstanz geeignet, bei der nicht mit öl wechselwirkenden Substanzen beigemischt sind, die bei höheren Temperaturen aufschäumen.
Um einen durch den Quellvorgang bedingten zu hohen Druck mit der Gefahr des Aufplatzens des Kabels oder des Herausdrückens der Masse aus dem Kabel zu verhindern, wird bewußt eine anfängliche Minderfüllung der Hohlräume des Kabels herbeigeführt. Das kann u. a. dadurch geschehen, daß das öl bzw. die öle vor dem Vermischen mit den Pulvern mit Luft aufgeschäumt werden. Die luftgefüllten Bläschen bilden dabei das Vo'umenreservoir, das beim Aufschäumvorgang beansprucht wird.
Schließlich kann man die Füllung auch so durchführen, daß d:e Kabelseele zunächst nur mit dem mit Öl wechselwirkenden Pulver und gegebenenfalls den Beimischsubstanzen gefüllt und dann durch einen Druckfüllkopf hindurchgeführt wird, in dem das dielektrisch hochwenige Ol bei Temperaturen von etwa 85 bis 1000C in die Kabelseele eingepreßt wird. Dies Verfahren wird insbesondere dann angewendet, wenn das eingebrachte Pulver nur einen geringen Teil des freien Seelenvolumens ausfüllt und das Pulver einen hohen Anteil expandierfähiger Teilchen aufweist Während des Durchganges der Kabelseele durch den Druckfüllkopf schäumt das expandierbare Pulver auf und verdrängt das öl wieder weitgehend aus der Seele. Die Erfindung wird anhand der nachstehend beschriebenen Beispiele im einzelnen erläutert.
Es wurden folgende Mischungen hergestellt
a) Ein pulvriges Polyäthylen (z. B. Coathylene HY 1681 der Firma Plast Labor S. A. in Bulle, CH), vermischt mit Paraffinöi
b) Pulver aus
70Vol.-% Polyäthylen (z.B. Coathylene HY 1681
der Firma Plast Labor S. A. in Bulle, CH)
30 Vol.-% SAP (ζ. B. Separan MG 200 der Firma Dow Chemical)
vermischt mit Paraffinöi
c) Pulver aus
35Vol.-% Polyäthylen (z.B. Coathylene HY 1681 der Firma Plast Labor S. A. in Bulle, CH)
15 Vol.-% SAP (ζ. B. Separan MG 200 der Firma Dow Chemical)
50 Vol.-% verzelltes Polystyrol (z. B. Styropor VP 555 der Firma BASF)
vermischt mit Paraffinöi
d) analoge, aber anstelle der verzeihen Kügelchen mit Hexan beladenes Polystyrolpulver (z. B. Styropor VP 555 der Firma BASF).
Die Viskosität wurde in allen Fällen so eingestellt, daß sie geringer war als die Viskosität der üblichen Petrolat-Füllsubstanz bei etwa 7O0C.
Nach Einfüllen dieser Mischungen in eine Kabelseele und deren Ummantelung und Erwärmung wurde bei den Mischungen a—c nach deren Abkühlung keine merkli-
ehe Volumenänderung beobachtet- Alle Proben zeigten dann wachsartige Konsistenz, ließen sich aber mit den Fingern zerbröseln.
Bei der Mischung d wurde eine Ausdehnung um 20% festgestellt, die auf das Expandieren des Polystyrolpulvers zurückzuführen ist Die Konsistenz der Mischung d war nach dem Abkühlen ebenfalls wachsartig und auch mit den Fingern zu verbröseln.
e) Pulver aus
70 VoL-% expandierbares Polystyrol (z. B. Styropor VP 555 der Firma BASF)
15VoL-% SAP (z.B. Separan MG200 der Firma Dow Chemical)
15 VoL-% PE-Pulver (z. B. Coathylene HY 1681 der Firma Plast Labor S. A. in Bulle, CH).
Diese Mischung wurde in die Kabelseele eingebracht Die Kabelseele wurde nach einer Umhüllung mit einem Gewebeband o. dgL durch einen Druckfüllkopf hindurchgeführt, der auch bei üblichen PetrolatfüUungen verwendet wird, und mit einem dielektrisch hochwertigen öl bei einer Temperatur von etwa 85 bis iOO°C gefüllt war.
Die Konsistenz der Mischung e war nach dem Abkühlen ebenfalls wachsartig und auch mit den Fingern zu verbröseln.
Bei Einwirkung von Wasser auf die Mischungen c, d und e zeigte sich, daß die Quellfähigkeit der mit Wasser quellenden Substanzen bei Anwesenheit von Wasser voll erhalten geblieben war.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Längsdichtes elektrisches Kabel, dessen Mantel eine aus kunststoffisolierten Leitern bestehende Seele umschließt, in deren Hohlräumen zwischen den einzelnen Adeui bzw. zwischen der Seele und dem Mantel die Ausbreitung von Wasser verhindernde Substanzen eingefüllt sind, wobei diese Substanzen ein sorbierendes Pulver und öl enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen aus einer Mischung von mindestens einem dielektrisch hochwertigen Polyolefinpulver und mindestens einem dielektrisch hochwertigen Paraffinöl besteht
2. Längsdichtes elektrisches Kabel nach An- <s spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den aktiven Füllsubstanzen Stoffe beigemischt sind, die mit den ölen nicht wechselwirken.
3. Längsdichtes elektrisches Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den aktiven Füllsubstanzen beigemischten Stoffe aus Kunststoff bestehende Hohlkügelchen sind.
4. Längsdichtes elektrisches Kabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Füllsubstanzen beigemischten Pulver bei höheren Temperaturen (60— 1000C) expandierbar ausgebildet sind.
5. Längsdichtes elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den Substanzen in Anwesenheit von Wasser quellfähige Pulver beigemischt sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines längsdichten elektrischen Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver und die öle kurz vor dem Einfüllen in die Kabelseele gemischt und dann analog der üblichen Petrolatfüllung in die Kabelseele eingeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele nach dem Einfüllen der Substanzen und nach dem Aufbringen einer Papierumhüllung oder des Mantels o. dgl. für eine kurze Zeit auf eine höhere Temperatur (70— 1000C) aufgeheizt werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines längsdichten elektrischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl bzw. die öle vor dem Vermischen mit den Pulvern mit Luft aufgeschäumt werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines längsdichten elektrischen Kabels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele zunächst nur mit dem mit öl wechselwirkenden Pulver und gegebenenfalls den Beimischsubstanzen gefüllt und dann durch einen Druckfüllkopf hindurchgeführt wird, in dem sich das dielektrisch hochwertige öl bei Temperaturen von etwa 85 bis 1000C befindet.
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