DEP0001003BA

DEP0001003BA - Process for improving the dielectric strength of insulating parts made of rubber, in particular the insulation of electrical high-voltage cables

Info

Publication number: DEP0001003BA
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Gasser; Harry Dr. phil. Heering
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1951-02-08

Description

Die Durchschlagsfestigkeit von Gummi ist unter normalen Bedingungen sehr stark von der Wanddicke abhängig. Bei zunehmender Dicke fällt die spezifische Durchschlagsfestigkeit stark ab. Diese Erscheinung erschwert die Herstellung elektrischer Isolierkörper für höhere Spannungen aus Gummi wesentlich. Insbesondere ist es kaum möglich, gummiisolierte Kabel für Wechselstrom-Höchstspannungen herzustellen. Es ist bisher nicht gelungen, diese Nachteil zu beseitigen.Under normal conditions, the dielectric strength of rubber is very much dependent on the wall thickness. The specific dielectric strength drops sharply with increasing thickness. This phenomenon makes the production of electrical insulating bodies for higher voltages from rubber considerably more difficult. In particular, it is hardly possible to manufacture rubber-insulated cables for alternating current maximum voltages. So far it has not been possible to eliminate this disadvantage.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass diese Erscheinung darauf zurückzuführen ist, dass vom Herstellungsprozess her kleine mit Luft gefüllte Hohlräume in den Gummiteilen vorhanden sind, und zwar um so mehr, je grösser die Wandstärke der Isolierkörper ist. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Isolierkörper, wie z.B. die Isolierung elektrischer Leiter, aus Bändern geschichtet ist. Unter dem Einfluss elektrischer Wechselfelder wird die Luft in diesen Hohlräumen ionisiert und zum Teil in Ozon umgewandelt. Selbst kleine Ozonmengen bewirken aber bekanntlich Zerstörungen des Gummis durch Rissbildung. Gemäss der Erfindung wird deshalb bei Isolierkörpern aus Gummi die in dem Gummi gelöste und gegebenenfalls in Hohlräumen enthaltene Luft durch ein chemisch indiffe- rentes Gas dadurch ersetzt, dass der Gummiteil in eine Gasatmosphäre gebracht wird, die praktisch luftfrei ist und die unter höheren Druck steht. Hierbei löst der Gummi eine bestimmte Menge des Gases auf. Dieses Gas dringt bis zu den mikroskopischen oder makroskopischen Hohlräumen, die in dem Gummiteil vorhanden sind, misch sich mit der dort vorhandenen Luft und nimmt einen entsprechenden Teil der Luft aus diesen Hohlräumen mit, wenn der äussere Gasdruck wieder abgelassen wird. Dieses Spiel kann mehrfach wiederholt werden, so lange bis die Luft praktisch aus den Hohlräumen des Gummiteiles entfernt ist. Dadurch wird die Gefahr einer Ozonbildung beseitigt und somit die Durchschlagsfestigkeit des Gummiteiles bedeutend erhöht.The invention is based on the knowledge that this phenomenon is due to the fact that, from the manufacturing process, there are small air-filled cavities in the rubber parts, and more so the greater the wall thickness of the insulating body. This is especially the case when the insulating body, such as the insulation of electrical conductors, is layered from strips. Under the influence of alternating electrical fields, the air in these cavities is ionized and partially converted into ozone. However, even small amounts of ozone are known to cause damage to the rubber through the formation of cracks. According to the invention, therefore, in insulating bodies made of rubber, the air dissolved in the rubber and possibly contained in cavities is Renting gas is replaced by bringing the rubber part into a gas atmosphere that is practically free of air and that is under higher pressure. Here the rubber dissolves a certain amount of the gas. This gas penetrates as far as the microscopic or macroscopic cavities that are present in the rubber part, mixes with the air present there and takes a corresponding part of the air with it from these cavities when the external gas pressure is released again. This game can be repeated several times until the air is practically removed from the cavities of the rubber part. This eliminates the risk of ozone formation and thus significantly increases the dielectric strength of the rubber part.

Wenn der so behandelte Isolierkörper frei der Luft ausgesetzt bleibt, klingt die erzielte Wirkung allmählich wieder ab, weil die Luft die Möglichkeit hat, von aussen wieder langsam hineinzudiffundieren. Es ist deshalb erforderlich, zur Erzielung einer Dauerwirkung den gemäss der Erfindung behandelten Gummiteil dauernd unter Luftabschluss zu halten. Dies kann bei in Apparaten u.dgl. vorhandenen Gummiteilen leicht dadurch erzielt werden, dass das Apparategehäuse luftdicht verschlossen und mit einem entsprechenden indifferenten Gas gefüllt wird.If the insulating body treated in this way remains freely exposed to the air, the effect achieved gradually fades away again because the air has the opportunity to slowly diffuse in again from the outside. It is therefore necessary, in order to achieve a permanent effect, to keep the rubber part treated according to the invention permanently sealed off from air. In the case of rubber parts present in apparatus and the like, this can easily be achieved by sealing the apparatus housing airtight and filling it with a corresponding inert gas.

Bei gummiisolierten elektrischen Kabeln mit einem luftdichten metallischen Mantel genügt es unter Umständen, die isolierte Kabelseele vor dem Aufbringen des Mantels in der erfindungsgemässen Weise zu behandeln, um die in der Gummiisolierung und in den Hohlräumen vorhandene Luft durch ein indifferentes Gas zu ersetzen. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass die gummiisolierte Kabelseele in einem Stahlrohr oder Druckkessel einer indifferenten Gasatmosphäre, z.B. Äthan, während längerer Zeit, z.B. auf die Dauer von drei Tagen, unter erhöhtem Druck von etwa 20 Atü ausgesetzt wird. Danach wird der Überdruck abgelassen und nach weiteren drei Tagen wieder Druck gegeben. Nach einer dreimaligen Wiederholung dieser Behandlung wird die Gummiisolierung praktisch luftfrei sein. Hierauf wird die Kabelseele mit einem luftdichten Mantel, z.B. aus Blei oder Aluminium, versehen. Falls in den Armaturen, wie Muffen, Endverschlüssen u.dgl. für einen luftdichten Abschluss des Mantels gesorgt wird, kann auf weitere Massnahmen verzichtet werden. Unter Umständen kann es sich aber empfehlen, in gewissen Zeiträumen durch geeignete Armaturen das Kabelinnere wieder unter Gasdruck zu setzen.In the case of rubber-insulated electrical cables with an airtight metallic sheath, it may be sufficient to treat the insulated cable core in the manner according to the invention before the sheath is applied, in order to replace the air present in the rubber insulation and in the cavities with an inert gas. This can be done, for example, by exposing the rubber-insulated cable core in a steel pipe or pressure vessel to an inert gas atmosphere, e.g. ethane, for a long time, e.g. for a period of three days, under increased pressure of about 20 atmospheres. The excess pressure is then released and pressure is applied again after a further three days. After repeating this treatment three times, the rubber insulation will be practically free of air. The cable core is then provided with an airtight jacket, e.g. made of lead or aluminum. If an airtight seal is provided for the jacket in the fittings, such as sleeves, terminations and the like, further measures can be dispensed with. Under certain circumstances, however, it may be advisable to put the inside of the cable under gas pressure again using suitable fittings within certain periods of time to put.

Bei Kabeln mit nichtmetallischen Schutzmänteln würde ein solches Verfahren jedoch nicht genügen, da mit der Zeit Luft durch den Mantel hindurch in die Kabelseele eindringen könnte. Hier ist es deshalb erforderlich, in der Kabelseele einen Gasdruck aufrecht zu erhalten und in das Kabelinnere in gewissen Zeitabständen oder vorzugsweise dauernd ein indifferentes Gas unter Druck nachzufüllen. Um dies zu erleichtern, empfiehlt es sich, innerhalb des Kabels, z.B. in den zu diesem Zweck als Hohlleiter ausgeführten Leiter oder in den Zwickelräumen Gaskanäle vorzusehen.In the case of cables with non-metallic protective sheaths, however, such a method would not suffice, since over time air could penetrate through the sheath into the cable core. It is therefore necessary here to maintain a gas pressure in the cable core and to refill an inert gas under pressure into the interior of the cable at certain time intervals or preferably continuously. To make this easier, it is advisable to provide gas ducts within the cable, e.g. in the waveguide designed for this purpose or in the gusset spaces.

Die Erfindung ermöglicht es, auch für Höchstspannungen gummiisolierte Kabel herzustellen, die gegenüber den bisher üblichen Kabeln mit öl- oder massegetränkter Papierisolierung den wesentlichen Vorteil haben, dass sie ohne Tränkmittel in der Isolierung auskommen. Dadurch entfällt einerseits das durch den hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten des Tränkmittels bedingte Wärmedehnungsspiel mit seinen gefürchteten Folgen und andererseits die Gefahr des Abwanderns des Tränkmittels bei Verlegung des Kabels in geneigter oder senkrechter Lage. Aber auch für gummiisolierte Kabel für niedrigere Spannungen, z.B. für <Nicht lesbar> u.dgl. oder für Röntgenkabel, ist die Erfindung mit Vorteil anwendbar.The invention makes it possible to manufacture rubber-insulated cables even for very high voltages, which have the essential advantage over the conventional cables with oil or mass-soaked paper insulation that they do not require any impregnating agent in the insulation. This on the one hand eliminates the heat expansion play caused by the high temperature expansion coefficient of the impregnating agent with its dreaded consequences and on the other hand the risk of the impregnating agent migrating when the cable is laid in an inclined or vertical position. However, the invention can also be used to advantage for rubber-insulated cables for lower voltages, e.g. for <not readable> and the like, or for X-ray cables.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist andererseits ausser bei Kabeln auch bei elektrischen Einrichtungen anderer Art mit Gummiisolierteilen anwendbar. Andererseits eignet sie sich aber auch für die Behandlung anderer gummiähnlicher Kunststoffe, die durch aktivierten Luftsauerstoff angegriffen werden. An Stelle von Äthan können auch andere in Gummi bzw. gummiähnlichen Isolierstoffen lösliche Gase, z.B. Kohlenoxyd, verwendet werden. Auch Verbindungen, die unter dem Einfluss von Sprühentladungen polymerisierbar sind und dabei in den festen oder flüssigen Aggregatzustand übergehen, wodurch die ursprünglich bestehenden Hohlräume mit einem dichten Stoff ausgefüllt werden, können mit Vorteil für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described and mentioned. On the other hand, in addition to cables, it can also be used in electrical devices of other types with rubber insulating parts. On the other hand, it is also suitable for the treatment of other rubber-like plastics that are attacked by activated atmospheric oxygen. Instead of ethane, other gases that are soluble in rubber or rubber-like insulating materials, e.g. carbon oxide, can be used. Compounds that are polymerizable under the influence of spray discharges and thereby change into the solid or liquid state of aggregation, as a result of which the originally existing cavities are filled with a dense substance, can also be used to advantage for the purposes of the invention.

Claims

1. A method for improving the dielectric strength of insulating bodies made of rubber or rubber-like plastics, in particular the insulation of electrical high-voltage cables, characterized in that the air dissolved in the rubber and possibly contained in the cavities is replaced by a chemically inert gas in that the insulating part, if necessary repeatedly, is brought into an inert gas atmosphere under increased pressure for a certain time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the insulating body is then kept under constant overpressure.

3. High-voltage cable with insulation made of rubber or rubber-like plastics, produced by a method according to claim 1, characterized in that an inert gas is filled in channels, in the conductors or in the gusset spaces.

4. High-voltage cable according to claim 3 with a not completely gas-tight jacket, characterized in that indifferent gas is refilled continuously or at time intervals.