DE2352066A1 - Gegen elektrische beanspruchungen stabilisierte isolation auf basis polyaethylen - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt Al.70, Theodor-Stern-Kai 1

Ka/bu FK 75/215

15.10.1973

Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisierte Isolation auf Basis von Polyäthylen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Isolierstoffe auf Polyolefin-Basis, die insbesondere gegen Spannungsbeanspruchung stabilisiert sind und vorzugsweise als Isolation für Hochspannungskabel eingesetzt werden können.

Es sind bereits Isoliermischungen bzw. Isolationen für Hochspannung skab el bekannt, deren Aderisolierung vorwiegend aus Polyäthylen oder vernetztem Polyäthylen besteht und die Spannungsstabilisierende Zusätze enthalten. Diese Zusätze sollen die Resistenz der Isolation gegenüber erhöhten elek-. trischen Feldbeanspruchungen verbessern, die insbesondere in Lunkern oder Bissen bzw. an Fremdstoffen in der Isolation vorliegen können.

So sind bereits Mischungen aus aromatischen Kohlenwasserstoffölen mit aktiven Stabilisierungszusätzen, wi© z.B„ halogenierte oder mit Nitrogruppen substituierte Aromaten bekannt.

509817/0998

- 2 - FK 75/21 5

Weiterhin sind auch schon Stabilisatorzusätze auf Basi3 von verzweigten oder geradkettigen Kohlenwasserstoffen bekannt, die gegebenenfalls auch mit aromatischen Ringen substituiert sein können.

Die bekannten Stabilisatoren weisen zumeist den ITacliteil auf, daß sie sich bei Hochspannungsisolationen auf Polvolefinbaci3 in dielektrischer Hinsicht nachteilig auswirken. Durch Verdünnen oder Vermischen der aktiven Stabilisatorzusätze mit aromatischen Ölen, wie z.B. auf Basis von Terpheirylen, kann die vorgenannte nachteilige Wirkung nur zum Teil behoben v/erden. Substituierte, flüssige Kohlenwasserstoffe haben oftmals den Nachteil, daß sie den Vernetzungsvorgang bei einer Isolierung aus vernetzbarem Polyäthylen beeinträchtigen können bzw. bei der Verarbeitung aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit Schwierigkeiten bereiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen Spannungsbeanspruchung stabilisierte Polyolefin-Isolierun; für Hochspannungszwecke zu schaffen, die ein verbessertes Durchschlagverhalten bei hohen Feldstärkebeanspruchungen aufweist und darüber hinaus in dielektrischer Hinsicht sich nicht nachteilig auswirkt.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß eine Polyolefin-Mischung verwendet wird, die als Stabilisatorzusatz ein aromatenreiches Öl auf Basis eines Anthracene)les enthält. Es ist offensichtlich noch nicht erkannt worden, daß die erfindungsgemäßen hocharomatisciten öle auf Anthracenbasis selbst stabilisierend wirken, d.h. das Durchschlagsverhalten wesentlich verbessern können, öegenüber bekannten Stabilisatoren auf Basis von Naphthalinölen bietet der erfindungsgemäße Stabilisator auf Anthracenbasis den Vorteil, weniger flüchtig zu sein und darüber hinaus in seinem Migrationsverhalten innerhalb der Isolierung den praktischen Anforderungen besser au entsprechen. Auf diesem Wege wird für dauerhaft hohe Feldbeanspruchungen ein wirkungsvoller Sc&uts der Isolierung erreicht.

509617/0998

- 3 - PK 73/215

Solche Anthracenole sind technisch "bekannte Produkte. Sie fallen "bei der Teeröldestillation im Rohzustand als Kristallbrei an, aus dem ein filtriertes Material durch Befreiung von Rückständen gewonnen werden kann. Derartige Anthracenole zeigen oiedebereiche von 300 - 400⁰C: Sie sind im wesentlichen aus mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffen aufgebaut. Neben Anthracen selbst sind weitere aromatische Verbindungen, wie Fluoren, Phenanthren, Acridin, Fluoranthen u.a. enthalten.

Für die Anwendung als Zusatz zu Isolationen auf Polyolefinbasis sind bevorzugt filtrierte Anthracenole mit einer Dichte von 1,1 und einem Siedebereich oberhalb 35O⁰C geeignet. In besonderer Ausbildung der Erfindung kommen auch Anthracenole in Betracht, in denen einer oder mehrere der oben genannten Inhaltsstoffe in angereicherter Form vorliegen. Solche Anreicherungen können z.B. sowohl durch fraktionierte Trennverfahren als auch durch gezielte Dotierungen einzelner Inhaltsstoffe, vorzugsweise bis zu einer Konzentration von ca 20%, erreicht werden.

Für die Herstellung der gegen elektrische Beanspruchungen stabilisierten Isolationen kommen als Polyolefine in erster Linie Äthylen-Homo- oder Copolymerisate oder Mischungen von beiden in Betracht. Solche Polymerisate werden je nach dielektrischen und thermischen Anforderungen an eine Isolierung in Form von unvernetzten Materialien oder von zusätzlich durch Peroxide bzw. durch energiereiche Strahlen vernetzten Materialien verwendet. Insbesondere bei vernetzten Polyäthylen (VPE) kann die stabilisierende Wirkung der erfindungsgemäßen Zusätze durch Peroxidspaltprodukte verstärkt und zeitlich verlängert werden.

Zur Erläuterung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Zusatzes wurden Proben aus vernetztem Polyäthylen herangezogen, die einerseits ohne Zusatz eines Anthracenöles, zum anderen mit einem solchen Zusatz geeigneten Prüfverfahren unterzogen wurden. Hierfür diente ein vernetzbares Polyäthylen, das auf Basis eines Hochdruckpolyäthylens vom H-Typ aufgebaut tat. Es enthält

509817/0998

- 4 - EK 75/213

ca. 2?/o Dicumylperoxid und weiterhin Zusätze eines plienolischen Antioxidationsmittels in der bei VPE-Compounds üblichen Konzentration. In einen solchen Compound (A) werden in der Schmelze bei ca. 120⁰C 2 % eines Anthracene'Ies gemäß der Erfindung eingearbeitet. Dieses Anthracenöl hatte einen Siedebereich von 310 - 380⁰C. Dabei resultierte ein Compound (B), der analog (A) verformt, vernetzt und speziellen Prüfungen zur Charakterisierung der elektrischen Festigkeit zugeführt wurde.

Zur Beurteilung des Verhaltens gegenüber einem extrem inliomogegen elektrischen Feld wurde ein modifizierter treeing-Test angewandt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gegenübergestellt:

Compound A Compound B

Zahl der Ausfälle	0	- 10	0
vor einer Temperung	10	- 30	0
nach einer Temperung

Treeing-Resistenz (Zahl der Ausfälle von J>0 Proben) von unstabilisierten bzw. stabilisierten Proben vor und nach einer Temperung bei vergleichbarer Spannungsbeanspruchung.

Sie zeigen, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz die Resistenz des Isolierstoffes gegenüber der Ausbildung von Entladungskanälen (treeings) im extrem inhomogenen Feld sogar nach einer Temperung noch erhalten bleibt, was im Hinblick auf längere thermische Beanspruchungen beim Betrieb einer Hochspannungskabelisolierung von Bedeutung ist.

503817/0998

- 5 - FK 73/215

Abgesehen von dieser Verbesserung des Verhaltens gegenüber extrem inhomogenen Feldbeanspruchungen wird darüber hinaus durch den erfindungsgemäßen Zusatz auch eine Verbesserung im homogenen elektrischen Feld festgestellt. So wurden bei der Überprüfung der Dauerspannungsfestigkeit zwischen gekreuzten Zylinderelektroden im homogenen Feld im Feldstärke/Zeit-Diagramm für die beiden vorliegenden Materialien deutliche Unterschiede gefunden. Wie aus dem beigefügten Diagramm ersichtlich, wird bei höheren Feldstärken und damit kürzeren Prüfzeiten mit der Probe B zunächst eine steilere Gerade als mit der Probe A erhalten. Mit zunehmender Prüfdauer geht diese Gerade in eine Kurve über, bis nach einiger Zeit fast ein achsenparalleler Kurvenzug vorliegt.

- 6 - FK 75/213

Der Verlauf der Kurve B spricht dafür, daß während der Prüfung das mitverwendete Additiv zu den mit höheren Feldstärken beanspruchten Flächen, z.B. an die Grenzfläche des Isoliermaterials zu Gas bzw. Luft in einem Lunker migriert und dadurch die Teilentladungsbeanspruchung mindernd beeinflußt. !lach hinreichend langer Einwirkungszeit des Feldes wird der 3-limmeinsatzpunkt der Isolation also zu höheren Feldstärken hin verschoben.

Wegen des anfänglich weniger günstigen Verhaltens der Probe B gegenüber der Spannungs-Zeit-Belastung müssen daher Kabelisolierurigen, die mit diesen Additiven ausgerüstet sind, bevor sie eingesetzt werden, einer zunehmenden Spannungsbelasfcun^; ausgesetzt werden, um eine Formierung des Additivs in der Isolation hervorzurufen.

Diese Ergebnisse demonstrieren, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz eines Anthracenöles eine Verbesserung der Beanspruchbarkeit der Isolation auf VPE-Basis erreicht werden kann. Dabei werden die dielektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials im wesentlichen nicht nachteilig beeinflußt, wie dies bei bekannten aktiven Stabilisatorzusätzen meistens der Fall ist. Auch der Vernetzungsvorgang wird durch die erfindun^sgemäßen Zusätze nicht wesentlich gestört.

6.Seiten Beschreibung
3 3 Patentansprüche

509817/0998

Claims (2)

1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

   6 Frankfurt/H.70, Theodor-Stern-Kai 1

   Ka/bu EK 75/215

   15.10.1975

   Patentansprüche

   Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisierte Isolation auf Basis von Polyolefinen unter Zusatz eines aromatenreichen Öles, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polyolefinmischung verwendet wird, die als Stabilisatorzusatz ein AnthraceneI enthält.
2. 2. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anthracenöl verwendet wird, das mit einem oder mehreren seiner Inhaltsstoffe angereichert ist»

   5· Verfahren zur Stabilisierung der Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Wirksamkeit der Zusätze eine Formierung durch vorherige elektrische Feldbeanspruchung erfolgt.

   $93817/0998