DE3234766A1

DE3234766A1 - Mit mineralstoffen isolierte elektrische kabel

Info

Publication number: DE3234766A1
Application number: DE19823234766
Authority: DE
Inventors: Dennis Formby Lancashire Gill
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-09-20
Publication date: 1983-03-31
Also published as: FR2513428A1; IT8268113A0; DE3234766C2; IT1155932B; FR2513428B3; AU8758182A; JPS5861506A; CA1189159A; AU553229B2; JPH0328766B2

Description

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ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Mit Mineralstoffen isolierte elektrische Kabel

Die Erfindung betrifft mit Mineralstoffen isolierte elektrische Kagel, d.h. Kabel, die einen oder mehrere elektrische Leitungsdrähte aufweisen, die in einer rohrförmigen Metallumhüllung, die gewöhnlich aus Kupfer besteht, eingeschlossen und von dieser Umhüllung durch eine Füllung aus verdichtetem, gepulvertem Isolationsmaterial isoliert sind.

Unter dem Ausdruck "mit Mineralstoffen isolierte elektrische Kabel" sind ausser Verlegungskabeln für den Transport von elektrischem Strom für allgemeine Zwecke auch Kabel des obigen Aufbaus zu verstehen, die für andere Zwecke verwendet werden, wie beispielsweise Heizkabel und Kabel für Thermoelemente. Die Erfindung betrifft auch die Herstellung derartiger Kabel.

Das gepulverte Isolationsmaterial, das am meisten verwendet wird, ist Magnesiumoxid, und zwar entweder als geschmolzenes oder calcinierte oder als vom Meer gewaschenes (sea-washed) Magnesiumoxid; und obgleich Magnesiumoxid in trockenem Zustand eine hohe \ elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist, kann die Anwesenheit selbst geringer Feuchtigkeitsmengen diese Durchschlagsfestigkeit beträchtlich verringern.

Demzufolge ist das Eindringen von Feuchtigkeit eine HauptSchwierigkeit, insbesondere im Falle von Hochspannungskabeln, und es wird daher empfohlen, dass die Enden der Kabel bei der Aufbewahrung mit vorübergehenden Abdichtungen versehen werden, um das Eindringen von Feuch-

tigkeit zu vermindern. Trotzdem ist es aber vor der Herstellung eines Endverschlusses bei einem gelagerten Kabel, das seiner Verwendung zugeführt werden soll, ständig erforderlich, eine beträchtliche Länge von manchmal bis zu 460 mm von den Enden des Kabels abzuschneiden, um sieherzugehen, dass jegliches feuchtes Pulver, das die Isoliereigenschaften des Kabels beeinträchtigen könnte, entfernt ist. Dieses Vorgehen ist eindeutig unwirtschaftlich. Ausserdem muss der gebildete Endverschluss eine wirksame Abdichtung zur Verhinderung des nachfolgenden Eindringens von Feuchtigkeit während des Gebrauchs liefern.

Gegenstand der Erfindung ist ein mit Mineralstoffen isoliertes elektrisches Kabel, das mindestens einen elektrischen Leitungsdraht aufweist, der von einer rohrförmigen Metallumhüllung eingeschlossen und von dieser Umhüllung durch eine Füllung aus verdichtetem, gepulvertem Isolationsmaterial isoliert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es in dem gepulverten Isolationsmaterial einen Anteil eines gepulverten hydrophoben Materials enthält, der ausreicht, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu vermindern.

Das hydrophobe Material muss natürlich aus elektrisch isolierende Eigenschaften haben, so dass es die trockene Pulverfüllung nicht beeinträchtigt.

Es wurde gefunden, dass gepulvertes Methylpolysiloxan ein hochwirksames hydrophobes Material ist, das sich für den angegebenen Zweck eignet, wobei die Menge an eingeführtem Material vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht an gepulvertem Isolationsmaterial beträgt. Auf diese Weise weist ein Kabel mit einer Füllung aus gepulvertem Magnesiumoxid, das lediglich 1 Gew.% Methylpolysiloxan enthält, kein bedeutsames Eindringen von Feuchtigkeit, selbst nach vielwöchiger Lagerung auf,

ohne dass gesonderte Endabdichtungen benötigt würden.

Somit kann ein Kabel gemäss der Erfindung ohne vorübergehende Endabdichtungen aufbewahrt werden, und wenn es seiner Verwendung zugeführt werden soll, müssen die Enden nicht weiter abgeschnitten werden, als es erforderlich ist, um die Form des erforderlichen Endverschlusses auszubilden, da kein feuchtes Pulver vorliegt, das entfernt werden müsste.

Ausserdem besitzt der Zusatz von Methylpolysiloxan zu der Füllung nicht nur keine nachteilige Wirkung auf die elektrischen Isoliereigenschaften der Füllung, sondern es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass dadurch die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Füllung insbesondere bei Hochspannungen vermutlich infolge des Ausschlusses von freier Feuchtigkeit über die gesamte Kabellänge verbessert worden ist.

Vorzugsweise besitzt das Methylpolysiloxan-Pulver eine Korngrösse von 20 bis 200 Mikrometer und liegt hauptsä dilich im Bereich von 30 bis 70 Mikrometer.

Wenn Methylpolysiloxan in das Füllmaterial eingebracht wird, muss dafür Sorge getragen werden, dass die Temperatur des Füllmaterials nicht über 65 C ansteigt, wenn es in die Umhüllung eingefüllt wird, da es sonst bei höheren Temperaturen klebrig oder flüssig wird, was den Füllvorgang beeinträchtigen könnte. Wenn die Umhüllung kontinuierlich aus einem duktilen Metallstreifen dadurch gebildet wird, dass der Streifen zu Röhrenform gebogen und die Kanten miteinander verschweisst werden, während gleichzeitig das Füllmaterial und der Leitungsdraht oder die Leitungsdrähte in das so hergestellte Umhüllungsrohr eingeführt werden, sind demzufolge Mittel erforderlich, um das Umhüllungsrohr unmittelbar nach der Ver-

schweissung zu kühlen, tun zu verhindern, dass übermässige Wärme aus dem Umhüllungsrohr auf das Füllmaterial übergeht, während dieses in das Rohr eingefüllt wird. Nach der Einführung des Leiters oder der Leiter und des Füllmaterials wird der Durchmesser des Umhüllungsrohres normalerweise verringert, indem man es in bekannter Weise durch eine Reihe von Reduzierwalzen oder -düsen und Temperungsöfen führt.

Zweckmässigerweise wird die Pulverfüllung in das Umhüllungsrohr durch eine BeschickungsrShre eingeführt, deren Auslass stromabwärts von der Schweißstelle ist, und in einem derartigen Falle können auch Mittel zum Kühlen der Beschickungsröhre, insbesondere im Bereich der Schweißstelle, und möglicherweise auch des Leitungsdrahtes oder der Leitungsdrähte vor deren Einführung in das Umhüllungsrohr vorgesehen sein.

Zweckmässigerweise wird eine Führungsröhre für den oder die Leitungsdrähte verwendet, die sich angrenzend an den Weg der sich treffenden Ränder des gebogenen Metallstreifens erstreckt, und an der Schweißstelle ist die Führungsröhre mit einer öffnung versehen, so dass ein Teil der von der Schweißstelle ausgehenden Wärme auf den Leiter übertragen und durch den sich bewegenden Leiter von der Pulverbeschickungsröhre wegbefördert wird.

Die "Verwendung von Methylpolysiloxan besitzt jedoch den unerwarteten Vorteil, dass seine Umwandlung beim Erhitzen in eine Flüssigkeit während der nachfolgenden Reduzier- und Temperungsverfahren dazu führt, dass es als Schmiermittel wirkt, und das führt zu einer ausgesprochenen Verminderung des Ausmaßes des Abriebs des Leitungsdrahtes oder der Leitungsdrähte und der Innenoberfläche der Umhüllung.

Demzufolge wird das ausgesprochene Anhaften des Füllpulvers an den Leitungsdraht oder die Leitungsdrähte, wie es bisher gewöhnlich bei der Herstellung von mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabeln beobachtet wurde, praktisch vermieden, und loses Pulver an den Oberflächen des Drahtes oder der Drähte oder an der Iiinenoberfläche des Umhüllungsrohres kann bei der Herstellung eines Endverschlusses ohne Schwierigkeiten entfernt werden.

Als Zusatzmittel zu dem Füllpulver in einem mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabel gemäss der Erfindung können auch andere Aryl- oder Alkylpolysiloxane oder Gemische daraus oder ein beliebiges anderes geeignetes hydrophobes, elektrisch isolierendes Material verwendet werden.

Ein mit Mineralstoffen Isoliertes elektrisches Kabel uns seine Herstellung werden im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert, worin Figur 1 einen Querschnitt durch das Kabel; Figur 2 einen schematischen Schnitt eines Teils einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung des Kabels und Figuren 3 und 4 vergrösserte Ansichten bzw. einen

Querschnitt eines Teils der Vorrichtung gemäss Figur 2
darstellen.

Gemäss Figur 1 besteht das Kabel aus einer äusseren Umhüllung 1, die aus einem Kupferstreifen gebildet ist, der zu Röhrenform gebogen und längs der aneinanderstossenden Kanten durch Argon-Lichtbogen schweissend geschlossen worden ist. Die Umhüllung enthält eine Anzahl Leitungsdrähte 2 (im vorliegenden Falle zwei), die voneinander und von der Umhüllung 1 durch gepulvertes Magnesiumoxid 3 getrennt sind, wobei das Pulver um die Leiter herum nach

der Einführung des Pulvers und der Leiter in die gebildete Umhüllung durch eine Reihe von Reduzierschritten, denen jeweils ein Temperungs- und Löschschritt folgte, in bekannter Weise verdichtet worden ist. Erfindungsgemäss enthält das Magnesiumoxidpulver etwa 1 Gew.% gepulvertes Methylpolysiloxan mit einer Korngrösse von 30 bis 70 Mikrometer dispergiert. Von dem Methylpolysiloxan zeigte sich selbst bei dieser geringen Menge, dass es der Füllung eine hydrophobe Eigenschaft verleiht, die dem Eindringen von Feuchtigkeit standhält und jegliche bedeutsame Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Füllmaterials an den abgeschnittenen Enden des Kabels über lange Zeit verhindert, ohne dass es notwendig würde, zusätzliche Abdichtungen während der Lagerung oder bei der anschliessenden Ausbildung der Endverschlüsse vorzusehen.

Demzufolge ist es bei der Ausbildung von Endverschlüssen nicht erforderlich, die Enden des Kabels weiter zurückzuschneiden, als es zur Ausbildung der Endverschlüsse notwendig ist.

Das Kabel kann nach einem Verfahren hergestellt werden, das ganz allgemein demjenigen ähnlich ist, wie es in der britischen Patentanmeldung 80034-66 beschrieben und teilweise in den Figuren 2 bis 4 erläutert ist.

Bei derartigen Verfahren wird die Kabelumhüllung 1 kontinuierlich von einem gründlich entfetteten Kupferstreifen 1a mit Hilfe einer - nicht dargestellten - Rohrformmaschine, die den nach unten zugeführten Streifen zu einem Rohr biegt, sowie eines Argon-Lichtbogen-Schweiss^ kopfes 4 hergestellt, der die anstossenden Kanten des Streifens zusammenschweisst. Das gebildete Umhüllungsrohr 1 wird senkrecht nach unten einer Reduziermaschine zugeführt, die den Durchmesser des Rohres verringert und das Füllpulver um die Leiterdrähte herum dicht presst.

Das Rohr mit dem verringerten Durchmesser wird anschliessend einem Temperungsofen zugeführt und schliesslich durch einen Wasser enthaltenden Löschtank geleitet, in dem das Kabel in einer Kettenlinie gedreht wird, wonach es horizontal durch weitere Reduziermaschinen, Temperungsofen und Löschtanks läuft. Die Reduziermaschinen und damit verknüpften Einrichtungen sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung weggelassen worden.

Die Leiterdrähte 2, die ebenfalls gründlich entfettet worden sind, werden kontinuierlich in dem Maße, wie es gebildet wird, in das Umhüllungsrohr 1 durch ein Paar Führungsröhren 5, 6 eingeführt, die starr in der gewünschten Stellung innerhalb einer Pulverbeschickungsröhre 7 angeordnet sind, durch die das Füllpulver, das aus Magnesiumoxid und dem darin dispergierten Methylpolysiloxan-Zusatzmittel besteht, ebenfalls in das Umhüllungsrohr 1 eingeführt werden. Die Pulverfüllung wird in die Beschickungsröhre 7 von einem Beschickungstrichter 8 aus zugeführt, der von einem Rüttelförderer aus gefüllt gehalten wird, der seinerseits von einem Pulvervorratsgefäss aus beschickt wird.

Die unteren Enden der Pulverbesckickungsröhre 7 und der Führungsröhren 5, 6 enden unterhalb der Schweißstelle, so dass das Füllpulver wirksam in das gebildete und bereits verschweisste Rohr eingeführt wird, wobei verhindert wird, dass es die Schweißstelle verunreinigt.

Um die Umhüllung 1 herum befindet sich genau unterhalb der Schweißstelle und oberhalb des unteren Endes der Pulverbeschickungsröhre 7 ein Mantel 9, durch den eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, geleitet wird, um die Wärmemenge, die durch die Umhüllung 1 auf die Pulverfüllung übertragen wird, zu verringern. Ausserdem ist die Wandung der Pulverbeschickungsröhre 7 um die Schweißstelle herum mit einem Schlitz 10 versehen, wie

dies auch bei der benachbarten Führungsröhre 5 der Fall ist. Die Schlitze 10 und 11 in der Beschickungsröhre 7 und der Führungsröhre 5 sind gegeneinander ausgefluchtet, und die sie umgebenden Ränder sind zusammengelötet, um ein Austreten der gepulverten Füllung an dieser Stelle zu verhindern. Derjenige der Leiterdrähte 2, der sich in der Führungsröhre 5 befindet, wird somit der Schweißstelle gegenüber ausgesetzt und dient demzufolge als Wärmesenke, um so von der Schweißstelle Wärme abzuführen, wie im einzelnen in der britischen Patentanmeldung 8003466 beschrieben.

Wenn nach dem beschriebenen Verfahren ein Kabel hergestellt wird, ist eine Kühlung erforderlich, da es wesentlieh ist, die Temperatur der Pulverfüllung unter 65⁰C zu halten, bis sie die Beschickungsröhre 7 verlässt, weil oberhalb dieser Temperatur das Methylpolysiloxan klebrig und bei weiterer Temperaturerhöhung möglicherweise flüssig wird; dieses könnte die Pulvereinfüllung stören oder sogar den Auslass der Beschickungsröhre vollständig verstopfen.

Aus diesem Grunde wird das Füllpulver vorzugsweise bei geeigneter niedriger Temperatur, beispielsweise unter 50⁰C, gehalten, bevor es in die Beschickungsröhre 7 eingeführt wird, und ausserdem werden die Leiterdrähte 2, beispielsweise durch Argon von niedriger Temperatur, gekühlt, bevor sie in die entsprechenden Führungsröhren 5 und 6 eingeführt werden. Die Pulverbeschickungsröhre 7 kann nötigenfalls ebenfalls, wie dargestellt, mit voneinander in einem Abstand angeordneten Doppelwänden 12, 13 versehen sein, zwischen denen der Zwischenraum durch Längsteilwände 14 in zwei Strömungswege 15 und 16 aufgeteilt ist, die am unteren Ende der Röhre 7 miteinander in Verbindung stehen. Im Betrieb wird eine Kühlflüssigkeit, vie beispielsweise Wasser oder Freon oder möglicherweise Argon von geeigneter niedriger Temperatur, den

einen Strömungsweg, beispielsweise 15, nach unten und den anderen Strömungsweg 16 nach, oben fliessen gelassen.

Nach dem Einfüllen in das Umhüllungsrohr 7 führt das Erhitzen der Pulverfüllung dagegen zu keinerlei Schwierigkeiten, und es ist im Gegenteil gefunden worden, dass die Verflüssigung des Methylpolysiloxans während der nachfolgenden Durchmesserverringerungs- und Temperungsstufen eine nützliche statt einer schädlichen Wirkung ausübt. Es wird angenommen, dass das flüssige Methylpolysiloxan, das sich nach Kühlen unter 65⁰C wieder verfestigt, als Schmiermittel dient, das den Abrieb der Oberflächen der Leiterdrähte 2 sowie der Innenoberfläche des Umhüllungsrohres 1 während der Durchmesserverringerungsstufen verhindert, da bei einem fertigen Kabel festzustellen ist, dass diese Oberflächen glatt geblieben sind. Auch ist demzufolge praktisch kein Anhaften des Pulvers an diesen Oberflächen festzustellen, wie dies üblicherweise bei mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabeln, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind, der Pail ist, so dass die Ausbildung von Endverschlüssen erleichtert wird.

Claims

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Patentansprüche

Ein mit Mineralstoffen isoliertes elektrisches Kabel, das mindestens einen elektrischen Leiterdraht enthält, der von einer rohrförmigen Metallumhüllung umschlossen und gegenüber der Umhüllung durch eine Füllung aus verdichtetem, gepulvertem Isolationsmaterial isoliert ist,. dadurch gekennzeichnet, dass in dem gepulverten Isolationsmaterial ein Anteil an einem gepulverten, hydrophoben Material vorhanden ist, der ausreicht, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu vermindern.
2. Kabel gemäss Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe Material gepulvertes Methylpolysiloxan enthält.
3. Kabel gemäss Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das gepulverte Isolationsmaterial aus gepulvertem Magnesiumoxid besteht, das 0,1 bis 5,0 Gew.% gepulvertes Methylpolysiloxan dispergiert enthält.
4. Kabel gemäss Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das Methylpolysiloxanpulver eine Korngrösse von 20 bis 200 und insbesondere von 30 bis 70 Mikrometer aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung eines mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabels gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass man die Umhüllung kontinuierlich aus einem duktilen Metallstreifen bildet, indem man den Streifen zu einer Rohrform biegt und die Kanten aneinander schweisst, dass man gleichzeitig den Leiterdraht oder die Leiterdrähte und eine Füllung aus gepulvertem Magnesiumoxid mit einem Anteil an darin dispergiertem gepulverten Methylpolysiloxan in die auf diese Weise gebildete Umhüllung einbringt, wobei die gepulverte Füllung in das Umhüllungsrohr durch eine Beschickungsröhre eingeführt wird, deren Auslass stromabwärts der Schweißstelle liegt und die Beschickungsröhre sowie das Umhüllungsrohr im Bereich bzw. unmittelbar nach der Schweißstelle gekühlt werden, um die gepulverte Füllung in der Beschickungsröhre bei einer Temperatur von nicht über 65 C zu halten.
6. Verfahren gemäss Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass man eine Führungsröhre für den Leitungsdraht oder einen der Leitungsdrähte verwendet, die sich angrenzend an den Weg der sich treffenden Ränder des gebogenen Metallstreifens erstreckt, und dass man an der Schweißstelle die Führungsröhre mit einer Öffnung ausbildet, so dass ein Teil der Wärme von der Schweißstelle auf den Leiter übertragen und durch den sich bewegenden Leiter von der Pulverbeschickungsröhre wegbefördert wird.
7. Vorrichtung zur Herstellung von mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabeln gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum kontinuierlichen Zuführen eines duktilen Metallstreifens (1a) in seiner Längsrichtung, Mittel zum Biegen des Metallstreifens in Rohrform, Mittel (4) zum Verschweissen der Ränder unter Ausbildung des Rohres (1), Mittel (5, 6) zum kontinuierlichen Einführen eines Leiterdrahtes oder von Leiterdrähten (2) in die Umhüllung sowie eine Beschickungsröhre (7) mit einem Auslass stromabwärts der Schweißstelle, durch die die gepulverte Füllung in

in die gebildete Umhüllung eingeführt werden kann, sowie ferner durch Mittel (9) zum Kühlen der Umhüllung zwisehen der Schweißstelle und dem Auslass der Beschickungsröhre.
8. Vorrichtung gemäss Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass sich eine FUhrungsröhre (5) für den Leitungsdraht oder einen der Leitungsdrähte (2) angrenzend an den Weg der sich treffenden Ränder des gebogenen Metallstreifens (1a) erstreckt und dass die Führungsröhre (5) an der Schweißstelle mit einer Öffnung (11) versehen ist, so dass ein Teil der Wärme von der Schweißstelle auf den Leiter (2) übertragen und von der Pulverbeschickungsröhre (7) durch den sich bewegenden Leiter abgeführt wird.