DE1665330B2

DE1665330B2 - Abgeschirmtes, elektrisches kabel

Info

Publication number: DE1665330B2
Application number: DE19661665330
Authority: DE
Inventors: Sidney William Scarsdale N Y Trill (V St A)
Original assignee: Phelps Dodge Copper Products Corp , New York, NY (V St A)
Priority date: 1965-07-09
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1973-06-07
Also published as: NL6609499A; FR1486230A; DE1665330A1

Description

sind. Das Mischpolymerisat besteht aus dem Produkt von Polyäthylen und einem mit Äthylen mischpolymerisierbaren Ester. Vorzugsweise wird das Mischpolymerisat durch die Mischpolymerisation von Äthylacrylat und Äthylen in einem Gewiclusverhältnis von 82 Teilen Äthylen zu IS Teilen Äthylenacrylat. einem Ester son Acrylsäure mit der Formel

CH₂ = CH — CO — OC, — H₅

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erhalten. Das Mischpolymerisat kann vor seiner Mischpolymerisation ein Gewichtsverhältnis von Äthylen zu Äthylacrylat von 70:30 bzw. 90:10 haben. Vinylacetat kann in dem Mischpolymerisat an Stelle von Äthylacylat verwendet werden.

Eine typische und bevorzugte thermoplastische Kun>t>.ti-.fT\erbindung umfaßt 100 Gewichtsteile des bewir/uuien Mischpolymerisats von Älhylacrylat und Ätlnltv. 2: bis 49 (beispielsweise 30) Geui-iusteile haii'.CiicnJen Ruß und weniger als 0.5 (beispielsweise 0,2) (.o.'.ichtsteile eines geeigneten Antioxydatiunsmiuek

Schien' 2 wird mit einer thermoplastischen Kunststoffüherzugsschicht 3 überzogen, die die Primävisolierung darstellt und mit der inneren Schicht 2 bei der Extrusion derselben verbunden w ird. Schicin 3 ist vo!vu;-v>>eise eine Polyäthylenverbindung mit einem Pol>;i:!i>len hohen Molekulargewichts und einer kleinen Menge eines geeigneten Antioxydationsmittels.

Fine dritte Überzugsschicht 4 einer thermoplaste sei'en Kunststoffverbindung mit einem Gehalt eines ha'!':!eilenden Materials wird auf die Schicht 3 aufgebrüht. Die Schicht 4 hat die gleiche Zusammensetzung wie die innere Schicht 2 und ist witterungsbeständig. Nach Erhärtung haftet die Überzugssclicht 4 fest a- der Isolierschicht 3. Schichten 2 und"4, die hinsichtlich ihrer Wirkung halbleitend sind, vertei cn das elektrische Feld entTang der Oberfläche der Isolierung und helfen hierbei Koronaentladung und elektrischen Zusammenbruch der Isolierung zu vermciJ.cn.

Ak Antioxydationsmittel kann em üblicher Oxydauonsinhibitor. wie polymerisiertes Trimethyld'ilulrochinolin. verwendet werden.

Gegebenenfalls kann die übet alles liegende Schicht 4 sofort in inniger Verbindung mit der Isolierung stehen, braucht jedoch nicht an sie gebunden zu sein.

Die speziellen Mischpolymerisate der vorliegenden Erfindung sind gegenüber der Verwendung eines Homopolymerisates wie reinem Polyäthylen, als elektrische Abschirmungsschicht oder -schichten übeilegen. Reines Polyäthylen ist. wenn es mit genügend Ruß gefüllt ist, um entsprechend halbleitend" zu sein, und auf dem Kabel zu einer Schutzschicht verarbeitet ist. sehr spröde, hat eine sehr serince Kaltbiegeelastizität (z. B. - 27,8 "C im Vergleich zu -56,7C), hat eine geringe Dehnung, und bei Belastung treten schwere Brüche auf. Geringe Kaltbiegeelastizität in einer Leiter-Abschirmung verursacht Kaltbiegerisse in der Primärisolierung. Eine hallleitende Kunststoffverbindung ist, wenn sie aus reinem Polyäthylen hergestellt ist, sehr schwvi zu extrudieren und erzeugt kein glattes gleichmäßiges Produkt.

Aus der australischen Patentschrift 167 415 ist bereits bekannt, daß eine gute Bindung durch Verwendung einer halbleitenden Kunststoffschicht erzielt werden kann, die chemisch und physikalisch der thermonlastischen dielektrischen Schicht ähnlich ist.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine gute Bindung erhalten wird, wenn die halbleitende Kunststoffzubereitung nicht ähnlich i-t. Es wurden hins'chtlich der Haftfestigkeit zwischen einem halbleitenden homopolymeren Material (mit Ruß gefülltes Polyäthylen) und einem ähnlichen dielektrischen Kunststoffmateriai (reines Polyäthylen) Untersuchungen durchgeführt.

Ähnliche Untersuchungen wurden hinsichtlich der Haftfestigkeit zwischen dem halbleitenden Mischpolymerisat der vorliegenden Erfindung (wobei das Mischpolymerisat ein Verhältnis von Äthylen zu Äthylacrylat von 82:12 aufweist) und einem nicht ähnlichen Homopolymerisat (Polyäthylen) durchgeführt.

Nachfolgend werden die Testergebnisse angegeben: Testproben wurden, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt:

1. 15.24 · 15.24· 2.32 cm große t-kr.ten der Verbindungen wurden bei 121C 10 Minuten lang geformt. Diese Bedingungen sind ausreichend zur Verformung der Verbindungen in die obigen Maße.

2. Die 15,24 · 15,24 -2.32 cm großen Platten wurden in 15.24 · 7,62 ■ 2.32 cm große Platten geschnitten.

3. Halbe Platten der gewünschten Kombination von isolierenden Verbindungen und halbleitenden Verbindungen (s. I und II) wurden mieder unter Kontakt an den Kanten in die 15,24 · 15.24 · 2.32 cm Hohlpreßformen eingebracht und erneut bei 3,16 kg/ cm² Dampfdruck 1 Stunde lang verformt. Unter diesen Bedingungen wurden die halben Platten einwandfrei (schweiß-) verbunden.

4. Hanteiförmige Versuchsstücke wurden in der Weise geschnitten, daß die Schnitt- und Grenzfläche der beiden Verbindungen in dem verengten Bereich der Probestücke lag.

5. Die Versuchsstücke wurden bei 50,80 cm/Min, und Zimmertemperatur auf einem Scott-Zugfestigkeitsprüfer gestreckt, bis sie zerrissen. Die Streckgrenze oder die Belastung, bei der die Proben begannen eine Einschnürung zu zeigen, und die Zugfestiakeit beim Bruch wurden bestimmt.

Testeraebnisse

' o'ations- verbindung	Halbleitende Verbindung	Streck grenze kg/cm⁵	Zug festig keit ';g,cm²
Unvernetztes Homopolymeri sat—Reines Polyäthylen	Unvernetztes Mischpolymeri sat Äthylacrylat- Äthylen	91,08	91,75

Anmerkung: Der verengte Isolieranteil eines jeden durch die Form geschnittenen Veisuchsstücks trennte sich nach Erreichm der Streckgrenze völlig ab. Der halbleitende Anteil begann sich dann zu strecken, und nach einer sehr geringfügigen Belastungszunahme brach jeder Versuchskörper im halbleitenden Anteil des verengten Teils. Die Festigkeit der Bindung zwischen den Verbindungen war demzufolge größer als die Streckgrenzen-Belastung der Isolationsverbindung und größer als die Zugfestigkeit der halbleitenden Verbindung.

Isolations- vcrbindung	Halbleitende Verbindung	Streck grenze kg/cm¹	Zug festig keit kg/cm'
Unvernetztes Homopolymeri sat—Reines Polyäthylen	Unvernetztes Homopolymeri sat—Reines Polyäthylen	97,73	97,73

Anmerkung: Wiederum schnürte sich der verengte Isolieranteil eines jeden durch die Form geschnittenen Versuchsstücks nach Erreichen der Streckgrenze völlig ab. Jeder Versuchskörper brach dann sofort an der Grenze zwischen den Verbindungen ohne weitere Belastungszunahme. Die Bindefestigkeit zwischen den Verbindungen war demzufolge nicht größer als die Streckgrenzen-Belastung der Isolationsverbindung.

Darüber hinaus wurde überraschenderweise gefunden, daß viel weniger Ruß in einem Mischpolymerisat von Äthylen und Äthylacrylat als in einem Homopolymerisat zur Erzielung eines äquivalenten Ausmaßes an Leitfähigkeit benötigt wird.

Aus den Untersuchungen wird ersichtlich, daß die Kabelschutzschicht der vorliegenden Erfindung dauerhaft, strapazierfähig und stabil ist. Gemäß der Erfindung hergestellte Kabel wurden Biegefestigkeitsuntersuchungen und Belastungsprüfzyklen unterworfen, in denen die Leitertemperatur über zahlreiche Belastungskreisläufe, beispielsweise 1100 Kreisläufe oder mehr, den Bereich von Zimmertemperatur bis 90 oder 130"C durchlief. Das Kabel der vorliegenden Erfindung ist für die Herstellung unter hoher Geschwindigkeit und unter gesteuerten Bedingungen geeignet. Diese Tatsache ist von besonderer Bedeutung auf dem Elektrcgebiet, wo die Einheitlichkeit der elektrischen Eigenschaften des Kabels ein bedeutender Gesichts

punkt für die Auslegung eines elektrischen Verteilungssystems ist.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Verbindungen können leicht mit üblichen Kunststoffextrusionsvorrichtungen extrudiert werden. Ein Extruditrverfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kabels besteht darin, daß man den inneren Leiter 1 durch eine Strangpreßform zieht, die (während der Kunststoff in dickem, viskosem Zustand ist) die

to Schicht 2 aus halbleitender Mischpolymerisat-Kunststoffverbindung 0,0508 cm dick über den metallischen Leiter aufbringt. In einem nachfolgenden Extrudiervorgang, vorzugsweise in der zweiten Strangpreßform einer Doppelextrudiervorrichtung, wird das Homopolymerisat-Kunststoff-Isoliermaterial der Schicht 3 aufgebracht.

In einem dritten ExtrudierVorgang wird die Verbindung der Schicht 4 auf das Kabel extrudiert. Der innige Kontakt zwischen den Schichten 2 und 4 gleicht

ao sich aus und beseitigt Oberflächenhohlräume an der Schicht 3 mit dem Ergebnis eines hohlraumfreien Produkts, wodurch Koronaentladung und Zusammenbruch der Kabelisolierung vermieden wird.
Die mit dem Extruder in Zusammenhang stehende

as Ausrüstung, d. h. einschließlich der üblichen Steuertafel, Kühlmulde, Entlüfter, Steuereinrichtung, Stärke-Priifanordnung, Winde und Spulenaufnahme sind alle im Handel erhältlich und dem Fachmann gut bekannt. Die votliegende Erfindung umfaßt jene Kabel, die

nur eine Äthyien-Mischpolymcrisat-Schutzschicht mit hitzehärtenden und halbleitenden Eigenschaften aufweist.

Bei bestimmten Arten von überzogenen Kabeln wäre es vorzuziehen, die äußere Schutzschicht 4, wie hierin definiert, wegzulassen, so daß das Kabel aus einem inneren ^Leiter 1,_ einer Schutzschicht 2 aus halbleitendem Äthylen - Äthylacrylat - Mischpolymerisat, einer Isolierschicht 3 und einem Band oder einer anderen Art äußeren Schutzhülle besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

inneren Leiter, eine elektrische, um den Leiter bePatentansprüche: findliche Abschirmung und eine darüber extrudierte Primärisolation aus einem thermoplastischen Kunst-

1. Abgeschirmtes, elektrisches Kabel, welches stoff enthält. Ferner ist aus der obengenannten Auseinen iineren Leiter, eine elektrostatische Ab- 5 legeschrift bekannt, die elektrostatische Abschirmung schirmung aus einem rußgefüllten thermoplasti- aus einem rußgefüllten Polyolefin und die Primärschen iCunststoff auf Polyolefinbasis und eine isolation aus Polyäthylen herzustellen.

darübei angebrachte Primärisolation aus Poly- Das aus der deutschen Auslegeschrift bekannte äthylen umfaßt, dadurch gekennzeich- Kabel ist aber im Hinblick auf seine Leistungsnet, Jaß die elektrostatische Abschirmung aus io charakteristik noch nicht voll befriedigend,
einem um den Leiter herum extrudierten und Es besteht daher insbesondere ein Bedürfnis an darauf gehärteten Mischpolymerisat von Äthylen einem elektrischen Kabel, das sich zur Leitung von und e nem ungesättigten Ester besteht und neben Hochspannungselektrizität eignet und weniger als die dem luß ein Antioxydationsmittel enthält. bisherigen Kabel Koronaentladungen oder einem

2. Abgeschirmtes, elektrisches Kabel gemäß 15 elektrischen Zusammenbruch unterworfen ist, verAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hältnismäßig leicht herzustellen ist und das seine Mischpolymerisat durch Mischpolymerisation von elektrische Leistungsfähigkeit bei wiederholten elek-AtIvJen unci Ätlnlacrylat oder Vinylacetat im trischen Beanspruchungen beibehält.
Ge'.ichtsverhäicnis von 70:30 bzw. 90:10 erhalten Gegenstand der Erfindung ist somit ein abgeschirmwird. 20 te? elektrisches Kabel, welches einen inneren Leiter,

3. Abgeschirmtes, elektrisches Kabel gemäß eine elektrostatische Abschirmung aus einem ruß-Anspruch 1 oder 2. dadur h gekennzeichnet, daß gefüllten thermoplastischen Kunststoff auf Polyoleim- ;s eine zweite elektrostatische Abschirmung aus basis und eine darüber angebrachte Primärisolation einem um den Leiter herum extrudierten und aus Polyäthylen 1. nfaßt, das dadurch gekennzeichnet darauf gehärteten Mischpolymerisat von Äthylen 25 ist, daß die elektrostatische Abschirnung aus einem und einem ungesättigten Ester enthält, die neben um den Leiter herum extrudierten und darauf gedem Ruß ein Antioxydationsmittel enthält, wobei härteten Mischpolymerisat von Äthylen und einem die Primäriso'ntion zwischen den beiden elektiü- ungesättigten Ester besteht und neben dem Ruß ein statischen Abschirmungen anseordnet ist. Antioxydationsmittel enthält.

30 Nach einer bevorzugten Aiisführungsform der Erfindung wird das Mischpolymerisat durch Mischpoly-

merisation von Äthylen und Äthylacrylat oder Vinylacetat im Gewichtsverhältnis von 70:30 bzw. 90:10 erhalten.
35 Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung betrifft ein abgeschirmtes, der Erfindung enthält das Kabei eine zweite elektroelektrisches Kabel, das zur Leitung von elektrischen statische Abschirmung aus einem um den Leiter Hochspannungen geeignet ist. herum extrudierten und darauf gehärteten Mischpoly-

Ein zur Leitung von elektrischen Hochspannungen merisat von Äthylen und einem ungesättigten Ester, geeignetes Kabel umfaßt im allgemeinen einen inneren 40 die ne^! en dem Ruß ein Antioxydationsmittel enthält, Leiter, üblicherweise Kupfer, und eine Beschichtung wobei die Primärisolation zwischen den beiden aus isolierendem Material. Häufig wird eine Überzugs- elektrostatischen Abschirmungen angeordnet ist.
schicht aus witterungsbeständigem Material auf den Zum Zwecke des besseren Verständnisses der vor-

Isolator aufgebracht. Darüber hinaus wird es für liegenden Erfindung wird auf die Zeichnung vervviehöhere Voltzahlen oberhalb einer bestimmten G~enze, 45 sen, in der die 1- i g. 1 eine perspektivische Ansicht in Abhängigkeit von der Form des Kabels und dessen einer bevorzugten Aiisführungsform des erfindungs-Anwendungsort, notwendig, die Kabelisolierung vor gemäßen Kabels mit Teilschnitten wiedergibt.
Belastungen von Spannungskonzentrationen, die zur Gemäß der Darstellung umfaßt das Kabel einen

Bildung von Koronaentladungen oder möglicherweise inneren Leiter 1 in Form einer gedreh'en (verzwirnten) zu.η Zusammenbruch führen, zu schützen. Solche 50 Gruppe von einzelnen Kupterdrähten. Aluminium-Spannungskonzentrationen können sich entwickeln, oder andere leitende Drähte können ebenso als wenn Kabel in Abständen geerdet sind. Leiter 1 verwendet werden. Eine Schicht 2 einer ther-

Eine kontinuierliche Abschirmung ist zur Begren- moplastischen Kunststoffverbindung mit einem Gezung des elektrischen Feldes innerhalb der Isolierung halt eines halbleitenden Materials wird um den notwendig, um die Entwicklung hoher Spannungs- 55 inneren Leiter 1 direkt geformt,
belastungen in dielektrisch schwachen Richtungen Die Kunststoffverbindung besteht aus einem spe-

oder Bereichen des Kabels zu verringern oder zu ziellen Mischpolymerisat, so daß sie ausgezeichnete unterbinden. Bindeeigenschaften aufweist und verhältnismäßig leicht

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die zu verarbeiten ist. Die Bezeichnung »Mischpolymeri-Schaffung eines isolierten Kabels zur Leitung von 60 sat«, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich nicht auf Hochspannungselektrizität, welches weniger als die ein Gemisch, sondern auf das Produkt einer Mischbisherigen Kabel Koronaentladung oder elektrischem polymerisation von Monomeren, wovon jedes der Zusammenbruch unterworfen ist, verhältnismäßig polymeren Moleküle des Mischpolymerisats sich wieleicht herzustellen ist und welches seine elektrische derhotende Einheiten, im allgemeinen in Ketten-Leistungsfähigkeit bei wiederholten elektrischen Be- 65 anordnung enthält. Die im allgemeinen für eine anspruchangen beibehält. solche Mischpolymerisation erforderlichen Bedingun-

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 021 042 ist gen sind jene, die für die Polymerisation von reinen bereits ein elektrisches Kabel bekannt, das einen Monomeren in ein Homopolymerisat erforderlich