DE69800796T2 - Elektrische kabel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel für das Verlegen in der Erde oder unter Wasser. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein elektrisches Unterwasserkabel, welches insbesondere zum Auslegen in großen Meerestiefen geeignet ist.
• Elektrische Kabel, z. B. in Form von Unterwasserkabeln, bestehen normalerweise aus einem oder mehreren Leitern, welche getrennt oder gemeinsam von einem festen isolierenden Material umgeben sind, welches mit einem dielektrischen Fluid, wie einem Öl, imprägniert ist. Solche elektrischen Kabel werden normalerweise als O. F. Kabel (O. F. = ölgefüllt) bezeichnet.
• Elektrische Kabel, welche in der Erde oder in Form von Unterwasserkabeln vergraben werden, sind normalerweise sehr lang und nicht in einfacher Weise zugänglich, wenn sie einmal vergraben oder ausgelegt wurden. Weiterhin sind die Kabel oftmals thermischen Veränderungen und dem Einfluß von hohen Drücken ausgesetzt. Letztere sind in Verbindung mit Unterwasserkabeln insbesondere wichtig. Daher ist es wichtig, daß die Kabel gute Stabilität gegenüber diesen Druckbeanspruchungen haben, und daß das Kabel in der Lage ist, diesen thermischen Veränderungen, denen sie beim Gebrauch ausgesetzt sein können, widerstehen, so daß die Kabel eine lange Betriebszeit ohne wesentliche Gefahr von Leckagen, Bruch oder Zusammendrücken des Kabels haben.
• DK-Patentbeschreibung No. 156 453 beschreibt ein elektrisches Unterwasserkabel der zuvor genannten Art. Das hierin beschriebene Unterwasserkabel zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß 1-Methylnaphthalin als dielektrisches Fluid verwendet wird. 1-Methylnaphthalin steht unter dem Verdacht, karzinogen zu sein, und daher wäre es sehr schädlich, falls ein solches Kabel gegenüber einem Leck anfällig wäre.
• Die Leckage von solchen mit Öl gefüllten Kabeln ist sehr selten, falls sie jedoch auftritt, ist es sehr wichtig, daß das abgegebene Öl so wenig toxisch wie möglich ist. Die Öle in den bekannten O. F. Kabeln, wie sie zuvor beschrieben wurden, erfüllen diese, Erfordernis nicht, und es ist daher ratsam, ein anderes Öl zur Verwendung in solchen Kabeln zu finden, wobei dieses Öl bioabbaubar und im wesentlichen ungefährlich gegenüber Mikroorganismen im Boden oder marinen Organismen ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Kabel der im Oberbegriff angegebenen Art zu finden, welches wenigstens dieselben guten Eigenschaften wie das im DK-Patent No. 156 453 beschriebene Kabel besitzt und bei welchem das verwendete Öl gegenüber Mikroorganismen in der Erde und marinen Organismen im Fall von Austreten des Öles bioabbaubar und im wesentlichen unschädlich ist.
• Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß ein elektrisches Kabel, umfassend einen oder mehrere Leiter, der/die von festem Isoliermaterial umgeben ist/sind, das mit einem isolierenden Öl imprägniert ist, bei welchem Dibenzyltoluol (DBT) als Öl verwendet wird, diese Anforderungen erfüllt, da DBT sich überraschenderweise als bioabbaubar, unschädlich gegenüber marinen Organismen, Mikroorganismen im Boden und anderen bioloigischen Organismen als bioabbaubar und unschädlich herausgestellt hat, und daß sich DBT auch nicht in der Nahrungskette anreichert. Zusätzlich ist das DBT-Öl in Wasser im wesentlichen unlöslich, und im Fall von Austreten aus einem Unterwasserkabel sinkt das Öl auf den Meeresboden, von wo es, falls gewünscht, mittels einfacher Methoden, z. B. durch Absaugen, entfernt werden kann.
• Als Kriterium für die Auswahl des Öles, welches im DK- Patent No. 156 453 beschrieben ist, wird u. a. angegeben, daß es sehr wesentlich ist, daß das Öl eine ausreichend niedrige Viskosität bei Anwendungstemperaturen hierfür besitzt, damit es Ausdehnungs- und Kontraktionszyklen als Folge von thermischen Schwankungen des Kabels folgen kann. Weiterhin ist es insbesondere erforderlich, daß die Viskosität des isolierenden Öles ausreichend niedrig für das Öl bei einer beliebigen Temperatur, welcher das Kabel ausgesetzt sein kann, sein muß, damit es ausreichend fließfähig ist, um sich längs des Kabels zu bewegen und auf diese Weise das feste isolierende Material des Kabels dauerhaft vollständig imprägniert zu halten.
• Andere wichtige Kriterien schließen ein, daß das Öl keine zu hohe Flüchtigkeit haben darf. Weiterhin muß das Öl gute isolierende Eigenschaften, einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor und eine gute Gasabsorptionsfähigkeit haben. Das Öl darf nicht dazu neigen, feste paraffinische Produkte bei den niedrigsten Gebrauchstemperaturen des Kabels abzuscheiden, und beim Gebrauch in Unterwasserkabeln muß das Öl weiterhin eine Dichte besitzen, welche nahe bei oder gleich der Dichte des umgebenden Wassers ist.
• Das im DK-Patent No. 156 453 beschriebene Kabel erfüllt in vernünftiger Weise diese Kriterien. Falls das Kabel bei sehr großen Tiefen eingesetzt wird, und insbesondere in variierenden Tiefen, ist jedoch eine bestimmte Neigung für das Kabel zum Komprimiert werden vorhanden, so daß die isolierenden Eigenschaften in diesen abgeflachten Bereichen nicht ausreichend ist.
• Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Unterwasserkabel der im Oberbegriff angegebenen Art zu finden, welches wenigstens dieselben guten Eigenschaften wie das im DK-Patent No. 156 453 beschriebene Kabel besitzt und welches bevorzugt eine erhöhte Sicherheit gegenüber Kompression bei Verwendung in großen Meerestiefen hat.
• So hat es sich weiter herausgestellt, daß ein elektrisches Unterwasserkabel, umfassend einen oder mehrere Leiter, der/die von festem Isoliermaterial umgeben ist/sind, das mit einem isolierenden Öl imprägniert ist, bei welchem Dibenzyltoluol (DBT) als Öl verwendet wird, besonders gute Eigenschaften im Vergleich mit den Eigenschaften der bekannten Unterwasserkabel besitzt, insbesondere im Hinblick auf die Fähigkeit, lokalen Kompressionen zu widerstehen.
• Unterwasserkabel und andere Öl tragende Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen daher ein isolierendes Öl, welches bevorzugt aus reinem Dibenzyltoluolöl besteht. Das Öl kann jedoch kleinere Mengen von Verunreinigungen umfassen, vorausgesetzt, daß die Verunreinigungen nicht wesentlich die Fließeigenschaften und die Dichte des Dibenzyltoluolöls verändern. Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt das Öl einen oder mehrere der alkylterten Kohlenwasserstoffe Dibenzyltoluol, Benzylmethylbenzylbenzol und Ditolylphenylmethan. Die Gesamtmenge dieser anderen alkylierten Kohlenwasserstoffe bildet bevorzugt weniger als 20 Gew.-% und insbesondere weniger als 10 Gew.-%.
• Das Dibenzyltoluolöl kann aus einem einzelnen Isomeren bestehen, jedoch ist es im Hinblick auf die Viskosität und die Dichte bevorzugt, daß das Dibenzyltoluolöl in Form einer Mischung von zwei oder mehr Isomeren vorliegt. Solche Mischungen fließen leichter in einem Kabel, und daher ist das Öl noch mehr in der Lage, Zyklen mit Expansion und Kontraktion als Folge von thermischen Veränderungen des Kabels zu folgen, und ebenfalls in der Lage, sich längs des Kabels zu bewegen und auf diese Weise in konstanter Weise das feste isolierende Material des Kabels vollständig imprägniert zu halten. Weiter ist zu erwähnen, daß solche isomeren Mischungen von Dibenzyltoluolöl signifikant preiswerter als reine Isomere dieses Öls sind.
• Tabelle 1 zeigt einige wesentliche physikalische Eigenschaften von isolierenden Ölen, welche zur Verwendung in O. F.-Kabeln benutzt wurden oder vorgeschlagen wurden, sowie die entsprechenden Eigenschaften für DBT. Die physikalischen Eigenschaften für die Naphthalinderivate wurden aus Beilstein "Handbuch der organischen Chemie" (Vierte Auflage) entnommen. Tabelle 1
• Wie sich aus der obigen Tabelle ergibt, hat Dibenzyltoluolöl eine besonders hohe Viskosität im Vergleich zu den anderen Ölen, und weiterhin hat das Dibenzyltoluolöl eine etwas höhere Dichte und infolgedessen ebenfalls eine Dichte, welche höher als die Dichte des umgebenden Wassers ist, in welchem das Kabel ausgelegt wird.
• Daher ist es sehr überraschend, daß elektrische Unterwasserkabel gemäß der Erfindung eine signifikant verbesserte Stabilität gegenüber Druckeinflüssen und thermischen Veränderungen besitzen, verglichen zu bekannten elektrischen Unterwasserkabeln, deren Isolierung andere der in Tabelle 1 erwähnten Öle umfaßt.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das elektrische Kabel ein festes isolierendes Material in Form von Cellulose. Es ist besonders bevorzugt, daß das feste isolierende Material in Form von Papier, das um den Leiter oder die Leiter gewickelt ist, vorliegt.
• Ein elektrisches Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen oder mehrere Leiter, welche dieselbe oder unterschiedliche Größe besitzen, umfassen. Die Anzahl und der Durchmesser der Leiter hängt davon ab, welche Leistung das Kabel leiten soll. Es ist besonders bevorzugt, daß das Kabel gemäß der Erfindung einen oder mehrere Leiter umfaßt, wovon jeder bevorzugt einen Durchmesser bis zu etwa 5 cm haben kann.
• Der Leiter oder die Leiter können aus verschiedenen Materialien gebildet sein, z. B. geflochtenen Kupfer- oder Aluminiumdrähten.
• Falls das elektrische Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung zwei oder mehr Leiter umfaßt, ist es bevorzugt, daß das Kabel wenigstens einen sich längs erstreckenden Kanal umfaßt, der im wesentlichen mit Dibenzyltoluol gefüllt ist. Hierdurch wird eine raschere und leichtere Verteilung des Öles erreicht.
• Unterwasserkabel gemäß der Erfindung können vorteilhafterweise mit einer äußeren Hülle in Form einer biegbaren Hülle aus z. B. Kunststoff und/oder Metall, welche gegenüber Meerwasser resistent sind, versehen sein.
• Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Kabel gemäß der Erfindung einen zentral angeordneten Leiter aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer. Der Leiter ist von einem festen isolierenden Material in Form von Papier, das um den Leitergewickelt ist, umgeben. Die den Leiter umgebende Papierschicht hat eine Dicke von bevorzugt 1-5 cm und ist mit Dibenzyltoluolöl imprägniert. Das Kabel hat weiterhin einen Bleimantel und eine äußere Hülle, welche wahlweise aus Polyethylen bestehen kann.
• Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Kabel gemäß der Erfindung zwei oder drei Leiter, wovon jeder getrennt durch ein festes isolierendes Material in Form von rings um den Leiter gewickelten Papier umgeben ist. Die den Leiter umgebende Papierschicht hat eine Dicke von bevorzugt 1-5 cm und ist mit Dibenzyltoluolöl imprägniert. Das Kabel hat weiterhin einen gemeinsamen Bleimantel und eine äußere Hülle, welche z. B. aus Polyethylen bestehen kann. Weiterhin ist das Kabel dadurch gekennzeichnet, daß es flach ist, da die Leiter, falls mehr als 2 vorhanden sind, bevorzugt Seite an Seite angeordnet sind. Weiterhin ist das Kabel selbstkompensierend.
BEISPIELE:
• Der Effekt des DBT-Öles auf Marineorganismen wurde untersucht. Sceletonema costatum und Acartia tonsa wurden dem Meerwasser, das mit 14-C markiertem DBT (etwa 16 um/l) gesättigt war, und Lösungen hiervon für 72 h bzw. 48 h ausgesetzt. Das Ergebnis dieses Versuchs zeigte, daß die Sterblichkeitsrate (50% tot) von Sceletonema costatum und Acartia tonsa eine DBT-Konzentration erforderten, welche höher als die Löslichkeit des Öls in Wasser ist.
• Die Bioabbaubarkeit des DBT-Öls wurde entsprechend der OECD-Richtlinie No. 306 getestet. Die Testergebnisse zeigten, daß das Öl bioabbaubar ist und nicht in der Nahrungskette angereichert wird. Der Abbau des DBT-Öles erfolgt als Folge der Methylbrücken zwischen den aromatischen Ringen, was keine PAH-ähnliche Moleküle ergibt, sondern kleinere, zunehmend leichter abbaubare Moleküle.

Claims (7)

1. Elektrisches Kabel, umfassend einen oder mehrere Leiter, der/die von festem Isoliermaterial umgeben ist/sind, das mit einem isolierenden Öl imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ist: reines Dibenzyltoluol (DBT), Dibenzyltoluol, das eine kleinere Menge von Verunreinigungen enthält, wobei die Menge der Verunreinigungen im wesentlichen die Viskosität und Dichte des Dibenzyltoluols nicht verändert, oder eine Mischung von Dibenzyltoluol und einem oder mehreren der alkylierten Kohlenwasserstoffe, ausgewählt aus der aus Benzylmethylbenzylbenzol und Ditolylphenylmethan bestehenden Gruppe, wobei die alkylierten Kohlenwasserstoffe bevorzugt nicht mehr als bis zu 20 Gew.-% des isolierenden Öls beitragen.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel ein Unterwasserkabel ist.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl eine Mischung von zwei oder mehr Isomeren von Dibenzyltoluol (DBT) ist.

4. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Isoliermaterial Cellulose, bevorzugt in Form von um den Leiter oder die Leiter gewickeltem Papier, ist.

5. Elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel wenigstens einen Längskanal umfaßt, der im wesentlichen mit isolierendem Öl gefüllt ist.

6. Verwendung von Dibenzyltoluol als isolierendes Öl in elektrischen Kabeln, bevorzugt in elektrischen Unterwasserkabeln.

7. Verwendung eines elektrischen Kabels, das einen oder mehrere Leiter umfaßt, der/die von festem Isoliermaterial umgeben ist/sind, das mit einem isolierenden Öl imprägniert ist, ausgewählt aus reinem Dibenzyltoluol (DBT), Dibenzyltoluol, das eine kleinere Menge von Verunreinigungen enthält, wobei die Menge der Verunreinigungen im wesentlichen die Viskosität und Dichte des Dibenzyltoluols nicht verändert, oder einer Mischung von Dibenzyltoluol und einem oder mehreren der alkylierten Kohlenwasserstoffe, ausgewählt aus der aus Benzylmethylbenzylbenzol und Ditolylphenylmethan bestehenden Gruppe, wobei die alkylierten Kohlenwasserstoffe bevorzugt nicht mehr als bis zu 20 Gew.-% des isolierenden Öls beitragen, zum Auslegen auf dem Meeresgrund.