NO149122B

NO149122B - PROCEDURE FOR VOLCANIZATION OF THE ISOLAR LAYER ON AN ELECTRIC CABLE

Info

Publication number: NO149122B
Application number: NO784439A
Authority: NO
Inventors: Sven Gunnar Wretemark
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1983-11-07
Also published as: WO1979000463A1; FI65340C; NL7812591A; FI65340B; DK144609B; GB2036034A; NO784439L; GB2036034B; FI783994A7; JPS55500029A; DK332179A; SE417655B; NO149122C; SE7714979L; DK144609C

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrisk kabel, ved hvilken fremgangsmåte kabelens indre deler trekkes igjennom en ekstruderingsdyse og derved forsynes med et isolerende belegg av vulkaniserbart materiale, det utenpå det av vulkaniserbart materiale bestående isolerende belegg anbringes et lag av elektrisk ledende materiale, og laget av elektrisk ledende materiale oppvarmes ved hjelp av elektriske strømmer, slik at det avgir varme til det av vulkaniserbart meteriale bestående belegg og derved vul-kaniserer dette. The present invention relates to a method for the production of an electric cable, in which method the inner parts of the cable are pulled through an extrusion die and thereby provided with an insulating coating of vulcanizable material, a layer of electrically conductive material is placed on top of the insulating coating consisting of vulcanizable material , and the layer of electrically conductive material is heated using electric currents, so that it emits heat to the coating consisting of vulcanizable material and thereby vulcanizes it.

Ved fremstilling av kabler med isolersjikt av polymermateriale, eksempelvis polyetan, vulkaniseres disse materialer i alt større omfang. Ved vulkaniseringen skjer en kryssbinding eller tverrbinding av molekylkjedene i materialet, som derved oppnår bedre termiske egenskaper og en bedre aldringsbestandighet. Vulkaniseringsprosessen skjer ved hjelp av å tilsette polymermaterialet peroksyder ved forhøyet temperatur i et trykkammer, gjennom hvilket kabelen føres. Trykkammeret har vanligvis form av et langstrakt rør, hvis lengdeakse er gitt kjedelinjens form og i hvilket kabelen fritt hengende mates frem langs rørets sentrumslinje uten å berøre dets vegger. Rørets innmatnings-åpning som er plassert høyere enn utmatningsåpningen, er direkte og trykktett koblet til munnstykket på en sprøytepresse-maskin. Polymermassen påsprøytes kabelen ved en temperatur på ca. 130°C, hvorpå temperaturen i den direkte etterfølgende vulkaniseringsprosessen i høytrykksrøret økes til ca. 200°C. Innen kabelen når utmatningsåpningen, må dens isolersjikt ned-kjøles til en temperatur som tillater at kabelen kan passere ut av røret uten risiko for blæredannelse i isolersjiktet som følge av den trykksenkning som kabelen utsettes for når den forlater røret. When manufacturing cables with an insulating layer of polymer material, for example polyethylene, these materials are increasingly vulcanized. During the vulcanization, a cross-linking or cross-linking of the molecular chains in the material takes place, which thereby achieves better thermal properties and better aging resistance. The vulcanization process takes place by adding peroxides to the polymer material at an elevated temperature in a pressure chamber, through which the cable is passed. The pressure chamber usually takes the form of an elongated tube, the longitudinal axis of which is given the shape of the catenary line and in which the cable is fed freely hanging forward along the center line of the tube without touching its walls. The inlet opening of the tube, which is located higher than the outlet opening, is directly and pressure-tightly connected to the nozzle of an injection molding machine. The polymer mass is sprayed onto the cable at a temperature of approx. 130°C, after which the temperature in the directly following vulcanization process in the high-pressure tube is increased to approx. 200°C. Before the cable reaches the outlet opening, its insulation layer must be cooled to a temperature that allows the cable to pass out of the pipe without the risk of blistering in the insulation layer as a result of the pressure drop to which the cable is exposed when it leaves the pipe.

Under prosessens første fase i trykkammeret antar polymermaterialet en halvsmeltet, tregtflytende konsistens før tverr-bindingsreaksjonen har rukket å sette inn, hvilket skjer ved ca. 150°C. Derved kan en uheldig formforandring av og eksentrisitet hos isolersjiktet omkring lederen oppstå. En kjent metode å unngå dette problem på er å la hele prosessen skje i vertikalretning. Svært høye byggehøyder må da benyttes og dette blir svært kostbart. Ved en horisontal prosess gjelder i prinsippet at jo raskere man kan oppvarme isoleringen, jo mindre blir den skadelige formforandringen ved flytting. Oppvarmingen skjer ifølge noen nå kjente metoder med bl.a. sirku-lerende gass, strålevarme, kondenserende vanndamp eller væske trykkopphetet til over 200°C. During the first phase of the process in the pressure chamber, the polymer material assumes a semi-melted, slow-flowing consistency before the cross-linking reaction has had time to set in, which happens at approx. 150°C. Thereby, an unfortunate change in shape and eccentricity of the insulation layer around the conductor can occur. A known method to avoid this problem is to let the whole process take place in the vertical direction. Very high building heights must then be used and this becomes very expensive. In the case of a horizontal process, the principle applies that the faster the insulation can be heated, the smaller the harmful change in shape when moving. The heating takes place according to some now known methods with e.g. circulating gas, radiant heat, condensing water vapor or liquid pressure-heated to over 200°C.

De sistnevnte metodene er utvilsomt mest effektive når det gjelder raskheten, men har den ulempe at vanndamp eller kondens av annen væske som blir anvendt for herdingsprosessen, under det høye trykket og den høye temperaturen det her er snakk om trenger inn i isolersjiktet og der danner såkalte mikroblærer, hvilke bedømmes å nedsette den eléktriske kvaliteten på isolersjiktet, spesielt for høye spenninger. The latter methods are undoubtedly the most effective in terms of speed, but have the disadvantage that water vapor or condensation of another liquid that is used for the curing process, under the high pressure and the high temperature in question here, penetrates into the insulating layer and forms so-called micro blisters, which are judged to reduce the electrical quality of the insulating layer, especially for high voltages.

Ifølge moderne metoder forsynes kabelisoleringen i en og samme sprøyteoperasjon med elektrisk ledende belegg av poly-merplast på såvel inner- som ytterflate. Disse ledende over-flates j ikt på noen millimeters tykkelse har til oppgave å ut-jevne det elektriske feltet i isoleringen. Ledningsevnen" i disse sjikt kan varieres innenfor vide grenser. Kjennetegnende for sjiktet er at motstanden har negativ temperatur-koeffisient på temperaturer over ca. 13 0°C. Dette er akkurat den temperatur ved hvilken plasten forlater sprøytens munnstykke. According to modern methods, the cable insulation is supplied in one and the same spraying operation with an electrically conductive coating of polymer plastic on both the inner and outer surface. The task of these conductive surfaces, which are a few millimeters thick, is to equalize the electric field in the insulation. The conductivity" in these layers can be varied within wide limits. Characteristic of the layer is that the resistance has a negative temperature coefficient at temperatures above approx. 130°C. This is exactly the temperature at which the plastic leaves the nozzle of the syringe.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for tilføring av den for vulkanisering nødvendige prosessvarmen på slik måte at de ovenfor omtalte ulempene elimineres. Ved den raskhet i varmetilførselen som fremgangsmåten tillater, unngås eller reduseres formforandringer av og eksentrisitet hos isolersjiktet og på grunn av utelatelsen av væsker og vanndamp forhindres at det oppstår mikroblærer i isolersjiktet. Den innledningsvis definerte fremgangsmåte kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved at det som nevnte lag av elektrisk ledende materiale anvendes et elektrisk ledende formstoffmateriale, som påekstruderes det isolerende belegget samtidig eller i umiddelbar tilknytning til dettes påekstrudering på kabelens indre deler, og at de elek triske strømmer til i det minste den innledende oppvarming av laget av elektrisk ledende materiale tilføres ved hjelp av den ekstruderingsdyse hvormed det elektriske ledende lag påekstru-der.es, som en første elektrode og et slepekontaktorgan eller kapasitivt organ, som står i berøring med henholdsvis er anbragt i kort avstand fra det elektrisk ledende lag på et sted, som ligger i avstand fra ekstruderingsdysen, som en andre elektrode. The present invention relates to a method for supplying the process heat necessary for vulcanization in such a way that the disadvantages mentioned above are eliminated. With the rapidity of the heat input that the method allows, changes in shape and eccentricity of the insulation layer are avoided or reduced and, due to the omission of liquids and water vapor, the formation of microbubbles in the insulation layer is prevented. According to the invention, the initially defined method is characterized by the fact that an electrically conductive molding material is used as the aforementioned layer of electrically conductive material, which is extruded onto the insulating coating at the same time or in immediate connection with its extrusion onto the internal parts of the cable, and that the electric currents in the at least the initial heating of the layer of electrically conductive material is supplied by means of the extrusion die with which the electrically conductive layer is extruded, as a first electrode and a trailing contact member or capacitive member, which are in contact with respectively are placed at a short distance from the electrically conductive layer at a location spaced from the extrusion die as a second electrode.

Oppfinnelsen skal nærmere forklares under henvisning til ved-lagte tegning, i hvilken Fig. 1 viser overdelen av et rørformet trykkammer samt en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for overføring av elektrisk strøm til det ledende overflatesjiktet på en gjennom røret passerende kabel, og Fig. 2 viser overdelen av et rørformet trykkammer samt en andre fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for overføring av elektrisk strøm til et overflatesjikt av en kabel som passerer gjennom røret. The invention shall be explained in more detail with reference to the attached drawing, in which Fig. 1 shows the upper part of a tubular pressure chamber and a method according to the invention for transferring electric current to the conductive surface layer of a cable passing through the pipe, and Fig. 2 shows the upper part of a tubular pressure chamber as well as a second method according to the invention for transferring electric current to a surface layer of a cable passing through the pipe.

I fig. 1 som viser overdelen av et rørformet trykkammer In fig. 1 which shows the upper part of a tubular pressure chamber

betegner 1 røret, hvis endeparti går over i en flens og er koblet til et munnstykke 2 på en ikke vist sprøytepressemaskin. Gjennom munnstykket 2 føres en kabel 3 inn i røret 1. Kabelen 1 denotes the tube, the end of which merges into a flange and is connected to a nozzle 2 on an injection molding machine, not shown. Through the nozzle 2, a cable 3 is fed into the pipe 1. The cable

3 omfatter en metalltrådskjerne, et tynt halvledende sjikt som ligger nærmest kjernen, et tykkere isolasjonssjikt og ytterst et tynt ledende overflatesjikt som omgir isolasjonssjiktet. I veggen til røret l er en eller flere elektroder 4,5 anordnet, hvilke er understøttet av isolatorer, og hvilke i det viste utførelseseksempelet er utformet som myke metallbørster, hvilke ligger an mot det ledende overflatesjiktet. Via elektroden 4 tilføres overflatesjiktet elektrisk strøm, hvilken ledes i sjiktet frem mot munnstykket Z, som er jordforbundet og således fungerer som en andre elektrode. Ved hensiktsmessig valgt spenning og hensiktsmessig avstand mellom munnstykke og elektrode, kan en optimal effekt tilføres kabellegemet, idet den høyeste effekten pr. lengdeenhet inntreffer i området med den høyeste motstanden pr. lengdeenhet, dvs. nærmest sprøyten hvor temperaturen er lavest. Man oppnår med andre ord raskest mulige varme-tilførsel til isolersjiktet i tidligst mulige fase, hvilket er en betydningsfull fordel ved spesielt tykke isolersjikt. Ettersom gjennomvarmingen av polymermaterialet ved tykkere sjikt tar lang tid, kan det være fordelaktig å plassere inn ytterligere en elektrode 5, som mater inn effekt i et punkt som ligger lengre bort, idet spenningen relativt mellomelektroden 4 blir avpasset med hensyn til den motstandsverdi som gjelder for dette inter-vall. All varmeeffekt behøver ikke tilføres gjennom det elektrisk belastede overflatesjiktet. Trykkrørets vegg kan likeledes varmes utenifra og skal i hvert tilfelle være varme-isolert, hvorved gasstemperaturen i røret kan forutsettes å holdes på en så høy temperatur at en viss konveksjonsvarme kan overføres til kabellegemet. Temperaturkontrollen under prosessen kan skje med f.eks. en optisk strålingsmåler 6, som avføler temperaturen på kabelens overflate og fortrinnsvis er anbragt inntil den siste av elektrodene, hvor temperaturen når sin høyeste verdi. 3 comprises a metal wire core, a thin semi-conductive layer which is closest to the core, a thicker insulating layer and at the outer end a thin conductive surface layer which surrounds the insulating layer. In the wall of the tube 1, one or more electrodes 4,5 are arranged, which are supported by insulators, and which in the embodiment shown are designed as soft metal brushes, which rest against the conductive surface layer. Via the electrode 4, electric current is supplied to the surface layer, which is led in the layer towards the nozzle Z, which is grounded and thus functions as a second electrode. With an appropriately chosen voltage and an appropriate distance between nozzle and electrode, an optimal power can be supplied to the cable body, as the highest power per unit of length occurs in the area with the highest resistance per length unit, i.e. closest to the syringe where the temperature is lowest. In other words, the fastest possible heat supply to the insulation layer is achieved in the earliest possible phase, which is a significant advantage for particularly thick insulation layers. As the through-heating of the polymer material with a thicker layer takes a long time, it can be advantageous to place an additional electrode 5, which feeds in power at a point that is further away, as the voltage relative to the intermediate electrode 4 is adjusted with regard to the resistance value that applies to this interval. All the heating effect does not need to be supplied through the electrically charged surface layer. The wall of the pressure pipe can likewise be heated from the outside and must in each case be thermally insulated, whereby the gas temperature in the pipe can be assumed to be kept at such a high temperature that a certain convection heat can be transferred to the cable body. The temperature control during the process can be done with e.g. an optical radiation meter 6, which senses the temperature on the surface of the cable and is preferably placed up to the last of the electrodes, where the temperature reaches its highest value.

Fig. 2 viser også den overdelen av et rørformet trykkammer 1, som er koblet til et munnstykke 2 på en ikke vist sprøytemaskin, fra hvilken en kabel 3 av samme type som den i tilslutning til fig. 1 beskrevne kabel mates inn i røret. Strømtilførselen skjer her via diametralt anbragte elektrodepar 7, idet strømbanen går transversalt fra den ene til den andre siden av kabellegemet. For å fordele varmen over tilstrekkelig lang strekning, kreves et flertall ytterligere elektrodepar 8-10 langs kabelen. Fordelen med dette system er at den påtrykte spenningen kan holdes betydelig lavere på grunn av de korte strømbanene. I figuren vises elektrodeparene vertikalt orienterte, men for å Fig. 2 also shows the upper part of a tubular pressure chamber 1, which is connected to a nozzle 2 on a spraying machine, not shown, from which a cable 3 of the same type as the one in connection with fig. 1 described cable is fed into the pipe. The current is supplied here via diametrically arranged electrode pairs 7, the current path running transversely from one side to the other side of the cable body. In order to distribute the heat over a sufficiently long distance, a plurality of additional electrode pairs 8-10 are required along the cable. The advantage of this system is that the applied voltage can be kept significantly lower due to the short current paths. In the figure, the electrode pairs are shown vertically oriented, but to

få en jevnere varmefordeling i isolersjiktet, kan fortrinnsvis annet hvert par orienteres horisontalt. get a more even heat distribution in the insulation layer, preferably each pair can be oriented horizontally.

Elektrodeanordningene kan utføres på flere forskjellige måter. Den overflate som skal motta den overførte strømmen er relativt høyohmig, hvorfor det er formålstjenlig å dele opp kontakt-elementet i flere delelementer, et slag børster, hvor hver enkelt børste svarer for en liten del av overgangsstrømmen, som derved blir fordelt på en passende stor flate med tilsvarende lav strømtetthet. Polymeroverflaten er dessuten omtålelig for trykk og revner ved høye temperaturer, hvorfor material-valget og anleggstrykket til elektroden må tilegnes spesiell omsorg. En gunstig omstendighet ifølge anordningen i fig. 1 The electrode devices can be made in several different ways. The surface that will receive the transferred current is relatively high-resistive, which is why it is expedient to divide the contact element into several sub-elements, a type of brushes, where each individual brush is responsible for a small part of the transition current, which is thereby distributed over a suitably large surface with correspondingly low current density. The polymer surface is also tolerant of pressure and cracks at high temperatures, which is why the choice of material and the application pressure of the electrode must be given special care. A favorable circumstance according to the arrangement in fig. 1

er at elektroden 4 (liksom 5) arbeider i området der polymeren har fått tid til å bli tverrbundet og således antatt mer stabile .nekaniske egenskaper. Den "elektrode" som arbeider på ikke tverrbundet polymer, dvs. på halvplastisk overflatesjikt, ut-gjøres av sprøytens munnstykke 2, som dermed kan betraktes som problemfri. is that the electrode 4 (as well as 5) works in the area where the polymer has had time to become cross-linked and thus assume more stable mechanical properties. The "electrode" that works on non-crosslinked polymer, i.e. on the semi-plastic surface layer, is made up of the nozzle 2 of the syringe, which can thus be considered problem-free.

Overføringen av for oppvarmingen nødvendig elektrisk strøm til det ledende overflatesjiktet kan også skje uten direkte galvanisk kontakt med overflaten. Man kan således anordne kapasitive elektroder i nærheten av overflatesjiktet på kabelen. Om man derved anvender forhøyet frekvens er det mulig å overføre den effektmengde som kreves for oppvarmingen av polymersjiktet. Elektrodene utformes da fortrinnsvis som ringer, hvilke omgir kabelen. Disse ringer kan være mer eller mindre integrerte i trykkammerets vegg. Den innmatede kapasitive strømmen går i dette tilfelle hovedsakelig som kapasitiv lekkasjestrøm til kabelens me.talleder, som har jordpotensial. Varmen utvikles i det ledende overflatesjiktet ved strømmens fordeling i langsgående retning fra den ringformede elektroden. The transfer of the electric current required for the heating to the conductive surface layer can also take place without direct galvanic contact with the surface. Capacitive electrodes can thus be arranged near the surface layer of the cable. If an increased frequency is thereby used, it is possible to transfer the amount of power required for the heating of the polymer layer. The electrodes are then preferably designed as rings, which surround the cable. These rings can be more or less integrated into the wall of the pressure chamber. In this case, the input capacitive current goes mainly as capacitive leakage current to the cable's metal conductor, which has ground potential. The heat is developed in the conductive surface layer by the distribution of the current in the longitudinal direction from the ring-shaped electrode.

Man kan også anvende teknikken med magnetisk frembragt virvel-strømvarme i det halvledende overflatesjiktet. Også i disse tilfeller skjer overføringen uten direkte kontakt med kabel-overflaten. Frekvensen bør i dette tilfelle likeledes velges høy. One can also use the technique of magnetically generated eddy current heat in the semi-conducting surface layer. In these cases too, the transfer takes place without direct contact with the cable surface. In this case, the frequency should also be chosen high.

Av de beskrevne metodene for ifølge oppfinnelsen å tilføre Of the described methods of adding according to the invention

en kabel prosessvarme gir den førstnevnte, langsgående strøm-varmingen den mest hensiktsmessige effektfordelingen, dvs. høyeste effekt i det kaldeste partiet av kabelen. Den kapasitive metode gir likeledes mere effekt i kaldere soner. Den transverselle strømgjennomgangen i overflatesjiktet ved diametralt anordnede elektrodepar gir derimot lavere effekt i de a cable process heating gives the former, longitudinal current heating, the most appropriate power distribution, i.e. highest power in the coldest part of the cable. The capacitive method also gives more effect in colder zones. The transverse flow of current in the surface layer with diametrically arranged electrode pairs, on the other hand, gives a lower effect in them

kaldere soner. Dette gjelder også den magnetiske virvelstrøms-metoden. colder zones. This also applies to the magnetic eddy current method.

Prosessen ifølge den beskrevne anordningen har dessuten et The process according to the described device also has a

par ytterliger-e> fordeler. Den nødvendige totale energien blir den minst-mulige -ettersom varme frembringes nettopp i det området der det påkreves. Ekstra overføringstap forårsaket av ufordelaktige emisjons- eller konveksjonskoeffisienter er blitt eliminert. Videre kan gassmediet i området nærmest sprøytens munnstykke heldes- på lav temperatur, hvilket har vist seg spesielt viktig for å unngå forhøyet temperatur i sprøytens munnstykke med materialvedhefting som følge. couple of additional benefits. The required total energy is the least possible - as heat is produced precisely in the area where it is required. Additional transmission losses caused by unfavorable emission or convection coefficients have been eliminated. Furthermore, the gas medium in the area closest to the nozzle of the syringe can be kept at a low temperature, which has proven to be particularly important in order to avoid an elevated temperature in the nozzle of the syringe with material adhesion as a result.

Claims

Method for the production of an electric cable, in which method a) the internal parts of the cable are pulled through an extrusion die and thereby provided with an insulating coating of vulcanizable material, b) a layer of electrically conductive material is placed on top of the insulating coating consisting of vulcanizable material, and c) the layer of electrically conductive material is heated with the help of electric currents, so that it emits heat to the coating consisting of vulcanizable material and thereby vulcanizes this, characterized by) that the aforementioned layer of electrically conductive material is used as an electrically conductive molding material, which is extruded onto the insulating coating at the same time or in immediate connection with its extrusion onto the internal parts of the cable, and e) that the electric currents for at least the initial heating of the layer of electrically conductive material are supplied by means of the extrusion nozzle with which the electric conductive layers on extruders s, as a first electrode and a tow contact member or capacitive member, which is in contact with respectively is placed at a short distance from the electrically conductive layer at a place / which is located at a distance from the extrusion die, as a second electrode.