DD160809A3

DD160809A3 - METHOD FOR PRODUCING RADIATION-CONNECTED POWER CABLE

Info

Publication number: DD160809A3
Application number: DD21742979A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Fluegge; Juergen Boehm; Hans-Joachim Heinrich; Wolfgang Vogel; Guenter Wollmann; Klaus Posselt
Original assignee: Dietrich Fluegge; Juergen Boehm; Heinrich Hans Joachim; Wolfgang Vogel; Guenter Wollmann; Klaus Posselt
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1984-03-21

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.METHOD FOR PRODUCING RADIATION-CONNECTED POWER CABLES, ESPECIALLY HIGH-VOLTAGE CABLES WITH INSULATION FROM POLYAETHYLENE. THE INVENTORY OF THE INVENTION IS TO ENSURE THAT, DURING THE IRRADIATION, THE ROOM LOADING PROFILE DEVELOPED IN THE CABLE INSULATION IS COMPARED WITH. Dismounted. WHEREAS A PROCEDURE SHOULD BE MENTIONED IN WHICH THE ROAD LOADS CONSISTING OF IRRADIATION WILL BE CHECKS CONTROLLED FROM THE INSULATING MATERIAL. According to the invention, BEFORE IMPACTING THE RADIATION ON THE INSULATION SURFACE BETWEEN INSULATION AND SCANNER, AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE LAYER IS PLUGGED BEFORE AND BEHIND THE RADIANT INJECTION ZONE. THE INVENTION IS LIMITED TO THE FIELD OF THE CABLE INDUSTRY.

Description

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Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Starkstromkabel _; __Method for producing radiation-crosslinked power cables _; __

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung strahlenvernetzter Starkstromkabel, insbesondere Hochspannungskabel mit Isolierung aus Polyäthylen.The invention relates to a method for producing radiation-crosslinked power cables, in particular high-voltage cable with insulation made of polyethylene.

Charakteristik der bekannten technischen lösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.Polymers with paraffinically saturated carbon chain, such as polyethylene, ethylene-propylene copolymers and copolymers of ethylene with vinyl acetate, acrylic esters and other unsaturated monomers are preferably crosslinkable with organic radical formers or with high-energy radiation. '<Both processes are industrially introduced, with the technology of the irradiation crosslinking with high-energy electrons for the time being restricted to cable and pipe products with a relatively low wall thickness. The technical possibilities for beam cross-linking of insulation with larger wall thicknesses are limited by the performance of the available electron accelerators. In the cable industry, therefore, the technology of radiation crosslinking is mainly used in the field of low-voltage cables. The range of medium- and high-voltage cables with correspondingly large wall thicknesses has limitations that are directly related to the layer thickness to be crosslinked and the available accelerator voltages, which determine the energy and thus the range of the electrons.

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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)In the early days of high-energy electron-beam cable crosslinking, it was observed that spontaneous discharge phenomena occurred during irradiation, in particular in the case of thick-walled insulation, which led to destruction of the cable. The discharge phenomena which occurred in this case were similar to the discharge figures known from high-voltage engineering. This so-called radiant-induced tree formation is caused by the formation of an electric field in the interior of the irradiated insulating material due to the structure of a mastic load. The space charge is formed when the injected high-energy electrons have their kinetic energy delivered by impact processes to the absorber material and then captured by traps. Investigations of the charge structure in electron-irradiated polymers have so far been carried out on polymethylmethacrylate (Plexiglas). It was shown that most of these charges are localized at a depth approximately equal to the electron range of the primary radiation. Very high charge concentrations, the field strengths in the order of magnitude of the dielectric strength of the insulating result, therefore, preferably form when the. Layer thickness of the material to be irradiated is greater than the electron range. Discharge degradation by breakdown discharge and thus formation of tree-like discharge channels occurs when field strengths come about that exceed the electrical resistance of the insulating material. If one sets e.g. A grounded tip electrode on irradiated polymer plates will cause strike-through from a certain dose. "Higher doses can lead to spontaneous breakdowns even without additional field-enhancing effects. The tree-like discharge channels form in this case in a relatively thin layer parallel to the irradiation surface, which corresponds to the depth maximum of the double charge. Mechanical defects, conductive impurities and other defects in the insulating material act as germs for. the emergence of breakthrough and thus favor the tree formation. (Journal STZ Bd.88 (1967), pp. 617 ~ 619 and Journal of .Polymer Science Vol. XXVII (1,958), pp. 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:Possibilities for avoiding the radiation-induced tree formation arise by influencing the space charge formation in the insulating material and the Paktoren, which affect the electrical resistance of the insulating material. In addition to radiation-technological variants, e.g. the influence of the temperature, the insulation structure, the u.a. depends on the processing conditions and the Isolierstoffrezeptur known on the tree formation. Special recipe compositions have a much lower tendency towards radiation-induced tree formation compared to standard polyethylenes (WP 135 393). Space charges are still occurring. The space charge which forms during the irradiation also has a negative effect in the following respects:

- 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.- The space charge is negative and exerts on the incident during the irradiation, also negatively charged electrons an opposing field effect, which reduces the penetration depth and thus the crosslinkable insulation thickness -.

- 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.- The space charges in the insulation must have decayed before the high voltage test of the cables in the test field, i.e., the production run is extended in time by a required waiting time.

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.To avoid these Nahhteile that the acceleration voltage of the electrons is increased so far that the electrons completely penetrate the insulating material is not technically feasible and fails also at the uneven wall thickness in coaxial arrangements.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die erfindungsgemäße lösung soll es ermöglichen, daß während der Bestrahlung das sich in der Kabelisolierung ausbildende Eaumladungsprofil vergleichmäßigt bzw. abgebaut wird. ' ' .'sThe solution according to the invention is intended to make it possible to equalize or degrade the Eaumladungsprofil forming in the cable insulation during irradiation. ''.'s

Darlegung des Wesens,der ErfindungPresentation of the essence, the invention

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.The invention has for its object to provide a method in which the forming during the irradiation Es, uffllaäung§n controlled flow from the Iioliiretoff.

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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.According to the invention, the object is achieved in that before applying the radiation to the insulating surface between the insulation and scanner, an electrically good conductive layer is applied, which is grounded in front of and behind the Strahleneinwirkzone. As a result, the space charges are discharged via the earth contacts using the radiation-induced in the insulation inner conductivity, which is present at the moment of irradiation to earth. Several methods are given for applying the electrically conductive layer: Electrolytic conductive solids are extruded or wound onto the insulating surface. Powder-shaped electrically conductive substances are applied to the insulation surface, for example brushed. ''. As a further alternative method, an endless, circulating conductive tape is pressed firmly and without slipping on the insulating surface. In this case, only the surface zone of the insulation in the irradiation path above the space charge maximum is brought into contact with conductive, grounded material.

AusfUhrungsbeispiel ^x EXAMPLES ^x

In der zugehörigen Zeichnung zeigen! ' In the accompanying drawing show! '

Pig« 1 und 2 erfindungsgemäße Verfahren Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Kabelrichtung des 'Verfahrens nach Fig. 2FIG. 3 shows a cross section perpendicular to the cable direction of the method according to FIG. 2. FIG

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. - /The cable core with the conductor I.und the insulation 2 of FIG. 1 is provided in front of the Saanner with an electrically conductive layer 3 by means of extrusion and then passed on the scanner 4. Before and behind the scanner 4, the conductive Schichlit is grounded by means of contacts 5 low impedance. However, it is also sufficient that an endlessly circulating elastic ^(Band 6 on rollers 7 onto the insulation in the Strahleneinwirkzone of Figure 2 impose this case, the rotational speed of the endless belt is equal to the translational speed of the cable in the Strahleneinwirkzone -... /

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Claims

Claim of the invention:

1. A method for producing radiation crosslinked power cables, wherein the ratio of insulation thickness to the penetration depth of the electrons is greater than or equal to 1, characterized in that before the action of the radiation on the insulation surface between the insulation and the scanner, a good electrically conductive layer is applied, the front and back the Strahleneinwirkzone is grounded.

2. The method according to item i, characterized in that electrically conductive pesticides are extruded or wound on the insulating surface.

3. The method according to item 1, characterized in that powdery electrically conductive substances are applied to the insulating surface.

4. The method according to item 1, characterized in that an endlessly circulating, conductive tape is pressed firmly and without slipping on the insulation surface.

- For this 3 sheet drawing -

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