DE2101921A1

DE2101921A1 - Verfahren zur Herstellung von isolierten Hochspannungskabeln

Info

Publication number: DE2101921A1
Application number: DE19712101921
Authority: DE
Inventors: Graham Boyce London; Walker Frank Stanley Harpenden Hertford; Wills (Großbritannien). H02g 1-12
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1970-01-16
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1971-07-22
Also published as: SE381271B; NL7100582A; FR2076148B1; NL146630B; FR2076148A1; CA935782A; DE2101921B2; GB1306742A; US3701683A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. IMG. A. VAM DER WERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 90 . 21 Q^ 921 β MÖNCHEN βθ

WlLiT, IFtJl »Τ*. 31 - TIL. OtIlI 770«Λ! LUCU.E-G« AHN-tTR. 33 - ΠΙ. Ι0·Ι1> 440S46

München, 15. Januar 1971 L/Bu

BSlITISM INSULATED CALLENDER¹S CABLES LIMITED, 21 Sl&aanbaxy Street, London, W,C. 1, England

Verfahren zur Herstellung von isolierten Hochspannungskabeln

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochspannungsleitungen mit einer Isolierung aus Äthylenpolymeriaaten, worunter Polymerisate zu verstehen sind, die sich nur von Äthylen ableiten, oder aus Polymerisaten, die sich zum größeren Teil von Xthylen und zum kleineren Teil von einem oder sehr als eines Cononomeren ableiten, die keinen wesentlichen SinfluA auf di* Zugfestigkeit, die elektrischen Eigenschaften ader die Bectrahlungsempfindlichkeit des Polymerisates haben«

Es ist bereits bekannt, daß bestirnte physikalische Eigenschaften von einigen polymeren Materialien, gans besonders die Zugfestigkeit und Wärmeverformungetemperatur durch Vernetzung mit Hilfs ensrgisreicher Strahlen verbessert werden können» Die britische Patentschrift 766 802 beschreibt die Anwendung einer derartigen Bestrahlung sur Herstellung von verbesserten isolierton Drähten und Kabeln.

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Dieses Verfahren ist swar but vollen Zufriedenheit bei der Behandlung von Drähten mit einem dünnen Polyäthylenübersug erprobt worden, es treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn die Stärke des Überzuges 2,5 mm Qbersohreitet (entsprechend einer Betriebsspannung von etwa 6 KV). Wenn polymeres Material auf ein Leitungskabel extrudiert wird, so besteht die Gefahr, daß in dem Material Lücken gebildet werden. Derartige Lücken können achließ lieh zum elektrischen Zusammenbruch des Kabels während des Betriebes führen. Als Vorsichtsmaßregel gegen die Anwesenheit von Lücken von beträchtlichen Ausmaß,ist es üblich, su verlangen, daft das Kabel einem Qlimmentladungstest unterworfen wird. Die Glimaentladungsanfangsspannung soll einen vorgeschriebenen Wert überschreiten, der beispielsweise etwa das 2-fache der Arbeitsspannung des Kabels betragen kann. (Die Glimmentladungsanfangaspannung ist die kleinste Spannung «wischen dem Leitungskabel und einer dieses Kabel umgebenden ringförmigen Elektrode, die feststellbar elektromagnetisch« Qtrausche er««ugt. Die tatsächlich erhaltenen «ahleoaäßigen Wart· sind weniger von Bedeutung, da sie von der Auslegung der Testapparatur abhängen. Im allgemeinen ist aber gefunden worden, da* für Kabel, die Lfieken enthalten, ein sehr viel niedrigerer Wert erhalten wird.

Wenn Kabel, die mit 2,5 mm oder mehr Xthylenpolymerisat isoliert sind, der Bestrahlung ausgesetzt werden, um das polymere Material unter Verwendung einer Strahlendosis von 20 ·■ 60 Mrad su vernetzen und wenn die Kabel kurs darauf einen aiimmentliidungst-sefc ausgeaetst werden, so ist die Ausfallrat« außergewöhnlich hoch. Der Grund hierfür let nicht tu verstehen, aber er ist

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mit der Erzeugung von Bereichen hoher elektrischer Ladung geringer Beweglichkeit im Polymeren verbunden.

Es saheint Möglich, daß diese Schwierigkeiten weitgehend überwunden werden können, indem man den Kabeikern vor dem Testen eine gewisse Zeit lagert, die mit der Stärke des isolierenden Materials schnell sunintmt und etwa für Stärken gerade über 2,5 mn otwa 1 Monat beträgt. Dies ist jedoch keine praktische Lösung des Problems, na das einzusetzende Kapital so steigen würde, daß das ganze Verfahren unwirtschaftlich wird, verglichen mit der Anwendung eines chemischen Vernetzungsmittels.

Bine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Material für eine relativ kurze Zeit nach der Bestrahlung auf eine Temperatur Ober den Kristallieationsschmelspunkt erhitzt wird. Dies ist für die Herabsetzung des Auftretens von Anzeichen unechter Störungen tfirkeam; aber es ist unbefriedigend, weil die Häufigkeit der tatsächlichen Lücken sunimmt, wahrscheinlich, weil die Herabsetzung der Zugfestigkeit bei erhöhter Temperatur die Bildung τοπ Lücken infolge Absoheidung des gelüsten Gases, das bei dem Bestrahlung-Vorgang in dem Material gebildet wird, ermöglicht.

Es wurde nun gefunden, daß die beschriebenen Schwierigkeiten im wesentlichen vermieden werden können, wenn ein aussagekräftiger dllnnentladungsanfangsspannungstest unmittelbar nach der Bestrahlung unter bestimmten Umständen durchgeführt wird, indem kürzo? als bisher bestrahlt wird.

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Erfindungsgeafiß besteht die Herstellungsmethode eines Hochepannungsleiters in den Aufbringen einer mindestens 2,5 mm star" ken isolierenden Umhüllung eines Äthylenpolyaerisates und im Aussetzen der Umhüllung einer energiereichen Strahlung, um die Umhüllung eur Aufnahme einer Strahlendosis (in D(Krad)) von 20 bis 60 Mrad bei einer mittleren Dosisrate R (in Nrad/sec) von R > e °>°*⁶ <^D-¹⁰>su veranlassen.

In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Dosis" die mittlere Dosis, integriert über da· Qesamtdielektrikua.

Die acsamtdosis beträgt vorzugsweise 25 - 55 Mrad. Die Bestrahlung »it energiereionen Elektronen, das sind Elektronen nit einer Energie von mindestens 0,8 NeV wird bevorzugt. Die Dosis wird versugsweise durch ein einsiges Aussetzen der Bestrahlung gleichnamiger Intensität verabreicht. Es kann aber auch eine ungleichmlftige Intensität verwendet werden«oder die Dosis kann sich aus nenreren separaten Aussttsungen susaMsensetBen. In derartigen Fällen ist jedoch die mittlere Dosieretβ R, die durch die obige Porael ihren Ausdruck findet. Immt gleich der Dosis, dividiert durch die desaatseit ve« Beginn des ersten Aussetsens der Bestrahlung und dem Ende des letsten Aussetsens, d.h. einsohlieftllch der Zeit «wischen den Aussetzungen.

In den beigefügten Zeichnungen ist Fig. 1 eine graphische Darstellung, die die experimentellen

Ergebnisse sur Erläuterung der Erfindung enthAlt, und Pig. 2 die schematische Darstellung einer Vorrichtung sur

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Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren«.

In Pig, 1, in der die Dosis (in Mrad) gegen die Dosisrate (in Mrad/eec) aufgetragen ist, stellt jeder Punkt eine separate Probe dar. Ein offener Kreis bezeichnet eine Probe, die unmittelbar nach der Bestrahlung eine Glimmentladungsanfangsspannung von 35 KV oder mehr an der jeweiligen Testapparatur hatte, ein mit einem Kroie versehenes Kreuz bezeichnet eine Probe mit einer Glimaentladungsanfangsepannung von 35 KV innerhalb des experimentellen Fehlere und ein Kreuz bezeichnet eine Probe ^j mit einer Gliiunentladungsanfangespannung von'weniger (tatsächlich immer viel weniger) als 35 KV.

Alle Proben hatten ein 4 ns starkes Dielektrikum eines Polymeren, das nur aus Xthyl«nbaustein«n aufgebaut war.

Bs ist beobachtet worden, daß di· Bestrahlung unter Verfahrensbedingungen gewä* den Punkten Ober und links d«r Kurv« in Fig. ■eisten« ismer zum Versagen des Gli«M«ntladungsanfangsspannung«- teste* führen, vShründ «in Versagen unter und reohts der Kurv« eine Ausnahme darstellt. Das einzige eindeutige Versagen in diesem Bereich (Punkt A) war «ine Prob«, die kein Anzeichen der Erholung nach mehreren Monaten zeigte und daher tatsächlich defekt gewesen ist. Viele, aber keineswegs alle der anderen fehlerhaften ?roben, zeigten Anzeichen von Erholung nach etwa . 1 Monat. Ia praktisch interessanten Dosisbereich, nlelich im Bereich von 20-60 Mrad, fällt die Grenzlinienkurve innerhalb des experimentellen Fehlers mit der Geraden B-B, die die Beziehung

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R // e⁰*⁰*⁶ ^⁰'¹⁰) ausdrückt, zusammen.

Dieae Beziehung schwankt nicht wesentlich innerhalb des praktisch interessanten Isolierungsstärkebereiches (d.h. bis au 25 mm).

Die punktierten Teile der Kurve der Fig. 1 sind rein theoretisch, Die Gerade C-C basiert auf der Erwartung, daß die beschriebenen Schwierigkeiten gering oder vernachlässigbar sind, wenn die Bestrahlung über einen Zeitraum ausgeführt wird, der lang ist, verglichen mit den Zeiten, die für die inneren Belastungen genommen werden, mn abzufallen und um das entwickelte Oas aus dem isolierenden Material diffundieren zu lassen. Die Gerade B-B stellt den Anfang der direkten Schädigung durch die kombinierte

Wirkung von hoher Temperatur und innerem Gasdruck dar. Es i3t möglich, daß die Kurve - wie gezeigt - für hohe Do3israten unter 60 Mrad fällt. Das hat jedoch keine praktische Bedeutung, da der dann in Betracht kommende Bereich der Bestrahlungebedingungen ein solcher sein würde, der nicht ausgenutzt wird, da das eine unnötig große Kapitalimport it ion verlangen würde.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemfißen Verfahrens geeignet ist, Däe Kabel oder ein anderer isolierter Leiter 1 wird von einer Ablaufhaspel genommen oder direkt aus dem Extruder, mit dem der isolierende Oberzug aufgebracht wird (nicht eingezeichnet) und wird mit Hilfe von Führungen 2 durch die Bestrahlunp;8-r.onen von drei Elektronenbeschleunigern I, II und III hindurchgeführt, die zueinander in Winkeln von 120° angeordnet sinl,au8

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der Richtung der Kabelachse gesehen. Ire Bedarfefalle kann ein weiterer Durchgang vorgesehen werden unter Verwendung von einer οΰοτ mehreren weiteren Führungen. Nach Beendigung der Beatrah« lung kann das Kabel direkt zu einer Qlinnnentladungeanfangespannungc-Teststation geführt werden und von da zu einer Aufwickeaanordnu.ng (nicht eingezeichnet).

Obgleich Elektronenabtastbeschleuniger (scanning electron accelerators) zum Zwecke der Erläuterung gezeigt worden sind, ist einnusehen, daß damit nicht beabsichtigt ist, die Verwendung von anderen Beschleunigertypen auszuschließen, wie die Verwendung von Linearbeschleunigern und sogenannten Coaxialbeschleunigern. Dies· beiden Beschleunigertypen haben aber bei den erfindungsgeroäA erforderlichen Teilchenenergien, d.h. 0,8 - 6 MeV,nur «in« begrenzte Lebensdauer.

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Claims

Patentansprüche

X^J Verfahren zur Her stellang eines Hochspannungeleiters durch Aufbringen einer isolierenden Umhüllung aus einem mindestens 2,5 ram starken Äthylenpolymeren auf einen metallischen Leiter und durch Aussetzen der Umhüllung, energiereicher Strahlung, da-* mit die Umhüllung eine Strahlendosis von 20 - 60 Mrad aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlendosis D (in Nrad) mit einer mittleren Rate von R (in Mrad/sec) von "

verabreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennseiohnet, daß die Strahlendosis D 25 - 55 Mrad betragt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder .2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung aus energiereichen Elektronen besteht.

H. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, da* die Beetrablungebedingungen dureh einen Punkt unter der Kur»· CBOD in Pig. 1 dargestellt werden.

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