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Elektrisches Kabel, vorzugsweise Hochspannungskabel Die Erfindung
betrifft ein elektrisches Kabel, vorzugsweise ein Hochspannungskabel, dessen Isolierung
aus einem Olefinpolymerisat besteht. Unter Kabel sind hierbei und im folgenden auch
Leitungen zu verstehen.
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Pu'r die Isolierung eines solchen Kabels kann insbesondere Polyäthylen,
und zwar sowohl Hochdruckpolyäthylen als auch Niederdruckpolyäthylen sowie auch
vernetztes Polyäthylen, verwendet werden. Für diesen Zweck kommen aber auch andere
Polymerisate oder Copolymerisate auf der Basis von äthylen, Propylen oder von deren
Homologensowie auch Copolymerisate dieser Art infrage, die als dritte Komponente
einen ungesättigten Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Dien, enthalten. Spezielle
derartige Copolymerisate sind unter der Bezeichnung Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk
(EPDM) bekannt.
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Es ist bekannt, Kabelisolierungen auf der Basis von Olefinpolymerisaten,
insbesondere auf der Basis von Polyäthylen, geringe Mengen eines Kohlenwasserstoffes,
wie beispielsweise Tristyrol, α- oder N -Methylnaphthalin oder Dodecylbenzol
zuzusetzen (oE-PS 207 561). Weiterhin ist für solche Kabelisolierungen der Zusatz
geringer Mengen von ungesättigten, perhalogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen
mit einem Schmelzpunkt unterhalb 20°C und einem Siedepunkt über 120°C (D2-AS 1 141
081), von Bisbenzyltoluol (DT-AS 1 490 574), von festen aromatischen Eohlenwasserstoffverbindung
oie
Kohlenwasserstoffölen dispergiert sind (DT-OS 1 569 396) sowie
von N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin und/oder N-Phenyl-N'-cyclohexyl-p-phenylendiamin
und/oder Carbazol und/oder Acridin (DT-PS 1 490 575) und von Diphenyl-pphenylendiamin
(Transact. AIEE, Vol. 81, Part. III, Juni 1962, S. 115) bekannt.
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Durch die Erfindung wird aufgabengemäß eine weitere Verbesserung einer
Kabelisolierung, insbesondere für Hochspannungszwecke, auf der Basis eines Olefinpolymerisates,
insbesondere einem Polymerisat oder Copolymerisat auf Äthylenbasis, geschaffen.
- 1' Gemäß der Erfindung enthält die Kabelisolierung einen geringen Zusatz an aliphatischen,
aromatischen oder gemischt aliphatischaromatischen, gesättigten tertiären Mono-,
Di- oder Polyaminen, deren Substituenten reine Kohlenwasserstoffe sind. Für die
Erfindung ist es also wesentlich, daß als Zusatzstoff ein gesättigtes tertiäres
Amin verwendet wird und daß diese Verbindung keine Heteroatome enthält. Die gesamte
Molekühlstruktur der im Rahmen der Erfindung verwendeten Zusatzstoffe weist also
nur reine Kohlenwasserstoffgruppen sowie tertiäre Amine auf.
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Der gemäß der Erfindung vorgesehene Aufbau der Kabelisolierung hat
eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, und zwar insbesondere
der Langzeitfestigkeit, zur Folge.
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Die im Rahmen der Erfindung vorgesehenen gesättigten, tertiären Mono-,
Di- oder Polyamine haben also folgende Struktur:
oder
oder allgemein
Hierbei sind die Substituenten R1 bis R sowie X1 bis In Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl-
oder Cycloaryl-Gruppen, also aliphatische, aromatische, cycloaliphatische oder cycloaromat-ische
Gruppen; diese Gruppen können auch gemischt alipliatisch aromatisch sein. Sie können
einander gleich oder auch voneinander verschieden seinf Wesentlich ist allein, daß
es sich um reine Kohlenwasserstoffe handelt, die also keine Heteroatome enthaltene
Beispiele geeigneter Verbindungen sind: Trialkylamine wie Trimethylamin oder Triäthylamin.
Weitere Beispiele sind
(N,N, N,' N'-Tetramethyl-äthylen-diamin)
oder
(N,N-Dimethyl-octyl-amin) oder
(N,N,N',N'-Tetramethyl-diamino-butan) oder
(N,N,N', N'-Tetraphenyl-benzidin) oder
(N,N,N',N'-Tetramethylbenzidin) oder
(N,N,N',N'-Tetraphenyl-p-phenylen-diamin)
oder
(N,N,N',N'-Tetraäthyl-p-xylen- α, α'-diamin) oder
(tetrasubstituiertes Naphthylen-phenylen-diamino-alkan) oder
(N,N,N',N'-2etramethyl dinaphthyl-diamino-methan) Die aromatischen Gruppen können
aber auch noch mit weiteren reinen Kohlenwasserstoffgruppen substituiert sein. Das
führt zu gesättigten tertiären Aminen mit beispielsweise folgender Struktur:
Als geeignet erwiesen für die Realisierung des Erfindungsgedankens haben sich vor
allem auch Tetraalkyl-diamino-diarylal kane, wie beispielswese N,N,N',N'-Tetraäthyl-p-xylen-
α, α'-diamin oder N,N,N',N'-Tetramethyl-diamino-diphenylmethan. Besonders
günstig
ist eine Kabelisolierung auf der Basis von Polyäthylen, der 0,5 bis 0,8 ffi Tetramethyl-diamino-diphenylmethan
zugesetzt ist.
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So-hat die Prüfung der Kurzzeitfestigkeit in Form einer Sofortdurchschlagprüfung
eines Modellkabels mit 0,5 mm Wanddicke der leiterglättung auf der Basis eines Polyäthylenvinylacetates
und mit 1,0 Wanddicke der Isolierung folgende Werte ergeben, denen zum Vergleich
die Werte eines in gleicher Weise aufgebauten Modellkabels gegenübergestellt sind,
dessen Polyäthylenisolierung 0,08 % Diphenyl-p-Phenylendiamin zugesetzt ist: --
-Polyäthylenisolierung enthält 0,08 % Diphenyl- 0,5% Tetramethylp-phenylendiamin
diamino-diphenylmethan 50 %-Wert 54 kV/mm 65 kV/mm 70 %-Wert 60 kV/mm 78 kV/mm 95
%-Wert 73 kV/mm 95 kV/mm Prüfungen der Langzeitfestigkeit nach dem Würstlin-Test
haben bei dem gleichen Polyäthylen-Typ ergeben, daß ein Zusatz von O,5% Diphenyl-p-phenylendiamin
bei 30 kV Prüfspannung einen Medianwert von 70 h ergibt, während ein Zusatz von
Tetramethyldiamino-diphenylmethan unter gleichen Bedingungen einen Medianwert von
1.800 h ergibt.
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Auch die Prüfung der Langzeitfestigkeit nach dem Doppelnadeltest hat
für Kabelisolierungen auf der Basis yon Polyäthylen, die einen Zusatz von 0,5 %
Tetramethyl-diamino-diphenylmethan
enthalten, wesentlich höhere
Werte der elektrischen Feldstärke ergeben, ohne daß eine Ionisation oder Durchschläge
auftraten, als es bei einer gleichartigen Kabelisolierung mit einem Zusatz von Diphenyl-p-phenylendiamin
der Fall-war.
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Außerdem ist noch zu berücksichtigen, daß sich, wie Versuche gezeigt
haben, Diphenyl-p-phenylendiamin bei 800C innerhalb von zwei Stunden zu 90 Vo verflüchtigt,
während die Flüchtigkeitsverluste von Tetramethyl-diamino-diphenylmethan bei gleichen
Bedingungen nur 10 % betragen. Dies ist im Hinblick auf die gegenüber Raumtemperatur
stark erhöhte Betriebs temperatur von polyäthylenisolierten Hochspannungskabeln,
für die zur Zeit ein Wert von maximal 7000 zugelassen ist, von besonderer Bedeutung.
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Werner ist der Reinheitsgrad des im Handel erhältlichen Tetramethyl-diamino-diphenylmethans
größer als bei Diphenyl-pphenylendiamin. Die letztgenannte Verbindung enthält nämlich
im Anlieferungszustand wie alle sekundären Amine stets ihre eigenen Oxidationsprodukte
sowie in diesem speziellen Fall noch Diphenylamin als Verunreinigung, so daß der
Schmelzbereich des im Handel erhältlichen Diphenyl-p-phenylendiamins bei 120 bis
143°C liegt. Dagegen schmilzt das im Handel erhältliche Tetramethyldiamino-diphenylmethan
im Anlieferungszustand zwischen 82 und 87°C.
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Hinsichtlich des Leistungsfaktors hat eine Kabelisolierung aus Polyäthylen
mit einem Zusatz von 0,8 % Tetramethyldiamino-diphenylmethan den gleichen tans -Wert
von 1,4 wie eine Kabelisolierung aus dem gleichen Polyäthylen-Typ mit einem Zusatz
von nur 0,05 ffi Diphenyl-p-phenylendiamin.
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Während Diphenyl-p-phenyldiamin ein sekundäres aromatisches Amin mit
antioxidativen Eigenschaften ist, haben Amine wie insbesondere das Tetramethyl-diamino-diphenylmethan
keine antioxidativen Eigenschaften. An sich ist es bekannt (D2-OS 2 030 972), Verbindungen
der Struktur
mit Y1: Phenyl- oder Alkylphenylgruppe Y2 Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder
Cycloalkylgruppe mit 5 bis 9 C-Atomen oder N,N'-Dialkyl-N,N'-diaryl-1,4-arylendiamin
oder N,N'-Di ( fl -Hydroxyalkyl)-N,Nt-diaryl-1,4-arylendiamin Y3 : Alkylgruppe mit
1 bis 4 C-Atomen als Antioxidantien für peroxidvernetzte Polyäthylenformmassen zu
verwenden. Die Behauptungen über die antioxidative Wirksamkeit dieser Verbindungen
für peroxidvernetzte Polyäthylenformmassen stützen sich auf Messungen der Zugfestigkeit
und der Dehnung. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Verbindungen dieser Art bei nicht
vernetzten Polyäthylenisolierungen gegenüber der Einwirkung von Sauerstoff nahezu
unwirksam sind.
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In Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich daher, dem als Kabelisolierung
verwendeten Gemisch auf der Basis eines Olefinpolymerisates, das einen Zusatz an
gesättigten tertiären Aminen enthält, in an sich bekannter Weise ein Antioxidans
zuzusetzen. Hierfür kommen beispielsweise in Betracht:
4,4-Thiobis
-(3-methyl-6-tert.-butyl-phenol) N-Phenyl- 1 -naphthylamin, ß-(3,5-Di-tert.-butyl-4-hydroxy-phenyl)-propionsäureester
von Pentaerythrit Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein gemäß der Erfindung
ausgebildetes Einleiter-Hochspannungskabel perspektivisch dargestellt.
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Der Leiter dieses-Kabels besteht aus miteinander verseilten Kupferdrähten,
auf welche die Leiterglättung 2 aus Poly- -äthylen-Vinylacetat aufgebracht ist.
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Auf die Leiterglättung 2 ist im Extruder die Polyäthylenisolierung
3 aufgespritzt. In Durchführung des Erfindungsgedankens besteht diese Polyäthylenisolierung
3 aus einem Hochdruckpolyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 80 000, dem
0,500 Tetramethyl-diamino-diphenylmethan zugesetzt ist.
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Der Polyäthylenisolierung 3 ist in an sich bekannter Weise ein Antioxidans,
beispielsweise 4,4'-Thiobis -(3-methyl-6-tert.-butyl-phenol) in einer Menge von
0,05 bis 1 % zugesetzt.
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Auf die Polyäthylenisolierung 3 wird die äußere-Feldbegrenzung 4 aus
Polyäthylenvinylacetat aufgespritzt. Die Feldbegrenzung 4 ist vom Schirm 5 aus Kupferdrähten
umgeben, der seinerseits von der aus Kupferband bestehenden Gegenwendel 6 eingeschlossen
ist.
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Nach außen wird das dargestellte Kabel von dem Schutzmantel 7 aus
Polyvinylchlorid umgeben.
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1 Figur 5 Ansprüche