DE1640111C3 - Elektro-Isolationsformteil - Google Patents

Description

Elastomer dient ^w spannung an der Einrichtung findet eine elektrische

3. Elektro-Isolationsformteil nach Anspruch 1. ^Entladung.^a" ^solc _D ^he" P^artielle" ^.^Ιδ1β»?,^{η s}}^aX[ ^und dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den ^m&T ^₁ {^ed^^m Polantatswechsel der Wechselspan-Grundwerkstoff Kunsts off ein hochdich es Poly" 35 nung Solche häufigen elekinschen Entladungen infolge äthylen oder weniger dichtes Polyäthylen oder eines ^partie"^{er Fehlstellen} verursachen erne Verschlechteder lonomer-Äthylen-Äthyl-Akrylai-Kopolyrnere ^^{ung des} gesamten Isolat.onskorpers mit der Folge des oder der Äthyl-Vinyl-Azetat-Kopolymere und ^daf^auS filierenden dielektrischen Durchschlags. Polyvinylchlorid dient ^{Unter den zuvor} erwähnten Ursachen fur partielle

4. Elektro-Isolationsformteil nach Anspruch 1 4o Fehlstellen können die, die auf kleine Luftspalte dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff zwischen den Oberflächen halbleitender und isolieren-Gummi zumindest eines der bei der Vulkanisierung ^{der Schichten} zurückzuführen sind, durch sorgfältige gebräuchlichen Vernetzungsmittel wie Peroxyde Behandlung verhindert und die, die auf Fremdstoffe Schwefel und Chinon-Dioxime enthält zurückzuführen sind, durch Sauberkeit am Arbeits-

5. Elektro-Isolationsformteil nach Anspruch 1 45 P^latz ausgeschaltet werden. Die Entstehung kleiner dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundwerk- Hohlräume ist bei den gegenwärtigen Techniken für Stoff Kunststoff ein organisches Peroxyd enthalten ^{die Form}8^ebung ^von Gummi- oder Kunststoff-Ist, mischungen aber unausbleiblich. Es ist auch sehr

6. Elektro-Isolationsformteil nach Anspruch 1 schwierig, das Auftreten von Entladungen in kleinen dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff 5° Hohlräumen oder Lunkern mit einem Durchmesser Gummi in vorgegebener Menge zumindest einen ^{von wen}'S^{er als} einigen zehn Mikron zu entdecken. Füllstoff oder Weichmacher oder Stabilisator oder Tatsächlich verschlechtern Entladungen, die durch Beschleuniger in Form eines sich mit Gummi ver- Anlegen einer hohen Wechselspannung bewirkt wermischenden Additivs enthält. ^den- ^{an s}°l^cnen kleinen Lunkern in der Isolation all-

7. Elektro-Iso'ationsformteil nach Anspruch 1. 55 mählich das Isolationsmaterial, das die Lunker umiadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff ®^bt' ^{und kolke}n es aus, um einen »Baum« zu bilden, Kunststoff in vorgegebener Menge zumindest ^{oder eine wacns}ende »baumartige« Verschlechterung, •inen Füllstoff oder Weichmacher oder Stabilisator ^{die si}?^h schließlich in einem dielektrischen Durchschlag in Form eines sich mit Kunststoff vermischenden ^a"swirkt.

Additivs enthält. So um einige Mittel zu finden, die es gestatten, die zu-

vor erwähnten Fehlstellen der Gummi -oder Kunst-

Die Erfindung betrifft ein Elektro-Isolationsformteil stoff-Isolierung für Hochspannungsanlagen zu beseitizur Verwendung-von Spannungen von 5 kV oder dar- gen, sind umfangreiche Bemühungen gemacht worden, über aus Gummi, einer isolierenden Kunststoff- und man hat ein Isolationsmaterial mit hohem Koronamischung oder einer Mischung aus beiden mit einem 65 Widerstand gefunden. Aber bisher ist ein solches Matespezifischen Volumenwiderstand von mehr als rial nicht entwickelt worden, auch ist kein praktisches Ohm · cm im ausgeformten Zustand. Verfahren zur Untersuchung des Korona-Widerstandes

Derartige Formteile sind insbesondere zur Verwen- der Isolationsmaterialien geschaffen worden.

Ein anderes Mittel, um die »Bäume«, die bei Entladung«* i° Gummi- oder Kunststoff-Isolationen auftreten, zu vermeiden, ist die Verwendung von einigen Arten vom Zusätzen. Das untersuchten Kitchin, Pratt u. a. (»Power Apparatus and Systems«, Juni 1962, S. 112 bis 121, veröffentlicht durch American Institute of Electrical Engineers). Bei ihren Untersuchungen bereiteten sie einige Profilkörper verschiedener Mischungen von Polyäthylen und verschiedenen Zusätzen vor, stachen eine Nadel hinein, leisten eine Spannung an und maßen die Spannung, bei der sich »Bäume« in den Körpern zu bilden begannen. So wählten sie solche Zusätze aus, die die höchste •Raunw-Bildungs-Spannang ergaben und entwickelten

flächenaktiver Stoffe vom Amido-Amin-Typ oder Mischungen aus diesen sind.

Solche halbleitenden organischen Verbindungen, wie Alkylamin-Äihylenoxid-Addukte und Alkylamin-Propylenoxid-Addukte, wurden bisher bei Gummi- und Kunststoffmischungen lediglich deshalb eingesetzt, um die antistatischen Eigenschaften dieser Mischungen zu verbessern (FR-PS 1 345 827, BE-PS 645 800 und GB-PS 781 774, 820 54? und 867 176). Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Lunker in geformten Gummi- oder Kunststoff-Isolationen bei den gegenwärtigen Techniken der Behandlung zwar unausbleiblich sind, daß aber die häufige partielle Entladung an solchen kleinen Lunkern verhindert

* «n Isolationsmatenal, das eine gute Widerstands- _1S werden kann, wenn der Spannungsgradient oder cue

fähigkeit gegen »Bäume« hatte, was durch Hinzufügen von z- B. Diphenyl-p-phenylendiamin gelang.

Ein anderes Mittel ist, Isolationsmaterial mit einer flüssigen Substanz zu mischen, etwa Paraffinöl und Alkylbenzol, mit im wesentlichen der gleichen Dielektrizitätskonstaniien wie das Isolationsmaterial, wodurch das Auftreten von Entladung darin verhindert wird (britische Patentschrift 1028 110). Dieses Verfahren ist jedoch mit zahlreichen Problemen im Hinwerden kann, wenn der Spannungg elektrische Feldstärke an jedem dieser Lunker vermin_{dert wird Als Ergebnis} J₁₆₁. theoretischen und experimentellen Untersuchungen derMittel zur Verminderung der Feldstärke an den Lunkern wurde gefunden, daß, wenn der spezifische Oberflächenwiderstand der Lunker auf eine Höhe von weniger als 10^lls Ohm vermindert wird, die Feldstärke E₁ innerhalb des Lunkers geringer wird als die Feldstärke E₀ in der Gummi- oder Kunststoff-Isolation in der Umgebung des Lunkers, ß dh Hifü illr halbleitender

blick auf die Bearbeitbarkeit der damit hergestellten _a5 und daß durch Hinzufügen spezieller halbierender MUchuneen behaftet und hat keine praktische Anwen- organischer Verbindungen zur Gummi- oder Kunstdune gefunden stoff-lsolationsmischung eine solche Lunkeroberflache Nach einem weiteren Verfahren zur Schaffung einer mit geringem spezifischem Oberflächenwiderstand erhochspannungsfesten Isolierung für Kabel und Leitun- zielt werden kann.

«n auf der Basis von festen Olefinpolymerisaten wu-de ₃₀ Beispiele für die Grundwerkstoffe oder fur diesen vorgeschlagen, Olelinpolymerisate, vorzugsweise Poly- beigefügte Zusätze werden im Verlauf der /olgenden äthylen, zu verwenden, die einen niedrigen Gehalt,
insbesondere bis zu etwa 20°/₀ eines geradkettigen
oder verzweigten Paraffinkohlenwasserstoffes mit einem
Schmelzpunkt unterhalb 20'C und einem Siedepunkt ₃₅ einem Lunker

oberhalb 120 C aufweisen, der auch mit aromatischen Darstellung;

Ringen substituiert werden kann. Nach einem anderen

Verfahren mit der igleichen Basis und dem gleichen Ziel

wird als Isolierung eine Masse aus Polyolefinen und

eerineen Mengen ungesättigter perhalogenierter Koh-_4O ker-Oberfläche;

SwaLrstoffverbmdungen mit einem Schmelzpunkt⁴ F i g. 3 zeigt eine schematiche .parstellung_der

unterhalb 20 C und einem Siedepunkt über 120 C Mischungen oder Lösungen derartiger Verbin-

Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen und Versuchsergebnissen gegeben. F i g. 1 ist eine der Berechnung der Feldstärke in eines Isolationsformteils dienende

'aisiciiung,

F i g. 2 ist ein Diagramm über die Zusammenhänge zwischen der Feldstärke im Inneren des Lunkers und dem spezifischen Oberflächenwiderstand an der Lun-

Vorrichtung zur Feststellung partieller Entladungen

uv, „..„ _,... „ _ innerhalb des Isolationsformteils.

du 4en verwendet (deutsche Auslegeschrift 1 141081). Es sei angenommen, daß sich ein kugelförmiger Aufgabe der Erfindung ist es, einen für cm Elektro- ₄₅ Lunker mit einem Durchmesser α und einem spezifi-Isolationsformteil geeigneten Werkstoff zu schaffen, sehen Oberflächenwiderstand ρ* in einem Isolationsder infolge der Verminderung des spezifischen Oberflächen-Widerstandes des Formteils an dessen Oberfläche wie auch an der Oberfläche von eingeschlossenen IlClJU-Ui., , — «^w_V ...

Lunkern eine verbesserte Entladungsspannung besitzt ₅₀ ^{Dann wird} die maximale Feldstärke E₁ innerhalb und einen geringen spezifischen Oberflächenviderstand eines jeden Lunkers mit einer Dielektrizitätskonstan-

auf weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Gummi, dem Kunststoff oder der Mischung aus beiden ein Zusatz in Höhe von 0,01 bis 10,0 Gewichtsprozent von halbleitenden organischen Verbindungen, die mit den Grundwerkstoffen Gummi oder Kunststoff verträglich sind und in den Grundwerkstoffen geringe Löslichkeit besitzen, zugefügt

sehen Oberflächenwiderstand ρ₅ in einem Isolat formteil mit einer spezifischen Dielektrizitätskonstante befindet. Eine Feldstärke E_osina>f (ω = Winkelfrequenz, ί = Zeit) wirkt auf das Isolationsformteil, i dk E ihlb

eines jeuen luhrcis um ein« uiviv«_u.<..~

tene₀ durch die folgende Gleichung dargestellt:

E₁

Die Gleichung ist auf das Meter-Kilogramm-Sekunde-System bezogen. Die spezifische Dielektrizitätskonstante ε, von Gummi und Kunststoff, wie sie

wird und daß die halbleitenden organischen Verbin- 6o ah Isolationsmaterial verwendet werden, ist im allge-

4ungen Alkylamin-Äthylenoxyd-Addukte oder Alkyl- meinen 2 bis 5, der Durchmesser der Lunker in

4iamin-Äthylenoxyd-Addukte oder Imidazolin-Äthy- lsolationsformteilen ist meistens 1 mm. Das Verhältnis

lenoxyd-Addukte oder Alkylamin-Propyienoxyd-Ad- E₁JE₀ wird für verschiedene Werte des spezifischen

dukte oder Metallsalze amphoterer oberflächenaktiver Oberflächenwiderstandes o, unter der Annahme einer

Stoffe vom Alamin-Typ oder Metallsalze amphoterer 55 spezifischen Dielektrizitätskonstante von 2,2 sowie

oberflächenaktiver Stoffe vom Diamin-Typ oder einem Lunkerdurchmesser von 1 mm und einer Win-

Metallsalze amphoterer oberflächenaktiver Stoffe vom kelfrequenz von 100 π (50 Hz) berechnet. Das Ergebnis

Imidazolin-Typ oder Metallsalze amphoterer ober- ist in Fig. 2 dargestellt, die zeigt, daß für eine gege-

bene Feldstärke £₀ der Wert der Feldstärke E₁ im Lunker geringer wird, wenn der spezifische Oberflächenwjderstand o_s bei 10^ia Ohm liegt, und daß bei Qs = 10¹¹ Ohm die Feldstärke auf den 0,36fachen Wert gegenüber ρ,.S 10^I2Ohm gesunken ist. Wenn der spezifische Oberflächenwiderstand g_s weiter auf eine Höhe von 10¹⁰ Ohm vermindert wird, wird die Feldstärke £i auf den O,O36fachen Wert gegenüber Qs £? 10¹² Ohm vermindert.

Mit anderen Worten heißt das, daß durch Verminderung des spezifischen Oberflächenwiderstandes des Lunkers die Feldstärke innerhalb des Lunkers auf eine sehr geringe Höhe begrenzt werden kann, so daß partielle Entladungen an solchen Lunkern verhindert werden können.

Bei der Berechnung des Wertes £, wird unter Berücksichtigung von E₀ der Durchmesser eines jeden Lunkers mit 1 mm angenommen, welcher größer ist als der der meisten tatsächlichen Lunker in der Isolation. Aus der Gleichung (1) ergibt sich, daß die Feldstärke E₁ um so kleiner wird, je kleiner der Lunker ist, und daher sind die Werte für das Verhältnis £i/£„, wie sie in F i g. 2 dargestellt wurden, auf der sicheren Seite. Der Wert der spezifischen Dielektrizitätskonstante c_s für verschiedene Isolationsmaterialien schwankt nicht stark, und somit ist die Feldstärke £, an solchen Lunkern nicht merkbar durch die Art des Isolationsmaterials oder dessen spezifische Dielektrizitätskonstante beeinflußt. Es kann daher mit Sicherheit angenommen werden, daß durch Verminderung des spezifischen Oberflächenwiderstandes der Lunker im Isolationsformteil auf eine Höhe unter 10¹² Ohm die partiellen Entladungen innerhalb dieses Formteils erfolgreich unterdrückt werden können, und zwar unabhängig vom Isolationsmaterial.

Wenn ein Isolationsmaterial einen geringen spezifischen Volumenwiderstand bei Frequenzen der kommerziellen Energieversorgung, z. B. einen Wert kleiner als 10^X0Ohm-cm bei 50 Hz, besitzt, wird der dort hindurchfließende Strom größer als der Verschiebestrom. Solch ein Material kann nicht als wirkliches Isolationsmaterial betrachtet werden. Dementsprechend kann die Feldstärke innerhalb der Lunker in solch einem Material nicht in einem merkbaren Ausmaß durch die Verminderung des spezifischen Oberflächenwiderstandes entsprechend der Erfindung verbessert werden.

Es wurden experimentelle Untersuchungsreihen durchgeführt, um spezifische Oberflächenwiderstände von weniger als 10¹⁸ Ohm zu finden, während der spezifische Volumenwiderstand auf einer Höhe von mehr als 10¹⁰ Ohm · cm gehalten wurde. Hierbei wurde gefunden, daß, wenn eine bestimmte halbleitende organische Verbindung einer Gummi- oder Kunststoffmischung hinzugefügt wird, Teile dieser organischen Verbindung innerhalb einiger Stunden oder einiger Tage sowohl auf die äußeren Oberflächen des Profilkörpers als auch auf die inneren Oberflächen der eingeschlossenen Lunker übergreifen und halbleitende Schichten mit verhältnismäßig geringem spezifischem Oberflächenwiderstand bilden.

Erfindungsgemäß werden der Gummi- oder Kunststoffmischung besondere halbleitende organische Verbindungen, die in geeigneten Anteilen einen oder mehrere bekannte Füllstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren, Beschleuniger und einen geringen Betrag Vernetzungsmittel enthalten, hinzugefügt. Die so zusammengesetzte Verbindung dient der Herstellung eines Isolationsformteils mit hervorragender Enlladungsspannung, die bedeutend höher ist als die eines Isolationsformteils aus bekannten Mischungen, ohne daß irgendwelche physikalischen oder elektrischen Kennwerte oder deren Beeinflußbarkeiten entscheidend geopfert würden.

Weiterhin treten bei dem erfindungsgemäßen Isolationsformteil keine partiellen Entladungen infolge eines örtlich begrenzten starken Feldes auf. womit die ίο Möglichkeit eines dielektrischen Durchschlags, veranlaßt durch solche partiellen Entladungen, sogar nachdem das Isolationsformteil für längere Dauer einem starken elektrischen Wechselfeld ausgesetzt worden ist, ausgeschlossen wird. Dabei kann das erfindungsgemäße Isolationsformteil bei Spannungen verwendet werden, die erheblich höher sind als die bei bekannten Isolationsformteilen ähnlichen Aufbaus anwendbaren.

Wie vorher erwähnt wurde, werden zur Verbesserung der dielektrischen Werte der Isolationsmischung, zo die im wesentlichen aus Gummi und Kunststoff besteht, spezielle halNeitende organische Verbindungen, die eine Verträglichkeit mit und eine Löslichkeit in solchen Isolationsmischungen besitzen, hinzugefügt, wobei diese Verbindungen die Eigenschaften haben, »5 sich zu verteilen, um eine Schicht mit einem spezifischen Oberfiächenwiderstand von weniger als 10¹² Ohm zu bilden. Wird diese Isolationsmischung für einen Hochspannungs-Isolatiorsformteil verwendet, dann verteilen sich die speziellen organischen Verbindungen sowohl auf der äußeren Oberfläche des Formteils wie auch auf der inneren Oberfläche der Lunker, die sich unausbleiblich im Formteil bilden, so daß die halbleitenden Schichten mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10¹² Ohm darauf verteilt werden. Damit werden partielle Entladungen an den Lunkern, die die Ursache für einen dielektrischen Durchschlag sind, verhindert. Die Isolationsmischung, die eine spezielle halbleitende organische Verbindung enthält, kann durch Pressen oder in Bandform oder in vorgeformter Weise für Hochspannunnsanlagen verwendet werden.

In dem aus der Verbindung mit eingelagerten halbleitenden organischen Substanzen gebildeten Formteil verteilen sich diese eingelagerten Substanzen partiell auf der Grenzschicht des Formteils in abschnittweiser Abhängigkeit von der Löslichkeit im Verlauf der Zeit und bilden eine Schicht mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10'² Ohm. Der Rückstand bleibt im Innern in einem solchen Zustand, daß die Nachbarschaft der Oberflächenschicht des Formteils eine hohe Konzentration aufweist, so daß selbst dann, wenn der benetzte Abschnitt entfernt wird, die halbleitenden organischen Substanzen vom Innern her nach und nach auströmen und unmittelbar füi Ersatz sorgen. So kann ein sehr beständiges Formtei über lange Zeit erhalten bleiben.

Als halbleitende organische Verbindungen, die ein« Verträglichkeit mit und eine geringe Löslichkeit ir isolierenden Mischungen haben und die im wesent So liehen aus Gummi und Kunststoff oder Mischunget daraus bestehen und eine Schicht auf allen Grenz schichten der Isolation bilden, deren spezifischer Ober flächenwiderstand geringer ist als IC* Ohm, sind zi erwähnen: Alkylamin-Äthylenoxid-Addukte. wie etwi 65 Laurylamin-Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:21 Stearyl - Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:51 und Talgamin- Äthylenoxid Addukt (Moheriiältni 1:61): Alkyldiamin-Äthylendioxid-Adduktc. wie etw

Kokospropylendiamjn - Äthylenoxid - Addukt (Molverhältnis 1:7), Talgpropylendiamin - Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:21); lmidazolin-Äthylenoxid-Addukte, wie etwa 1-Hydroxy-2-heptadecyl-2-imidazolin - Äthylenoxid - Addukt (Molverhältnis 1:3), l-Aminoälhy]-2-undecy]-2-imidazolin-Äth\lenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:1); Alkylamin-Propylenoxid-Addukte, wie etwa Laurylamin-Propylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:1); ampholere oberflächenaktive Substanzen, z. B. Metallsalze vom Imidazolin-Typ nach der allgemeinen Formel
N CH,

R-C

HO

CH,

CH,CH„OH

Mc

CH₂COO

wobei R ein Kohlen wasserstoff rest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und Me ein Metall außer Alkalimetallen, wie etwa Calcium, Magnesium, Cadmium. Zink, Barium, Aluminium, Zinn, Blei, Eisen, Nickel. Magnesium usw., wie etwa Calciumsalz von 1-Hydroxy-, 1-Hydroxyäthylen- oder 2-Heptadecylimidazolinyl-Essigsäure, Magnesiumsalz von 1-Hydroxy-, 1-Hydroxyäthylen- oder 2-Undecylimidazolinyl-Essigsäure; Alanin-Metallsalze nach der allgemeinen For^mel: (R _ NH · CH₂CH₂COO)

oder

NCH₂COO

CH,C00

wobei R ein KohlenwasserstofTrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen und das Metall ein Metall außer Alkalimetall, wie etwa Calcium, Magnesium, Cadmium, Zink. Barium. Aluminium, Zinn, Blei, Eisen, Nickel, Magnesium usw. ist, wie etwa Bleisalz von N-Oktadecyl-/?-Alanin, Zinksalz von N-Dodecyl-/3-Alanin, Calciumsalz von N-Oktydecyl-/?-Alanin, Magnesiumsalz von N-Dodecyl-N-Carboxyäthyleni?-Alanin, Metallsalze vom Amido-Amin-Typ, wie etwa Calciumsalz von N-Heptylamidoäthylen-N-hydroxyäthylen - N - Carboxymethylen - Amin, Magnesiumsalz von N-Heptadecylamidoäthylen-N-hydroxyäthylen-N-Carboxyäthylen-Amin, Metallsalze vom Diamin-Typ. wie etwa Bariumsalz von N-Kokospropyl-N-Carboxyäthylen-Trimethylen-Diarnin. Zinksalz von N-Kokosalkyl-N'.N'-di-Carboxyäthylen-Trimethylen-Diamin, Aluminiumsalz von N-Kokospropyl-N.N',N'-Tricarboxyäthylen-diamin und andere oberflächenaktive Substanzen.

Wenn der Anteil dieser halbleitenden organischen Substanzen, auf denen die Verbindung beruht, geringer ist als 0,01 Gewichtsprozent, ist es unmöglich.

den spezifischen Oberflächenwiderstand der Überzugs-Grenzschichten der Isolation geringer als 10'²Ohm zu machen, und wenn der Anteil höher ist als 10,0 Gewichtsprozent, so steigen die Gleiteigenschaften an, und es ist oft schwierig, einen Preßvorgang durchzuführen. W'enn der Betrag ansteigt, wird die Wirkung sogar nicht verbessert, sondern es steigen nur die Kosten, so daß also der Anteil der halbleitcndcn organischen Verbindungen in der Verbindung am besten

ίο zwischen 0.01 und 10.0 Gewichtsprozent hegt, vorzugsweise jedoch zwischen Ό.05 und 5.0 Gewichtsprozent

Die Isolaiionsmaicridlicn. die crlindungsgemäß verwendet werden, sind Natur- oder synthetische Gummi.

ζ. B. Bulylgummi. Äthylen-Piopylen-Gummi. Athylen-Pvopylen-Dien-Terpohmcr-Guinmi oder Nalurgummi und Kunststoff, z. B. Polyäthylen höherer oder niederer Dichte. Alhylcn-Mctallsal/ von Acrylsäure-Copolymerisat. Äilulenäthylacrylat - Copolymcrisat.

ao Äthylen-Vinylacetai-Copolymensat und Polyvinylchlorid, und es kann, falls notwendig, das Isolationsmaterial mi! Schwefel, Chinondioximen. vernetzten Substanzen organischer Peroxide wie etwa Dicumylpero\ideunü2.5-Dimcthyl-2.5-diieributylperoxyhexyn:

Füllstoffen wie Ton. Talkum und Ruß; Weichmachern wie Polybuten, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Paraffinkohlcnwasscrsloffen, Dioctylphthalaten und Diisodecylphthalaten; Anlioxydantien oder Stabilisatoren wie 4,4'-Thio-bis-(fi-tert-butyl-m-krcsol). Phenylisopropyl-p-phenylendiamin. Antitnonirioxid und dreibasisches Bleimaleat; Beschleunigern, z. B. Thiazol-Kcttcn wie Mercaplobciuothiazol, Thiuram-Ketten wie Tetrameihylthiuramdisuliid. Dithiocarbamat-Kctlen wie Kupfcrdimcthyldithiocarbamat und B!eio\id-Kctten wie Bleimennige und Bleiglätte; Aktivierungsmitteln wie Zinkoxid, in einem Anteil, wie er üblicherweise für Iso'ationsmischungcn verwendet wird, versetzt werden.

Beispiel 1

Verschiedene Mischungen, die sich aus den in der folgenden Tabelle 1 beschriebenen Bestandteilen aufbauen, wurden mit einer gegebenen Menge verschiedener halblcitender Verbindungen zusammengebracht, wie sie in der folgenden Tabelle 2 beschrieben sind.

Die sich daraus ergebenden Mischungen wurden einer Preßformgebung unterzogen, um I lachmaterial mit einer Dicke von 1 mm und einer Abmessung von 10-10 cm herzustellen. Das 1 !aehmalcrial wurde 48 Stunden stehengelassen, dann einer Gleichspannung von 500 V in einer Entfernung von 10 mm /wischer Elektroden ausgesetzt und der spezifische Oberflächen und Volumenwiderstand des Materials bei 4O¹V₀ R H (relativer Luftfeuchtigkeit) gemessen, wobei die ir Tabelle 2 zusammengestellten Ergebnisse erhaltet wurden.

Tabelle 1

GrundwerKstoffmischung	Bestandteile	Gewichts- teilc
Polyäthylen lonorner Vulkanisiertes Polyäthylen	Polyäthylen »NUC 2005« (hergestellt von Nippon Unicar Co.) Ionomer »Surlyn A 1600« (duPont) Polyäthylen .NUC 2005« (hergestellt von Nippon Unicar Co.) Dtcumylperoxid 4,4-Thio-bis-(6-ter.- butyl · ρ-methyl kresol)	100 100 100 3.0 0,5

509 629/33

1 640 1 1 I

Fortsetzung von Tabelle 1

10^f

Grund werkstoffmischung	Bestandteile	Gewichts- leilc
Butylgummi	Bulylgummi (Polymer corp. »Polysar butyl 100«) 7 1 1Λ L' ίΛΥ Ι /Ί	100 5
	£—\ 11NUAI ti Stearinsäure	0.5
	Gebrannter harter Ton (»Whitetex No. 2«)	10.0
	[hergesteh ve η Freeport Kaolin Co.]
	MiltcltemperalurruB	10
	Bleimennige	IO
	Dibenzochinondioxim	6
	Schwefel	0,5
	Flüssiger aromatischer Kohlenwasserstoff	7
	(Kenrich Petro Chemicals, Inc. »Kenflex n«)
Äthylen-Propylen-Gummi	Äthylen-Propylen-Gummi »Dutral N«	100
	(hergestellt von Montecatini Soc. Gen. Ind.)
	Zinkoxid	5
	Polymerisiert Trimethyldihydrochinolin »Age Rite Resin D<	1,5
	Bleioxid	3
	SRF-RuK	5
	Gebrannter Ton	11,0
	Triallylcyanurat	1.5
	Dicumylperoxid (Wirksamkeit 40(l/n) »Di-cup 40C«	7
	(hergestellt von Hercules Co.)
Polyvinylchlorid	Polyvinylchlorid	100
	Dioclylphthalat	50
	Dre«basisches Bleisulfat	5
	Dreübasisches Bleistearat	1
	Gebrannter Ton	10
	Antimontrioxid	3

	*	Tabelle 2	Formteil Spezifischer „ .„ . Oberflächen- j v . Spezifischer widerstand Volurnenwtderstand (Ohm) (Ohm · cm)	I ίο8 I	mehr als 1013	Zugesetzu Menge (Gewichts teile)
Grundwerkstofi- mischung	Polyvinylchlorid	Halbleitende organische Verbindung	3.2-	I		1.0
Polyäthylen		Laurylamin-Äthylenoxid-Addukt		ίο8 ι	mehr als 1013
		(Molverhältnis 1:2)	1,8·	!		1,0
		Stearylamin-Äthylenoxid-Addukt		109 ;	mehr als 1013
		(Molverhältnis 1:100)	1,0·			1.0
	Kokospropylendiamin-Äthylenoxid-Addukt		109 ;	mehr als 1013
	(Molverhältnis 1:7)	3,8·			1.0
	Talgpropylendiamin-Äthylenoxid-Addukt		10s l	mehr als 10'3
	(Molverhältnis 1:21)	1.4·			1.0
	l-Hydroxy-2-heptadecyl-2-imidazolin-Äthylen-		10"	mehr als 1013
	oxid-Addukt (Molverhaiinis 1:3)	9,2			1.0
	l-AminoäthyI-2-undecyl-2-imidazolin-		10e	mehr als 1013
	Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:1)	1.2	108	mehr als 10IS	1.0
	»Denon-331-L« (von Marubishi Yuka Co.. Ltd.)	3.0			1.0
	Calciumsalz von (1-Hydroxy-, 1-Hydroxyäthy-		10»	mehr als 10ls
	len-, 2-Heptadecyl-. lmidazolinyI-)-essigsäure	4.0	10le	mehr als 10ls	1.0
	Bleisalz von N-Octadecyi-^-alanin	1.2	10»	mehr als 10's	1.0
Vulkanisiertes	»Denon-331-L«	1,0			1.0
Polyäthylen	Laurylamin-Äthylenoxid-Addukt		10"	mehr als 1013
	(Molverhältnis 1:2)	3.5			1.0
	Magnesiumsalz von (1-Hydroxy-, 1-Hydroxy-		• 1010	mehr als 10'3
äthylen-, 2-Undecyl-, ImidazolinylVessigsäure	8.8			4.0
Stearylamin-Äthylenoxid-Addukt		• 10»	mehr als 10ls
(Molverhältnis 1:100)	2,0			2.0
Calciumsalz von N-Heptylamidoäthylen-,
N-Hydroxyäthylen-. N-Carboxymethylen-
Amin

Fortsetzung von Tabelle

	Hulblcitcndc organische Verbindung	Formteil	Spezifischer Oberfiächen- widerstand (Ohm)	Spezifischer Volumenwiderstand (Ohm · cm)	Zugesetzte
	Talgpropylendiamin-Äthylenoxid-Addukt		6,5 · 10'°	mehr als 1013	Menge (Gewichts teile)
GrundwerkslofT- mischung	(Molverhältnis 1:21)			4,0
Äthylen-	Calciumsalz von N-Heptylamidoäthylen-,	3,4 ■ 1010	mehr als 1013
Propylen-	N-Hydroxyäthylen-, N-Carboxyäthylen-Amin		2,0
Gummi	Stearylamin-Äthylenoxid-Addukt	9,8 ■ 1010 ' mehr als 1013
	(Molverhältnis 1:100)		4,0
Bulylgummi	Bariumsalz von N-Kokospropyl-, N'-Carboxy-	7,9· 1010 mehr als 1013
	äthylen-, Trimethylen-Diamin		2,0

Wi ϊ der Tabelle 2 zu entnehmen ist, haben einige Mischungen einen geringen Oberflächenwiderstand von weniger als 10¹²Ohm und einen Volumenwiderstand von mehr als 10¹⁰ Ohm · cm.

Beispiel 2

Eine Probe von einer Dicke von 5 mm. Abmessungen von 15· 15 mm und einem Hohlraum mit einem Durchmesser von 1 mm sowie einer Vertiefung von 1 mm in der Mitte, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, wurde aus einer Polyäthylenmischung hergestellt, indem 1 Gewichtsprozent der halbleitenden organischen Verbindung, die in der folgenden Tabelle 3 beschrieben wird, einem Polyäthylen (»NUC 2005«) zugesetzt wurde. Diese Probe wurde zwischen Messingelektroden 32 mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 3 mm gebracht, die Elektroden und die Probe wurden vollständig in Siliciumöl getaucht, um eine schleichende Entladung zu verhindern, und dann wurde die obere Elektrode mit einem Hochspannungstransformator und die untere mit einer Entiladungsanzeigevorrichtung verbunden. Daraufhin wurde eine 50-Hz-Sinus-Wechselspannung angelegt und die Empfindlichkeit der Entladungsanzeigevorrichtuing auf 10 Pikocoulomb eingestellt. Die an der oberen Elektrode angelegte Spannung wurde mit einer Geschwindigkeit von 500 V/sec gesteigert und die Spannung, bei der partielle Entladungen stattfinden, gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse werden in der Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle

Halbleitcnde organische Verbindung

Entladungs	Spezifischer
spannung KV	Oberflächenwider
(r.m.s.)	stand (Ohm)
15	mehr als 10"
26,3	3,2-10"
über 40	3,2 ■ 108
über 40	1,8 · 10»
über 40	3,8 · 10»
über 40	1,0 · 10»
über 40	1,2 · 10»°
über 40	3 · 10»
über 40	4· 109

Polyäthylen (NUC 2005) allein

Stearylamin-Propylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:2)

Laurylamin-Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:2)

Stearylamin-Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:100)

Talgpropylendiamin-Äthylenoxid-Addukt (Molverhältnis 1:21)

Kokospropylendiamin-Äthyienoxid-Addukt (Molverhältnis 1:7)

»Denon-331-L« (Marubishi Yuka Co.. Ltd.)

Calciumsalz von (1-Hydroxy-, 1-Hydroxyäthylen-, 2-Heptadecylimidazo-

linyl)-essigsäure

Bleisalz von N-Octadecyl-^-alanin

Anmerkung:

Die Menge an zugesetzter halbleitender organischer Verbindung beträgt 1 Gewichtsprozent.

Der Ausdruck »über 40« in der vorstehenden Tabelle bedeutet, daß selbst bei 40 kV noch keine teilweise Entladung stattfindet.

Die Probe, die nur aus Polyäthylen (NLJC 2005) ohne halbleitende Verbindungen besteht, zeigte partielle Entladungen bei 15 kV, während die Probe mit Stearylamin - Propylenoxyd - Addukt (Molverhältnis 1:2) bei 26,3 kV partielle Entladungen zeigte. Die anderen Proben mit einem geringeren spezifischen Oberflächenwiderstand zeigten nicht einmal bei 40 kV partielle Entladungen.

Aus den Ergebnissen der Beispiele 1 und 2 ist offensichtlich, daß die Spannung, bei der die Entladung im Hohlraum eingeleitet wird (Entladungsspannung), von dem spezifischen Oberflächenwider stand im Hohlraum abhängt, und es läßt sich nach weisen, daß das oben erwähnte Ergebnis der theoretischen Analyse korrekt ist.

Weitere Versuche wurden mit Starkstromkabeln, die mit erfindungsgemäßen Isolierform teilen verseher waren, durchgeführt, wobei sich ebenfalls erwies, daC die Fntladungsspannungen sehr hoch lagen.

Ein erfindungsgemäß zusammengesetztes Isolations Formteil kann also für Elektroanlagen bei Spannunger benutzt werden, das haben die durchgeführten Versuche gezeigt, die ein Vielfaches der Spannungen betragen, die für Anlagen mit bisher bekannten Isolationen zulässig sind.

Schutz wird nur für ein Elektro-Isolationsformteii gemäß der Patentansprüche begehrt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 640 1 1Ϊ Q

1 ^U 2

Patentansprüche: dung für Starkstromkabel, Kabel verbindungen. Kabel·

I. Elektro-Isolationsformteil zur Verwendung ^βη^^ Jlfr^fchfvernetzte Kunststoffe und vul-

bei Spannungen von 5 kV oder darüber aus _{katuäene oder} nichtvulkanisierte Gummi-Werkstoffe

Gummi, einer isolierenden Kunststoffmischung _{werden ab lsoIationsmate}rial für Starkstromanlagen

oder einer Mischung aus beiden mit einem 5 _{fQr 5kV un}d mehr, verwendet. Bei Isolationen

K^£^{hen Volumenwiderstand} y/>ⁿ mehr als _{aus soJchen bekannte}n Verbindungen bricht die Jsola-

10'» Ohm cm im ausgeformten Zustand, da- _manchmal nach langzeitiger Verwendung für

durch gekennzeichnet, daß dem Gummi, _Wechse,_spannungen, _die erheblich unter der Anfangs-

dem Kunsmoff oder der Mischung aus beiden en. Durchschlagspannung liegen, zusammen, sogar dann

Zusatz mHohe νοηΟ,ΟΙ bis 10 0Gewichtsprozent i· Durchschlagsspannung sehr hoch ist. Demi

von hnlhlpitpnHpn nreanicchm Vflrhindnncen. die "*·"" _{f i} j„ i„i..:«„» »„, v„._rf.,„e . .

Zusatz mHohe νοηΟ,ΟΙ bis 10 0Gp Durchschlagsspannung sehr hoch ist. Demi

von halWeitenden organischen Verbindungen die _{ß hend wurden} Isolationen aus Kunststoff- und mit den| Grundwerkstoffen Guinmi,oder Kunststoff Q^y _{nur für niedrige} Spannungen

vertraglich sind und m den Grundwerkstoffen ge- _{für s} unterhalb der Em-

nnge ^slicr^eit besitzen zugefugt wd und daß _dnu ^ _{wesent]ich niedriger} ,,, ^ diehalbleitendenorgamschenVerbindungenAlkyl- »5 o^Kagsspannung _des Materials sind. Die vor-

T'i ^yHT£~£ ^Ui^te °^deT "W³T" handene dielektrische Größe des Materials wurde

Λ,ί inudazohn-Atfrylen- _{nicht in voIlem Ausmaß ausge}nutzt.
°, f." ^kylamin-Propylenoxyd-Ad- _{Nfiuere Untersuch}ungen des Verhaltens der Kunst-

ikWver^o^ ι⁶ ?*$"*"? °if^lfl^f^hf - _2D stoff- und Gummi-Isolationen bei hohen Spannungen imnhLri IT₁,^A/amn~^Ty? °^der Metallsalze - _{h ben offenbart}, _daß partielle Fehlstellen der Isolation amphoter«- oberflächenaktiver Stoffe vom Diamin- _{def w§hrend des} Herstellungsprozesses oder

Stiver Snf^,^{Ze amp},^h °*^rer °^b"¹S*"!" während des Betriebes hervorgerufen werden. nämlich Llze amnhnU ^^^ ^oder„^Meta11" Bildung von unvermeidlichen kleinen Hohlräumen, ^οΤηΪΓηΤνη r? t™l ^{Γ StO}"^e _H ^VOn< « Zumischen von Fremdstoffen, wie etwa Metall· Am,do-Amin-Typ oder Mischungen aus d.esen %_{äUchen oder} Staubteilchen, Verunreinigung während J Fi^it™ i_tn|_a,;_nn * , ·ι UA ui ^der Herstellung, Entstehung kleiner Luftspalte an den

ä^Ä Grenzwachen zwischen den Oberflächen von halb-

μ ^fUr i" blenden Schichten und den geformten lsolations-

ϊ ^{en N}f^tur8^ummi. ^oder ,„schichten während des Betriebs der elektrischen Ein-