DE972607C - Impraegniertes papierisoliertes elektrisches Kabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kabel vom imprägnierten Typ, für welche das herumgewickelte, mit Mineralöl oder Ölharziiiischungen imprägnierte Papierdielektrikum typisch ist. Bei Anlagen, bei welchen solche Kabel senkrecht verlegt sind, wie z. B. in Minenschächten oder bei steilem Gefälle, besteht mit einem voll imprägnierten Kabel, wie es gegenwärtig hergestellt wird, die Gefahr, daß eine Wanderung des Imprägniermittels vom oberen Teil des Kabels stattfindet, wodurch es elektrisch geschwächt wird und zu gleicher Zeit die Ausdehnung der Umhüllung des unteren Teils oder eine andere bauliche Störung am unteren Ende der Kabellänge veranlaßt wird.

Die Angabe, daß das Kabel voll imprägniert ist, soll bedeuten, daß das Kabel so voll an Imprägniermittel wie möglich ist, wobei das Papier oder anderes Fasermaterial imprägniert ist Und die Räume zwischen den Wicklungen und Lagen mit dem Imprägniermittel ausgefüllt sind. Hiermit soll mit Sicherheit die Möglichkeit des Vorhandenseins von Leerräumen innerhalb der Umhüllung, weiche das Dielektrikum umgibt, auf ein Minimum verringert werden.

Im Hinblick auf die erwähnten Schwierigkeiten ist es bisher nicht möglich gewesen, ein voll imprägniertes Kabel in senkrechter Lage oder bei sehr steilem Gefälle für eine Länge von mehr als z. B. etwa 15 m zu gebrauchen, und verschiedene Hilfsmittel, ζ-. B. ein teilweises Entfernen des Imprägniermittels aus einem voll imprägnierten Kabel oder def Gebrauch einer besonderen Hilfsapparatur, sind zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen worden. Das Hilfsmittel des Entfernens ist nur teilweise erfolgreich gewesen, weil es eine Vergrößerung in der Isolierungsdicke mit sich bringt,

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um im Vergleich mit einem voll imprägnierten Kabel einen gleichen Sicherheitsfaktor zu schaffen. Die Erfindung vermeidet die Schwierigkeiten infolge der Wanderung des Imprägniermittels und vermeidet jede Vergrößerung des Umfangs des Kabels und jede Beeinträchtigung der Vollständigkeit der Imprägnierung.

Bei dem Kabel nach der Erfindung wird ein Imprägniermittel verwendet, welches bei der Temperatur der Imprägnierung genügend flüssig ist zum Durchdringen des Dielektrikums nach den üblichen Methoden, so daß das Kabel voll imprägniert werden kann, welches aber bei der höchsten Betriebstemperatur des Kabels nicht dem Kabel entlang in irgendwie nachteiligem Ausmaß fließt, während bei der niedrigsten Betriebstemperatur des Kabels das Imprägniermittel nicht so erhärtet, daß es die relativen Bewegungen der Wicklungen, des Papiers verhindert, welche zur Biegung des Kabels notwendig sind. Gleichzeitig besitzt das Imprägniermittel gute elektrische, für hohe dielektrische Beanspruchungen geeignete Eigenschaften.

Der hauptsächliche und in einigen Fällen ausschließliche Bestandteil des Imprägniermittels ist mikrokristallines Mineralölwachs mit einem Schmelzpunkt von 8o° C oder höher. Durch den Ausdruck »mikrokristallines Mineralölwachs« ist ein Wachs aus der Petrolatumgruppe oder Petroleumceresingruppe der Mineralölwachse (definiert und klassifiziert in Journal of the Institute of Petroleum, Bd. 29, Nr. 240, 1943, S. 361 bis 363) zu verstehen, welches eine verhältnismäßig kleine Kristallgröße im Vergleich mit den Wachsen der Paraffinwachsgruppe besitzt. Wie oben erwähnt, kann das Imprägniermittel ganz aus mikrokristallinem, im vorhergehenden definierten Mineralölwachs bestehen. Es kann indessen mit anderen Stoffen in wechselnder Menge gemäß den angestrebten Eigenschaften verbunden sein, aber in allen Fällen soll es nicht weniger als 55 Gewichtsprozent des Imprägniermittels ausmachen.

Der oder die anderen Bestandteile des Imprägniermittels sind Mineralöl für Kabelimprägnierung oder ein als Plastischmacher bezeichneter Stoff oder eine Mischung aus solchem Öl und Plastischmacher.

Unter Mineralöl für Kabelimprägnierung ist ein für dielektrische Kabelimprägnierung geeignetes Öl zu verstehen. Die Arten von hierfür geeignetem Mineralöl sind im allgemeinen unter den Herstellern elektrischer Kabel bekannt und z.B. in der Zusammenstellung von Arbeiten über Isolieröle im Journal of the Institution of electrical Engineers, Teil II, S. 3 bis 64, Bd. 90, 1943, besprochen.

Klein erwähnt zwar in seinem Buch »Kabeltechnik«, 1929, S. 19, die Verwendung von Mineralölwachs als Isoliermaterial für Kabel, aber legt nicht seine Verwendung als Imprägniermittel für ein Papierdielektrikum nahe. Er erwähnt dort auch nicht den Schmelzpunkt des Wachses, noch fordert er, daß das Wachs eine mikrokristalline Struktur haben müsse. Die deutsche Patentschrift 515913 offenbart die Imprägnierung von mit Faserstoffen umsponnenen oder umklöppelten Schwachstromleitungsschnüren mit einer Mischung aus Paraffin, Harz, Mineralöl und Vaseline, wirft aber kein Licht auf die Imprägnierung von papierisolierten Kabeln, noch lehrt sie auch nur die Verwendung von Vaseline als Kabelimprägnierung, welche eine Mischung von Öl und mikrokristallinem Mineralölwachs ist, weder ausschließlich noch in solcher Menge, daß mehr als 55 Gewichtsprozent eines solchen Wachses vorhanden sind. Es ist in der USA.-Patentschrift 2 120 306 vorgeschlagen worden, Textilumhüllungen mit einem reinen Mineralölwachs der Petrolatumgruppe von sehr feinkristalliner Struktur zu imprägnieren, aber es konnte hieraus nicht vorhergesehen werden, daß ein solches Wachs als ein nichttropfendes Imprägniermittel für ein Papierkabel geeignet sein würde, wobei es wesentlich ist, daß das Imprägniermittel nicht nur gute elektrische Eigenschaften und Durchdringungskraft besitzt, sondern auch niedrige Scherfestigkeit aufweist, um so das leichte Gleiten des Papiers übereinander zu ermöglichen. Überdies befürwortet es die Verwendung von bei 68 bis 71⁰C schmelzendem Wachs, was unterhalb des Mindestschmelzpunktes von 8o° C liegt, wie er nach der Erfindung gefordert ist. Die USA.-Patentschrift 2 296 854 schlägt für die Isolierung von Leitern ein polymerisiertes aliphatisches Monoolefin in Mischung mit hochschmelzenden Wachsen zur Bildung einer heißen auspreßbaren Masse für das Aufbringen auf einen Leiter vor. Obwohl diese Gemische hochschmelzendes Wachs enthalten, sind sie ungeeignet zum Imprägnieren der Papierisolierung eines Kabels, und es ist keine Andeutung vorhanden, wie sie geeignet gemacht werden könnten, um einerseits bei der Kabelbetriebstemperatur nicht zu fließen und andererseits doch eine genügend niedrige Scherfestigkeit aufzuweisen. Schließlich wird in der britischen Patentschrift 562 646 vorgeschlagen, ein Kabelimprägniermittel mit gelartigen Eigenschaften zu verwenden, welches 10 bis 40% eines amorphen Wachses, 30 bis 60% Mineralöl und gegebenenfalls ο bis 3o°/o eines natürlichen oder synthetischen Harzes enthalten soll mit dem Ziel, den Kaltfluß des Mittels in dem Kabel bei Raumtemperatur zu vermeiden oder zu verringern.

Die Erfindung jedoch befaßt sich demgegenüber mit einem Kabelimprägniermittel, welches nicht gelartig, sondern ein plastischer Stoff ist, der in dem Kabel bei seiner höchsten Betriebstemperatur, d. h. bei einer Temperatur bis zu 70⁰ C nicht fließt, und für solche Kabel wurde es für notwendig gefunden, mindestens 55 Gewichtsprozent mikrokristallines Erdölwachs vom Schmelzpunkt nicht weniger als 8o° C zu verwenden.

Die Menge des zum Wachs zugefügten Stoffs ist großenteils abhängig von der Tiefe der Temperatur, bei welcher die Benutzung des Kabels stattfinden soll. Beide, das Mineralöl und der Plastischmacher, haben die Wirkung, bei niedrigen Temperaturen die für das Biegen erforderliche Freiheit

der Bewegung aufrechtzuerhalten. Für die tiefsten Benutzungstemperaturen können 45 % solcher Bestandteile in dem Imprägniermittel gebraucht werden. Sie haben indessen zusätzlich die Wirkung, die Temperatur zu erniedrigen, bei welcher Fließen des Imprägniermittels entlang des Kabels stattzufinden beginnt. Die Plastischmacher besitzen diese Wirkung in geringerem Grade als das Öl. Sie schwächen die Kristallstruktur in einem geringeren Grade bei diesen höheren Temperaturen. Andererseits können sie weniger gute elektrische Eigenschaften als die geeignetsten Mineralöle besitzen. Die Auswahl der Kombinierung der Bestandteile ist daher eine Sache des sorgfältigen Ausgleichens der verschiedenen Erfordernisse in jedem besonderen Fall.

Brauchbare Plastischmacher sind Polyisobutylene der Arten, welche ein durchschnittliches Molekulargewicht von 20 000 bis 100 000 besitzen, und Harz. Polyisobutylen in Mischung mit einem Mineralöl von für den vorliegenden Zweck geeigneter Qualität wird unter dem Handelsnamen »Paratac« verkauft.
Beispielsweise sind die nachfolgenden Zusammen-Setzungen brauchbar:

Gewichtsteile

1. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt 85⁰C 70

Hohlkernkabelöl 30

Dieses Imprägniermittel hat einen Schmelzpunkt von 84⁰ C.

2. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 88° C 60

Paratac 40

Dieses Imprägniermittel hat einen Schmelzpunkt von 86⁰C.

3. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 85⁰ C 55

Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 20 000 10

Mineralöl mit einer Viskosität von rund 30 Englergraden (900 Redwoodsekunden) bei 60 ° C 35

+5 Dieses Imprägniermittel hat einen Schmelzpunkt von 83⁰C.

4. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 82⁰C 65

Mineralöl mit einer Viskosität von rund 20 Englergraden (600 Redwoodsekunden) bei 6o° C 20

Amerikanisches Harz M-Grad 15

Dieses Harz ist vorzugsweise ein hochgradiges ausgewähltes natürliches Balsamharz oder ein unreines Harz, welches durch eine Rohr-(flash)-Destillation unter verringertem Druck, wie in der britischen Patentschrift 524 246 beschrieben, gereinigt ist.

Dieses Imprägniermittel hat einen Schmelzpunkt von 8o° C.

5. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 8o° C 99

Gewichtsteile Polyisobutylen mit einem Molekular-

gewicht von 20 000 1

Dieses Imprägniermittel hat einen
Schmelzpunkt von 8o° C.

6. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 82⁰ C 98

Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 20 000 2

Dieses Imprägniermittel hat einen
Schmelzpunkt von 82⁰C.

7. Mikrokristallines Wachs mit Schmelzpunkt von 85⁰ C 95

Harz, raffiniert, wie im Beispiel 4 angegeben 5

Dieses Imprägniermittel hat einen
Schmelzpunkt von 84⁰ C.

Die Schmelzpunkte sind nach dem Standard-Verfahren der Bestimmung von Schmelzpunkten für Petrolatum, als D 127-30 bezeichnet, auf S. 53² der »ASTM Standards«, Teil 2, beschrieben und durch die American Society for Testing Materials, Philadelphia, PA, USA., veröffentlicht, festgestellt worden. Diese Imprägniermittel werden durch Vermischen in der Wärme hergestellt und sind bei üblichen Imprägnierungstemperaturen von etwa 130⁰C genügend flüssig, um eine vollkommene Imprägnierung des Dielektrikums zu gewährleisten. Bei unterhalb der für den Schmelzpunkt des Imprägniermittels angegebenen Temperaturen sind es plastische Stoffe, welche in nicht bemerkbarer Weise in den Kabeln fließen. Bei einer Temperatur von o° C sind diese Verbindungen immer noch ausreichend plastisch, um dem Papier des Dielektrikums zu erlauben, relativ zueinander ohne Beschädigung zu gleiten. Die elekirischen Eigenschaften der Imprägniermittel und mit ihnen imprägnierten Kabelpapiers sind gut und von genügend hoher Größenordnung, um für Kabel mit Spannungsgrößen von 33 kV und höher ausreichend zu sein.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Imprägniertes papierisoliertes elektrisches Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß das Im- no prägniermittel innerhalb des Papiers und in den Zwischenräumen zwischen seinen Wicklungen und Schichten ein plastischer Stoff ist, welcher mindestens 55 Gewichtsprozent mikrokristallines Mineralölwachs mit einem Schmelzpunkt von 80⁰C oder darüber enthält.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel ein Kabelimprägnierungsmineralöl oder einen Plastischmacher, bestehend entweder aus Polyisobutylen mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von etwa 20 000 bis 100 000 oder Harz oder eine Mischung des Öls mit einem oder beiden Plastischmachern enthält.

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel einen

Schmelzpunkt von etwa 84⁰ C besitzt und aus etwa 70 Gewichtsteilen mikrokristallinem Wachs mit einem Schmelzpunkt von etwa 85⁰C und aus etwa 30 Gewichtsteilen Hohlkernkabelöl besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 515 913; britische Patentschriften Nr. 533 444, 562646; USA.-Patentschriften Nr. 2 120 306, 2296854; Buch von Klöin, »Kabeltechnik«, 1929, S. 19.

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