DD160809A3 - Verfahren zur herstellung strahlenvernetzter starkstromkabel - Google Patents

Abstract

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG STRAHLENVERNETZTER STARKSTROMKABEL, INSBESONDERE HOCHSPANNUNGSKABEL MIT ISOLIERUNG AUS POLYAETHYLEN. DIE ERFINDUNGSGEMAESSE LOESUNG SOLL ES ERMOEGLICHEN, DASS WAEHREND DER BESTRAHLUNG DAS SICH IN DER KABELISOLIERUNG AUSBILDENDE RAUMLADUNGSPROFIL VERGLEICHMAESSIGT BZW. ABGEBAUT WIRD. AUFGABENGEMAESS WIRD EIN VERFAHREN ANGEGEBEN, BEI DEM DIE SICH BEI DER BESTRAHLUNG AUSBILDENDEN RAUMLADUNGEN KONTROLLIERT AUS DEM ISOLIERSTOFF ABFLIESSEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD VOR EINWIRKUNG DER STRAHLUNG AUF DIE ISOLIERUNGSOBERFLAECHE ZWISCHEN ISOLIERUNG UND SCANNER EINE ELEKTRISCH GUT LEITENDE SCHICHT AUFGEBRACHT, DIE VOR UND HINTER DER STRAHLENEINWIRKZONE GEERDET WIRD. DIE ERFINDUNG IST AUF DAS GEBIET DER KABELINDUSTRIE BESCHRAENKT.

Description

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Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Starkstromkabel _; __

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Starkstromkabel, insbesondere Hochspannungskabel mit Isolierung aus Polyäthylen.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Polymere mit paraffinisch gesättigter Kohlenstoffkette, wie Polyäthylen, Äthylen-Propylen-Copplymere sowie Copolymere von Äthylen mit Vinylacetat, Acrylestern u.a. ungesättigten Monomeren sind vorzugsweise mit organischen Radikalbildnern bzw. mit energiereichen Strahlen vernetzbar. '< Beide Verfahren sind industriell eingeführt, wobei sich die Technologie der Strahlenvernetzung mit energiereichen Elektronen vorerst auf Kabel- und Leitungserzeugnisse mit verhältnismäßig geringen Wandstärken beschränkt. Die.technischen Möglichkeiten zur Strahlenvernetzung von Isolierungen mit größeren Wandstärken sind begrenzt durch diä Leistungsfähigkeit der verfügbaren Elektronenbeschleuniger. In der Kabelindustrie ist -die Technologie der Strahlenvernetzung daher hauptsächlich auf dem Gebiet der Niederspannungskabel verbreitet. Pur den Bereich.der Mittel- und,Hochspannungskabel mit den entsprechend großen Wandstärken gibt es Einschränkungen, die im direkten Verhältnis zur zu vernetzenden 'Schichtdicke und der zur Verfügung stehenden Beschleunigerspannungen steht, die die Energie und damit die Reichweite der Elektronen bestimmen.

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In den Anfängen der Kabelvernetzung mit energiereichen Elektronen 'wurde beobachtet, daß insbesondere bei dickwandigen Isolierungen während der Bestrahlung spontane Entladung se rscheinungen auftraten, die zu einer Zerstörung des Kabels führten. Die hierbei aufgetretenen Entladungserscheinungen glichen den aus der Hochspannungstechnik bekannten Entladungsfiguren. Hervorgerufen wird diese sog. strahlen- -induz-ierte Bäumchenbildung durch die Entstehung eines elek*- trischen Feldes im Inneren des bestrahlten Isolierstoffes aufgrund des Aufbaus einer Kaumladung. Die Raumladung bildet sich, wenn die eingestrahlten energiereichen Elektronen ihre kinetische Energie durch Stoßprozesse an das Absorbermaterial abgegeben haben und danach von Haftstellen eingefangen werden. Untersuchungen des Ladungsaufbaus in elektronenbestrahlten Polymeren wurden bisher vor pllem an Polymethylmethacrylat (Plexiglas) durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß der größte Teil dieser Ladungen in einer Tiefe lokalisiert'ist, die etwa der Elektronenreichweite der Primärstrahlung entspricht. Sehr hohe Ladungskonzentrationen, die Feldstärken in der Größenordnung der Durchschlagfestigkeit des Isolierstoffes zur Folge haben, bilden sich also vorzugsweise dann aus, wenn die. Schichtdicke des zu bestrahlenden Materials größer als die Elektronenreichweite ist. Ladungsabbau durch Durchschlagsentladung und damit Ausbildung bäumchenartiger Entladungskanäle trit't auf, wenn Feldstärken zustande kommen, die die elektrische Festigkeit des Isolierstoffes übersteigen. Setzt man z.B. auf bestrahlte Polymerplatten eine geerdete Spitzenelektrode auf, so kommt es von einer gewissen Dosis an zu Durchschlagen« Höhere Dosen können zu spontanen Durchschlägen führen auch ohne zusätzliche feldsteigernde Einflüsse. Die bäumchenartigen Entladungskanäle bilden sich dabei in einer relativ dünnen, zur Einstrahlungsfläche parallelen Schicht|aus, die dem Tiefenmaximum der Eaumladung entspricht. Mechanische Defekte, leitfähige Verunreinigungen und andere Fehlstellen im Isolierstoff wirken als Keime für. die Entstehung von Durchschlagen und begünstigen damit die Bäumchenbildung.(Zeitschrift STZ Bd.88 (1967), S.617~619 und Journal of .Polymer Science Vol. XXVII. (1,958), S. 135-143)

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Möglichkeiten zur Vermeidung der strahleninduzierten Bäumchenbildung ergeben sich durch Beeinflussung der Raumladungsbildung im Isolierstoff und der Paktoren, die die elektrische Festigkeit des Isolierstoffes beeinträchtigen. Neben bestrahlungstechnologischen Varianten ist z.B. der Einfluß der Temperatur, der Isolierstoffstruktur, die u.a. von den Verarbeitungsbedingungen abhängt und der Isolierstoffrezeptur auf die Bäumchenbildung bekannt. Spezielle Rezepturzusammensetzungen besitzen gegenüber Standard-Polyäthylenen eine weitaus geringere Neigung zur strahlenin/duzierten Bäumchenbildung (WP 135 393). Raumladungen treten jedoch immer noch auf. Die während der Bestrahlung sich bildende Raumladung wirkt sich ferner in folgender Hinsicht^negativ aus:

- Die Raumladung ist negativ und übt auf die bei der Bestrahlung einfallenden, ebenfalls negativ geladenen Elektronen eine Gegenfeldwirkung aus, die die Eindringtiefe und damit die vernetzbare Isolierungsdicke - verringert.

- Die Raumladungen in der Isolierung müssen vor der Hochspannungsprüfung der Kabel im Prüffeld abgeklungen sein, d.h., der'Produktionsdurchlauf wird durch eine erforderliche Wartezeit zeitlich verlängert.

Diese Nahhteile dadurch zu vermeiden, daß die Beschleunigungsspannung der Elektronen soweit erhöht wird, daß die Elektronen den Isolierstoff vollständig durchdringen, ist technisch nicht realisierbar und scheitert auch an der bei koaxialen Anordnungen uneinheitlichen Wandstärke.

Ziel der Erfindung

Die erfindungsgemäße lösung soll es ermöglichen, daß während der Bestrahlung das sich in der Kabelisolierung ausbildende Eaumladungsprofil vergleichmäßigt bzw. abgebaut wird. ' ' .'s

Darlegung des Wesens,der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die sich bei der Bestrahlung ausbildenden Es,uffllaäung§n kontrolliert aus dem Iioliiretoff abfließen.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vor Einwirkung der Strahlung auf die Isolierungsoberfläche zwischen Isolierung und Scanner- eine elektrisch gut leitende Schicht aufgebracht wird, die vor und hinter der Strahleneinwirkzone geerdet wird. Dadurch werden die Raumladungen unter Ausnutzung der in der Isolierung strahleninduzierten inneren Leitfähigkeit, die im Moment der Bestrahlung vorhanden ist, über die Erdungskontakte zur Erde abgeleitet. PUr das Aufbringen der elektrischen gut leitenden Schicht' werden mehrere Verfahren angegeben: Elektrisctu.leitende Feststoffe werden auf die Isolierungsoberfläche extrudiert oder gewickelt. Puderförmige elektrisch leitende Stoffe v/erden auf die Isolierungsoberfläche aufgebracht, beispielsweise aufgebürstet. ' ' . Als weiteres Alternativverfähren wird ein endlos, umlaufendes leitendes Band auf die Isolierungsoberfläche fest und schlupflos aufgedrückt. Hierbei wird nur die Oberflächenzone der Isolierung im Bestrahlungspfad über dem Raumladungsmaximum mit leitendem, geerdetem Material in Verbindung gebracht.

AusfUhrungsbeispiel ^x

In der zugehörigen Zeichnung zeigen! '

Pig« 1 und 2 erfindungsgemäße Verfahren Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Kabelrichtung des 'Verfahrens nach Fig. 2

Die Kabelader mit dem Leiter I.und der Isolierung 2 nach Fig. 1 wird vor dem Saanner mit einer elektrisch leitenden Schicht 3 mittels Extrusion versehen und anschließend am Scanner 4 vorbeigeführt. Vor und hinter dem Scanner 4 wird die leitende Schiclit mittels Kontakte 5 niederohmig geerdet. Es ist aber auch ausreichend, ein endlos umlaufendes elastisches ⁽Band 6 über ein Rollensystem 7 auf die Isolierung in der Strahleneinwirkzone nach Fig. 2 aufzudrücken. Dabei ist die Umlaufgeschwindigkeit des endlosen Bandes gleich der Translationsgeschwindigkeit des Kabels in der Strahleneinwirkzone. - /

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Claims (4)

1. Erfindungsanspruch: ,

   1. Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Starkstromkabel, wobei das Verhältnis von Isolierungsdicke zur Eindringtiefe der Elektronen größer oder gleich 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einwirkung der Strahlung auf die Isolierungsoberfläche zwischen Isolierung und Scanner eine elektrisch gut leitende Schicht aufgebracht wird, die vor und hinter der Strahleneinwirkzone geerdet wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt i, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch leitende Peststoffe auf die Isolierungsoberfläche extrudiert oder gewickelt werden.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß puderförmige elektrisch leitende Stoffe auf die Isolierungsoberfläche aufgebracht werden.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein endlos umlaufendes, leitendes Band auf die Isolierungsoberfläche fest und schlupflos aufgedrückt wird.'

   - Hierzu 3 Blatt Zeichnung -

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