DE3150909C2 - Füllsubstanz zum Längsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen - Google Patents

Abstract

Bei einer Füllsubstanz zum Längsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, die mindestens zum Teil Gas enthaltende, von einem viskosen Stoff umhüllte Hohlkörper kleinen Rauminhalts umfaßt, besteht die Wandung der Hohlkörper aus einem elastischen Stoff (das ist ein Material, das nach großer Verformung in die Ausgangsposition zurückkehrt), und die Wanddicke beträgt 1/50 bis 1/10 der maximalen Ausdehnung der Hohlkörper. Bevorzugt werden die Hohlkörper aus einem Polyvinylidenchlorid-Copolymer geschäumt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllsubstanz zum f.äugsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, die mindestens zum Teil von einem viskosen Stoff umhüllte Hohlkörper kleinen Rauminhaltes (räumliehe Ausdehnung unter 100 μΐπ) umfaßt.

Insbesondere bei Nachrichtenkabeln besteht bei einer Beschädigung des Mantels die Gefahr, daß sich die eindringende Feuchtigkeit axial ausbreiten kann, so daß ein größerer Abschnitt des Kabels volläuft. Diese Gefahr der Langsausbreitung von bei Beschädigung eindringender Feuchtigkeit ist besonders groß bei Kabeln mit kunst-" stoffisolierten Adern, weil diese Adern dem axialen Vordringen so gut wie keinen Widerstand entgegensetzen.'

Dieses Problem Ist seit längerer Zelt bekannt. Dement- ^4ä sprechend existieren zahlreiche Vorschläge, um dem Vordringen des Wassers In einem Kabei Einhalt vu gebieten. Neben Feuchtigkeitsbarrieren in Form von diskontinuierlichen Sperrstopfen aus geeigneten Materialien ist das Einfüllen von quellbaren und aufschäumbaren Substanzen angewendet worden. In den letzten Jahren hat sich mit recht gutem Erfolg das Füllen von Kabeln mit kunststoffisolierten Adern mit einer als Petrolat bezeichneten Masse durchgesetzt (GB-PS 9 87 508).

Bei den In der angegebenen Welse zur Erzielung einer Langsdlchtlgkeit ausgebildeten Nachrichtenkabeln werden aber durch die Längsdichtigkeit gewährleistende Substanz die Betriebskapazitäten des Kabels nachteilig verändert

Die Petföläte. die eine DlelektrlzltStäzahl von £ = 2,3 haben, setzen die Betriebskapazität von damit gefüllten Kabeln um etwa 20% herauf. Seit längerer Zelt versucht man daher, die Dlelektrlzitätszahl der Füllmassen deutlich zu senken, um den Kapazitätsanstieg durch die Füllung zu verringern bzw. um bei vorgegebener Betrlebska- *5 pazitai die Abmessungen der Kabel zu verringern. So 1st bereits seit längerer Zeit bekannt. Hohlkörper in die Füllmasse einzumischen (DE-PS 19 36 871).

Bisherige Versuche waren mit der Einmischung von Hohlkörpern nicht sehr erfolgreich. Offenbar wurden nicht die richtigen Hohlkörper gewählt. Z. B. schwimmen bei der Verwendung von Polystyrol hohl körpern diese in der Mischung leicht auf. Es ist daher schwierig, eine solche Mischung in die Kabelseele einzubringen.

Neuerdings sind Versuche bekannt geworden, als Hohlkörper Glaskügelchen mit mittleren Durchmessern von etwa 50 μπι zu verwenden. Diese starren Hohlkörper haben auch Schwierigkeiten zur Folge. Ihre Starrheit führt dazu, daß sie leicht während der Bearbeitung zerstört werden und sich in der Mischung eine Art Schmirgel bildet, der die Verarbeitungseinrichtiingen und die Verseilelemeiite selbst beschädigen kann. Außerdem führt die Starrheit der Hohlkörper dazu, daß sie gar nicht in jeden kleinen Hohlraum hineingelangen können. Auch die Reibung ist zwischen den Glasko.perchen zu groß, insbesondere bei hohem Hohlkörperanteil. Schließlich muß man die glasförmigen Hohlkörper in die warme Masse einmischen, sonst werden schon bei der Einmischung zuviel Hohlkörper zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Verwendung von Hohlkörpern, nämlich das Einbringen von gasgefüllter. Räumen und damit die Reduzierung der Dielektrizitätskonstante beizubehalten, ohne die Nachteile bekannter Hohlkörper in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wandung der Hohlkörper aus einem elastischen Stoff solcher Art besteht, daß sich die Hohlkörper unter dem Einfluß größerer Kräfte auf ein Volumen zusammendrücken lassen, das geringer als die Hälfte des Ursprungsvolumens ist und die bei nicht mehr Vorhandensein dieser Kräfte ihr ursprüngliches Volumen und ihre Gestalt wieder annehmen, und ihre Wanddicke Vs bis '/io der maximalen Ausdehnung des Hohlkörpers beträgt.

Auf diese Weise erzielt man eine ganze Reihe von Vorteilen. Durch die elastische Deformlerbarkeit der zu verwendenden Hohlkörper (kein Glas, keine Duroplaste) können sie auch in ziemlich viskose Stoffe eingemischt werden, ohne durch die hohe Scherbeanspruchung zerstört zu werden, wie es z. B. bei Glaskugeln geschieht. Die elastische Deformierbarkeit Ist besonders für den Füllvorgang wichtig, z. B. bei Fülldrücken von 10 bar und mehr wird die Füllsubstanz bei etwa 65 Volumenprozent elastischer Hohlkörper um mindestens 40% zusammengedrückt, d. h. die Hohlkörper haben dann nur noch das 0,4fache (oder kleinere) ihres ursprünglichen Volumens. Unter Druck nimmt der Anteil der viskosen Stolle, da dieser Teil inkompressibel ist, an der Gesamtfüllsubstanz erheblich zu. Die Füllsubstanz wird dadurch leichter förderbar, auch bei ursprünglich ziemlich geringen Anteilen gleitfähiger wasserabweisender Stoffe.

Dadurch daß sich unter Druck die elastischen Hohlkörper erheblich verkleinern oder verformen, gelangen sie auch In die sehr enge Spalte zwischen den Adern. Dadurch wird die sogenannte Spaltenfiltration vermieden. Bei der Spaitenflltration gelangen nur die viskosen Anteile der Füllsubstanz In die kleineren Zwickel, während die größeren Hohlkörper durch die geringe Spalte zurückgehalten werden. Nach der Druckentlastung nehmen die elastischen Hohlkörper weitgehend Ihre ursprüngliche Form wieder an. Auf diese Welse lsi es möglich, auch In engste Zwickel zwischen die Adern eine nicht entmischte Füllsubstanz einzubringen. Wenn der Anteil der elastischen Hohlkörper an der Füllsubstanz sehr hoch Ist, kann dabei sogar der Umstand auftreten,

daß die Zwickel zwischen den elastischen Hohlkörpern nicht vollständig ausgefüllt sind. Hierdurch können selbst bei dielektrisch nicht so guten Basismaterialien eine sehr niedrige DielektrizitStszahi und nüdrige dielektrische Verluste erreicht werden. Bei Versuchen dieser · Art wurden schon Werte von ε= 1,4 erzielt.

Andererseits bleibt die Füllsubstanz im entspannten Zustand auch bei höheren Temperaturen in den Zwikkeln, so daß kein Auslaufen von gefüllten Kabeln zu befürchten ist, auch nicht in tropischen Ländern. Dabei "· ist die Füllsubstanz auch bei niedrigen Temperaturen, wie sie bei der Kabelverlegung in unseren Breiten vorkommt, noch ziemlich plastisch und führt zu keinen Schwierigkeiten bei einer Kabelbiegung.

Das Abtropfen der Füllsubstanz ändert sich mit der ' ~> Temperatur deutlich weniger als z. B. bei reinen Petrolaten. Die neue Füllsubstanz ist auch leichter zu entfernen. Dadurch daß man geringe Anteile an Petrolaten oder Ölen in der Masse i»:! und diese durch Kapillareffekte in der Masse gehalten »erden, ist auch die Wechselwirkung -" der Füllmasse mit den Aderisolierungen deutlich geringer als bei vollständiger Ausfüllung der Hohlräume in den Kabeln und reinen Petrolaten.

Die neue Füllsubstanz hat ferner den Vorteil, daß beim Aufbringen des Mantels auf die Kabelseele diese etwas -' komprimiert wird und daher später einen leichten Innendruck auf den Mantel ausübt, so daß das schwierige Problem der Ringspaltabdichtung sicii von selbst löst. Das ist auch von besonderem Vorteil, wenn es sich nur um die Rlngspaltdichiung symmetrischer oder auch Koaxialkabel handelt.

Durch den Aufbau der Füllsubstanz in Form von elastischen Hohlkörpern, die sich untereinander berühren, mit einer vollständigen oder teilweisen ,lusfüllung der Zwickel zwischen diesen Hohlkörpern mit einem visko- ^v> sen wasserabweisenden Stoff, wie z. B. Petrolat, wird die Ausdehnung der entspannten Füllsubstanz bei einer Temperaturerhöhung weitgehend durch die Materialeigenschaften des Wandmaterials der elastischen Hohlkörper bestimmt. Die Ausdehnung ist daher deutlich geringer als die der reinen Petrolate. Petrolatc dehnen sich zwischen 20 und 60° C um etwa 8% aus, während die neue Füllsubstanz im gleichen Temperaturbereich nur eine Ausdehnung von 2% aufweist. Bei reinen Petrolaten, die eine hohe Ausdehnung haben und praktisch inkompressibel sind, können die Drücke im Kabel daher bei Temperaturerhöhung sehr hoch werden. Das kann z. B. zum Platzen des Kabels und zur starken Beschleunigung der Füllung der Zellen im Falle von Zeli-PE-Adern führen. Bei der neuen Füllsubstanz mit ihrer geringen thermischen Ausdehnung und seiner hohen Kompressibilität bleibt der Druck dagegen gering. Umgekehrt ist der Schrumpf gering, wenn die Füllsubstanz warm verarbeitet wird, so daß sich bei der Abkühlung auf Betriebstemperatur se gut wie keine Lunker bilden, was bei den übll- ^5t> chen Petrolaten zu Schwierigkeiten bei der Längswasserdlchtiekelt führt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erhält man, wenn die Wandung der Hohlkörper aus bei Verarbeltungs- und Betriebstemperaturen vcrformungsfä- ^b0 hlgen oder zähelastischen Thermoplasten, Thermoelasten oder Elastomeren besteht. Dabei werden unter verformungsfähigen oder zähelastischen Stoffen solche verstanden, die bei der Biegeprüfung nach DIN 53 452 nicht brechen. Als ein solcher Wandungsstoff eignet sich hervorragend ein Polyvlnylldenchlorld-Copolymef. Dabei erhält man eine besonders hohe Elastizität der Wandung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird man de.ι Stoff der Wandung der elastischen Hohlkörper bevorzugt so wählen, daß sein polarer Charakter eine gute Haftung der Öle und Petrolate auf der Hohlkörperoberfläche bewirkt, d. h. daß die Oberfläche leicht mit Ölen, Petrolaten o. dgl. benetzbar ist.

Gut benetzbare elastische Hohlkörper haben den Vorteil, daß sie mit relativ wenig viskosen wasserabweisenden Stoffen beschichtet werden können und ein Kapillarsystem bilden, das auch bei nicht vollständiger Füllung der Zwickel zwischen den elastischen Hohlkörpern durch Kapillardepression ein Eindringen von Wasser verhindert. Außerdem können bei guter Benetzbarkeit auch ziemlich flüssige Öle durch Kapillareffekte (Löschblatteffekv;) in der Mischung gehalten werden, ohne daß ein Ausscheiden des Öles stattfindet. Auf diese Weise kann der Abtropftest für Kabel ohne jede Schwierigkeit erfüllt werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen Beispiele im einzelnen erläutert.

Zur Verhinderung der Wasseriängsausbreitung in einem Kabel mit kunststoffisolierten Adern wird in die Zwickel zwischen den Adern und in den Ringspalt zwischen der Kabelseele und dem Kabelmantel eine Füllsubstanz eingebracht. Diese Substanz besteht aus einer Mischung von kleinen Hohlkörpern, beschichtet mit wasserabweisenden viskosen Stoffen, wie z. B. Faraffinöl oder Petrolat. Es wurden Hohlkörperchen aus einem Polyvinylidenchiorid-Acrylnitril-Copolymer verwendet, das bei der Firma Kema Nord, Schweden unter der Bezeichnung Expancel-DE im Handel ist. Mit dem Hinweis DE werden bereits vorgeschäumte und getrocknete Hohlkörper bezeichnet. Die Hohlkörper weisen im Mittel einen Durchmesser von 22 μπι und eine Wanddicke von 0,6 μπι auf.

Beispiel 1

Es wurden 89 Volumenteile (Schüttdichte) Expancel-DE mit 11 Volumentellen Paraffine! von tie-irlger Zähigkeit sehr intensiv vermischt, so daß man eine gut förderbare pastöse Masse erhält, die aus etwa 70 Volumentellen Kügelchen und nicht in den Hohlkörpern eingeschlossener Luft und aus 30 Volumenteilen leicht flüssigem Paraffinöl (mit der Bezeichnung WM 6 der Firma BP) besteht. Diese Substanz hat folgende Eigenschaften:

Dichte γ = 0,35 g/cm^J

Dielektrizitätszahl ε = 1,4

Spezifischer Widerstand y = 5 · 10" Ohm cm Bei 5 bar Überdruck ließ sich die Substanz um mehr als 25 Vol.-% komprimieren.

Beispiel 2

23,5 g Expancel, 445 g Petrolat (die Substanz P 3497 B der Firma Aral) ergeben etwa 1 Liter Füllsubstanz, die aus etwa 60 Volumentellen Hohlkörpern und nicht in den Hohlkörpern eingeschlossener Luft und aus 40 Volumentellen Petrolat besteht. Diese Substanz war gut förderbar und hatte folgende Eigenschaften:

Dichte y = 0,45 g/cm^J

Dielektrizitätszahl e = 1,51

Spezifischer Widerstand ρ = 6 ■ 10^M Ohm cm Bei einem Überdruck von 5 bar konnte die Substanz um etwa 25 Vol.-"o komprimiert werden.

In Kabeln, die mit diesen Füllsubstanzen gefüllt wurden, konnte Wasser bei einer Mantelbeschädigung praktisch nicht eindringen. Dabei wurde die Kapazllätserhöhung der Kabel durch die Füllung wesentlich geringer

beeinflußt als bei der Füllung mit reinem Petrolat. Die" Betriebskapazität der mit der Füllsubstanz nach dem Beispiel 2 gefüllten Kabel ergab eine um 8% geringere Kapazitätserhöhung im Vergleich zu Kabeln mit normaler Petrolatfüllung.

Claims (4)

Patentanspruch:

1. Füllsubstanz zum Längsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, die mindestens zum Teil von einem viskosen Stoff umhüllte Hohlkörper kleinen Rauminhaltes (räumliche Ausdehnung unter 100 μΐη) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Hohlkörper aus einem elastischen Stoff solcher Art besteht, daß sich die Hohlkörper unter dem Einfluß größerer Kräfte auf ioein Volumen zusammendrücken lassen, das geringer als die Hälfte des Ursprungsvolumens ist und die bei nicht mehr Vorhandensein dieser Kräfte ihr ursprüngliches Volumen und ihre Gestalt wieder annehmen, und ihre Wanddicke '/, bis Vi₀ der maximalen Ausdehnung des Hohlkörpers beträgt.

2. Füllsubstanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Hohlkörper aus bei Verarbeitungs- und Betriebstemperaturen verformungsfähigen oder zähelastischen Thermoplasten, Thermoelasten und Elastomeren besteht.

3. Füllsubstanz nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Hohlkörper aus einem Polyvinylidenchlorid-Copolymer besteht.

4. Füllsubstanz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandungsstoff leicht mit Ölen, Petrolaten o. dgl. benetzbar ist.