DE3150911C1 - Fuellsubstanz zum Laengsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen - Google Patents

Description

• Sorgt man ferner dafür, daß die Wandung der sich untereinander berührenden Hohlkörper aus einem elastischen Material besteht, wobei die Zwickel zwischen den Hohlkörpern weitgehend oder vollständig mit einem viskosen hydrophoben Stoff ausgefüllt sind, so wird die Ausdehnung der entspannten Füllsubstanz bei einer Temperaturerhöhung weitgehend durch die Materialeigenschaften des Wandmaterials der elastischen Hohlkörper bestimmt Die Ausdehnung ist daher deutlich geringer als die der reinen Petrolate. Petrolate dehnen sich zwischen 20 und 60"C um etwa 8% aus, während die neue Füllsubstanz im gleichen Temperaturbereich nur eine Ausdehnung von 2% aufweist. Bei reinen Petrolaten, die eine hohe Ausdehnung haben und praktisch inkompressibel sind, können die Drucke im Kabel daher bei Temperaturerhöhung sehr hoch werden. Das kann z. B. zum Platzen des Kabels und zur starken Beschleunigung der Füllung der Zellen im Falle von Zell-PE-Adern führen. Bei der neuen Füllsubstanz mit seiner geringen thermischen Ausdehnung und seiner hohen Kompresibilität bleibt der Druck dagegen gering.
• Umgekehrt ist der Schrumpf gering, wenn die Füllsubstanz warm verarbeitet wird, so daß sich bei der Abkühlung auf Betriebstemperatur so gut wie keine Lunker bilden, was bei den üblichen Petrolaten zu Schwierigkeiten bei der Längswasserdichtigkeit führt.
• Die neue Füllsubstanz hat ferner den Vorteil, daß beim Aufbringen des Mantels auf die Kabelseele diese etwas komprimiert wird und daher später einen leichten Innendruck auf den Mantel ausübt, so daß das schwierige Problem der Ringspaltabdichtung sich von selbst löst Das ist auch von besonderem Vorteil, wenn es sich nur um die Ringspaltdichtung symmetrischer oder auch Koaxialkabel handelt Durch die elastische Deformierbarkeit der zu verwendenden Hohlkörper (kein Glas, keine Duroplaste) können sie auch in ziemlich viskose Stoffe eingemischt werden, ohne durch die hohe Scherbeanspruchung zerstört zu werden, wie es z. B. bei Glaskugeln geschieht Die elastische Deformierbarkeit ist besonders für den Füllvorgang wichtig, z. B. bei Fülldrücken von 10 bar und mehr wird die Füllsubstanz bei etwa 65 Volumenprozent elastischer Hohlkörper um mindestens 40% zusammengedrückt, d. h. die Hohlkörper haben dann nur noch das 0,4fache (oder kleinere) ihres ursprünglichen Volumens. Unter Druck nimmt der Anteil der viskosen Stoffe, da dieser Teil inkompressibel ist an der Gesamtfüllsubstanz erheblich zu. Die Füllsubstanz wird dadurch leichter förderbar, auch bei ursprünglich ziemlich geringen Anteilen gleitfähiger wasserabweisender Stoffe Dadurch daß sich unter Druck die elastischen Hohlkörper erheblich verkleinern oder verformen, gelangen sie auch in sehr enge Spalte zwischen den Adern. Dadurch wird die sogenannte Spaltenfiltration vermieden. Bei der Spaltenfiltration gelangen nur die viskosen Anteile der Füllsubstanz in die kleineren Zwickel, während die größeren Hohlkörper durch die geringen Spalte zurückgehalten werden. Nach der Druckentlastung nehmen die elastischen Hohlkörper weitgehend ihre ursprüngliche Form wieder an. Auf diese Weise ist es möglich, auch in engste Zwickel zwischen die Adern eine nicht entmischte Füllsubstanz einzubringen. Wenn der Anteil der elastischen Hohlkörper an der Füllsubstanz sehr hoch ist, kann dabei sogar der Umstand auftreten, daß die Zwickel zwischen den elastischen Hohlkörpern nicht vollständig ausgefüllt sind. Hierdurch können selbst bei dielektrisch nicht so guten Basismaterialien eine sehr niedrige Dielektrizitätszahl und niedrige dielektrische Verluste erreicht werden. Bei Versuchen dieser Art wurden schon Werte von £ = 1,4 erzielt.
• Andererseits bleibt die Füllsubstanz im entspannten Zustand auch bei höheren Temperaturen in den Zwickeln, so daß kein Auslaufen von gefüllten Kabeln zu befürchten ist, auch nicht in tropischen Ländern.
• Dabei ist die Füllsubstanz auch bei niedrigen Temperaturen, wie sie bei der Kabelverlegung in unteren Breiten vorkommt, noch ziemlich plastisch und führt zu keinen Schwierigkeiten bei einer Kabelbiegung.
• Das Abtropfen der Füllsubstanz ändert sich mit der Temperatur deutlich weniger als z. B. bei reinen Petrolaten. Die neue Füllsubstanz ist auch leichter zu entfernen. Dadurch daß man geringe Anteile an Petrolaten oder Ölen in der Masse hat und diese durch Kapillareffekte in der Masse gehalten werden, ist auch die Wechselwirkung der Füllmasse mit den Aderisolierungen deutlich geringer als bei vollständiger Ausfüllung der Hohlräume in den Kabeln und reinen Petrolaten.
• Hohlkörper mit sehr guten elastischen Eigenschaften erhält man, wenn die Wandung der Hohlkörper aus bei Verarbeitungs- und -Betriebstemperaturen verformungsfähigen oder zähelastischen Thermoplasten, Thermoelasten oder Elastomeren besteht Dabei werden unter verformungsfähigen oder zähelastischen Stoffen solche verstanden, die bei der Biegeprüfung nach DIN 53452 nicht brechen. Als ein solcher Wandungsstoff eignet sich hervorragend ein Polyvinylidenchlorid-Copolymer.
• Die Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen Beispiele im einzelnen erläutert.
• Zur Verhinderung der Wasserlängsausbreitung in einem Kabel mit kunststoffisolierten Adern wird in die Zwickel zwischen den Adern und in den Ringspalt zwischen der Kabelseele und dem Kabelmantel eine Füllsubstanz eingebracht piese Substanz besteht aus einer Mischung von kleinen Hohlkörpern, beschichtet mit wasserabweisenden viskosen Stoffen, wie z.B.
• Paraffinöl oder Petrolat Es wurden Hohlkörperchen aus einem Polyvinylidenchlorid-Acrylnitril-Copolymer verwendet, das bei der Firma Kema Nord, Schweden unter der Bezeichnung Expancel-DE im Handel ist Mit dem Hinweis DE werden berelts vorgeschäumte und getrocknete Hohlkörper bezeichnet Die Hohlkörper weisen im Mittel einen Durchmesser von 22 llm und eine Wanddicke von 0,6 SLm auf.
• Beispiel 1 Es wurden 89 Volumenteile (Schüttdichte) Expancel-DE mit 11 Volumenteilen Paraffinöl von niedriger Zähigkeit sehr intensiv vermischt, so daß man eine gut förderbar pastöse Masse erhält, die aus etwa 70 Volumenteilen Kügelchen und nicht in den Hohlkörpern eingeschlossener Luft und aus 30 Volumenteilen leicht flüssigem Paraffinöl (mit der Bezeichnung WM 6 der Firma BP) besteht Diese Substanz hat folgende Eigenschaften: Dichte r = 0,35 g/cm3 Dielektrizitätszahl 6 = 1,4 Spezifischer Widerstand 8 = 5 1015 Ohm cm Bei 5 bar Überdruck ließ sich die Substanz um mehr als 25 Volumen-% komprimieren.
• Beispiel 2 23,5 g Expancel, 445 g Petrolat (die Substanz P 3497 B der Firma Aral) ergeben etwa 1 Liter Füllsubstanz, die aus etwa 60 Volumenteilen Hohlkörpern und nicht in den Hohlkörpern eingeschlossener Luft und aus 40 Volumenteilen Petrolat besteht Diese Substanz war gut förderbar und hatte folgende Eigenschaften: Dichte = 0,45 g/cm3 Dielektrizitätszahl 6 = 1,51 Spezifischer Widerstand Q = 6 10t4 Ohm cm Bei einem Überdruck von 5 bar konnte die Substanz um etwa 25 Volumen-% komprimiert werden.
• In Kabeln, die mit diesen Füllsubstanzen gefüllt wurden, konnte Wasser bei einer Mantelbeschädigung praktisch nicht eindringen. Dabei wurde die Kapazitätserhöhung der Kabel durch die Füllung wesentlich geringer beeinflußt als bei der Füllung mit reinem Petrolat. Die Betriebskapazität der mit der Füllsubstanz nach dem Beispiel 2 gefüllten Kabel ergab eine um 8% geringere Kapazitätserhöhung im Vergleich zu Kabeln mit normaler Petrolatfüllung.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Füllsubstanz zum Längsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, die aus einem Hohlkörper kleinen Rauminhaltes (räumliche Ausdehnung unter 100 llm) enthaltenden viskosen Stoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der verwendeten Hohlkörper aus einem elastischen Material besteht, und daß der Anteil der Hohlkörper und der zwischen den Hohlkörpern befindlichen Luft an der Füllmasse mindestens 60 Volumen-% beträgt, wobei die Hohlkörper einen großen Volumenanteil an der gesamten Füllsubstanz haben.
2. 2. Füllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der verwendeten Hohlkörper aus einem Material mit polarem Charakter besteht.
3. 3. Füllmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Hohlkörper -aus bei Verarbeitungs- und Betriebstemperaturen verformungsfähigen oder zähelastischen Thermoplasten, Thermoelasten oder Elastomeren besteht.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllsubstanz zum Längsdichten elektrischer und/oder optischer Kabel und Leitungen, die aus einem Hohlkörper kleinen Rauminhaltes (räumliche Ausdehnung unter 100 llm) enthaltenden viskosen Stoff besteht.

   Insbesondere bei Nachrichtenkabeln besteht bei einer Beschädigung des Mantels die Gefahr, daß sich die eindringende Feuchtigkeit axial ausbreiten kann, so daß ein größerer Abschnitt des Kabels volläuft. Diese Gefahr der Längsausbreitung von bei Beschädigung eindringender Feuchtigkeit ist besonders groß bei Kabeln mit kunststoffisolierten Adern, weil diese Adern dem axialen Vordringen so gut wie keinen Widerstand entgegensetzen.

   Dieses Problem ist seit längerer Zeit bekannt.

   Dementsprechend existieren zahlreiche Vorschläge, um dem Vordringen des Wassers in einem Kabel Einhalt zu gebieten. Neben Feuchtigkeitsbarrieren in Form von diskontinuierlichen Sperrstopfen aus geeigneten Materialien ist das Einfüllen von quellbaren und aufschäumbaren Substanzen angewendet worden. In den letzten Jahren hat sich mit recht gutem Erfolg das Füllen von Kabeln mit kunststoffisolierten Adern mit einer als Petrolat bezeichneten Masse durchgesetzt (britische Patentschrift 9 87 508).

   Bei den in der angegebenen Weise zur Erzielung einer Längsdichtigkeit ausgebildeten Nachrichtenkabeln werden aber durch die Längsdichtigkeit gewährleistende Substanz die Betriebskapazitäten des Kabels nachteilig verändert. Die Petrolate, die eine Dielektrizitätszahl von E=2,3 haben, setzen die Betriebskapazität von damit gefüllten Kabeln um etwa 20% herauf. Seit längerer Zeit versucht man daher, die Dielektrizitätszahl der Füllmassen deutlich zu senken, um den Kapazitätsanstieg durch die Füllung zu verringern bzw.

   um bei vorgegebener Betriebskapazität die Abmessungen der Kabel zu verringern. So ist bereits seit längerer Zeit bekannt, Hohlkörper in die Füllmasse einzumischen (DE-PS 1936871).

   Bisherige Versuche waren mit der Einmischung von Hohlkörpern nicht sehr erfolgreich. Offenbar wurden nicht die richtigen Hohlkörper gewählt. Zum Beispiel schwimmen bei der Verwendung von Polystyrolhohlkörpern diese in der Mischung leicht auf. Es ist daher schwierig, eine solche Mischung in die Kabelseele einzubringen.

   Neuerdings sind Versuche bekanntgeworden, als Hohlkörper Glaskügelchen mit mittleren Durchmessern von etwa 50 llm zu verwenden. Diese starren Hohlkörper haben auch Schwierigkeiten zur Folge. Ihre Starrheit führt dazu, daß sie leicht während der Bearbeitung zerstört werden und sich in der Mischung eine Art Schmirgel bildet, der die Verarbeitungseinrichtung und die Verseilelemente selbst beschädigen kann.

   Außerdem führt die Starrheit der Hohlkörper dazu, daß sie gar nicht in jeden kleinen Hohlraum hineingelangen können. Auch die Reibung ist zwischen den Glaskörperchen zu groß, insbesondere bei hohem Hohlkörperanteil. Schließlich muß man die glasförmigen Hohlkörper in die warme Masse einmischen, sonst werden schon bei der Einmischung zuviel Hohlkörper zerstört.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einbringen einer aus Hohlkörpern und Füllmasse bestehenden Füllsubstanz in das Kabelinnere zu erleichtern, also die Füllsubstanz in ausreichendem Maße auch in die feinen Zwickel zwischen die einzelnen Verseilelemente des Kabels einzubringen, ohne dabei die in der Füllsubstanz vorhandenen Hohlkörper in merklichem Umfang zu zerstören.

   Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wandung der verwendeten Hohlkörper aus einem elastischen Material besteht, und daß der Anteil der Hohlkörper und der zwischen den Hohlkörpern befindlichen Luft an der Füllmasse mindestens 60 Volumen-0/o beträgt, wobei die Hohlkörper einen großen Volumenanteil an der gesamten Füllsubstanz haben.

   Durch den großen Volumenanteil der Hohlkörper an der gesamten Füllsubstanz wird ein sehr hoher Gasanteil in der Gesamtsubstanz erreicht. Dadurch können bei Verwendung von Grundmaterialien mit polarem Charakter, also mit hoher Dielektrizitätszahl und höheren dielektrischen Verlusten, noch sehr gute dielektrische Eigenschaften der Mischung erreicht werden (niedere Dielektrizitätszahl, niedrigere dielektrische Verluste und niedrige spezifische Leitfähigkeit).

   Gut benetzbare elastische Hohlkörper haben den Vorteil, daß sie mit relativ wenig viskosen wasserabweisenden Stoffen beschichtet werden können und ein Kapillarsystem bilden, das auch bei nicht vollständiger Füllung der Zwickel zwischen den elastischen Hohlkörper durch Kapillardepression ein Eindringen von Wasser verhindert Außerdem können bei guter Benetzbarkeit auch ziemlich flüssige Öle durch Kapillareffekte (Löschblatteffekte) in der Mischung gehalten werden, ohne daß ein Ausscheiden des Öles stattfindet.

   Auf diese Weise kann der Abtropftest für Kabel ohne jede Schwierigkeit erfüllt werden.