DE2832861A1 - Mittel zum impraegnieren der papierisolierung eines oelgefuellten elektrischen energiekabels - Google Patents
Mittel zum impraegnieren der papierisolierung eines oelgefuellten elektrischen energiekabelsInfo
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Description
DR. E.WIEGAND DIPL-ING.W. NIEMANN 2832861
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT München « Hamburg
• Ο*
TELEFON: 55547« 8000 M D N C H E N 2,
TELEGRAMME: KARPATENT MATH I LD ENSTRASSE 12
TELEX: 529068 KARP D
V 43 189/78 12/MZ 25. Juli 1978
Industrie Pirelli S.p.A. Mailand (Italien)
Mittel zum Imprägnieren der Papierisolierung eines ölgefüllten elektrischen
Energiekabels
80988 6/0947
•If-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mittel zum Imprägnieren der Isolierung von ölgefüllten elektrischen Energiekabeln,
und insbesondere zum Imprägnieren der Isolierung von Kabeln, die unter Wasser verlegt werden sollen.
Unter ölgefüllten Kabeln sind solche Energiekabel
zu verstehen, die eine Isolierung aufweisen, die aus einer selbsttragenden oder abgeschlossenen Isolierung aus Papier
und einem dielektrischen fließfähigen Mittel zusammengesetzt ist, wobei die dielektrische Flüssigkeit aus dem
Kabel heraus oder in das Kabel hinein fließen kann in Übereinstimmung damit, ob Ausdehnungen oder Zusammenziehungen
des Kabels als Folge von Temperaturänderungen stattfinden, sojdaß die Kabelisolierung kontinuierlich und
vollständig imprägniert bleibt.
Es ist bekannt, daß das. Mittel zum Imprägnieren der Papierisolierung von ölgefüllten elektrischen Energiekabeln
gewisse besondere physikalische und elektrische Eigenschaften haben muß.
Erstens muß dieses Mittel flüssig sein und eine Viskosität haben, die ausreichend niedrig ist und wenigstens
niedriger als 15 cSt bei 2o°C ist, um in der Lage zu sein,
den Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Kabels bei Temperaturänderungen folgen zu können und demgemäß die
Isolierung des Kabels vollständig imprägniert halten zu können. Diese niedrige Viskosität soll außerdem dem Mittel
keine übermäßig hohe Flüchtigkeit verleihen.
Zweitens muß dieses Mittel.gute Isoliereigenschaften
besitzen, und insbesondere muß es einen sehr niedrigen dielektrischen Verlustfaktor tan S haben, der vorzugsweise
kleiner oder gleich 0,001 ist.
809886/0947
Das genannte Mittel, welches allgemein ein organisches Öl ist, muß außerdem ein sehr geringes oder kein Bestreben
haben, bei den beim Gebrauch des Kabels auftretenden niedrigsten Temperaturen die festen paraffinen Produkten
zu trennen.
Mittel, welche diese Eigenschaften haben,sind bekannt,
und sie umfassen Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht
zwischen 2oo und 4oo, wobei diese Kohlenwasserstoffe durch Alkylierung eines aromatischen Ringes erhalten
sind. Die Verwendung solcher Kohlenwasserstoffe, die aus einem aromatischen Ring bestehen, der eine aliphatische
Kette hat, die linear oder verzweigt ist, und die neun
bis zwölf Kohlenstoffatome enthalten, ist in der italienischen Patentschrift 594 475 und deren Ergänzung No.
8o9 256 beschrieben. Die Dichte dieser Verbindungen, bei
2o 0C beträgt etwa o.87 g/cm5.
Noch heute sind die in den genannten Patentschriften
beschriebenen Mittel die zum Imprägnieren der Isolierung von elektrischen Energiekabeln, und zwar von Landkabeln
und in geringer Tiefe unter Wasser zu verlegenden Kabeln am meisten verwendeten Mittel. Dennoch bestehen gewisse
Nachteile, wenn das Kabel in großer Wassertlefe verlegt
werden soll, da die Dichte der genannten Mittel kleiner ist als die mittlere Dichte des Wassers (Salzwasser oder
Süßwasser).
Bekanntlich ist der Unterschied zwischen den hydrostatischen Drücken, die auf der Außenseite und auf der
Innenseite des eingetauchten Kabels wirken, proportional dem Unterschied zwischen der Dichte des umgebenden Wassers
und der Dichte des Imprägnierungsmittels. Wenn der zuletzt genannte Unterschied hohe Werte annimmt, ergibt sich die
Gefahr, daß der das Kabel schützende Metallmantel zusammen-
809886/09*7
fällt·.
Es ist somit in solchen Fällen erforderlich, die Dichte des Imprägniermittels bis auf einen Wert zu erhöhen,
der dem Wert der Dichte des umgebenden Wassers nahekommt oder diesem gleich ist. Dies wird wirksam dadurch erhalten,
daß dem Imprägniermittel Mengen von halogenierten Kohlenwasserstoffen,
die nach Erfordernis berechnet werden, zugegeben werden, wie dies in der italienischen Patentschrift
1 o11 139 beschrieben ist.
In der genannten Patentschrift ist insbesondere die Verwendung eines Hexachlorbutadien enpfohlen, welches
eine Dichte von 1,68 g/cm5 bei 2o 0C hat. Die Verwendung
von halogenierten Kohlenwasserstoffen (und insbesondere chlorinierten) als Zusätze zu dem Imprägnierungsmittel
ermöglicht die Regelung der Dichte nach Wunsch, jedoch beläßt sie ein ungelöstes Problem, welches mit dem Altern
des Kabels im Zusammenhang steht.
Tatsächlich haben die in der genannten Patentschrift beschriebenen Verbindungen das mehr oder weniger ausgeprägte
Bestreben, unter der Einwirkung von Wärme zersetzt zu werden, woraus sich ein gewisser chemischer Angriff
des Halogenides an dem Kupfer der Leiter ergibt mit dem Ergebnis, daß sich leitende Salze bilden und sich eine
ernsthafte Gefahr für die elektrische Isolierung ergibt. Tatsächlich ergibt sich diese Erscheinung auch bei günstJU-geren
Bedingungen, wenn auch dann außerordentlich langsam, scjdaß die Konzentrationen der erzeugten Halogenide nur
nach sehr langem Gebrauch des Kabels gefährliche Werte erreichen. Demgemäß kann die Verwendung von halogenierten
Kohlenwasserstoffen der Grund für sehr gefährliche Situationen nur dann sein, wenn die Gebrauchsbedingungen des
Kabels besonders ernsthaft sind, wenn die Konzentrationen
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des halogenierten Kohlenwasserstoffes;.= vergleichsweise
hoch sind, und 'wenn das Kabel während vieler Jahre im
Gebrauch geblieben ist, wie dies gewöhnlich der Fall ist.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, den geschilderten Nachteil zu überwinden, indem ein Imprägniermittel
geschaffen wird, welches dauerhafte chemische Stabilität hat und welches außerdem ausgezeichnete
dielektrische Eigenschaften hat.
Es ist gemäß der Erfindung überraschend gefunden worden, daß ein solches Imprägniermittel erhalten werden kann,
wenn gewisse niedere aliphatische Derivate von Naphthalin als Imprägniermittel oder als Zusatz zu den jetzt verwendeten
Imprägniermitteln verwendet werden, wobei diese Derivate einzeln oder miteinander gemischt verwendet werden
können.
Verbindungen gemäß der Erfindung haben derartige physikalische und elektrische Eigenschaften, daß sie die
Anforderungen erfüllen, die an Imprägniermittel für elektrische Energiekabel gestellt werden. Außerdem ist das
Bestreben dieser Verbindungen, feste Produkte bei niedrigen Betriebstemperaturen zu trennen, praktisch Null.
Wenn Verbindungen gemäß der Erfindung als Zusätze zu üblichen Imprägniermitteln verwendet werden, bieten sie
gegenüber anderen Kohlenwasserstoffwerbindungen den weiteren Vorteil, daß sie in der Lage sind, die Gase chemisch
zu binden, die sich in dem Isolierpapier und in dem verwendeten Imprägniermittel als Folge der Erwärmung und
des Alterns des Kabels entwickeln. Bekanntlich haben diese Gase das Bestreben, sich zu ionisieren, und zwar zufolge
des starken elektrischen Feldes, welches rundjum den Leiter
809836/0947
oder die Leiter vorhanden ist. Dies·kann auch der Grund
für unheilvolle elektrische Entladungen innerhalb des Kabels sein.
Gegenstand der Erfindung ist ein Mittel zum Impr gnieren
der Papierisolierung von ölgefüllten elektrischen Energiekabeln, und insbesondere von Kabeln, die unter
Wasser verlegt werden sollen, wobei das Imprägniermittel eine Viskosität von niedriger als 15'cSt bei 2o 0C und einen
dielektrischen Verlustfaktor tan S von kleiner oder
gleich 0,001 hat. Gemäß der Erfindung ist ein solches
Imprägniermittel dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens ein niederes aliphatisches Derivat von Naphthalin enthält.
In der nachstehenden Tabelle sind gewisse physikalische Eigenschaften einer Reihe von aliphatischen Derivaten
von Naphthalin angegeben, die von besonderem Interesse
für den Zweck der vorliegenden Erfindung sind.
-Y-
Physikalische Eigenschaften von gewissen niederen aliphatischen
Derivaten von Naphthalin:
Schmelzpkt. | Dichte bei | Viskosität bei | - | mm. | |
DERIVAT (Typ und | (0C) | 2o°C gegen | 2o 0C | — - | |
Lage der alipha | über der | (centistokes) | - | ||
tischen Substitu | Dichte von | - | |||
tion) | H2O bei 40C | 2,2.. | |||
(g/cm3) | |||||
- 5o | 1, o2o | 3,5 | |||
1-Methyl | -.15 | 1,oo8 | 4.1 | ||
1-Äthyl | - 7 | 0.993 | 2.9 | ||
2-Äthyl | - 12 | 0.992 | 4.9 | ||
1-Propyl | - 2o | 0.975 | 6.5 | ||
1-Butyl | - 5 | 0.97ο | 4.75 | ||
2-Butyl | - 4 | ο. 97o | |||
2-tert. Butyl | - 22 | o.966 | |||
1-Pentyl | - 4 | o.956 | |||
2-Pentyl | - 4 | 1.006 | |||
1,3-Dimethyl | - 14 | 1.003 | |||
1,6-Dimethyl | - 36 | o,97o | |||
1,2,3,4-Tetra-Hydro | |||||
Unter den in der Tabelle angegebenen Verbindungen ist gefunden worden, daß das 1-Methylnaphthalin für den Zweck der
vorliegenden Erfindung von besonderem Interesse ist. Diese Verbindung hat neben allen physikalischen Eigenschaften, die für ein
Mittel zum Imprägnieren der Isolierung von ölgefüllten elektrischen
Energiekabeln erforderlich sind, einen besonders niedrigen dielektrischen Verlustfaktor tan S , der kleiner als o,oo1 ist. In
den Fällen, in denea die tatsächliche Dichte der oben genannten Verbindung, die gemäß der Tabelle 1,o2o g/cm5 bei 2o 0C im Vergleich
zu Wasser bei 4 0C beträgt ,nicht dem gewünschten Wert
entsprechen sollte, ist es möglich, ein geeignetes Gemisch mit
809886/0947
gleichwertigen Derivaten zu bilden bis zu den Werten, die
den theoretisch erforderlichen Werten so nahe wie möglich kommen.
Selbstverständlich ist es möglich, bei Aufrechterhaltung aller genannten Vorteile dieses Gemisch als einen Zusatz
zu üblichen Imprägniermitteln zu verwenden,, die gewöhnlich
verwendet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Imprägniermittel gemäß der Erfindung aus den in der Tabelle
angegebenen Derivaten von Naphtahlin auch 1,2,3,4-Tetra-Hydro-Naphthalin
verwendet.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist ein ölgefülltes
Energiekabels in v/elchem die Imprägnierung des rund um die
metallenen Leiter angeordneten Isoliermaterials unter Yerwendung von einem oder mehreren (Gemisch) der niederen
aliphatischen Derivate von Naphthalin gebildet ist oder auch aus einem üblichen Imprägniermittel gebildet ist, welches
eines oder mehrere der genannten Derivate als Zusatz enthält.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. .
809886/0947
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHEty Mittel zum Imprägnieren der Papierisolierung von ölgefüllten elektrischen Energiekabeln, und insbesondere ■von Kabeln,die unter Wasser verlegt werden sollen, wobei das Imprägniermittel eine Viskosität von niedriger als 15 cSt bei 2o 0C und einen dielektrischen Verlustfaktor tan ξ von gleich oder kleiner als 0.00I hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel wenigstens ein niederes aliphatisches. Derivat von Naphthalin umfaßt.2. Imprägniermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,^ daß das niedere aliphatische Derivat von Naphthalin einem üblichen Imprägniermittel zugegeben ist.5. Imprägniermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das niedere aliphatische Derivat von Naphthalin 1-Methylnaphthalin ist.4. Imprägniermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das niedere aliphatische Derivat von Naphthalin 1,2,5,4-Tetra-Hydronaphthalin. ist.5. Imprägniermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,809886/0947ORIGINAL INSPECTEDdadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemisch aus niederen aliphatischen Derivaten von Naphthalin gebildet ist.809886/0947
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