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DE2021977A1 - Electrical insulation of cryogenic cables - Google Patents

Electrical insulation of cryogenic cables

Info

Publication number
DE2021977A1
DE2021977A1 DE19702021977 DE2021977A DE2021977A1 DE 2021977 A1 DE2021977 A1 DE 2021977A1 DE 19702021977 DE19702021977 DE 19702021977 DE 2021977 A DE2021977 A DE 2021977A DE 2021977 A1 DE2021977 A1 DE 2021977A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulating material
insulation
insulation according
thermal expansion
flexible insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702021977
Other languages
German (de)
Inventor
Jan Dr-Ing Artbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vereinigte Draht und Kabelwerke AG
Original Assignee
Vereinigte Draht und Kabelwerke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vereinigte Draht und Kabelwerke AG filed Critical Vereinigte Draht und Kabelwerke AG
Priority to DE19702021977 priority Critical patent/DE2021977A1/en
Priority to FR7115206A priority patent/FR2090885A5/fr
Priority to GB1219171A priority patent/GB1353796A/en
Publication of DE2021977A1 publication Critical patent/DE2021977A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02Disposition of insulation
    • H01B7/0241Disposition of insulation comprising one or more helical wrapped layers of insulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/14Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by the disposition of thermal insulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002Inhomogeneous material in general
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Insulating Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Vereinigte Draht- und KabelwerkeUnited Wire and Cable Works

AktiengesellschaftCorporation

Beilin und DuisburgBeilin and Duisburg

1 Berlin 44, Am Oberhafen 5 - 91 Berlin 44, Am Oberhafen 5 - 9

HerrmannAtz B I 69/153 HrHerrmannAtz B I 69/153 Mr.

24. April 1970April 24, 1970

Elektrische Isolierung von TieftemperaturkabelnElectrical insulation of cryogenic cables

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. ·The invention relates to the electrical insulation of cables, which are operated at low temperatures. In the case of such cables, the usual ones are applied in a known manner Insulating materials for those operated at normal temperature Cable as a result of the contraction that occurs during cooling unsuitable as insulating material. For example, soaked paper, polyethylene or other polyolefin-based polymers are used as insulating materials for high-voltage cables. In the case of the impregnated paper, the large contraction of the impregnating agents used causes: At a temperature of a few tens of degrees Celsius below the freezing point, cavities are formed which, as a result of the impregnation, just become should be resolved. That's why it separates from the usual Impregnated paper as insulating material for low-temperature cables the end. ·

108847/0931108847/0931

- 2 - BI 69/153 Hr- 2 - BI 69/153 Mr.

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.In polyethylene, the linear thermal contraction is at a cooling of the tree temperature to temperatures below 40 K 0 2.4%. With a cable length of z. B. 250 m makes the length contraction of the insulation therefore 6 m, while the length of the metallic conductor is only about 0.4%, ie shortened by about 1 m. Such a difference is intolerable. If the insulation is applied in such a way that it is firmly connected to the conductor and therefore its length cannot change independently of the conductor, there is a risk that, as a result of the mechanical stresses between the conductor and its insulation, either the insulation, the conductor or both are damaged or deformed. This danger is great because, on the one hand, the expansion modulus of the insulating materials used in cable technology increases sharply with decreasing temperature, but on the other, their elongation at break decreases sharply.

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 IsolierungThere are also known substances with insulating properties whose coefficient of linear thermal expansion is that of the conductor metals is close or smaller. However, such substances alone cannot be used for cable insulation, since they lack the electrical and mechanical properties required for this. They are hard to brittle inorganic ones Fabrics that result in flexible and compact insulation

nicht verarbeitet werden können.cannot be processed.

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 undIt is therefore the object of the present invention to provide insulation for low-temperature cables, their functionality not affected at low temperatures by the thermal contraction of the insulating material during cooling will. This object is achieved according to the invention in that the insulation from a processing and laying temperature flexible insulating material and

109847/0937109847/0937

SADSAD

■202*977■ 202 * 977

-3:- B I 69/1.53 Hr-3: - B I 69 / 1.53 Hr

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. . ..another insulating material with a much smaller one linear coefficient of thermal expansion ", the resulting coefficient of thermal expansion of the insulation one of the coefficient of thermal expansion of the conductor metals substantially has closer value than that of the flexible insulating material alone. . ..

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-The insulation can expand the fabric with little. coefficients either in the form of powder, flakes or Contain fibers, or it can be in the form of tissue, Tape, fleece or had a component as a carrier or reinforcement of insulation. As a fabric with a small

π —1
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.
- π -1
nen - under 1. 10 y grd lying - linear heat expansion coefficient is provided according to the invention 3iO ^ in the form of quartz powder or aerosil, or glass in the form of powder flakes, fibers, mats, fleece, fabric or tape.

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.According to the invention, the insulation is advantageously wrapped around the conductor in the form of tapes. In order to exclude air inclusions which are harmful in high-voltage insulation, tapes with a triangular or parallelogram-shaped profile are preferred according to the invention. Such insulation is shown in Figures 1 and 2. Here, 1 denotes the conductor, and 2 and 3 denote the wound insulation.

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-A voltage G breakdown occurs in wound insulation preferred to. a path leading between the belts instead, because here the dielectric strength is on lowest is. To the electrical breakdown voltage of the To increase insulation, it is desirable that the tapes assemble into compact insulation after they have been wound. This is done according to the invention by using self-adhesive tapes, tapes also cold vulcanizing Rubber or self-vulcanizing tapes, which are

109 847/09 37109 847/09 37

- 4 - BI 0/153 Hr- 4 - BI 0/153 Mr.

wickelten Zustand zusammenvulkanisieren, erreicht.vulcanized together, reached.

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.The isolation of those to be operated at normal temperature. Cables for higher voltages used known flexible ones Insulating materials may also contain foreign matter, but at most in such small amounts that they do not have a significant influence on the coefficient of thermal expansion. They are here usually as unwanted contaminants consider. Larger amounts of foreign substances are added to the flexible insulating materials for normal conducting cables not added, since they generally increase the electrical properties over those in the range of the usual operating temperatures Admissible values also deteriorate and, in addition, there are larger amounts of inorganic in insulating materials such as polyethylene Substances cannot be incorporated.

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.In contrast, the invention makes use of the knowledge that the electrical properties, including the dielectric strength, significantly improve when cooling to low temperatures. One can therefore be considered flexible Insulating materials also use materials that are used for the insulation of cables operating in the normal temperature range are not suitable, and also. a large proportion of inorganic May contain substances such as B. vulcanizable or crosslinkable macromolecular substances, but also polytetrafluoroethylene and thermoplastics.

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.The insulation of cryogenic cables according to the invention offers the advantage that it has a sufficiently small coefficient of thermal expansion, which as a result of different Contraction of the insulation and the mechanical stresses occurring are largely reduced.

109847/0937109847/0937

- 5 - · B I 69/153 Hr- 5 - B I 69/153 Mr.

Dadurch werden Beschädigungen der Isolierung sowie Verformungen des Leiters bei der Abkühlung vermieden.This will damage the insulation as well as deformation of the conductor when it cools down.

5 S. Beschreibung Patentansprüche 1 Bl. Zeichng. m. 2 Figuren5 S. Description of claims 1 sheet drawing. with 2 figures

PatentansprücheClaims

1098A7/09371098A7 / 0937

Claims (13)

- 6 - BI 69/15$- 6 - BI 69 / $ 15 Patentansp r*ü ehePatent claim before .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. .JElektrische insulation of cryogenic cables, characterized in that the insulation arbeitimgs- of a in the locking and laying temperature flexible insulating material and another insulating material with a much smaller linear thermal expansion coefficient, wherein the resulting coefficient of thermal expansion of the insulation an the thermal expansion coefficient of the conductor metal substantially closer value has than that of the flexible insulating material alone. 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.2. Insulation according to claim 1, characterized in that the insulating material with the small coefficient of thermal expansion is contained in the flexible insulating material as a filler in the form of powder, flakes or fibers. 3· Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff SiOo in Form von Quarzmehl oder Aerosil vorgesehen ist.3 · Insulation according to claim 2, characterized in that SiOo in the form of quartz powder or aerosil is provided as filler. A-. Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Glas in Form von Pulver, Gehuppen oder Fasern ist.A-. Insulation according to claim 2, characterized in that the filler is glass in the form of powder, flakes or fibers. 5- Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Isolierstoff vulkanisiertar oder vernetzbar ist.5- insulation according to claim 1, characterized in that the flexible insulating material can be vulcanized or crosslinked is. 6. Isolierung nach einem dex* Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form von Eändern aufgebracht ist.6. insulation according to a dex * claims 1 to 5, characterized in that that it is applied in the form of edges. 109847/0937109847/0937 »AD ORfGtNAL“AD ORfGtNAL 28210772821077 -7 :- BI-7: - BI 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. 7. Insulation according to claim 6, characterized in that the insulating material with the low coefficient of thermal expansion is contained in the flexible insulating material as a carrier or reinforcement in the form of fabric, tape, fleece or hat . 8. Isolierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder Glasgewebe, Glasband, Glasmatte öder Glasvlies als Träger bzw. Armierung enthalten. 8. Insulation according to claim 7, characterized in that the tapes contain glass fabric, glass tape, glass mat or glass fleece as a carrier or reinforcement. 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.9 · Insulation according to claim 2, 6 and 7 »characterized in that insulating materials with the low coefficient of thermal expansion are used in the flexible insulating material as a carrier or reinforcement in the form of fabric, tape, fleece or mat and at the same time as a filler in the form of powder, flakes or fibers are included. 10. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder ein dreieckiges oder parallelogrammförmiges Profil aufweisen.10. Insulation according to one of claims 6 to 9 »characterized in that the bands are triangular or parallelogram-shaped Have a profile. 11. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder selbstklebend sind.11. Insulation according to one of claims 6 to 10, characterized in that that the tapes are self-adhesive. 12. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder selbstvulkanisierend sind. 12. Insulation according to one of claims 6 to 10, characterized in that the tapes are self-vulcanizing. 13. Isolierung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Isolierstoff ein kaltvulkanisierender Kautschuk ist. 13. Insulation according to one of claims 6 to 10, characterized in that the flexible insulating material is a cold-vulcanizing rubber. 109847/0937109847/0937 LeerseiteBlank page
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