DE3712466A1 - Elektrisches kabel mit wenigstens einem mit einem fuellmaterial impraegnierten strangfoermigen leiter - Google Patents
Elektrisches kabel mit wenigstens einem mit einem fuellmaterial impraegnierten strangfoermigen leiterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft elektrische Kabel mit einer extrudierten
Isolierung derjenigen Art, bei welcher ein Füllmaterial in den
Leiter eingelagert ist, um zu verhindern, daß selbst minimale
Spuren von Wasser entlang des Kabels wandern.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Füllmaterial
für die Leiter von Kabeln mit einer extrudierten Isolierung,
und auch einVerfahren zum Herstellen von Kabeln der in Rede
stehenden Art.
Es ist bereits bekannt, daß einer der Gründe, die zur Baumbil
dungserscheinung (treeing phenomena) in der extrudierten Iso
lierung eines Kabels führen, das Vorhandensein von Feuchtig
keit in dem Leiter ist.
Tatsächlich ergibt sich während des Betriebs des Kabels und als
Folge der Wirkungen der Temperatur, die während des Betriebes
des Leiters erreicht wird (die zwar nicht sehr hoch ist, je
doch praktisch während einer unendlichen Periode aufrechter
halten bleibt), eine Verdampfung aller vorhandenen Spuren von
Wasser in dem Leiter.
Der auf diese Weise gebildete Wasserdampf wandert als Folge
der Diffusion in die und in der extrudierten Isolierung des
Kabels.
Der Wasserdampf, der auf diese Weise in die extrudierte Iso
lierung des Kabels eindringt und die elektrischen Beanspruchun
gen, die in der Isolierung vorhanden sind, führen zur Baum
bildung in der extrudierten Isolierung, die zu einer Ver
schlechterung der elektrischen Eigenschaften der Isolierung
führen kann, woraus sich eine Erhöhung der Gefahren hinsicht
lich der Bildung von Perforationen ergibt.
Selbst wenn während der Herstellung von Kabeln mit extrudier
ten Isolierungen alle dem Fachmann bekannten Maßnahmen zur
Wirkung gebracht werden, um sicherzustellen, daß verhindert
ist, daß selbst minimale Spuren von Wasser den Leiter errei
chen, gibt es keine Möglichkeit, absolut zu verhindern, daß
während des Einbaus und der Verlegungsarbeitsvorgänge eines
Kabels, während der Arbeitsvorgänge zum Verbinden von Kabeln
oder nach in der Kabelstruktur aufgetretenen Brüchen Wasser
den Kabelleiter erreicht und/oder entlang des Kabelleiters
wandert.
Um zu verhindern, daß Wasser, welches eine Stelle des Leiters
in einem Kabel mit extrudierter Isolierung erreicht hat, ent
lang des Leiters oder Kabels wandert, um dadurch eine Baumbil
dung an jeder Stelle der Kabelisolierung hervorzurufen, ist
es vorgeschlagen worden, Füllmaterialien wenigstens in den
Leiter einzuführen, und zwar vorzugsweise von derjenigen Art,
die bei Berührung mit Wasser quellen, so daß sie ein Hindernis
dafür darstellen, daß solches Wasser entlang des Kabelleiters
wandert.
Insbesondere wird es bei bekannten Kabeln mit extrudierter
Isolierung, bei denen der Leiter mit einem Füllmaterial im
prägniert ist, hinsichtlich des Füllmaterials bevorzugt, daß
es von der Art ist, die bei Berührung mit Wasser quillt, da
angenommen wird, daß nur diese Art von Füllmaterial die besten
Möglichkeiten bietet, um das Wandern von irgendwelchen Spuren
von Wasser entlang des Kabels zu blockieren, und zwar durch
Ausnutzung der Quellung des Füllmaterials selbst, um dadurch
eine Sperre gegen das genannte Wandern von Wasser zu erzeugen.
Bekannte Kabel mit extrudierten Isolierungen, bei denen der
Leiter mit einem Füllmaterial imprägniert ist, welches bei
Berührung mit Wasser quillt, sind beispielsweise in der DE-OS
22 16 139 und in der GB-PS 20 76 839 beschrieben.
Alle bekannten Kabel mit extrudierter Isolierung, bei denen
in den Leiter ein Füllmaterial eingelagert ist, welches bei
Berührung mit Wasser quillt, ermöglichen es nicht, das Problem
der Verhinderung des Wanderns von Wasser in zuverlässiger und
sicherer Weise zu lösen, und zwar trotz aller zahlreichen Ver
suche, die durchgeführt worden sind, um ein Füllmaterial zu
finden, welches zum Lösen des genannten Problemes am besten
geeignet ist.
Diese Unzuverlässigkeit der bekannten Kabel mit extrudierter
Isolierung beim Auftreten des Problems, das Wandern von Wasser
zu verhindern, ist darüber hinaus unannehmbar in Fällen, in
denen das Kabel unter Wasser verwendet wird, wo die Gefahren,
daß Wasser eintritt und sich entlang des gesamten Kabels aus
breitet, wenn in dem Kabel ein Bruch auftritt, sehr groß sind,
da bekanntlich die Reparatur eines Kabels eine beträchtliche
Zeit erfordert, und der von dem Wasser ausgeübte hydrostatische
Druck allgemein hoch ist.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, Kabel zu
schaffen mit extrudierter Isolierung, bei denen die Leiter mit
einem Füllmaterial imprägniert sind, wobei die Kabel auch zur
Verwendung unter Wasser vorgesehen sind, wobei bei den Kabeln
irgendwelches Ausbreiten von Wasser absolut verhindert ist,
so daß keine Gefahr besteht, daß als Folge einer Ausbreitung
von Wasser sich eine Baumbildung ergibt.
Andere Zwecke der Erfindung sind: ein Füllmaterial für Leiter
von Kabeln mit extrudierten Isolierungen zu schaffen sowie
ein Verfahren zum Herstellen von Kabeln der in Rede stehenden
Art, bei welchem irgendein mögliches Wandern von Spuren von
Wasser, die unbeabsichtigt an irgendeiner Stelle mit dem Lei
ter in Berührung kommen, entlang des Leiters verhindert ist.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches
Kabel mit wenigstens einem Leiter in Form eines Seiles oder
Stranges, der durch eine Mehrzahl zusammengebrachter Metall
drähte dargestellt und mit einem Füllmaterial imprägniert ist,
mit einer halbleitenden Schicht, welche die Außenfläche des
Leiters bedeckt, und mit einer extrudierten Isolierung, die
rund um die halbleitende Schicht angeordnet ist. Gemäß der
Erfindung ist ein solches Kabel dadurch gekennzeichnet, daß
das Füllmaterial eine Masse auf der Basis von polymeren Mate
rialien ist, welche die einzelnen Drähte des Stranges bedeckt
und jeden vorhandenen Raum zwischen den Drähten ausfüllt, wo
bei die Masse eine Mooney-Viskosität bei 100°C zwischen 10 und
60 und eine Shore-A-Härte zwischen 10 und 90 hat.
Weiterhin ist dann, wenn in einer Masse mit den oben genannten
Charakteristiken zum Darstellen eines Füllmaterials eines
Kabels gemäß der Erfindung ein feuchtdehnbares Pulver ein
gelagert ist, um zu bewirken, daß das Füllmaterial bei Berührung
mit Wasser quillt, dieses feuchtdehnbare Pulver aus einem
organischen Material gebildet, und die Masse bietet eine
Quellung von nicht weniger als 5% nach 10 Sekunden der Be
rührung mit Wasser, und eine asymptotische Sättigungsquellung
von nicht weniger als 40%.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist ein Füllmaterial für
Leiter von elektrischen Kabeln in Form einer Verbindung oder
Masse, gekennzeichnet dadurch, daß die Masse eine Masse auf
der Basis von polymeren Materialien ist und eine Mooney-Vis
kosität bei 100°C zwischen 10 und 60, und eine Shore-A-Härte
zwischen 10 und 90 aufweist.
Weiterhin ist dann, wenn in einer Masse mit den oben genannten
Charakteristiken zum Darstellen eines Füllmaterials eines Ka
bels gemäß der Erfindung ein feuchtdehnbares Pulver eingelagert
ist, um zu bewirken, daß das Füllmaterial bei Berührung mit
Wasser quillt, das feuchtdehnbare Pulver aus einem organischen
Material gebildet, und die Masse zeigt nach 10 Sekunden einer
Berührung mit Wasser eine Quellung von nicht weniger als 5%
sowie eine asymptotische Sättigungsquellung von nicht weniger
als 40%.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver
fahren zum Herstellen von elektrischen Kabeln, bei welchem ein
Metallstrang, der den Leiter des Kabels bilden soll, mit einem
Füllmaterial imprägniert wird, welches bei Berührung mit Wasser
quillt, wobei in direkter Berührung mit dem gefüllten Strang
eine halbleitende Schicht sowie eine Isolierschicht extrudiert
werden. Gemäß der Erfindung ist ein solches Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß das Imprägnieren des Metallstranges zum
Zeitpunkt seiner Herstellung ausgeführt wird, indem das Füll
material über eine Extrudiereinrichtung in das Gebilde der
zusammenzubringenden Drähte eingeführt und Kompaktiert wird,
um jede einzelne Krone des Stranges und den bereits gebildeten
Strangteil während der Vorbewegung in Richtung gegen eine
Vereinigungsform zu bilden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels
weise erläutert.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht eines Kabels gemäß der
Erfindung, wobei Teile fortgelassen sind, um die Struk
tur des Kabels zu zeigen.
Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilquer
schnittsansicht eines Kabels gemäß der Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur
Verwendung bei dem Verfahren zum Herstellen eines Ka
bels gemäß der Erfindung.
Ein Kabel gemäß der Erfindung, wie es in den Fig. 1 und 2
dargestellt ist, weist innen einen Leiter 1 auf in Form eines
Seiles oder Stranges aus einer Mehrzahl von Metalldrähten 2,
die beispielsweise aus Kupfer oder aus Aluminium bestehen und
zusammengebracht bzw. zusammengelegt oder verseilt sind.
Die einzelnen Metalldrähte 2 mit Ausnahme derjenigen, welche
die äußerste Krone oder Lage des Stranges bilden, wie dies in
Fig. 2 deutlich dargestellt ist, sind von einem Füllmaterial
vollständig umgeben, dessen Charakteristiken ein wesentliches
Element des Kabels gemäß der Erfindung bilden und nachstehend
im einzelnen erläutert werden.
Sogar die Zwischenräume 3 zwischen den Metalldrähten 2 sind
mit dem Füllmaterial vollständig gefüllt.
Rund um den Leiter 1 ist eine halbleitende Lage oder Schicht
4 angeordnet, die mittels Extrusion erhalten ist und die
sich mit der radial äußeren Fläche verbindet.
Insbesondere bedeckt die halbleitende Schicht 4 denjenigen
Teil der Oberfläche der Drähte 2, aus denen die radial äußerste
Lage gebildet ist, so daß die halbleitende Schicht 4 auch
zwischen den Berührungsstellen benachbarter Drähte 2 vorhan
den ist sowie auswärts davon an der gesamten der halbleitenden
Schicht 4 zugewandten Fläche der Drähte 2.
Über der halbleitenden Schicht 4 befindet sich eine Isolier
schicht 5, die durch Extrusion erhalten ist, und die ihrer
seits von einer halbleitenden Außenschicht 6 bedeckt ist.
Rund um die halbleitende Außenschicht 6, die ebenfalls durch
Extrusion erhalten ist, können andere nicht dargestellte an
sich bekannte Elemente vorgesehen sein, beispielsweise ein
Mantel, Schutzschichten des Mantels und dergleichen.
Gemäß einer nicht dargestellten abgewandelten Ausführungsform
eines Kabels gemäß der Erfindung sind in den Zwischenräumen
zwischen den Drähten 2, welche die äußerste Lage des Leiters
1 bilden und der Lage von Drähten 2, die unmittelbar unter
der äußersten Lage liegt, anstelle des Füllmaterials oder
zusätzlich zu diesem feuchtdehnbare Pulver organischer Natur
vorhanden, deren Charakteristiken nachstehend erläutert werden.
Wie zuvor angegeben, besteht ein wesentliches Element eines
Kabels gemäß der Erfindung in dem Vorhandensein eines Füll
materials innerhalb des Leiterstranges, welches die nachstehend
angegebenen Charakteristiken oder Eigenschaften hat.
Das Füllmaterial ist durch eine Masse auf der Basis irgendeines
Polymers gebildet und die Masse muß die nachstehend angegebenen
zwei Eigenschaften aufweisen:
- - die Mooney-Viskosität bei 100°C muß zwischen 10 und 60, und vorzugsweise zwischen 20 und 40 liegen, und
- - die Shore-A-Härte, bestimmt gemäß ASTM D 2240, und mit einer Instrumentenablesung 5 Sekunden nach dem Beginn des Tests, muß zwischen 10 und 90, und vorzugsweise zwischen 50 und 80 liegen.
Weiterhin ist, wenn in der Masse mit den beiden oben angegebenen
Eigenschaften auch ein feuchtdehnbares Pulver enthalten ist,
dieses Pulver von organischer Art und seine Menge in der Masse
kann beliebig sein, vorausgesetzt, daß das Quellen der Masse,
wenn sie in Berührung mit Wasser gelangt, bestimmt als eine
Zunahme der Dicke einer Platte aus der Masse mit einer Dicke
von 1 mm und mit lichtundurchlässigen Flächen, den nachstehend
angegebenen Werten entspricht:
- - nach 10 Sekunden der Berührung mit Wasser muß die Quellung über 5%, und vorzugsweise über 10% betragen, und
- - die Sättigungsquellung der Masse, bestimmt als die asympto tischen Werte ihres Quellens bei Berührung mit Wasser, und insbesondere mit Seewasser, sollte nicht kleiner als 40%, und vorzugsweise nicht kleiner als 60% betragen.
Für die Bildung einer Masse, welche ein Füllmaterial für ein
Kabel gemäß der Erfindung darstellt, kann irgendein Polymer
verwendet werden, um die extrudierbare Masse zu bilden, bei
spielsweise natürlicher Kautschuk, Butadienstyrol-Copolymere,
Isobutylen-Polymere und -Copolymere, Äthylenpropylen-Copolymere
und zugehörige Terpolymere und Äthylenvinylacetat-Copolymere.
Andererseits muß das feuchtdehnbare Pulver des organischen
Typs, welches eine der Komponenten der Masse bildet, mit
welcher der Kabelleiter imprägniert wird, die nachstehend an
gegebenen Eigenschaften haben:
- - das Pulver muß in Wasser im wesentlichen unlösbar sein,
- - der pH-Wert der wässrigen Dispersion des Pulvers, erhalten durch die Dispersion von 1 Gramm Pulver in 200 cm3 von zwei fach destilliertem Wasser (bi-distilled water) muß zwischen 6,5 und 7,5 liegen,
- - der Gewichtsverlust des Pulvers nach einem Erhitzen auf 105°C muß kleiner sein als 7%,
- - die Benetzungszeit für die Pulver (die der Zeitperiode ent spricht, die zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem das Pulver in Berührung mit Wasser gelangt, bis zu dem Zeitpunkt ver streicht, wenn das Pulver zu quellen beginnt) muß zwischen 1 und 5 Sekunden liegen unabhängig ob das verwendete Wasser ein für industrielle Zwecke verwendetes Wasser oder See wasser ist,
- - die Wasserabsorptionskapazität des Pulvers, ausgedrückt in cm3 an Wasser, absorbiert von 1 Gramm Pulver, muß zwischen 100 und 800 cm3/g liegen.
Insbesondere muß die Absorptionskapazität des Pulvers für
Industriewasser im Bereich von 500 bis 800 cm3/g liegen,
wohingegen die Absorptionskapazität des Pulvers für See
wasser im Bereich von 100 bis 150 cm3/g liegen soll, und
- - die das feuchtdehnbare Pulver bildenden Teilchen müssen maximale Abmessungen von kleiner als 200 µm haben, und vor zugsweise müssen wenigstens 50% der Körner oder Teilchen des Pulvers Maximalabmessungen von kleiner als 150 µm haben.
Die oben angegebenen Eigenschaften für die feuchtdehnbaren
Pulver des organischen Typs sind diejenigen, die definiert
worden sind als wesentlich sowohl für die Realisierung von
Füllmaterialmassen, die bei Berührung mit Wasser in Leitern
gemäß der Erfindung quellen können, als auch für die Massen,
die in die Leiter eingelagert werden sollen zusätzlich zu der
Füllmaterialmasse oder als Ersatz für die Füllmaterialmasse,
und zwar in die Zwischenräume zwischen die Drähte 2 der
äußersten Lage des Leiters und den Drähten der unmittelbar
darunterliegenden Lage, wie dies gemäß einer abgewandelten
Ausführungsform für ein Kabel gemäß der Erfindung vorgesehen
ist.
Die chemische Natur der in Rede stehenden Pulver kann von be
liebiger Art sein. Beispiele von feuchtdehnbaren Pulvern des
organischen Typs sind Polyacrylate und Polyacrylamide, und zwar
entweder sie selbst oder auf natürliche Polymere aufgepfropft,
wie beispielsweise die Amide und die Zellulose und die Esther
von Methylzellulose, die Äther von Zellulose wie beispiels
weise Carboxymethylzellulose usw.
Zusätzlich zu den oben genannten Komponenten können in der das
Füllmaterial bildenden Massen andere Komponenten vorhanden sein,
beispielsweise halbleitende Pulver, wenn ein halbleitendes
Füllmaterial gewünscht wird, oder auch Vernetzungsmittel, wenn
für den Kabelleiter ein vernetztes Füllmaterial gewünscht wird.
Nachstehend werden beispielsweise vier Beispiele von Ausführungs
formen für eine Masse gemäß der Erfindung zum Bilden des Füll
materials für die Leiter von Kabeln erläutert, die eine extru
dierte Isolierung haben.
Das Füllmaterial gemäß diesem Beispiel besteht aus einer nicht
vernetzbaren isolierenden Masse, die bei Berührung mit Wasser
nicht quillt und die folgende Zusammensetzung hat:
Äthylenvinylacetat-
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Kalziumkarbonat 30 Gewichtsteile
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Kalziumkarbonat 30 Gewichtsteile
Das Füllmaterial gemäß diesem Beispiel ist aus einer vernetz
baren halbleitenden Masse gebildet, die bei Berührung mit Wasser
nicht quillt und die die nachstehende Zusammensetzung hat:
Äthylenvinylacetat-
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Kalziumkarbonat 30 Gewichtsteile Dicumylperoxyd 1,5 Gewichtsteile
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Kalziumkarbonat 30 Gewichtsteile Dicumylperoxyd 1,5 Gewichtsteile
Das Füllmaterial gemäß diesem Beispiel ist aus einer halbleiten
den und nicht vernetzbaren Masse gebildet, die bei Berührung
mit Wasser quillt und die die nachstehende Zusammensetzung hat:
Äthylenvinylacetat-
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Carboxymethylzellulose in
Pulverform mit Körnern oder
Teilchen mit maximalen
Abmessungen von kleiner
als 200 µm 30 Gewichtsteile
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile hochleitender Ruß 25 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 10 Gewichtsteile Carboxymethylzellulose in
Pulverform mit Körnern oder
Teilchen mit maximalen
Abmessungen von kleiner
als 200 µm 30 Gewichtsteile
Das Füllmaterial gemäß diesem Beispiel ist aus einer isolieren
den vernetzbaren Masse gebildet, die bei Berührung mit Wasser
quillt und die die nachstehende Zusammensetzung hat:
Äthylenvinylacetat-
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 5 Gewichtsteile Carboxymethylzellulose in
Pulverform mit Körnern
oder Teilchen mit maximalen
Abmessungen von kleiner als
200 µm 1,5 Gewichtsteile Dicumylperoxid 1,5 Gewichtsteile
Copolymer mit einem Gehalt
an Vinylacetat von 45%100 Gewichtsteile epoxidiertes Soyaöl 5 Gewichtsteile Carboxymethylzellulose in
Pulverform mit Körnern
oder Teilchen mit maximalen
Abmessungen von kleiner als
200 µm 1,5 Gewichtsteile Dicumylperoxid 1,5 Gewichtsteile
Die Kabel mit extrudierter Isolierung und einem Leiterfüll
material gemäß der Erfindung werden mittels eines Verfahrens
hergestellt, welches ebenfalls einen Gegenstand der Erfindung
darstellt.
Ein wesentliches Element des in Rede stehenden Verfahrens ist
die Phase, in welcher der Leiter in Form eines Stranges mit
dem Füllmaterial imprägniert wird.
Diese Phase des Verfahrens besteht darin, daß mittels Extru
sion die das Füllmaterial bildende Masse zwischen das Gebilde
aus Drähten eingeführt wird, die jede Drahtlage des Stranges
bilden sollen, der den Leiter darstellt, wobei der bereits ge
bildete Strangteil, der ebenfalls mit der Füllmasse in der
gleichen Weise imprägniert worden ist, und die Drähte sich
in Richtung gegen eine Vereinigungsform bewegen.
Offensichtlich wird während der Bildung der ersten Lage von
Drähten des Stranges, wobei die Drähte veranlaßt werden, sich
in Richtung gegen die Vereinigungsform vorzubewegen, und zwar
zusammen mit einem Draht, der die radial innerste Lage des
Stranges einnehmen soil, die das Füllmaterial bildende Masse
mittels Extrusion zwischen das Drahtgebilde und den Draht
eingeführt, der die radial innerste Lage des Stranges einnehmen
soll.
Das Einführen der Füllmasse mittels Extrusion zwischen die
Drähte des Drahtgebildes und den Strangteil wird dadurch aus
geführt, daß ein Strom der Masse von außerhalb der Drähte
in Richtung gegen den bereits gebildeten Strangteil gerichtet
wird.
Als eine Alternative wird das Einführen der Füllmasse mittels
Extrusion zwischen das Gebilde aus den Strangdrähten, die
eine Drahtlage des Stranges bilden sollen, und den bereits
gebildeten Strangteil, während diese Elemente sich in Richtung
gegen die Vereinigungsform vorbewegen, erhalten dadurch, daß
eine Lage der Füllmasse mittels Extrusion rund um den bereits
gebildeten Strangteil gebildet wird.
Weiterhin ist es durch Kombination der beiden oben angegebenen
Arbeitsweisen in der gleichen Vereinigungsform möglich, die
Anzahl der Extruder zu verringern, die dazu verwendet wird,
den Strang herzustellen.
Danach folgen bereits bekannte Arbeitsschritte, nämlich das
Extrudieren der inneren halbleitenden Schicht auf den gefüllten
Leiter, die an der radial äußersten Fläche des Stranges an
haftet und sich mit dieser verbindet, einer Isolierschicht,
welche die innere halbleitende Schicht umgibt, und einer
äußeren halbleitenden Schicht.
Der gefüllte Leiter, der mit den oben genannten Schichten be
deckt ist, wird durch eine Vulkanisiervorrichtung laufen ge
lassen, um die Schichten zu vernetzen, und, falls erwünscht,
auch das den Strang füllende Füllmaterial zu vernetzen, wenn
die das Füllmaterial darstellende Masse vernetzbar ist.
In Fig. 3 ist schematisch in Längsschnittansicht eine Vor
richtung gezeigt zum Ausführen der zuvor angegebenen notwendigen
Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt die Vorrichtung eine
Ringform 7, die gleichachsig zu einem zylindrischen Körper
angeordnet und an diesem befestigt ist, der mit einem durch
gehenden Hohlraum gebildet ist, der durch zwei miteinander
verbundene Teile 8 und 9 dargestellt ist.
Der Teil 8 des zylindrischen Körpers hat einen zylindrischen
Hohlraum 10, durch den der in der Vorrichtung gemäß Fig. 3
gebildete Strangteil 15 hindurchgeht.
Der Teil 9 des zylindrischen Körpers hat einen kegelstumpf
förmigen inneren Hohlraum 11, der auf der Seite seiner kleine
ren Basis mit dem Hohlraum der Ringform 7 verbunden ist.
In dem Hohlraum 11 laufen die Drähte 2, welche die äußerste
Lage des Strangteiles 15, der in der Vorrichtung hergestellt
wurde, bilden sollen, und der Kern 16 eines zuvor mit einer
identischen Vorrichtung hergestellten und bereits mit der Füll
masse imprägnierten Stranges.
Weiterhin ist in dem Teil 9 des zylindrischen Körpers ein
durchgehendes Loch 12 vorhanden, welches mit einem nicht dar
gestellten Extruder in Verbindung steht, um eine ein Füll
material gemäß der Erfindung bildende Masse in den kegel
stumpfförmigen Hohlraum 11 einzufüllen.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist wie folgt.
Die Drähte 2 und der Kern 16 des zuvor gebildeten und im
prägnierten Stranges bewegen sich kontinuierlich in Richtung
gegen die Ringform 7 vor.
Während dieser Vorbewegung ziehen die Drähte 2 und der Kern
16 das Füllmaterial mit sich, welches mittels des Extruders
durch das Loch 12 hindurch in den kegelstumpfförmigen Hohl
raum 11 zugeführt worden ist, wobei das Material durch die
Drähte hindurchgeht, so daß es den Kern 16 des Stranges er
reicht.
Das Füllmaterial, für welches diese Elemente ein Hindernis
gegen das Hindurchtreten durch die Ringform 7 darstellen
(wo das Zusammenbringen und Kompaktieren der Mehrzahl von
Drähten 2 auf dem bereits imprägnierten Kern 16 stattfindet)
füllt die zwischen den Drähten vorhandenen Zwischenräume voll
ständig aus, wobei außerdem gewährleistet ist, daß wenigstens
eine Lage des Füllmaterials zwischen den Drähten 2 und den
jenigen Drähten vorhanden ist, die sich in der radial äußersten
Lage des Kernes 16 befinden.
Zusätzlich hierzu kann in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ein
weiteres durchgehendes Loch 13 (mit einer unterbrochenen Linie
angegeben) in dem Teil 8 des zylindrischen Körpers vorhanden
sein, welches mit dem nicht dargestellten Extruder in Verbin
dung steht, um eine mit unterbrochenen Linien angegebene
Schicht 14 des Füllmaterials rund um den bereits gebildeten
Strangteil 15 zu bilden.
In den Fällen, in denen bei einer Vorrichtung, die der Vor
richtung gemäß Fig. 3 identisch ist, das stromabwärts ange
ordnete durchgehende Loch 13 vorgesehen ist, um die darauf
folgende Schicht des Stranges zu bilden, kann das Loch 12
fortgelassen werden, da mit der Schicht 14 die Füllmasse be
reits zuvor zwischen dem Gebilde von Drähten, die eine Lage
des Stranges bilden sollen, und dem bereits gebildeten Teil
des Stranges angeordnet ist.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wurden vier Kabel ge
mäß der Erfindung mit Füllmassen gemäß den Beispielen herge
stellt. Diese vier Kabel wurden nachstehend beschriebenen Tests
unterworfen, deren Ergebnisse zeigten, daß mit diesen Kabeln
die Zwecke der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Die vier Kabel gemäß der Erfindung unterscheiden sich vonein
ander nur dadurch, daß die Füllmasse gemäß den obigen Beispie
len verwendet wurden, und daß das Vernetzen dieser Massen nur
durchgeführt wurden, wenn dies möglich war.
Im übrigen hatten diese vier Kabel identischen Aufbau, wobei
außerdem die Abmessungen der Teile des Aufbaus oder der Struk
tur identisch war.
Insbesondere hatten alle vier Kabel einen Leiter aus einem
Strang eines Durchmessers von 18,8 mm, der aus 37 Drähten aus
mit Zinn plattiertem Kupfer gebildet war, wobei jeder Draht
einen Durchmesser von 3,13 mm hatte und die Drähte insgesamt
derart angeordnet waren, daß drei konzentrische Lagen gebildet
wurden.
Rund um den Leiter war eine 1 mm dicke vernetzte halbleitende
Schicht aus einer halbleitenden Masse angeordnet auf der Basis
von an sich bekanntem Äthylen-Propylen-Kautschuk, wie sie
üblicherweise zum Bilden von halbleitenden Schichten in Ka
beln verwendet wird. Über der halbleitenden Schicht befand sich
eine extrudierte vernetzte Isolierschicht einer Dicke von 8 mm
aus einer Isoliermasse auf der Basis von Äthylen-Propylen-
Kautschuk, wie sie an sich bekannt und zum Bilden von extru
dierten Isolierungen bei Kabeln üblicherweise verwendet ist.
Eine weitere halbleitende Schicht, die zu der oben beschrie
benen Schicht identisch ist, umgibt die Isolierschicht des
Kabels.
Die Kabel gemäß der Erfindung und bekannte Kabel mit gleichem
Aufbau und gleichen Abmessungen, wobei jedoch ihr Leiter mit
bekannten Füllmaterialien imprägniert war, wurden Tests unter
worfen, die nachstehend beschrieben sind, um die Kapazitat
zu bestimmen, zu verhindern, daß irgendwelches Wasser ent
lang der Leiter wandert.
Zum Ausführen der Tests wurde eine Vorrichtung verwendet ge
mäß Standard EDF HN 33-S-51, die einen 10 Meter langen mit
Wasser gefüllten Schlauch eines Durchmessers von 200 mm auf
weist und mit entfernbaren Deckeln versehen ist, um die End
öffnungen abdichtend zu verschließen. An einer mittleren Stelle
des Schlauches erstreckt sich ein kleines Rohr bzw. ein
kleiner Schlauch abgedichtet von dem Schlauch weg und endet in
einem Glasröhrchen, welches mit einem Druckluftreservoir in
Verbindung steht, wobei der Druck des Wassers in dem Rohr oder
Röhrchen geändert werden kann.
Die tatsächlichen Tests zum Bestimmen der Kapazität der
Kabel, das Wandern von Wasser entlang des Leiters zu verhin
dern, wurde nicht gemäß dem oben genannten Standard durchge
führt, weil die von dem Standard geforderten Testbedingungen
als nicht streng genug angesehen wurden, um absolut und zu
verlässig zu gewährleisten, daß Kabel, die diesen Testbedin
gungen genügten, tatsächlich unter beliebigen Betriebsbe
dingungen frei von den Gefahren waren, daß Wasser entlang des
Kabelleiters wandert.
Zum Ausführen der Tests wurden 11 m lange Kabellängen ver
wendet. An einer mittleren Stellung jeder Kabellänge und auf
eine Länge von 5 m wurde der Leiter freigelegt, der aus dem
Strang bestand, der mit der Füllmasse imprägniert war.
Vor der Bildung der zu testenden Kabellängen und vor ihrer
Herstellung in der oben beschriebenen Weise wurden die Kabel
abwechselnden Biegungen unterworfen, indem sie dreimal auf
einanderfolgend auf eine Trommel gewickelt und von dieser
Trommel abgewickelt wurden, wobei die Trommel einen Außen
durchmesser hatte, der gleich dem 20-fachen des Außendurch
messers des Kabels war. Dieser Arbeitsvorgang wurde durch
geführt, um die ernsthaftesten Beanspruchungen zu simulieren,
denen ein Kabel während des Verlegens unterworfen werden
könnte, beispielsweise während des Verlegens unter Wasser.
Die Kabellängen wurden in die Testvorrichtung eingeführt,
wobei ihre Enden durch Löcher hindurch vorragten, die in
den Deckeln der Vorrichtung vorhanden waren, und sie wurden
an der äußeren halbleitenden Schicht festgelegt und mittels
Dichtungen gehalten.
Die Tests wurden ausgeführt, indem in die Vorrichtung sowohl
Industriewasser, das heißt Süßwasser, als auch Seewasser ein
geführt wurde.
Eine erste Reihe von Tests wurde durchgeführt, wobei der
Wasserdruck in der Vorrichtung auf 3 bar eingestellt wurde
und danach die Vorrichtung unter diesen Bedingungen während
24 Stunden ruhen gelassen wurde.
Nach dieser Zeitperiode wurde der Wasserdruck auf 50 bar er
höht und während 24 Stunden aufrechterhalten. Nach dieser Zeit
periode wurde an den Kabellängen gemäß der Erfindung festge
stellt, daß aus den Kabellängen kein Wasser ausgetreten war,
während im Falle der bekannten Kabellängen an beiden Enden
der Kabellängen Wasser heraustropfte.
Jedoch wurde beim Prüfen der Kabelproben gemäß der Erfindung,
bei denen die Leiter mit Massen gefüllt waren, die bei Be
rührung mit Wasser nicht quollen, ebenfalls festgestellt, daß
Spuren von Wasser die Enden der Kabellängen erreicht hatten.
Dies macht deutlich, daß Kabel gemäß der Erfindung, bei denen
der Leiter mit Massen gefüllt ist, die bei Berührung mit
Wasser nicht quellen, in größerem Ausmaß als bekannte Kabel
gewährleisten, daß Wasser entlang des Leiters wandert, und
somit eine absolute Sicherheit in den Fällen ergeben, in denen
die Kabel auf dem Land verwendet werden, wo im Fall eines
Kabelbruches kein Wasser in der Umgebung vorhanden ist, welches
einen hydrostatischen Druck liefern würde in der gleichen
Größenordnung wie der hydrostatische Druck bei der Verlegung
unter Wasser.
Im Fall eines Unterwasserkabels ergibt sich vollständige
Sicherheit dahingehend, ein Wandern von Wasser entlang des
Leiters zu verhindern, wenn ein Bruch in dem Kabel auftritt,
durch Verwendung eines Kabels, bei welchem der Leiter mit
einer Masse gemäß der Erfindung imprägniert ist, die bei Be
rührung mit Wasser quillt.
Eine zweite Testreihe wurde ausgeführt mit zwei Kabelproben
gemäß der Erfindung, bei denen die beiden Leiter mit zwei
Beispielen von Massen gefüllt waren, die bei Berührung mit
Wasser quellen.
Für diese zweite Testreihe wurden nach der 24 Stunden Zeit
periode der Berührung mit Wasser unter einem Druck von 50
bar und ohne Änderung des Wasserdrucks Klemmen mit den Enden
dieser Kabelleiter in der Testvorrichtung verbunden, wobei
ein Strom durch den Leiter derart fließen gelassen wurde, daß
die Temperatur sich auf 95°C erhöhte, und wobei dann diese
Temperatur während 8 Stunden aufrechterhalten wurde.
Nach dem Ende der Periode von 8 Stunden wurden die Klemmen
während 16 Stunden entfernt, um das Kabel abkühlen zu lassen,
wobei jedoch der Wasserdruck in der Vorrichtung auf dem Wert
von 50 bar gehalten wurde.
Ein solcher Wärmekreislauf von 8 Stunden Erhitzung und 8 Stun
den Abkühlung wurde fünfmal wiederholt, wobei der Wasserdruck
in der Vorrichtung immer auf einem Wert von 50 bar gehalten
wurde.
Am Ende dieser zweiten Testreihe, mit welcher die Bedingungen
simuliert werden sollten, die ein Unterwasserkabel nach einem
Bruch des Kabels nach einer langen Betriebszeit antreffen
kann, wurde festgestellt, daß an den Enden der Kabellängen
kein Wasser heraustropfte.
Weiterhin wurde beim Prüfen der Kabellängen gemäß der Erfin
dung, die der zweiten Testreihe unterworfen waren, festge
stellt, daß das Quellen des Füllmaterials in dem Leiter ent
lang einer Strecke von kürzer als ein Meter aufgetreten war,
ausgehend von dem freigelegten Ende des Leiters.
Die bekannten Kabel wurden der zweiten Testreihe nicht unter
worfen, weil bereits deutlich war, daß bei den bekannten
Kabeln bereits bei der ersten Testreihe Wasser entlang des
Leiters wanderte.
Die Ergebnisse der Tests zeigen, daß die Kabel gemäß der Er
findung es tatsächlich ermöglichen, die eingangs genannten
Zwecke zu erreichen.
Die Bedingungen bei den durchgeführten Tests waren strenger
als diejenigen, die durch den zuvor genannten Standard vor
geschrieben sind, und insbesondere strenger als diejenigen
Bedingungen zum Simulieren der Bedingungen, die ein Kabel
mit extrudierter Isolierung und gefülltem oder imprägniertem
Leiter, welches auf eine Tiefe von 500 m unter Wasser, ent
sprechend einem hydrostatischen Wasserdruck von etwa 50 bar,
verlegt und während langer Zeit im Betrieb war, antreffen
kann nach einem Bruch des Kabels, wobei sich dann die Gefahr
ergibt, daß Wasser entlang des Kabels wandert.
Eine solche Bedingung, die als die strengste Bedingung ange
sehen werden kann, unter der ein Kabel mit extrudierter Iso
lierung und mit einem gefüllten oder imprägnierten Leiter
erfahren kann, führte dazu, daß keine Gefahr vorhanden war,
daß Wasser sich entlang des Leiters verteilte, wobei festge
stellt wurde, daß irgendeine Wasserwanderung lediglich über
eine Strecke stattfand, die die Länge von ein Meter niemals
überschritt, und zwar ausgehend von der Kabelzone, an welcher
der Bruch der Kabels auftrat.
Hierdurch ist deutlich gemacht, daß selbst unter beliebigen
Betriebsbedingungen bei Verwendung eines Kabels gemäß der
Erfindung maximale Sicherheit und Zuverlässigkeit gewähr
leistet sind gegen die Gefahr der Baumbildung in den extru
dierten Isolierungen, wobei die Baumbildung hervorgerufen
werden kann dadurch, daß sogar nur Spuren von Wasser entlang
der Leiter oder in den Leitern wandern.
Ein Grund dafür, daß das günstige Ergebnis erzielt werden
konnte, liegt sicherlich in der Verwendung des Füllmaterials
gemäß der Erfindung als Folge der oben angegebenen kritischen
Charakteristiken oder Eigenschaften dieses Füllmaterials,
die wesentlich sind, um den einleitend genannten Zweck der
Erfindung zu erreichen, wozu hierzu auch das besondere Ver
fahren gemäß der Erfindung beiträgt.
Tatsächlich ist es bei Andwendung des Verfahrens gemäß der
Erfindung möglich, zu gewährleisten, daß das in den Leiter
eingeführte Füllmaterial alle Einzeldrähte vollständig ein
bettet und darüber hinaus allen Zwischenraum zwischen diesen
Drähten vollständig ausfüllt, so daß die sonst mögliche Ge
fahr vermieden ist, daß Wege vorhanden sind, auf denen Wasser
entlang des Leiters wandern kann.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.
Claims (15)
1. Elektrisches Kabel, umfassend wenigstens einen Leiter
in Form eines Seiles oder Stranges, der aus einer Mehrzahl
von zusammengebrachten Metalldrähten besteht, die mit einem
Füllmaterial imprägniert sind, eine halbleitende Schicht,
welche die Außenfläche des Leiters umgibt, und eine extru
dierte Isolierung, die rund um die halbleitende Schicht ange
ordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Füll
material eine Masse auf der Basis polymeren Materials ist,
welche die Einzeldrähte des Stranges bedeckt und jeden vor
handenen Zwischenraum zwischen ihnen ausfüllt sowie eine
Mooney-Viskosität bei 100°C zwischen 10 und 60, und eine
Shore-A-Härte zwischen 10 und 90 hat.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mooney-Viskosität bei 100°C zwischen 20 und 40, und die
Shore-A-Härte zwischen 50 und 80 liegt.
3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das den Leiter
imprägnierende Füllmaterial feuchtdehnbare Pulver enthält
und daß es bei Berührung mit Wasser quillt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die feuchtdehnbaren Pulver in der Masse auf
der Basis polymeren Materials, welche das Füllmaterial bil
det, feuchtdehnbare Pulver organischer Natur sind, und daß
die das Füllmaterial bildende Masse nach Berührung mit
Wasser während 10 Sekunden eine Quellung von nicht weniger
als 5% zeigt und die asymptotische Sättigungsquellung nicht
kleiner als 40% ist.
4. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Quellung der Masse nach 10 Sekunden Berührung mit Wasser
nicht kleiner als 10%, und die asymptotische Sättigungs
quellung nicht kleiner als 60% ist.
5. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Zwischenräumen zwischen den die radial äußerste Lage
des Stranges bildenden Drähten des den Kabelleiter bildenden
Stranges und im verbleibenden Teil des Stranges feuchtdehn
bare Pulver organischer Natur vorhanden sind.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die feuchtdehnbaren Pulver organischer
Natur im wesentlichen in Wasser unlöslich sind, pH-Werte
bei ihrer Dispersion in Wasser zwischen 6,5 und 7,5 haben,
ihr Gewichtsverlust bei Erhitzung auf 105°C weniger als
7% beträgt, eine Kapazität für Wasserabsorption oder Wasser
zurückhaltung zwischen 100 und 800 cm3 Wasser für ein Gramm
Pulver aufweisen in Zuordnung zu einer Benetzungszeit
zwischen einer Sekunde und fünf Sekunden, und daß die Pul
ver aus Körnern gebildet sind, deren maximale Abmessungen
kleiner als 200 µm sind.
7. Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens 5% der Körner des feuchtdehnbaren Pulvers maxi
male Abmessungen von kleiner als 150 µm haben.
8. Füllmaterial für Leiter von elektrischen Kabeln
in Form einer Masse, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
eine Masse auf der Basis von Polymermaterial ist und eine
Mooney-Viskosität bei 100°C zwischen 10 und 60, und eine
Shore-A-Härte zwischen 10 und 90 hat.
9. Füllmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die das Füllmaterial bildende Masse eine Mooney-Vis
kosität bei 100°C zwischen 20 und 40, und eine Shore-A-
Härte zwischen 50 und 80 hat.
10. Füllmaterial nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß es feuchtdehnbare Pulver organischer
Natur enthält und nach einer Berührung mit Wasser während
10 Sekunden eine Quellung von nicht weniger als 5% zeigt
und eine asymptotische Sättigungsquellung von nicht kleiner
als 40% hat.
11. Füllmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Quellung nach einer Berührung mit Wasser
während 10 Sekunden nicht kleiner als 10%, und die asymp
totische Sättigungsquellung nicht kleiner als 60% ist.
12. Füllmaterial nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß das feuchtdehnbare Pulver organischer
Natur im wesentlichen in Wasser unlöslich ist, einen pH-
Wert bei seiner Dispersion in Wasser zwischen 6,5 und 7,5
hat, einen Gewichtsverlust bei Erhitzung auf 105°C von
weniger als 7% und eine Kapazität des Absorbierens oder
Zurückhaltens von Wasser zwischen 100 und 800 cm3 Wasser
für ein Gramm Pulver in Zuordnung zu einer Benetzungszeit
zwischen einer Sekunde und fünf Sekunden hat, und daß
das Pulver aus Körnern gebildet ist, deren maximale Ab
messungen kleiner als 200 µm sind.
13. Füllmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens 50% der Körner des feuchtdehnbaren Pulvers
eine maximale Abmessung von kleiner als 150 µm haben.
14. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kabeln,
bei welchem ein Metallstrang, der den Kabelleiter bilden
soll, mit einem Füllmaterial imprägniert, und in direkter
Berührung mit dem gefüllten Strang eine halbleitende Schicht
und eine Isolierschicht extrudiert werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Imprägnieren des Metallstranges ausge
führt wird während der Herstellung des Stranges, indem das
Füllmaterial mittels Extrusion zwischen das Gebilde von
zusammenzubringenden Drähten eingeführt und kompaktiert
wird, um auf diese Weise jede einzelne Lage des Stranges
und den bereits gebildeten Strangteil zu füllen und zu
bilden, während die Einzelelemente sich in Richtung gegen
eine Vereinigungsform bewegen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Einführens des Füllmaterials mittels
Extrusion darin besteht, daß mittels Extrusion eine Schicht
des Füllmaterials rund um jeden Teil des bereits gebildeten
Stranges gebildet wird, der sich entlang mit einer Mehrzahl
von Drähten, welche eine Lage des Stranges bilden sollen,
in Richtung gegen die Vereinigungsform bewegt.
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