DE2021977A1

DE2021977A1 - Elektrische Isolierung von Tieftemperaturkabeln

Info

Publication number: DE2021977A1
Application number: DE19702021977
Authority: DE
Inventors: Jan Dr-Ing Artbauer
Original assignee: Vereinigte Draht und Kabelwerke AG
Current assignee: Vereinigte Draht und Kabelwerke AG
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB1353796A; FR2090885A5

Description

Vereinigte Draht- und Kabelwerke

Aktiengesellschaft

Beilin und Duisburg

1 Berlin 44, Am Oberhafen 5 - 9

HerrmannAtz B I 69/153 Hr

24. April 1970

Elektrische Isolierung von Tieftemperaturkabeln

Die Erfindung betrifft die elektrische Isolierung von Kabeln, welche bei tiefen Temperaturen betrieben werden. Bei solchen Kabeln sind die üblichen, in bekannter Weise aufgebrachten Isolierstoffe für bei Noraialtemperatur betriebene Kabel infolge der bei Abkühlung eintretenden Kontraktion als Isoliermaterial ungeeignet. So werden beispielsweise für Hochspannungskabel getränktes Papier,· P^plyäthylen oder andere Polymere auf Polyolefinbasis als Isolierstoffe verwendet. Bei dem getränkten Papier verursacht die große Kontraktion der verwendeten Tränkmittel schon bei einer Abküh-: lung um einige zehn Grad Celsius unter dem Gefrierpunkt die Entstehung von Hohlräumen, die durch die Tränkung .gerade be^ seitigt werden sollten. Deswegen scheidet das mit üblichen Tränkmitteln getränkte Papier als Isolierstoff für Tieftemperaturkabel aus. ·

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Bei Polyäthylen beträgt die lineare thermische Kontraktion bei einer Abkühlung von der Baumtemperatur auf Temperaturen unter 40⁰K über 2,4 %. Bei einer Kabellänge von z. B. 250 m macht die Längenkontraktion der Isolierung daher 6 m aus, während sich die Länge des metallischen Leiters nur um etwa 0,4 %, d. h. um ca 1 m verkürzt. Ein solcher Unterschied ist nicht tragbar. Wird die Isolierung so aufgebracht, daß sie mit dem Leiter fest verbunden ist und sich .deshalb ihre Länge nicht unabhängig vom Leiter ändern kann, besteht die Gefahr, daß infolge der bei der Abkühlung auftretenden mechanischen Spannungen zwischen dem Leiter und seiner Isolierung entweder die Isolierung, der Leiter oder beide beschädigt oder deformiert werden. Diese Gefahr ist deshalb groß, weil mit abnehmender Temperatur einerseits der Dehnungomodul der in der Kabeltechnik verwendeten Isolierstoffe stark ansteigt, andererseits aber deren Bruchdehnung stark abnimmt.

Es sind auch Stoffe mit isolierenden Eigenschaften bekannt, deren linearer Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Leitermetalle nahe oder auch kleiner ist. Solche Stoffe allein können jedoch zur Kabelisolierung nicht verwendet werden, da ihnen die hierzu notwendigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften fehlen. Es sind harte bis spröde anorganische Stoffe, die zu einer flexiblen und kompakten Isolierung

nicht verarbeitet werden können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Isolierung für Tieftemperaturkabel anzugeben, deren Funktionsfähigkeit bei tiefen Temperaturen durch die thermische Kontraktion des Isolierstoffes bei der Abkühlung nicht beeinträchtigt wird. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Isolierung aus einem bei der Verarbeitungs- und Verlegungstemperatur flexiblen Isolierstoff und

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einem anderen Isolierstoff mit einem ,wesentlich kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten "besteht, wobei der resultierende Wärmeausdehnungskoeffizient der Isolierung einen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leitermetalle wesentlich näher liegenden Wert aufweist, als der des flexiblen Isolierstoffes allein. . ..

Die Isolierungen können den Stoff mit kleinem Ausdehnüngs- . koeffizienten entweder in Form von Pulver, Schuppen oder Fasern enthalten, oder es kann dieser in Form von Gewebe, Band, Vlies oder Hatte als Träger oder Armierung einen Bestandteil der Isolierung bilden. Als Stoff mit einem klei-

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nen - unter 1 . 10 ^y grd liegenden - linearen Wärmeausdeliungskoeffizienten wird nach der Erfindung 3iO^ in Form von Quarzmehl oder Aerosil, oder Glas in Form von Pulver-Schuppen, Fasern, Matten, Vlies, Gewebe oder Band vorgesehen.

Die Isolierung wird nach der Erfindung vorteilhaft in Form von Bändern um die Leiter gewickelt. Um die in Hochspannungsisolierungen schädlichen Lufteinschlüsse auszuschließen, sind nach der Erfindung Bänder mit dreieck- oder parallelogrammförmigem Profί\ zu bevorzugen. Solche Isolierungen sind in den Bildern 1 und 2 dargestellt. Hierbei ist mit 1 der Leiter, und mit 2 und 3 die gewickelte Isolierung bezeichnet.

In gewickelten Isolierungen findet ein SpannungGdurchschlag bevorzugt auf. einer zwischen- den Bändern führenden Bahn statt, da hier die elektrische Durchschlagfestigkeit am niedrigsten ist. Um die.elektrische Durchschlagspannung der Isolierung zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß sich die Bänder nach ihrer Aufwickelung zu einer kompakten Isolierung zusammenfügen. Das wird nach der Erfindunß durch Verwendung von selbstklebenden Bändern, Bändern auc kaltvulkanisierendem Kautschuk oder serbstvulkanisierenden Bändern, die im aufge-

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wickelten Zustand zusammenvulkanisieren, erreicht.

Die zur Isolierung von bei Normaltemperatur zu betreibenden. Kabeln für höhere Spannungen verwendeten bekannten flexiblen Isolierstoffe enthalten zwar möglicherweise ebenfalls Fremdstoff e, jedoch höchstens in so geringen Mengen, daß sie keinen wesentlichen Einfluß auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Sie sind hier in der Regel als unerwünschte Verunreinigungen zu betrachten. Größere Mengen fremder Stoffe werden den flexiblen Isolierstoffen für normalleitende Kabel · nicht zugesetzt, da sie im allgemeinen die elektrischen Ei- ' genschaften über die im Bereich' der üblichen Betriebstemperaturen zulässigen Werte hinaus verschlechtern und da außerdem in Isolierstoffe wie Polyäthylen größere Mengen anorganischer Stoffe nicht eingearbeitet werden können.

Die Erfindung macht sich demgegenüber die Erkenntnis zunutze, daß sich die elektrischen Eigenschaftewerto, darunter auch die elektrische Durchschlagfestigkeit, .bei der Abkühlung zu tiefen Temperaturen bedeutend verbessern. Man kann daher als flexible Isolierstoffe auch solche Stoffe verwenden, die für die Isolierung von im üblichen Temperaturbereich arbeitenden Kab.eln nicht geeignet sind, und die auch.einen großen Anteil an anorganischen Stoffen enthalten können, wie z. B. vulkanisierbare oder vernetzbare makromolekulare Stoffe, aber auch Polytetrafluorethylen und Thermoplaste.

Die erfindungsgemäße Isolierung von Tieftemperaturkabeln bietet den Vorteil, daß sie einen ausreichend kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wodurch die infolge unterschiedlicher Kontraktion der Isolierung und des Leiters auftretenden mechanischen Spannungen weitgehend reduziert werden.

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Dadurch werden Beschädigungen der Isolierung sowie Verformungen des Leiters bei der Abkühlung vermieden.

5 S. Beschreibung Patentansprüche 1 Bl. Zeichng. m. 2 Figuren

Patentansprüche

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Claims

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Patentansp r*ü ehe

.JElektrische Isolierung von Tieftemperaturkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem bei der Verarbeitimgs- und Verlegungstemperatur flexiblen Isolierstoff und einem anderen Isolierstoff mit einem wesentlich kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, wobei der resultierende Wärmeausdehnungskoeffizient der Isolierung einen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leitermetalls wesentlich näher liegenden Wert aufweist, als der des flexiblen Isolierstoffes allein.
2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff mit dem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem flexiblen Isolierstoff als Füllstoff in Form von Pulver, Schuppen oder Fasern enthalten ist.
3· Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff SiOo ⁱⁿ Form von Quarzmehl oder Aerosil vorgesehen ist.
A-. Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Glas in Form von Pulver, Gehuppen oder Fasern ist.
5- Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Isolierstoff vulkanisiertar oder vernetzbar ist.
6. Isolierung nach einem dex* Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form von Eändern aufgebracht ist.

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7· Isolierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff mit dem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem flexiblen Isolierstoff als Träger oder ' Armierung in Form von Gewebe, Band, Vlies oder Hatte enthalten ist.
8. Isolierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder Glasgewebe, Glasband, Glasmatte öder Glasvlies als Träger bzw. Armierung enthalten.
9· Isolierung nach Anspruch 2, 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß Isolierstoffe mit dem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem flexiblen Isolierstoff als Träger oder Armierung in Form von Gewebe, Band, Vlies oder Matte und gleichzeitig als Füllstoff in Form von Pulver, Schuppen oder Fasern enthalten ist.
10. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder ein dreieckiges oder parallelogrammförmiges Profil aufweisen.
11. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder selbstklebend sind.
12. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder selbstvulkanisierend sind.
13. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Isolierstoff ein kaltvulkanisierender Kautschuk ist.

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