DE2101921B2

DE2101921B2 - Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungskabels

Info

Publication number: DE2101921B2
Application number: DE2101921A
Authority: DE
Inventors: Frank Stanley Harpenden Hertfordshire Walker (Grossbritannien); Graham Boyce Loncon Wills
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1970-01-16
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1975-02-20
Also published as: US3701683A; CA935782A; NL7100582A; FR2076148B1; SE381271B; DE2101921A1; FR2076148A1; GB1306742A; NL146630B

Description

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derartigen Fällen ist jedoch die mittlere Dosisrate R, die durch die obige Formel ihren Ausdruck findet, immer gleich der Dosis dividiert durch die Gesamtzeit vom Beginn des ersten Aussetzens der Bestrahlung und dem Ende des letzten Aussetzens, d. h. einschließlich der Zeit zwischen den Aussetzungen.

In den Zeichnungen ist

F i g. 1 eine graphische Darstellung, die die expsrimentellen Ergebnisse zar Erläuterung der Erfindung enthält, und

F i g. 2 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1, in der die Dosis (in Mrad) gegen die Dosisrate (:n Mrad/sec) 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 Kreis versehenes Kreuz bezeichnet eine Probe mit einer Glimmentladungsanfangsspannung von 35 kV innerhalb des experimentellen Fehlers, und ein Kreuz bezeichnet eine Probe mit einer Glimmentladungsanfangsspannung von weniger (tatsächlich immer viel weniger) als 35 kV.

Alle Proben hatten ein 4 mm starkes Dielektrikum eines Polymeren, das nur aus Äthylenbausteinen aufgebaut war.

Es ist beobachtet worden, daß die Bestrahlung unter Verfahrensbedingungen gemäß den Punkten über und links der Kurve in F i g. 1 meistens immer zum Versagen des Glimmentladungsanfangsspannungstestes führen, während ein Versagen unter und rechts der Kurve eine Ausnahme darstellt. Das einzige eindeutige Versagen in diesem Bereich (Punkt A) war eine Probe, die kein Anzeichen der Erholung nach mehreren Monaten zeigte und daher tatsächlich defekt gewesen ist. Viele, aber keineswegs alle der anderen fehlerhaften Proben, zeigten Anzeichen von Erholung nach etwa 1 Monat. Im praktisch interessanten Dosisbereich, nämlich im Bereich von 20 bis 60 Mrad, fällt die Grenzlinienkurve innerhalb des experimentellen Fehlers mit der Geraden B-B, die die Beziehung

R ^ c0,0W{D-10)

ausdrückt, zusammen.

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

Die punktierten Teüe der Kurve der Fig. 1 sind rein theoretisch. Der Linienzug C-C basiert auf der Erwartung, das 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

ίο Belastungen genommen werden, um abzufallen und um das entwickelte Gas 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 ist möglich, daß die Kurve — wie bei D-D gezeigt — für hohe Dosisraten unter 60 Mrad fällt. Das hat jedoch keine praktische Bedeutung, da der dann in Betracht kommende Bereich der Bestrahlungsbedingungen ein solcher sein würde, der

ao nicht ausgenutzt wird, da das eine unnötig große Kapitalinvestition verlangen würde.

F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgentäßen Verfahrens geeignet ist Das Kabel oder ein

»5 anderer isolierter Leiter 1 wird von einer Ablaufhaspel genommen oder direkt aus dem Extruder, mit dem der isolierende Überzug aufgebracht wird (nicht eingezeichnet), und wird mit Hilfe von Führungen 2 durch die Bestrahlungszonen von drei Elektronenbeschleunigern 3 hindurchgeführt, die zueinander in Winkeln von 120° angeordnet sind, aus der Richtung der Kabelachse gesehen. Im Bedarfsfalle kann ein weiterer Durchgang vorgesehen werden unter Verwendung von einer oder mehreren weiteren Führungen. Nach Beendigung der Bestrahlung kann das Kabel direkt zu einer Glimmentladungsanfangsspannungs-Teststation 5 geführt werden und von da

zu einer Aufwickelanordnung (nicht eingezeichnet).

Obgleich Elektronenabtastbeschleuniger (scanning electron accelerators) zum Zwecke der Erläuterung gezeigt worden sind, ist einzusehen, daß damit nicht beabsichtigt ist, die Verwendung von andfren Beschleunigertypen auszuschließen, wie die Verwendung von Linearbeschleunigern und sogenannten Coaxialbeschleunigern. Diese beiden Beschleunigertypen haben aber bei den erfindungsgemäß erforderlichen Teilchenenergie, d. h. 0,8 bis 6 MeV, nur eine begrenzte Lebensdauer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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sammenbruch des Kabels während des Betriebes führen. Als Vorsichtsmaßregel gegen größere Hohl-

Patentanspruch: räume wird das Kabel einem Glimmentladungstest

unterworfen. Die Glimmentladungsanfangsspannung

Verfahren zur Herstellung eines Hochspan- 5 soll oberhalb eines vorgeschriebenen Werts liegen, nungskabels durch Aufbringen einer isolierenden der beispielsweise etwa das 2fache der Aibeitsspan-Umhüllung aus einem mindestens 2,5 mm starken nung des Kabels betragen kann. Die Glimmentla-Äthylenpolymeren auf einen metallischen Leiter gungsanfangsspannung ist die kleinste zwischen dem und durch Aussetzen der Umhüllung energie- Kabelleiter und einer dieses Kabel umgebenden ringreicher Strahlung, damit die Umhüllung eine io förmigen Elektrode liegenden Spannung, die feststell-Strahlendosis von 20 bis 60 Mrad aufnimmt, bar elektromagnetisches Rauschen erzeugt. Die tatd adurch gekennzeichnet, daß die Strah- sächlich erhaltenen genauen zahlenmäßigen Werte lendosis Ό (in Mrad) mit einer mittleren Rate sind weniger von Bedeutung, da sie von der Ausvon R (in Mrad/sec) von ' legung der Testapparatur abhängen. Für Kabel, die

15 Hohlräume enthalten, liegt der Wert jedoch sehr viel

R > e⁰·⁰⁴- <^D -¹⁰> niedriger.

Wenn Kabel, die mit 2,5 mm oder mehr Äthylenverabreicht wird. polymerisat isoliert sind, der Bestrahlung ausgesetzt

werden, um das polymere Material unter Verwen-

ao dung einer Strahlendosis von 20 bis 60 Mrad zu

vernetzen, und wenn die Kabel kurz darauf einem

Glimmentladungstest ausgesetzt werden, so ist die

Ausfallrate außergewöhnlich hoch. Der Grund hierfür ist nicht zu verstehen, aber er ist möglicherweise as mit der Erzeugung von Bereichen hoher elektrischer

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren Ladung geringer Beweglichkeit im Polymeren verzur Herstellung eines Hochspannungskabels mit einer bunden.

Isolierung aus Äthylenpolymerisaten, worunter Poly- Es scheint möglich, daß diese Schwierigkeiten

merisate zu verstehen sind, die sich nur von Äthylen weitgehend überwunden werden können, indem man ableiten, oder aus Polymerisaten, die sich zum grö- 30 den Kabelkern vor dem Testen eine gewisse Zeit ßeren Teil von Äthylen und zum kleineren Teil von lagert, die mit der Stärke des isolierenden Materials einem oder mehr als einem Comonomeren ableiten, schnell zunimmt und etwa für Stärken gerade über die keinen wesentlichen Einfluß auf die Zugfestigkeit, 2,5 mm etwa 1 Monat beträgt. Dies ist jedoch keine die elektrischen Eigenschaften oder die Bestrahlungs- praktische Lösung des Problems, da das einzusetempfindlichkeit des Polymerisats haben. 35 zende Kapital so steigen würde, daß das ganze Ver-

Es ist bereits bekannt, daß bestimmte physikalische fahren unwirtschaftlich wird, verglichen mit der AnEigenschaften von einigen polymeren Materialien, Wendung eines chemischen Vernetzungsmittels,
ganz besonders die Zugfestigkeit un<£ Wärmeverfor- Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das

mungstemperatur durch Vernetzung mit Hilfe energie- Material für eine relativ kurze Zeit nach der Bestrahreicher Strahlen verbessert werden können. Beispiels- 40 lung auf eine Temperatur über den Kristallisationsweise ist es bekannt (US-PS 2 929 744, 3 362 897), schmelzpunkt erhitzt wird. Dies ist für die Herabsetdünne Isolationsschichten aus Polyäthylen zu be- zung des Auftretens von Anzeichen unechter Störstrahlen und dann noch mit einem Lacküberzug zu rungen wirksam; aber es ist unbefriedigend, weil die versehen bzw. sie einer Wärmebehandlung zu unter- Häufigkeit der tatsächlichen Hohlräume zunimmt, werfen. Die Bestrahlungsdosis beträgt dabei im all- 45 wahrscheinlich, weil die Herabsetzung der Zugfestiggemeinen 2 bis 20 Megaröntgen bzw. -röntgen- keit bei erhöhter Temperatur die Bildung der Hohläquivalente, je nach Strahlungstyp, sie kann jedoch räume durch Abscheidung des gelösten Gases, das bis 5000 Megaröntgen erhöht werden. Als Dosis- bei dem Bestrahlungsvorgang in dem Material geleistung oder Dosisrate für die Bestrahlung ist bildet wird, ermöglicht.

ein Wert von 900 Röntgen-Einheiten, der etwa 50 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-232 rad/sec entspricht, bekannt (US-PS 2 960 453), gründe, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe um Isolationen zu behandeln. In anderem Zusammen- mit Polyäthylen isolierte Kabel für hohe Spannungen hang, nämlich um durchsichtige Polyäthylenfolien durch Bestrahlung des Polyäthylens rationell hergeherzustellen, ist auch eine Dosisrate von etwa stellt und unmittelbar nach der Bestrahlung durch 2,7 ■ 10« äquivalenten Röntgeneinheiten pro sec, was 55 einen Glimmentladungstest geprüft werden können, etwa 700 rad/sec entspricht, beschrieben worden Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch (US-PS 2 877 500). angegebene Erfindung gelöst.

Ein an sich bekanntes Verfahren (GB-PS 766 802) Der Ausdruck »Dosis« bedeutet die mittlere Dosis,

zur Behandlung von Drähten mit einem dünnen integriert über das Gesamtdielektrikum.
Isolationsüberzug aus Polyäthylen führt zwar zu 60 Die Gesamtdosis beträgt vorzugsweise 25 bis zufriedenstellenden Ergebnissen, es treten jedoch 55 Mrad. Die Bestrahlung mit energiereichen Elek-Schwierigkeiten auf, wenn die Stärke des Überzugs tronen, das sind Elektronen mit einer Energie von 2,5 mm überschreitet, was etwa der Isolation für eine mindestens 0,8 MeV, wird bevorzugt. Die Dosis wird Betriebsspannung von 6 kV entspricht. Wenn poly- vorzugsweise durch ein einziges Aussetzen der Bemeres Material auf einen Leiter zur Bildung eines 65 strahlung gleichmäßiger Intensität verabreicht. Es Kabels extrudiert wird, so besteht die Gefahr, daß in kann aber auch eine ungleichmäßige Intensität verdem Material Hohlräume gebildet werden. Derartige wendet werden, oder die Dosis kann sich aus meh-Hohlräume können schließlich zum elektrischen Zu- reren separaten Aussetzungen zusammensetzen. In