DE1490421B1

DE1490421B1 - Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung fuer elektrische Kabel oder Leitungen

Info

Publication number: DE1490421B1
Application number: DE19631490421
Authority: DE
Inventors: Lemmerich Dipl-Phys Jost
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-07-04
Filing date: 1963-07-04
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1028110A

Description

Vor allem bei kunststoffisolierten Hochspannungskabeln mit hohen Nennspannungen ist es häufig nicht möglich, die erforderliche Wandstärke der Isolierung in einem Schuß auf den Leiter aufzuspritzen. Bei Kabeln oder Leitungen dieser Art muß die Isolierung daher mehrlagig aufgespritzt werden. Bei einer solchen mehrlagig gespritzten Isolierung auf der Basis eines thermoplastischen Kunststoffes wie beispielsweise Polyäthylen oder Polyvinylchlorid läßt sich trotz sorgfältiger Fertigung eine Verschweißung der nacheinander aufgespritzten Schichten der Isolierung nur in ungenügendem Maße erreichen. Insbesondere nach starken Biegebeanspruchungen oder auch nach Belastungszyklen, die bis in die Nähe des Erweichungspunktes der Isolierung gehen, lassen sich die einzelnen Lagen der Isolierung meist ohne Schwierigkeiten voneinander trennen. Häufig treten sogar deutlich sichtbare konzentrische Spalte auf. Das bedeutet, daß die Homogenität der Isolierung gestört ist und in den Spalten entsprechend der Änderung der Dielektrizitätskonstanten beim Betrieb des Kabels oder der Leitung höhere Feldstärken auftreten, die ein Glimmen zur Folge haben und schließlich zur Zerstörung der Isolierung führen.

Diese bei der Fertigung von mehrlagig gespritzten Isolierungen elektrischer Kabel oder Leitungen auftretenden Schwierigkeiten zeigen sich vor allem bei der Verwendung von Polyäthylen als Isoliermaterial, bei dem eine Bindung und Verschweißung der nacheinander aufgespritzten Lagen der Isolierung praktisch nicht zu erreichen ist. Die Gründe hierfür liegen darin, daß beispielsweise beim Spritzen der zweiten Lage infolge der Wärmekapazität des Leiters die bereits auf das Kabel aufgespritzte erste Lage nicht so weit erwärmt werden kann, daß beide Lagen im Nippel der Spritzmaschine miteinander verschweißen, ohne daß gleichzeitig die Gefahr der Beschädigung der ersten Lage beim Einlauf in die Maschine besteht.

An sich ist es durch die österreichische Patentschrift 143 971 bekannt, Hochspannungskabel mit geschichteter Isolierung aus Papierbändern oder auch aus Polystyrolbändern mit einem Isolieröl zu tränken, dessen Dielektrizitätskonstante annähernd gleich der Dielektrizitätskonstante der als Isolierung aufgesponnenen Bänder ist. Hierbei handelt es sich also um eine mit einem Tränkmittel getränkte geschichtete Isolierung, die aus einer sehr großen Anzahl von Schichten aus aufgesponnenen Bändern besteht. Demgegenüber befaßt sich die Isolierung mit der Herstellung einer tränkmittelfreien Kunststoffisolierung, die an sich homogen ist, bei der es jedoch mit Rücksicht auf die erforderliche Wandstärke erforderlich ist, sie in einer geringen Anzahl — in der Regel zwei oder drei — von Arbeitsgängen nacheinander aufzuspritzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Inhomogenitäten an der Trennstelle zwischen den einzelnen, nacheinander aufgespritzten Lagen der hochspannungsfesten Kunststoffisolierung eines elektrischen Kabels oder einer elektrischen Leitung zu vermeiden. Die Erfindung geht von einer hochspannungsfesten Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen aus, die aus einem Gemisch aus einem festen thermoplastischen Kunststoff und aus einem Zusatzstoff aus einem oder mehreren bei Raumtemperatur flüssigen organischen Verbindungen besteht, dessen Dielektrizitätskonstante gleich oder annähernd gleich der Dielektrizitätskonstante des festen thermoplastischen Kunststoffes ist. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Isolierung aus mehreren, nacheinander aufgespritzten Lagen des Gemisches besteht und daß der Zusatzstoff dem Gemisch in einer seine Löslichkeit im Gemisch bei Raumtemperatur überschreitenden Menge zugesetzt ist.

An sich ist es durch die deutsche Auslegeschrift 1141081 bekannt, Isolierungen elektrischer Kabel

ίο oder Leitungen aus einem Gemisch aus Polyolefinen und geringen Mengen ungesättigter perhalogenierter Kohlenwasserstoffverbindungen mit einem Schmelzpunkt unterhalb 20° C und einem Siedepunkt über 12O⁰C oder Mischungen oder Lösungen derartiger Verbindungen zu verwenden. In Spalte 1, Zeilen 28 bis 37, dieser Auslegeschrift ist außerdem erwähnt, zur Schaffung einer hochspannungsfesten Isolierung für Kabel und Leitungen auf der Basis von festen Olefinpolymerisaten Olefinpolymerisate, vorzugsweise Polyäthylen, zu verwenden, die einen geringen Gehalt, insbesondere bis zu etwa 20%, eines geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffes mit einem Schmelzpunkt unterhalb 20° C und einem Siedepunkt oberhalb 120° C aufweisen, der auch mit aromatischen Ringen substituiert werden kann. Bei diesen bekannten Gemischen für die Isolierungen hochspannungsfester elektrischer Kabel oder Leitungen geht man jedoch stets davon aus, daß die Menge des bei Raumtemperatur flüssigen Zusatzstoffes derart gering ist, daß ein Ausschwitzen dieses Zusatzstoffes beim praktischen Betrieb nicht eintritt.

Demgegenüber ist es für die Erfindung wesentlich, daß der bei Raumtemperatur flüssige Zusatzstoff dem Gemisch in einer seine Löslichkeit im Gemisch bei Raumtemperatur überschreitenden Menge zugesetzt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein Teil des flüssigen Zusatzstoffes nach dem Abkühlen der mehrlagig aufgespritzten Kunststoffisolierung ausschwitzt, so daß die Spalte zwischen den nacheinander aufgespritzten Lagen durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm ausgefüllt sind. Da die Dielektrizitätskonstante dieses Flüssigkeitsfilms praktisch nicht von der Dielektrizitätskonstanten der festen Kunststoffmischung abweicht, ist eine große Homogenität der mehrlagig aufgespritzten Kunststoffisolierung gewährleistet.

Die Erfindung eignet sich besonders dann, wenn die Isolierung in an sich bekannter Weise aus einem Gemisch aus festen Olefinpolymerisaten, vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen, und aus Kohlenwasserstoffverbindungen als Zusatzstoff besteht.

Zur Herstellung einer hochspannungsfesten Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach der Erfindung empfiehlt sich ein Verfahren, das durch die Anwendung einer bei der Verarbeitungstemperatur unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegenden Menge des Zusatzstoffes gekennzeichnet ist; sofern zwischen den einzelnen Verarbeitungsschritten, mit denen die einzelnen Lagen auf das Kabel aufgebracht werden, eine längere Zeitspanne liegt, empfiehlt es sich, das Kabel während dieser Zeitspanne auf einer solchen Temperatur zu halten, daß der bei Raumtemperatur flüssige Zusatzstoff noch nicht ausschwitzt.

Damit die hochspannungsfeste Kunststoffisolierung des Kabels nach außen keine Flüssigkeit ausschwitzt, empfiehlt es sich, für die äußerste Lage der Isolierung ein Gemisch zu verwenden, dem der bei Raumtempe-

ratur flüssige Zusatzstoff in einer auch beim Raumtemperatur unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegenden Menge zugesetzt ist.

Zur Durchführung des Erfindungsgedankens können die an sich bereits bekannten Gemische aus Ölefinpolymerisaten, wie beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, und bei Raumtemperatur flüssigen Zusatzstoffen Verwendung finden.

Für Olefinpolymerisate können geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffe mit einem Schmelzpunkt unterhalb 20° C und einem Siedepunkt oberhalb 120° C als Zusatzstoffe verwendet werden. Beispiele solcher Kohlenwasserstoffe sind Paraffinöle mit Siedegrenzen von 200 bis 250⁰C. Es können aber auch Kohlenwasserstoffe verwendet werden, die mit aromatischen Ringen substituiert sind. Beispiele hierfür sind: Butylbenzol, Dodecylbenzol, p-Dibutylbenzol, 2,5-Dimethylisopropylbenzol, Diphenyldecan, Tristyrol, α- oder ß-Methylnaphthalin oder oc,ß-Dimethylnaphthalin, Gemische von Alkylbenzolen mit einem Aromatengehalt >30°/o und einem Flammpunkt > 170° C.

Zur Erläuterung der Erfindung seien folgende Isoliergemische aufgeführt, die sich als hochspannungsfeste Isolierung von Kabel oder Leitungen eignen:

Beispiel I

100 Teile eines im Hochdruckverfahren hergestellten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,918 g/cm³ und einem mittleren Molekulargewicht von 20 000 werden mit 12 Teilen Paraffinöl mit einem Siedebereich von 200 bis 250° C auf der heißen Walze innig gemischt. Anschließend wird in der üblichen Weise mit einer Schneckenpresse ein Kupferleiter •umspritzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur schwitzt die Kabelisolierung einen Teil des Paraffinöls wieder aus.

Beispiel II

40

100 Teile eines im Niederdruckverfahren hergestellten Polyäthylens mit einer Dichte von 0,96 g/cm³ und einem mittleren Molekulargewicht von 100 000 werden mit 10 Teilen eines Gemisches von Alkylbenzolen mit einem Aromatengehalt >30% und einem Flammpunkt > 170° C auf der heißen Walze innig gemischt. Anschließend wird in der üblichen Weise mit einer Schneckenpresse ein Kupferleiter umspritzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur schwitzt die Kabelisolierung einen Teil der Alkylbenzole wieder aus.

Für eine Kabelisolierung auf der Basis von Polyvinylchlorid kann folgende Mischung zur Anwendung kommen:

Beispiel III

100 Teile Polyvinylchlorid mit einem K-Wert von 75 werden mit 40 Teilen Weichmacher auf Sulfosäureesterbasis und 26 Teilen eines Gemisches aus

55 Alkylbenzolen mit einem Aromatengehalt > 30% und einem Flammpunkt > 170° C und 72 Teilen Kreise sowie 1 Teil Bleistearat auf der heißen Walze innig gemischt.

Anschließend wird in der üblichen Weise mit einer Schneckenpresse ein Kupferleiter umspritzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur schwitzt die Kabelisolierung einen Teil der Alkylbenzole und der Weichmacher wieder aus.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen, bestehend aus einem Gemisch aus einem festen thermoplastischen Kunststoff und aus einem Zusatzstoff aus einem oder mehreren bei Raumtemperatur flüssigen organischen Verbindungen, deren Dielektrizitätskonstante gleich oder annähernd gleich der Dielektrizitätskonstante des festen thermoplastischen Kunststoffes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus mehreren, nacheinander aufgespritzten Lagen des Gemisches besteht und daß der Zusatzstoff dem Gemisch in einer seine Löslichkeit im Gemisch bei Raumtemperatur überschreitenden Menge zugesetzt ist.

2. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung einer bei der Verarbeitungstemperatur unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegenden Menge des Zusatzstoffes.

3. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Lage der Isolierung aus einem Gemisch hergestellt ist, dem der bei Raumtemperatur flüssige Zusatzstoff in einer auch bei Raumtemperatur unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegenden Menge zugesetzt ist.

4. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus festen Olefinpolymerisaten, vorzugsweise aus Polyäthylen oder aus Polypropylen, und aus Kohlenwasserstoffverbindungen besteht.

5. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff des Gemisches aus geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffen mit einem Schmelzpunkt unterhalb 20° C und einem Siedepunkt oberhalb 120° C besteht.

6. Hochspannungsfeste Kunststoffisolierung für elektrische Kabel oder Leitungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff mit aromatischen Ringen substituiert ist.