AT394115B - Luftkabel mit einer lichtwellenleiter enthaltenden seele und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
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Description
AT3M15B
Die Erfindung betrifft ein Luftkabel mit einer Lichtwellenleiter enthaltenden Seele, einer die Seele umschließenden Umhüllung aus einem polymeren, isolierenden Werkstoff und mit einer - insbesondere metallfreien - Bewehrung, die unter- oder oberhalb der Umhüllung angeordnet ist
In der Energieversorgung durch Hochspannungs-Freileitungsnetze hat man bereits (ETZ Bd. 106 (1985) Heft 4, S. 154ff) Luftkabel mit Lichtwellenleitem zur Nachrichtenübermittlung vorgesehen, wobei im Falle sogenannter Weitspannluftkabel Spannweiten bis zu 435 m überbrückt werden konnten. Die bei solchen Luftkabeln auftretenden Probleme können mechanischer Art sein, etwa Schwingungs- oder Belastungsschwierigkeiten, die durch Bewehrungen metallischer oder nichtmetallischer, d. h. metallfreier Art zumindest gemindert werden konnten.
Bekannt sind auch Probleme elektrischer Art, die sich aus der isolierenden Umhüllung ergeben. Im elektrischen Feld der Phasenleiter einer Hochspannungsfreileitung wird nämlich die Umhüllung an der Oberfläche aufge-laden, wobei aufgrund des hohen Oberflächenwiderstandes (bis zu 10 Ω/cm) die induzierte Ladung nicht abfließen kann. Unterschiedliche Verschmutzung und Feuchtigkeit auf der Oberfläche einer Umhüllung haben zur Folge, daß auch innerhalb des Spannfeldes einer Hochspannungsfreileitung Potentialunterschiede auf dem metallfreien Luftkabel entstehen, die zu Kriechstromentladungen führen. Hinzu kommt, daß die Oberfläche der Umhüllung an jedem Mast durch die metallische Aufhängung, die mit dem Mast elektrisch leitend verbunden ist, auf Nullpotential gezwungen wird. Dies führt im Bereich des Überganges Umhüllung-Aufhängung zu hohen Spannungsdifferenzen, die immer wieder durch für das Luftkabel schädliche Entladungen abgebaut werden.
Aus der EP-B1-004 752 sind Umhüllungen aus einem zunächst thermoplastischen Werkstoff bekannt, der nach dem Aufpfropfen von Silanverbindungen unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vemetzbar ist. Der in der EP-B 1-004 752 beschriebene Werkstoff ist ein Silan-modifiziertes Alkylen-Alkylacrylat-Copolymer, das mit Füllstoffen wie Aluminiumhydroxiden gefüllt sein kann.
Aus der US-PS 4 001 128 ist ein Füllstoff für Hochspannungsisolierungen bestehend aus einem Aluminium-oxid-Trihydrat und einem Silikat bekannt, durch den die Kriechstromfestigkeit verbessert werden soll.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit der eingangs bezeichneten und im Bereich von Hochspannungsfreileitungen eingesetzten Kabel zu erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der zunächst thermoplastische oder elastomere Werkstoff der Umhüllung, der in bekannter Weise nach Aufpfropfen von Silanverbindungen unter Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt ist, als die Kriechstromfestigkeit bewirkenden Zusatz Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid in Kombination und in einer Menge von 30 bis 80 Massen-Teilen Aluminiumoxidhydrat und 3 bis 7 Massen-Teilen Eisenoxid auf 100 Masse-Teile isolierenden Werkstoff der Umhüllung enthält.
Der besondere Vorteil liegt darin, daß die Zusätze über die gesamte Kabellänge und den Querschnitt der Umhüllung gleichmäßig verteilt in einer ebenfalls gleichmäßig vernetzten Polymermatrix eingebunden sind. Dies führt zu einem für die angesprochenen Zwecke betriebssicheren Kabel, da auch bei im elektrischen Feld gleichzeitig auftretender Beeinflussung durch Schmutz und Feuchtigkeit eine Beschädigung oder gar Zerstörung des auch metallfreien Kabels durch Kriechströme nicht zu erwarten ist
Die Kriechstromfestigkeit der Umhüllung des Kabels über die gesamte Länge hat zudem den Vorteil der einfacheren Montage gegenüber solchen Ausführungen, bei denen man bekannte Kabel lediglich an den Stellen der Mastaufhängung gegen Kriechströme zu schützen versucht, aber auch den Vorteil der höheren Betriebssicherheit wegen der durch die Erfindung erzielten weitgehenden Unabhängigkeit von der Qualität der Montagearbeiten.
Als vorteilhaft hat es sich in Durchführung der Erfindung erwiesen, daß die Zusätze eine Kombination aus Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid sind, weil die betriebsfertigen Umhüllungen die geforderte Kriechstromfestigkeit aufweisen und die Herstellung der Umhüllungen, ihre Extrusion sowie die anschließende Vernetzung problemlos verläuft.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Werkstoff der Umhüllung ein lineares Poly-ethylen (LLDPE) mit einer Dichte von 0,88 bis 0,95 g/cnrr oder eines seiner Copolymere allein oder ein Verschnitt mit anderen Polymeren ist Als lineares Polyethylen (LLDPE - linear low density polyethylene) bezeichnet man ein Polyethylenpolymerisat, das charakteristische Eigenschaften eines linearen Niederdruckpolyethylens (HDPE - high density polyethylene) mit denen eines stark verzweigten Hochdruck-Polyethylens (LDPE - low density polyethylene) vereinigt Die Struktur dieses Werkstoffs, der nach unterschiedlichen Verfahren bei vergleichsweise niedrigen Drücken hergestellt wird, enthält ebenso wie das HDPE nur sehr kurzkettige Verzweigungen. Die Polymerhauptkette ist damit, wie bei HDPE, bestimmend für einige wesentliche Eigenschaften des Makromoleküls. Dadurch bedingt liegen die Schmelzbereiche des LLDPE mit 120 bis 125 °C nahe dem des HDPE. Abweichend vom HDPE und damit wieder dem LDPE ähnlich, ist die Anzahl der Verzweigungen wesentlich höher. Dies bedingt, daß die Dichte und die Kristallinität wesentlich herabgesetzt wird. Die Bezeichnung LLDPE faßt die traditionell widersprüchlich erscheinenden Eigenschaften, nämlich lineare Molekularstruktur und niedrige Dichte zusammen.
Aus einem solchen Werkstoff hergestellte Umhüllungen zeichnen sich z. B. durch eine erhöhte Abriebsfestigkeit, Wärmeformbeständigkeit sowie Kältebeständigkeit aus. Hinzu kommt, daß bei der Herstellung eines Luftkabels nach der Erfindung mit geringeren Silan- und Peroxidmengen zum Zwecke der Vernetzung als sonst üblich zu rechnen ist. Nach dem Aufpfropfen der Silanverbindungen auf die Basismoleküle des linearen Polyethylens -2-
AT394115B läuft der Vemetzungsprozeß in Anwesenheit von Feuchtigkeit beschleunigt ab. Bei ausreichend hoher Luftfeuchtigkeit kann sogar auf die Anwendung von Sattdampf oder Wasserlagerung verzichtet werden. Die Herstellung eines Luftkabels nach der Erfindung ist deshalb auch kostengünstiger zu bewerkstelligen.
Zur Herstellung eines Luftkabels nach der Erfindung geht man vorteilhaft so vor, daß der polymere Werkstoff 5 mit der Silankomponente gemischt und anschließend das Silan auf den polymeren Werkstoff aufgepfropft wird, daß in den so vorbereiteten polymeren Werkstoff in einer Menge von 30 bis 80 Massen-Teilen Aluminiumoxidhydrat und 3 bis 7 Massen-Teilen Eisenoxid auf 100 Massen-Teile des polymeren Werkstoffs eingearbeitet und homogen verteilt werden und daß schließlich die Umhüllung ausgeformt und zum Zwecke der Vernetzung Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der polymere Werkstoff zunächst vemet-10 zungsfähig gemacht werden muß, um die spätere gleichmäßige Vernetzung auch unterschiedlicher Querschnitte sicherzustellen, bevor in diesen, für den Vemetzungsablauf bereits vorbereiteten Werkstoff die für die Verbesserung der Kriechstromfestigkeit wesentlichen Zusätze eingemischt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Zusätze in den mit Silanen gepfropften polymeren Werkstoff bei einer Temperatur zwischen 100 und 140 °C zugemischt werden. Vorvemetzungen nach Zugabe der erfindungsgemäß IS vorgesehenen Zusätze werden auf diese Weise vermieden.
Wenn ein Katalysator für die Vernetzung unter der Einwirkung von Feuchtigkeit verwendet wird, wird dieser in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren erst unmittelbar vor dem Ausformen des polymeren Werkstoffes zur Umhüllung eingemischt. Vernetzungen nach Zugabe von Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid sind auf diese Weise vermieden. 20 Die Erfindung wird an Hand des nachfolgenden Mischungsbeispiels und des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert.
Mischunusbeisoiel 25 Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 20 %) 100 Teile Vinyltrimethoxisüan 1,7 Teile 30 Peroxid (z. B. Dicumylperoxid) 0,006 Teüe Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 30 %) 20 TeUe 35 Aluminiumoxidhydrat (Martinal OL 104 C der Fa. Martinsweike) 42 Teile Eisenoxid 5 Teile 40 Stabilisator (Anos HB) 0,5 Teile Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 15 %) 100 Teile 45 Katalysator (Naftovin S) 0,85 Teile
Die Polyethylenkomponente im Mischungsbeispiel kann auch z. B. durch einen Ethylen-Propylen-Kautschuk 50 oder das oben erwähnte LLDPE ersetzt werden.
Zur Herstellung einer kriechstromfesten Umhüllung für Luftkabel geht man so vor, daß zunächst entsprechend A in einem sogenannten Pfropfextruder in dessen Einführungstrichter das Polyethylen-Copolymer zusammen mit dem Silan und darin gelöstem Peroxid eingegeben und auf das Polyethylen-Copolymere das Silan aufgepfropft wird, so daß dieses vemetzbar wird. Das so behandelte Polyethylen-Copolymere wird dann extrudiert und 55 granuliert.
Parallel dazu wird die hochkonzentrierte Mischung B hergestellt, die als Zusatz zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid enthält. Zur Mischung der einzelnen Bestandteile dient ein Kneter.
Auf einem Kneter wird die Mischung C hergestellt, die den Vemetzungskatalysator enthält. 60 Nach Granulieren der vemetzbaren Mischung A wird diese zusammen mit der hochkonzentrierten Mischung B in einem Mischaggregat, z. B. in einem Kneter, gemischt und das Gemisch anschließend dem Einführungstrichter -3-
Claims (5)
- AT 394 115 B eines Extruders zur kontinuierlichen Herstellung der Umhüllung zugefüfirt. Frühestens in den Ausformextruder wird auch die Mischung C eingegeben. Während der Misch- und Homogenisierungsphase im Extruder wird der Vemetzungtskatalysatar ausreichend homogen verteilt Die Fig. 1 zeigt ein nach der Erfindung aufgebautes metallfreies Luftkabel mit Lichtwellenleiter. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Lichtwellenleiter in einer Hochspannungs-Überland-Freileitung. Um einen isolierenden Kern (1) herum sind Hohladem (2) verseilt in denen Lichtwellenleiter (3) geführt sind. Dieser Verseilverband ist von einer isolierenden Umhüllung (4) umgeben, die aus einem nach Aufpfropfen von Silanen durch Feuchtigkeit vernetzten, kriechstromfesten polymeren Werkstoff besteht. Eine z. B. aus hochfesten Kunststoffäden, etwa auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide, bestehende Armierung (5) dient der Aufnahme von Zugkräften. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel können solche Luftkabel auch eine metallische Bewehrung enthalten. In der Seele unterhalb der Umhüllung können auch metallische Nachrichtenübermittlungsstränge angeordnet sein. Eine heute ausgeführte Anordnung eines Luftkabels mit Lichtwellenleitem im Energieversorgungsbereich zeigt Fig. 2. Hiebei sind zwischen den z. B. 400 m entfernt stehenden Masten (6) und (7) das Erdseil (8) sowie die drei Phasenseile (9) gespannt. Im Abstand von z. B. 6 m von den Phasenleitem (9) befindet sich ein entsprechend Fig. 1 aufgebautes Luftkabel (11), das über die metallischen und geerdeten Aufhängungen (10) an den Masten (6) und (7) befestigt ist. Insbesondere im Bereich dieser Aufhängungen ist bei einem metallfreien Luftkabel mit erhöhter Beanspruchung durch auf der Oberfläche der Umhüllung (4) induzierte Kriechströme zu rechnen. Bei entsprechender, im Betrieb unvermeidbarer, zusätzlicher elektrischer Beanspruchung durch Schmutz und Feuchtigkeit, Schwingungen des Kabels, besondere Baulichkeiten u. dgl., sind jedoch auch andere Kabelabschnitte kriechstromgefährdet. Hier schafft die Erfindung durch den speziellen Aufbau der Umhüllung ebenfalls Abhilfe. PATENTANSPRÜCHE 1. Luftkabel mit einer Lichtwellenleiter enthaltenden Seele, einer die Seele umschließenden Umhüllung aus einem polymeren, isolierenden Werkstoff und mit einer - insbesondere metallfreien - Bewehrung, die unter- oder oberhalb der Umhüllung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zunächst thermoplastische oder elastomere Werkstoff der Umhüllung, der in bekannter Weise nach Aufpfropfen von Silanverbindungen unter Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt ist, als die Kriechstromfestigkeit bewirkenden Zusatz Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid in Kombination und in einer Menge von 30 bis 80 Massen-Teilen Aluminiumoxidhydrat und 3 bis 7 Massen-Teilen Eisenoxid auf 100 Massen-Teile isolierenden Werkstoff der Umhüllung enthält.
- 2. Luftkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Umhüllung ein lineares Polyethylen (LLDPE) mit einer Dichte von 0,88 bis 0,95 g/cm^ oder eines seiner Copolymere allein oder ein Verschnitt mit anderen Polymeren ist.
- 3. Verfahren zur Herstellung eines Luftkabels mit einer kriechstromfesten Umhüllung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Werkstoff mit der Silankomponente gemischt und anschließend das Silan auf den polymeren Werkstoff aufgepfropft wird, daß in den so vorbereiteten polymeren Werkstoff in einer Menge von 30 bis 80 Massen-Teilen Aluminiumoxidhydrat und 3 bis 7 Massen-Teilen Eisenoxid auf 100 Massen-Teile des polymeren Werkstoffs eingearbeitet und homogen verteilt werden und daß schließlich die Umhüllung ausgeformt und zum Zwecke der Vernetzung Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze in den mit Silanen gepfropften polymeren Werkstoff bei einer Temperatur zwischen 100 und 140 °C zugemischt werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator für die Vernetzung unter der Einwirkung von Feuchtigkeit erst unmittelbar vor dem Ausformen des polymeren Werkstoffs zur Umhüllung eingemischt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-
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