Elektrisches Kabel zur Übertragung von Hochspannungsströmen und Verfahren zu dessen Herstellung. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kabel und dessen Herstellung, welches zur Übertragung von elektrischer Kraft bei hohen Spannungen von 1000 V und höher geeignet ist. Solche Kabel enthalten einen innern leitenden Kern (z. B. Kupferdraht), welcher von einer isolierenden Hülle umgeben ist, die von einer Schutzschicht, gewöhnlich von Blei, überdeckt ist, deren Zweck es ist, den innern Kern gegen Feuchtigkeit und ätzende Agentien zu schützen. Ohne diesen Schutz würden die Feuchtigkeit und die ge nannten Agentien durch die Isolierhülle dif fundieren.
Das Kabel ist gewöhnlich noch mit mindestens einer weiteren Schicht aus Schutzmaterial bedeckt.
Wegen des Gewichtes des Kernes und der hohen Arbeitstemperatur, welche<B>70'</B> C erreichen kann, und wegen der Notwendig keit einer gewissen Biegsamkeit im Kabel, war es bis anhin nicht möglich, ein zufrie- denstellendes Kabel mit plastischen Materia lien als isolierende Hülle herzustellen. Dem zufolge wurde allgemein ölgetränktes Papier verwendet. Mit solchem Material ist es je doch schwierig, ein Kabel zu erhalten, wel ches einen Hochspannungswechselstrom, z. B.
bei 50 000 bis 100 000 V, zu übertragen ver mag und gleichzeitig eine lange Dienstzeit besitzt, und zwar aus dem Grunde, weil irgendwelche, lokale Luft- oder Feuchtig keitsstellen in der Isolierung ergebende Risse oder Sprünge unter dem Einfluss sehr hoher Spannungen zu Entladungspunkten werden, welche zur chemischen Zersetzung und zur allmählichen Zerstörung der Isolierung füh ren. Es ist sehr schwierig, bei der Verwen dung von ölimprägniertem Papier solche lokale Risse oder Sprünge gänzlich zu ver hindern.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen, zur Übertra- gung von Hochspannungsströmen geeigneten Kabels, welches dauerhafter ist als die be kannten Kabel desselben Typs und welches die Nachteile vermeidet, die bei Kabeln, deren Kerne mit, ölgetränktem Papier isoliert sind, vorhanden sind.
Bei dem elektrischen Kabel zur Übertra- gung von Hochspannungsströmen, mit einem innern, leitenden von einer isolierenden Hülle umgebenen Kern, wird gemäss der Erfindung die isolierende Hülle aus einem 31aterial her gestellt, welches mindestens teilweise aus bei gewöhnlicher Temperatur festem Xthylen- polymer besteht. Das 31aterial kann also aus Athylenpolymer allein oder auch aus mit Äthylenpolymer imprägniertem Fasermate rial, wie z. B. Papier, bestehen.
Äthylenpolymere entsprechen im wesent lichen der Formel (CHJt und sind in halb fester oder fettartiger Konsistenz, wie auch in fester Form bekannt, aber für den Zweck der vorliegenden Erfindung kommen nur solche Polymere in Frage, die bei gewöhn licher Temperatur fest sind. Derartige Ä thy- lenpolymere haben Molekulargewiehte zwi schen 2000 bis 24 000 und mehr. Sie zeigen eine kristalline Struktur. wenn sie der Röntgenstrahlenbeugungsanaly se unterwor fen werden.
Sie schmelzen oder erweichen zum Beispiel bei 110 bis 120 C und ergeben eine sehr zähflüssige Masse; sie sind in einer Anzahl organischer Lösungsmittel in der Wärme mässig löslich, obschon sie sich kalt nur spärlich lösen. Das Molekulargewieht der Äthylenpolymere schwankt je nach den Herstellungsbedingungen.
Vorzugsweise werden Polymere mit. einem llolekulargewieht von mindestens 4000 für den erfindungsgemässen Zweck verwendet. Die elektrischen Eigenschaften der Polymere variieren nur unwesentlich mit dem Mole- kula.rgewicht: Polymere mit höherem 'Mole- kulargewicht haben aber bessere mechanische Eigenschaften.
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Äthylenpolymer wird Äthylen bei Tempera turen von 100 bis 400 C Drücken über 500 Atmosphären ausgesetzt. Das Äthylen kann geringe Mengen Sauerstoff enthalten.
Bei der Herstellung normalerweise fester Äthylenpolymere sollte, wenn das ursprüng liche Äthylen keinen Sauerstoff enthält, der Druck über 1200 Min. liegen. In Gegenwart von Sauerstoff können feste Polymere schon bei einem Druck von 500 Atm. erhalten wer den, obschon zum Zwecke der Reaktions beschleunigung und zur Erhöhung des Mole kulargewichtes des Polymers, in der Praxis höhere Drucke,- z. B. über 12l)0 Atm., vor gezogen werden.
Die Temperatur kann zwi schen 100 und 300 C, vorteilhafterweise zwischen 150 und<B>250'</B> C liegen. Im allge meinen kann das 311olekulargewicht des Äthylenpolymers erhöht werden durch Er höhen des Druckes und/oder Herabsetzen der Temperatur.
Bei einem besonderen Herstellungsver fahren von normalerweise festem Äthylen polymer wird Äthylen mit einem Sauerstoff gehalt von 0,087o (Gewichtsprozente) auf 1500 Atm. komprimiert und bei diesem Druck durch einen Stahlreaktionskessel, der ein inneres Heizelement für 230 C enthält, gepresst. Die Wandungen des Reaktionskes sels werden mittels eines Wassermantels auf unter 10<B>)</B> C gehalten. Nach dem Durch gang durch den Reaktionsraum werden das Äthylen und das gebildete Polymer durch ein passendes Ventil freigegeben.
Bei diesem Vorgehen sind 15ö des den Kessel durch laufenden Äthylens in ein bei gewöhnlicher Temperatur festes Polymer mit einem Mole kulargewicht von 81100 umgewandelt worden.
Die genannten festen Äthylenpolymere besitzen einen hohen Isolationswert, eine ausserordentlich hohe Wasserbeständigkeit und grosse chemische. Stabilität (.wie durch ihre grosse Beständigkeit gegen Angegriffen werden durch Ozon oder Illtraviolettlieht ge zeigt werden kann) und ergeben daher eine sehr wirksame Isolation für eine sehr hohe Spannung führende Kabel, z. B. Spannungen bis zu 100 000 V.
Ferner sind ihre ohne Einverleibung von Plastifizierungsmitteln er reichte Biegsamkeit, der niedere dielektrisehe Verlustfaktor und ihre durch Versuche ge messene Schlagfestigkeit von grossem Wert für den vorliegenden Zweck.
Ausserdem sind die Dielektrizitätskonstante (ca. 2,2) und der dielektrische Verlustfaktor (ca. 0,001) im wesentlichen von der Frequenz und von der Temperatur unabhängig, insofern Frequen zen von ca. 50 bis 10$ Perioden pro Sekunde und Temperaturen bis zum Erweichungs- punkt des Polymers in Frage kommen.
Soviel der Anmelderin bekannt ist, ist die günstige Kombination von physikali schen, chemischen und elektrischen Eigen schaften, welche normal feste Äthylenpoly- mere für den beschriebenen Zweck so geeig net machen, bei irgend einem andern Isolier material nicht vorhanden. Das dem festen Äthylenpolymer am nächsten kommende Iso liermaterial ist Polystyrol, aber diesem Ma terial, obgleich es an und für sich hohe elek trische Eigenschaften besitzt, fehlt Biegsam keit und muss dasselbe besonders behandelt oder mit einem Plastifizierungsmittel ver wendet werden, um es für praktische Zwecke genügend biegsam zu machen.
Die Einver leibung eines Plastifizierungsmittels kann je doch die elektrischen Eigenschaften des Ma terials nachteilig beeinflussen, oder das Ma terial weniger stabil machen, indem das Pla- stifizierungsmittel die Tendenz hat, zu ver dampfen oder auszuscheiden. Ferner setzt die Verwendung von Plastifizierungsmitteln die Erweichungstemperatur des Materials herab.
Die hierin erwähnten Molekulargewichte wurden erhalten nach dem Verfahren zur Bestimmung der Molekulargewichte von Po lymeren von hohem Molekulargewicht, be schrieben von H. Staudinger (siehe Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 1934, 67B, 1247 u. ff.), welches Verfahren auf der Messung der Viskosität einer Lösung des Polymers in einem Lösungsmittel (Tetra- hydronaphtalin) basiert. Da dieses Verfah ren eines hohen Grades von Genauigkeit nicht fähig ist, sollen die in dieser Beschrei bung angegebenen Werte in allen Fällen als approximative betrachtet werden.
Anmelderin hat gefunden, dass die normal festen Polyirrere heiss, z. B. bei einer Tem peratur von ca. 120 bis 130 C oder höher, bei welchen Temperaturen die Flüssigkeit noch sehr zähflüssig ist, aus einer Düse auf den leitenden gern, z. B. einen oder mehrere Kupferdrähte, ausgestossen werden können und nach Abkühlung fest am gern haften.
Nach einer andern Art der Herstellung eines elektrischen Kabels der beschriebenen Art kann das durch Erhitzung auf zum Bei spiel 120 bis 130 C erweichte Polymer aus einer Düse auf den leitenden Kern unter sol chen Bedingungen gepresst werden, dass das Polymer abgekühlt wird und feste Form an nimmt, sobald es die Düse verlassen hat.
Eine weitere Art der Isolierung des Ker nes des Kabels kann darin bestehen, dass ein starker Streifen oder ein Band aus normal festem Athylenpolymer kontinuierlich um den gern gewunden wird. (Die Herstellung eines solchen Streifens oder Bandes ist in der britischen Patentschrift Nr. 474426 beschrie ben.) Der Kabelkern kann. auch mit einem mit dem Polymer imprägnierten Faserstoff, z. B. Papier, bedeckt werden.
(Die Imprä- gnation von Papier und andern Materialien mit normal festen Äthylenpolymeren ist in der britischen Patentschrift Nr. 6815/37 be schrieben.) In allen Fällen kann ein festes Anhaften am Kern dadurch erreicht werden, dass man den umhüllten gern kurze Zeit auf eine wenig über dem Erweichungspunkt des Polymers- liegende Temperatur erwärmt.
Die Blei- oder andere Weichmetallhülle kann in der üblichen Weise, z. B. durch Aus treiben aus einer Düse, um die Isolierhülle herum angebracht werden. Wenn die Iso- lierhülle auf den leitenden Kern ausgestossen wird, kann die schützende Metallhülle gleich zeitig ausgetrieben werden. Wenn gewünscht, werden die weiteren, zur Herstellung eines "armierten" Kabels erforderlichen Schichten in bekannter Weise aufgebracht.