CS225520B1 - High voltage cable with insulation of the netting polyethylene with increased resistance against the formation of water trees - Google Patents

Description

22S 520

Vynález sa týká kábelárskyoh produktov, najmá eilnoprúdovýchvysokonapátových káblov, ktorých izolácia je vytvořená z chemickyzosieteného polyetylénu. Óčelom rieáenia je získanie kábelárakychvýrobkov, kde izolant z chemicky zosieteného polyetylénu vykazujev prevádzkových podmienkach pri elektrickom namáhaní výrazné zvýšenú a dlhodobú odolnost proti tvorbě vodných stromčekov, pričom do-siahnutie takejto úpravy nie je spojené s negativnými technickýmia ekonomickými ddsledkami·

Pri používaní eilnoprúdových káblov izolovaných zosietenýmpolyetylénom možno pozorovat, že už aj po poměrně krátkom časeelektrického namáhania a relativné pri nízkom gradiente elektric-kého póla, často dochádza k elektrickému prierazu izolócie, čímsa v značnéj miere znižuje ich spolehlivost a životnost· Analý-zou příčin tohto javu sa zistilo, Že prieraz spósobujú defekty vpolyetylénovej izolácii, tzv. vodné stromčeky, ktoré sa v polymérivytvárajú za podmienok elektrického namáhania a súčasnej prítomnosti vody. Táto voda vniká do izolácie bud technológiou výroby, t»j*pri zosietovaní v pare a chladení vodou, alebo proniknutím vody zprostredia, v ktorom sú káble pri ich prevádzke uložené· Podstat-nejšie obmedzenie takéhoto vnikania vody je velmi nákladné a tech-nicky obtažné·

Pre zlepáenie uvedeného stavu už pri výrobě příslušných ká-belórskych produktov je známe predováetkým používanie niektorýchstabilizačných přísad, ktorých úlohou má byt zamedzenie přenikániavody do polyetylénu, například chemickým viazaním vody alebo zní-ženim zmáčavosti pólyméru. Všeobecným nedostatkom týchto riešeníje však okolnost, že aplikované přísady, například tetramětoxysi-lón, fenyltrimetoxysilán, MgC^, 1-oktanol, resp· i ostatně podob-né látky, v polyetyléne sú rozpustné len obmedzene, po určitom ča-se migrujú na povrch izolácie, resp. difundujú do polovodivýchvrstiev, čím sa ich ochranný účinok podstatné zníži, alebo i cel-kom anuluje· Okrem toho sa u týchto i dalších typov prejavujú ajsekundárné negativné účinky, ovplyvňujúce vlastnú výrobu a niekto- - 2 * 225 520 ré vlastnosti konečných produktov. - V případe použitia trojkompo-nentného stabilizačného systému reprezentovaného zlúčeninami fero-cénového typu, - substituovaným chinolínom a siloxánovým oligomé-rom,dochádza sice k dlhodobejěiemu, nie však trvalému a dostatoČ-nému zachovaniu požadovaných vlastností. Využitie tohto systémuu chemicky zosietovaného polyetylénu představuje však technicky re-lativné náročný a ekonomicky nákladný proces. Do polyetylénu je to-tiž v danom případe potřebné vedla peroxidu a antioxidantu integrovattri dalšie zložky, pričom v dósledku reaktívnosti týchto zložiek speroxidom je nutné podstatné zvýšit aj množstvo peroxidu potřebné-ho na sietovanie polyetylénu.

Nevýhody doterajšieho stavu sa podl’a vynálezu odstraňujú rie-šením, ktorého podstata je charakterizovaná tým, že izolócia káblaje z rozvětveného polyetylénu s indexom toku taveniny 0,2 až 20 g/10min., ktorý obsahuje v pomere k 100 hmotnostným dielom tohto zák-ladného polyméru ako integrované zmesné zložky podiely 0,2 až 5 hmot-nostných dielov dialkyIperoxidu vo funkcii sietovacieho činidla, aako zložku vo funkcii inhibitoru tvorby vodných stromčekov obsahujepodíel 0,2 až 5 hmótnostných dielov 1 až 4 alylovými skupinami vmolekule charakterizovanéj nízkomolekulovej látky typu alylesterovalifatických a anorganických kyselin, alyléterov alifatických aanorganických kyselin, alebo alylových derivátov aromatických uhTo-vodíkov, trialylkyanurát alebo trialylizokyanurát.

Pri riešení podl’a vynálezu dosahuje sa v procese sietovaniazabudovanie účinných přísad do polyetylénu prostredníctvom chemic-kých vazieb. Tým sa zabráni migrácii týchto látok a docieli sa i.chtrvalý stabilizačný účinok bez toho, že by sa znížil úóinok přítom-ného peroxidu. V danej súvislosti sú přitom vhodnou doplňujúcouzložkou aj případné podiely anorganických práškov typu SiO^, alumi-nosilikátov alebo karbonátov v množstve 5 až 50 hmotnostných per-cent v pomere k použitému množstvu účinnéj látky.

Pri uplatnění daného riešenia sa postupuje tak, že buá v pro-cese predradenej přípravy zmesi, alebo až v priebehu vytláčaniapolyméru stabilizačná přísada sa zhomogenizuje s taveninou polyety-lénu pri teplote 110 až 200 °C. Získaný materiál sa obvyklým spóso-bom aplikuje vytláčením a v rozmedzí teplót 110 až 200 °C sa potomna příslušných profiloch vytvárajú z něho izolačné vrstvy, u ktorých • Jí* 225 520 ▼ nadvázujúcom priebehu sietovania při teplotách 200 až 400 °0následné dochádza k chemickému na via z ani u integrovaných stabili-začných přísad·

Riešenie podl’a vynálezu umožňuje efektívnu produkciu kóbelár-skych výrobkov s požadovanými vyššími technickými parametrami· Re-alizácia nie Je spojená s komplikáciami materiálového ani techno-logického charakteru, náklady výroby zostávajú prakticky rovnaké,připadne móžu byť i nižšie ako doteraz, a to v závislosti od zvo-leného obsahu účinných komponentov· Výroba Je obvyklá, ako pri do-terajšej aplikácii obdobných materiálov zo zosieťovatelného polye-tylénu v kábelárstve, pričom vymedzené změny v zložení nevyplýva-jú ani druhotné negativné, lež pósobia pozitivně aj na niektoréelektrické, fyzikálně a mechanické vlastnosti konečných produktov· V porovnaní s doterajšími riešeniami významné sa predížujebezporuchovost a životnost výrobkov, a to až niekolkonásobne. Narozdiel od doterajších spósobov sa dosahuje skutočne dlhodobé atrvalé kvalitativně zlepšenie požadovaných vlastností chemickým na-viazanía účinných zložiek# Množstvo peroxidu potřebné na sieťova-nie polyméru nie je přitom potřebné zvyšovat, naopak, možno použitaj nižšie množstvá ako v komerčnom sietovatelnom polyetyléne, a tobez negativného ovplyvnenia potřebných termomechanických vlastnos-tí, čím sa vyššia životnost výrobkov móže dosiahnut pri zachovaní,resp· aj znížení příslušných materiálových nákladov· Příklad 1 V závitovkovom miešači sa pri teplote 125 °C roztavilp 100hmotnostných dielov polyetylénu s indexom toku taveniny 2 g/10 min··Do taveniny sa přidal 1 hmotnostný diel trialylkyanurátu a 0,5hmotnostných dielov acrosilu, SiOg. Po 5 minútovom homogenizovaní .sa do taveniny přidal bis /terc.butylperoxyieopropyl/ benzen vmnožstve 1,5 hmotnostných dielov a 0,3 hmotnostných dielov anti-oxidantu N - fenyl - N *- izopropyl - p - fenyléndiamínu a zmes sa Sálej 3 minúty homogenizovala* Zo zmesi sa vylisovali 4 mm hru-bé doštičky za súčasného zosietenia, t.j. 20 minút lisováním priteplote 180 °0· Doštičky sa podrobili skúške odolnosti proti tvor-bě vodných stromčekov v elektródovom usporiadaní hrot-plocha· Při-tom hrot, na ktorý bolo připojené napfitie 3 kV/50 Hz bol vytvořenýihlou vtlačenou do vzorky tvaru hranolčeka· Protilahlá plocha bola 4 223 520 ponořená do vody, ktorá tvořila zemnú elektrodu· Vzdialenosť hrotuihly od tejto plochy bola 2 mm· Čas potřebný na vytvorenie vodnýchstromčekov v tomto případe bol 18 dní· Za účelom posúdenia trvan-livosti účinku přísady sa vzorky podrobili urýchlenej skúške mi-grovatelnosti přísady tak, že sa 30 dní namáhali pri teplote 70 °Cv teplovzdušnej sušiarni a potom sa zmerala odolnost proti tvorběvodných stromčekov· Čas do objavenia stromčekov trval opát 18 dní· U polyetylénu bez přísady a tiež u polyetylénu s přísadou 1 hmot-nostného dielu tetramětoxysilánu resp. 1-oktanolu bol čas do obja-venia stromčekov po 30-dňovom pósobení 70 °C teploty menší ako2 dni· Příklad 2

Rovnakým postupom ako v příklade 1 sa připravila zosietovatelnézmes, ktorá však mala nasledujúce zloženie: 100 hmotnostných dielovpolyetylénu s indexom toku taveniny 20g /10 min·, 4 hmotnostné die-ly dikumylperoxidu, 0,4 hmotnostné diely 4,4 - tio-bis/6-terc· bu- tyl m-krezolu/ a 0,5 hmotnostných dielov dialyladipátu· Zo zmesi saobdobné ako v příklade 1 vylisovali 4 mm hrubé doštičky a hodnoti-la sa odolnost proti tvorbě vodných stromčekov· Čas do objaveniavodných stromčekov bol 10 dní u vzoriek póvodných a rovnako aj uvzoriek 30 dní namáhaných pri teplote 70 °C· Příklad 3

Použili sa 3 hmotnostné diely c< -alyl-ft - naftolu, 0,2 hmot-nostné diely bis/terc. butylperoxyizopropyl/ benzénu a 0,3 hmot-nostné diely antioxidantu - polymerizováného 1,2,4 - trimetyl - 1,2dihydrochinolínu, ktoré sa zamiešali do roztaveného polyetylénu sindexom toku taveniny 7 g/10 min·, a to 5 minút zamiešaním přísadya nasledujúcim 3 minútovým zamiešaním antioxidantu a peroxidu priteplote 150 °C v závitovkovom miešači· Po vylisovaní 4 mm hrubýchdoštičiek za súčasného zosietenia 20 minútovým pósobením teploty180 °C sa hodnotila odolnost proti tvorbě vodných stromčekov; tie-to sa vytvořili až po 9 dňoch trvania skúšky, a to zhodne u vzoriekpóvodných i vzoriek podrobených 30-dňovému pósobeniu teploty 70 °Gv teplovzdušnej sušiarni· Příklad 4

Použil sa rovnaký postup přípravy zmesi ako v příklade 1, - 5 « 225 520 pričom zmes pozostávala zo 100 hmotnostných dielov polyetylénus indexom toku taveniny lg/10 min·, 2 hmotnostných dielov dialyl-éteretylénglykolu a 1 hmotnostného dielu dikumylperoxidu a 0,4hmotnostných dielov 4,4 *- tio - bis /6-terc· butyl m - krezolu/·Po 20 minútovom lisovaní 4 mm hrubých doštičiek při teplote 170°C sa zistovala odolnost proti tvorbě vodných stromčekov, ktorésa tu vytvořili až po 15 dňovom elektrickom namáhaní· Rovnakývýsledok sa dosiahol aj u vzoriek skúšaných po 30 dňovom tempero-vaní pri teplote 70 °C· Příklad 5

Použilo sa 100 hmotnostných dielov komerčného zosieťovatelné-ho polyetylénu, ktorý sa roztavil pri teplote 130 °C v závitovko-vom miešači a 5 minútovým zamiesaním sa homogenizoval s 1 hmot-nosiným dielom trialylizokyanurátu· Zo zmesi sa připravili 4 mmdoštičky 20 minútovým lisováním pri teplote 180 °0· V skúšanýchvzorkách sa vodné stromčeky objavili až po 12 dňovom elektrickomnamáhaní a to ako u vzoriek póvodných, tak i u vzoriek, ktoré bo-lí 30 dní temperované pri 70 °C v teplovzdušnej sušiarni· Příklad 6

Do 100 hmotnostných dielov roztaveného komerčného zosietova-tel’ného polyetylénu sa pri teplote 150 °G přidalo 0,3 hmotnostnýchdielov trialylfosfátu 3 minútovým zamiešaním v závitovkovom mie-šači· Postupom ako v příklade 1 sa připravili skúšobné vzorky přehodnotenie odolnosti proti tvorbě vodných stromčekov. V elektric-ky namáhaných vzorkách sa objavili stromčeky až po 13 dňoch, v po-rovnaní s 1 dňom do objavenia stromčekov u komerčného zosieťova-telného polyetylénu· Vzorky s trialylfosfátom si uchovali póvodnú13 dňovú odolnosf proti tvorbě vodných stromčekov aj po 30 dňo-vom pósobení teploty 70 °G· Výsledky hodnotenia urýchlených skúšok riešení daných vo vyš-šie uvedených príkladoch 1 až 6 potvrdili, že v porovnaní s dote-rajším stavom zvýšénie životnosti je cca až desaťnásobné, pričommateriálové náklady nevzrástli vóbec a v porovnaní so zosietenýmpolyetylénom bez akejkoTvek stabilizačněj zložky sú vyššie maximál·ne o 20 &amp; , '

Podl’a výsledkov skúšobného hodnotenia dosiahnutých výsledkov 225 520 podl’a uvedených príkladov, konkrétna aplikócia riešenia je vhod-ná pre odbor výroby elektrických silnoprúdových kóblov pre vyso-ké a velmi vysoké napfitia, kde stredný prevádzkový gradient apli-kovaného izolačného materiálu dosahuje hodnotu vyššiu ako 1 kV/ma,Pri uplatnění daného riešenia sa v plnom rozsahu využívajú dote-rajšie technologické zariadenia a obvyklé technologické postupyvýtlačného striekania, resp. lisovania a zosieťovania·

Claims (1)

1. PŘEĎME T Ví NÁLEZU 225 520 Vysokonapáťový kábel s izoláciou zo zosieteného polyetylénuso zvýšenou odolnosťou proti tvorbě vodných stromčekov, vyznaču-júci sa tym, že izolécia kábla je z rozvětveného polyetylénu sindexom toku taveniny 0,2 až 20 g/10 min, ktorý obsahuje v pomě-re k 100 hmotnostným dielom tohto základného polyméru ako inte-grované zmesné zložky podiely 0,2 až 5 hmotnostných dielov dial-kylperoxidu vo funkcii sieťovacieho činidla, a ako zložku vo funkcii inhibitoru tvorby vodných stromčekov obsahuje podiel 0,2 až5 hmotnostných dielov 1 až 4 alylovými skupinami v molekule cha-rakterizovanej nízkomolekulovej látky typu alylesterov alifatic-kých a anorganických kyselin, alyléterov alifatických uhl’ovodí-kov a alifatických alkoholov, alebo alylovych derivátov aromatic-kých úhl’ovodíkov, trialylkyanurát alebo trialylizokyanurát· Vytiskly Moravské tiskařské závody,provoz 12, Leninova 21, Olomouc Cena: 2,40 Kčs