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Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitssperre für die Imprägnierflüssigkeit
getränkter elektrischer Kabel Diese Erfindung bezieht sich auf elektrische Kabel,
insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitssperren an Verbindungsstellen
und Endverschlüssen in getränkten elektrischen Kabeln.
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Durch die britische Patentschrift 429 611 ist ein Verfahren bekanntgeworden,
nach welchem Kabelverbindungsstellen so hergestellt werden, daß die Verbindungsstellen
mit einem flüssigen, kein flüchtiges Lösungsmittel enthaltenden, polymerisierbaren
Material, z. B. mit Styrol, isoliert werden, und danach das Material polymerisiert
wird. Vorzugsweise wird die Verbindungsstelle zunächst mit Papier oder einem ähnlichen
bandförmigen Material isoliert, das statt mit einem dem Kabelimprägnierungsmittel
ähnlichen Gemisch mit einem polymerisierbaren Material imprägniert ist und nach
der Polymerisation eine gute, gleichförmige Isolierung mit der Papierisolation des
Kabels bildet. Die Verbindungsstellen werden bei diesem Verfahren von einer evakuierten
Metallmuffe umgeben, in die die monomere Flüssigkeit gefüllt und die eine genügend
lange Zeit erhitzt wird.
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Die Erhitzungsdauer zur Polymerisation der monomeren Flüssigkeit bei
dem genannten Verfahren beträgt meistens mehr als 2 Tage.
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Es ist jedoch vorteilhaft, daB eine lange Erhitzungszeit erforderlich
ist, um beträchtliche Mengen
monomerer Flüssigkeit zu polymerisieren.
Bei Temperaturen, denen man Kabel mit einer Isolation aus getränktem Faserstoff
noch ohne Schaden aussetzen kann, ist die Polymerisationsdauer gewöhnlich größer,
als sich durch Versuche für reine monomere Flüssigkeiten als charakteristisch zeigte.
Der Grund zu diesem Verhalten liegt wohl darin, daß sich die monomere Flüssigkeit
während des Wikkelns und Füllens mit verdickendem Öl, Öllösungsm.itteln usw. vermischt.
Eine Erhitzung, die länger dauert, als zur Polymerisation nötig ist, kann auch die
Bildung von Hohlräumen begünstigen, die vom Zusammenschrumpfen des fest gewordenen
polymeren Gebildes während der Abkühlung herrühren können.
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Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitssperren
an Verbindungsstellen oder Endverschlüssen aus polymerisiertem Material, ohne beträchtliche
Mengen freier monomerer Flüssigkeit in dem Kabel nach der Fertigstellung der Verbindungsstelle
oder des Endverschlüsses polymerisieren zu müssen.
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Erfindungsgemäß wird zur Herstellung einer Flüssigkeitssperre an Verbindungsstellen
und Endverschlüssen für die Imprägnierungsflüssigkeit getränkter elektrischer Kabel
folgendermaßen verfahren: Um den oder die Leiter werden Bänder aus isolierendem
Faserstoff gewickelt, die mit polymerisiertem Material getränkt sind und während
des Wickelns mehrere Male mit polymerisierbarem Material übergossen werden. Dadurch
werden die. Bänder beim Aufwickeln fest miteinander verklebt und bilden so in dem
Kabel eine feste Flüssigkeitssperre. Zum Schutz der so aufgebauten Isolation dient
eine geeignete Muffe.
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Nach dem Erfindungsvorschlag wird die Erhitzungszeit bei der Herstellung
einer Flüssigkeitssperre an Verbindungsstellen nach dem Aufbau der Isolation dadurch
wesentlich verringert, daß die Polymerisation zum größten Teil vor dem Umwik= kein
der Verbindungsstelle ausgeführt wird. Um dies zu erreichen, werden Papier- oder
Stoffbänder nach der Tränkung mit polymerisierbarem Material durch Erhitzen polymerisiert.
Ein Verfahren, nach dem man sehr brauchbare Bänder-erhalten kann, ist durch die
britische Patentschrift 454 923 bekanntgeworden.
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Bei dem Verfahren. zur Behandlung von Isoliermaterial nach der letztgenannten
britischen Patentschrift, bei dem als Ausgangsmaterial faserförmiger Stoff, wie
z. B. Papier, verwendet wird, wird das Material im aufgewickelten Zustand (Rollenform)
mit monomerem Styrol imprägniert, das Styrol in einem geschlossenen Gefäß polymerisiert
und das Material abgewickelt, solange das polymerisierte Styrol noch weich ist.
Das Material wird dann einer Behandlung zur Entfernung des überflüssigen Styrols
unterzogen, um das faserige Gefüge der Oberfläche wiederherzustellen, und wieder
aufgewickelt, vorzugsweise nachdem es kalandert wurde. Nach dieser Behandlung ist
das Material so beschaffen, daß es bei späterem Gebrauch abgewickelt werden kann.
Während des Wickelns werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bänder mit polymerisierbarem
Material mehrere Male dünn bestrichen oder übergossen. Dadurch wird das polymerisierte
Material in den Bändern klebrig, so daß die benachbarten Bänder aneinander fest
haften.
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Den Vorgang der Polymerisation stellt man sich gewöhnlich so vor,
daß die Konzentration des polymeren Stoffes, der in der monomeren Flüssigkeit gelöst
ist, so weit gesteigert wird, daß ioo0/a eines polymeren Gebildes erhalten werden.
Die durch Bestreichen oder Übergießen auf die Bänder aufgebrachte Schicht monomerer
Flüssigkeit kann man auffassen als eine Auflösung oder eine Aufquellung des polymeren
Stoffes in den aneinanderliegenden Bändern. Der ganze Aufbau der Verbindungsstelle
besteht demnach aus Faserstoff und einem nur wenig in mouomerer Flüssigkeit gelösten
polymeren Mittel. Die Verbindungsstelle ist also fast völlig polymerisiert. Auf
diese Weise wird eine Verlängerung der Erhitzungszeit auf zwei oder mehr Tage vermieden.
Eine gewisse Erhitzungszeit bis zu io Stunden kann allerdings erforderlich sein,
um die Gleichförmigkeit zu verbessern und die. Ausbreitung der klebrigen monomeren,
mit polymerem Material vermengte Schicht in möglicherweise vorhandene kleine Hohlräume
zu fördern. Der Aufbau der Verbindungsstelle wird sonst in der gleichen Weise vorgenommen
wie nach dem eingangs erwähnten Verfahren der britischen Patentschrift
42,9 611. Zum Schluß kann eine Evakuierung und eine Füllung vorgenommen werden,
um die Vermeidung von Hohlräumen sicherzustellen, die möglicherweise durch fehlerhafte
Konstruktion der Umwicklung entstanden sein könnten. Immerhin werden größere Hohlräume
vermieden, die mit monomerer Flüssigkeit gefüllt sind und eine lange Polymerisationszeit
erfordern.
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Vorzugsweise werden einige solcher Zwischenräume, z. B. der Zwischenraum
zwischen der Metallmuffe und der aufgebauten Isolation, mit einer Füllung versehen,
die unter dem Einfluß monomerer Flüssigkeit aufquillt, z. B. Kautschuk oder synthetischer
Kautschuk. Die gequollene Masse wirkt zugleich wie eine Flüssigkeitssperre, die
in dem Maße an Stärke zunimmt, wie die Polymerisätion fortschreitet.
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Ein anderes Verfahren besteht darin, dünne Lagen von Kupferfolie dicht
um die Isolation der Verbindungsstelle, zu legen und die Lagen aneinander und an
den Bleimantel anzulöten. Das Ganze wird von einer geeigneten Muffe umschlossen.
Die Muffe kann auch unmittelbar ohne Kupferfolie verwendet werden; z. B. eine Bleimuffe.
Der Zwischenraum zwischen der Muffe und der Isolation des Kabels wird mit geschmolzenem
Metall gefüllt, z. B. mit einer Blei-Zinn-Legierung. Die Innenfläche der Bleimuffe
wird zweckmäßig zuerst verzinnt, so daß die Legierung sich mit ihr verbindet. Dieses
einfache Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Behandlung von
Mehrleiterkabeln. Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkeitssperre an einer Verbindungsstelle
oder einem Endverschluß in einem Mehrleiter-Gürtelkabel folgendermaßen
hergestellt:
Um die Leiter werden isolierte, mit polymerisiertem Material getränkte Faserstoffbänder
gewickelt, die dabei mehrere Male mit polymerisierbarem Material übergossen werden.
Dann wird die Gürtelisolation wieder hergestellt und eine Schutzmuffe um die Verbindungsstelle
oder um den Endverschluß gelegt. In den schraubenförmigen Zwischenräumen zwischen
den isolierten Leitern wird eine Flüssigkeitssperre dadurch gebildet, daß die Zwischenräume
mit Isoliermaterial von flüssiger oder plastischer Form gefüllt werden, das leicht
erstarrt. Die Verbindungsstelle oder der Endverschluß wird durch die Bildung einer
Flüssigkeitssperre von polymerisiertem Material in der Gürtelisolation vervollständigt.
Diese Flüssigkeitssperre kann so gebildet werden, daß die Gürtelisolation aus mit
polymerisiertem Material getränkten Faserstoffbändern aufgebaut wird, die mehrere
Male, wie oben beschrieben, mit polymerisierbarem Material übergossen werden. Auch
für abgeschirmte Mehrleiterkabel ergibt sich ein einfaches Verfahren. In diesem
Fall kann die Flüssigkeitssperre in den schraubenförmigen Zwischenräumen aus Metall
bestehen, weil diese Zwischenräume außerhalb des elektrischen Feldes liegen. Hierbei
werden gegebenenfalls Hohlräume gefüllt, die sich in der Isolation während der Metallfüllung
bilden können.
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Die Faserstoffbänder können mit irgendeinem geeigneten polymerisierten
Material imprägniert werden. Es sei erwähnt, daß die Faserstoffbänder entweder völlig
durchtränkt oder nur an der Oberfläche bestrichen sein können. In diesem Falle muß
die oberflächliche Tränkung genügend groß sein, um das polymere Material in der
Oberfläche des Fasermaterials zu binden und eine genügend gleichmäßige Schicht polymeren
Materials zu erhalten. Dabei werden die Bänder zweckmäßig mit einem Kohlenwasserstoff
oder einer ähnlichen Verbindung (z. B. Harz-Harzöl) vor dem Bestreichen vorgetränkt,
um einer Ionisation im Innern der Bänder vorzubeugen. Das Übergießen der Bänder
kann ebenfalls mit irgendeinem geeigneten polymerisierbaren Mittel geschehen, das
dem polymeren Tränkungsmittel gleich oder von ihm verschieden sein kann.
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Die erfindungsgemäß angewendeten monomeren und polymeren Mittel müssen
geeignet sein, Flüssigkeitssperren in Kabeln zu bilden. Diese Mittel müssen in monomerer
Form unter normalen atmosphärischen Verhältnissen flüssig sein und nach der Polymerisation
ein festes polymeres Gebilde mit genügend niedrigen dielektrischen Verlusten ergeben.
Die zulässigen dielektrischen Verluste richten sich in erster Linie nach der Beschaffenheit
des Kabels und dürfen nicht so groß sein, daß die Isolation der Flüssigkeitssperre
einen Gefahrenpunkt für das Kabel bilden kann. Das zum Übergießen der Bänder benutzte
polymerisierbare Material muß die Fähigkeit haben, die Oberfläche des polymeren
Tränkungsmittels klebrig zu machen.
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Die zum Übergießen der Bänder dienende monomere Flüssigkeit kann vor
ihrer Verwendung schon halb polymerisiert sein. Da aber. die Zähigkeit bei einer
geringen Steigerung der Polymerisation beträchtlich zunimmt, ist es nicht zweckmäßig,
den Prozeß zu weit zu treiben. Wenn jedoch die monomere Flüssigkeit durch den Zusatz
eines Verzögerungsmittels beständig gemacht ist, z. B. bei Styrol als monomere Flüssigkeit
durch einen Zusatz von Chinon, dann kann durch Erhitzen vor ihrer Verwendung erreicht
werden, daß die Induktionsperiode vor Erhitzen der Verbindungsstelle beendet ist.
Um schneller den Endzustand der völligen Polymerisation zu erreichen, können auch
Beschleunigungsmittel zugesetzt werden. Von den monomeren Mitteln, die für die Tränkung
der Bänder verwendet und später polymerisiert werden, kann ebenso wie für das Übergießen
Styrol als das brauchbarste erwähnt werden. Die bestrichenen Bänder können durch
Verwendung eines polymeren Mittels, z. B. Polystyrol, in einer geeigneten Lösung
(z. B. Benzol) erzeugt werden.
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Die Erfindung erstreckt sich entsprechend auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Flüssigkeitssperre an Verbindungsstellen oder Endverschlüssen in einem getränkten
elektrischen Kabel. Erfindungsgemäß werden der oder die Leiter mit isolierten, in
Polystyrol getränkten Faserstoffbändern bewickelt, die dabei mehrere Male mit monomerem
Styrol übergossen werden. Geeignete verdickende oder füllende Mittel können der
monomeren Flüssigkeit zugesetzt werden, um die Bänder zu tränken und zu übergießen.
Beispielsweise können mit Styrol bis zu 15 0/0, vorzugsweise etwa ro %, eines geeigneten
Verdickungsmittels oder eine aromatische Substanz, etwa einer oder mehrere der Naphthaline
(z. B. Methyl-, Äthyl- oder Propylnaphthalin) sowie Phenanthren oder Diphenyl, vermengt
werden. Styrol, das mit anderen monomeren Mitteln, z. B. mit p-Divinylbenzol mit
oder ohne Verdickungsmittel, vermischt ist, kann auch zum Imprägnieren und Übergießen
verwendet werden.
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An Hand eines Beispiels wird nun die Herstellung einer Kabelverbindung
ausführlich erläutert. Die Leiter der aneinanderliegenden Kabellängen werden zuerst
miteinander verbunden. Die Kabelisolation wird in der üblichen Weise konisch abgestuft
und mit Kabelöl überbrüht, das etwa für ro Minuten auf I2o° erhitzt ist. Nicht eingedrungenes
Öl wird mit einem trockenen Tuch enfernt. Dann wird die abgestufte Kabelisolation
mit monomerer Flüssigkeit, die auf 70° erhitzt sein kann, übergossen. Hierdurch
wird erreicht, daß die abgestufte Kabelisolation hinreichend von der monomeren Flüssigkeit
durchdrungen wird. Die mit polymerem Material imprägnierten Bänder, d. h. die vorher
polymerisierten Bänder, werden dann in der üblichen Weise verwendet. Nach der Aufbringung
einer jeden Lage wird diese mit einer Schicht monomerer Flüssigkeit überstrichen,
um die Zwischenräume zwischen den Bändern auszufüllen. Die monomere Flüssigkeit
sollte vorzugsweise dünn sein und eine Viskosität von weniger als roo Centistokes
haben, ein Betrag, der ausreichend ist, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten.
In frischem Zustand verhält die monomere Flüssigkeit sich
schlüpfrig,
so däß die Bänder leicht dicht aneinander gewickelt werden können. Sie kann, wie
oben erwähnt, als ein Lösungsmittel für das polymere Material angesehen werden,
das eine zähflüssige ' Masse bildet, die schnell erstarrt und jedes Band möglichst
gut abdichtet. Das ist von Wichtigkeit, da hach allgemeiner Erfahrung die elektrische
Festigkeit um so größer wird, j e dichter dieBänder gewickelt werden können. Ein
gewisser Prozentsatz eines Beschleunigungsmittels kann mit Erfolg zu der monomeren
Flüssigkeit zugesetzt werden, da die Verbindungssteile so fest wie möglich werden
soll, um die Durchlässigkeit für Öl auf ein Minimum herabzusetzen In dem Fall von
monomerem -Styrol ist ein Zusatz von etwa i % Benzoylperoxyd zufriedenstellend.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erstreckt sich auch auf die Herstellung
von Endverschlüssen. Für den Fall eines Endverschlusses bei einem Einzelleiterkabel
wird das Kabelende abgestuft. Dann werden die mit polymeren Mitteln getränkten Bänder
gewickelt und übergossen, wie oben ausgeführt. Zur Vervollständigung der Sperrenfunktion
wird der Litzenleiter mit Lötmaterial ausgefüllt. Eine kurze verbleite Metallhülse
wird an den Bleimantel angelötet und mit Metall oder einem aufquellenden Material
gefüllt. Der Litzenleiter kann mit einer festen Metallhülse versehen werden, um
welche die Bänder gewickelt werden, so daß die Verbindung zwischen der Hülse und
dem Leiter innerhalb der aufgebrachten Isolation erfolgen kann. Da ein Endverschluß
dieser Art in gewisser Beziehung die Hälfte einer Verbindungsstelle darstellt und
da der Druck, der durch die stramme Wicklung und durch das Aufquellen des polymeren
Gebildes ausgeübt wird, gelegentlich sehr stark sein kann, ist es notwendig, vorübergehend
eine fest anliegende Platte an der Hülse anzubringen, so daß dem in der Längsrichtung
des Kabels herrschenden Druck entgegengewirkt wird, bis der Endverachluß fest geworden
ist.
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Aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß die Erfindung leicht anwendbar
ist bei der Herstellung von Endverschlüssen in Einleiterkabeln (das sind Kabel,
die entweder aus einem oder mehreren verschiedenen Leitern bestehen, die jeweils
durch einen Bleimantel geschützt sind und in einer gemeinsamen Armierung liegen).
In Mehrleiterkabeln entstehen jedoch spezielle Schwierigkeiten durch die Notwendigkeit,
die schraubenförmigen Zwischenräume zwischen den Leitern zu schließen. Erfindungsgemäß
wird die Bildung einer Flüssigkeitssperre in den: schraubenförmigen Zwischenräumen
bei einem Endverschluß dadurch umgangen, daß die isolierten Leiter in eine Endkappe
eingeführt werden, die mit Ausführungsröhren für jeden Leiter ausgestattet ist.
Dann werden die hervortretenden Leiter mit isolierenden, in einem polymeren Mittel
getränkten Faserstoffbändern bewickelt und mit mönomerer Flüssigkeit, wie oben beschrieben,
übergossen. Nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wird jeder Leiter zunächst
durch Bewicklung von Bändern isoliert und sodann in eine gemeinsame Endkappe eingeführt,
so daß die aufgebauten Isolationsstellen innerhalb der Endkappe hinter den Ausführungsröhren
liegen. Die Endkappe mit ihren Ausführungsröhren kann aus Metall; vorzugsweise aus
Blei, hergestellt sein, wenn das Mehrleiterkabel abgeschirmte Leiter enthält. In
den anderen Fällen kann sie aus geeignetem Isoliermaterial hergestellt werden. Schließlich
wird sie mit dem Bleimantel des Kabels- verlötet oder verkittet. Dies Verfahren
erfordert nicht die Bildung einer Flüssigkeitssperre in den schraubenförmigen Zwischenräumen.
Um den Abschluß zu vervollständigen, wird das Ende jedes isolierten Leiters erhitzt,
wie bei einem Kabel mit einem einzigen Leiter.