DE2352450C2 - Stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis, insbesondere auf Basis eines vernetzten Polyäthylens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis, insbesondere auf Basis eines vernetzten Polyäthylens, enthaltend eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung.

Von den Polyolefin-Homo- und Copolymerisaten haben sich die Polyäthylene hoher und niedriger Dichte inzwischen einen festen Platz in der Kabelisoliertechnik errungen, da sie außer der Preiswürdigkeit und einfachen Verarbeitbarkeit zu den besten festen Isolierstoffen gehören.

Der Einsatz von Polyäthylen in der Hochspannungstechnik, insbesondere bei Hochspannungskabeln, fand jedoch eine gewisse Begrenzung, da die theoretisch mögliche und im Laboratorium an kleinen Proben experimentell meßbare Durchschlagfestigkeit von 600— 700kWmm sich in der Praxis bei weitem nicht nutzen ließ; man arbeitet dort bei der Auslegung der Kabeldimension noch mit Feldstärkebelastungen, welche meist weit unter lOkV/mm liegen. Dies hat seine Ursache darin, daß sich bei der technischen Verarbeitung mikroskopische und submikroskopische Schwachstellen nicht vermeiden lassen. Außer den hier in Frage kommenden kleinen Lunkern, Rissen und Mikrorissen ist es technisch nicht immer zu vermeiden, daß auch Fremdstoffe als Verunreinigungen in das Isoliermaterial gelangen. Alle diese Fehlstellen im Isoliermaterial sind als elektrische Schwachstellen zu bezeichnen, deren negative Auswirkungen zu beheben sind.

Zu diesem Zweck sind bereits Isoliermischungen bzw. Isoliermaterialien für Hochspannungskabel bekannt geworden, deren Aderisolierung vorwiegend aus Polyäthylen oder vernetztem Polyäthylen (VPE) besteht und die Spannungsstabilisierende Zusätze enthalten. Diese Zusätze sollen die Resistenz des Isoliermaterials gegenüber erhöhter elektrischer Feldstärkenbeanspruchung verbessern, die insbesondere an den genannten elektrischen Schwachstellen auftreten und damit zum elektrischen Durchschlag führen können. So wurde eine Anzahl »on Maßnahmen bekannt, welche diesem Mangel abhelfen sollen. Beispielsweise wurden bereits Mischungen aus aromatischen Kohlenwasserstoffölen mit aktiven Stabilisierungszusätzen, wie z. B. haloge nierte oder mit Nitrogruppen substituierte Aromaten, bekannt (DE-OS 15 69 396).

Weiterhin sind auch schon Stabilisatorzusätze auf Basis von verzweigten oder geradkettigen Kohlenwasserstoffen bekannt, die auch mit aromatischen Ringen substituiert sein können (DE-AS 12 48 773).

Die bekannten Stabilisatoren weisen zumeist Nachteile auf. Im Falle des vernetzten Polyäthylens wird durch substituierte Kohlenwasserstoffe tzw. die obengenannten aktiven Stabilisatorzusätze der Vernetzungs- Vorgang meist in unerwünschter Weise inhibiert Zudem können Schwierigkeiten bei der Verarbeitung auf Grund relativ hoher Flüchtigkeit auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegen Spannungsbeanspruchung stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis für Hochspannungszwecke zu schaffen, das ein verbessertes Durchschlagverhalten zeigt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Isoliermaterial ein aromatisches Kohlenwasser stofföl mit zugesetzten aromatischen Ketonen bzw. aromatenhaltigen Hydroxylverbindungen enthält Bei der Kombination aus beiden hat sich gezeigt, daß das aus dem Isoliermaterial über längere Zeit hin erfahrungsgemäß auswandernde aromatische Keton durch

JS eine Lösung in dem gleichfalls stabilisierenden aromatischen öl einerseits langer im Isoliermaterial verbleibt und damit seine Schutzwirkung ausübt, andererseits als »Lösung« im Kohlenwasserstofföl an diejenigen Stellen wandern kann, welche als Fehlstelle im obengenannten Sinne gegenüber einem elektrischen Durchschlag besonders gefährdet ist

Als aromatische Öle kommen an sich bekannte technische Produkte in Frage, wie sie z. B. als Anthrazitöle erhältlich sind. Als aromatische Ketone kommen in Frage z. B. Acetophenon, Diacetylbenzol, Benzophenon und ähnliche Verbindungen; als aromatenhaltige Hydroxylverbindungen solche wie Diisopropanolbenzol, 2-Phenylpropanol-2 oder gemischtsubstituierte Keto-Hydroxylverbindungen, wie z. B. 1-Aceto- 3-isopropanolbenzol.

Eine besondere Ausführung der Erfindung kann darin oestehen. daß das aromatische Keton nicht getrennt der Mischung zugesetzt wird, sondern daß es im Zuge der Herstellung des Isoliermaterials erst gebildet wird. Bei der Verwendung von VPE als Isoliermischung wird üblicherweise Dicumylperoxid verwendet, in neuerer Zeit auch Bisperoxide wie z. B. Bis(t-butylperoxi-isopropyl)-benzol. Beim vernetzungswirksamen Zerfall dieser Peroxide werden Ketone gemäß der Erfindung gebildet.

feo Je nach den zu verwendenden Peroxiden können auch Hydroxyl-Verbindungen gebildet werden.

Diese entsprechenden Mengen von Keto- bzw. Hydroxyl-Verbindungen können bei der Dosierung der erfindungsgemäßen stabilisierenden Kombination be rücksichtigt werden.

Oftmals reichen diese entstehenden Produkte mengenmäßig bereits aus. Sie werden sofort nach der Entstehung mit dem gleichzeitig mitverwendeten

aromatischen Öl gelöst und auf diese Weise für eine längere Zeitdauer im Isoliermaterial festgehalten, wodurch der erfindungsgemäße Langzeitschutz des Isoliermaterials gewährleistet ist

Für die Herstellung des gegen elektrische Beanspruchung stabilisierten Isoliermaterials 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 unverletzten Materialien oder von chemisch (peroxidisch) oder strahlenvernetzten Materialien verwendet

Die Wirksamkeit der Stabilisierung wird anhand des bekannten »Treeing«-Testes im folgenden gezeigt

In ein Polyäthylen niederer Dichte vom H-Typ wurden 2% Acetophenon in der Schmelze gemischt, aus der Mischung Prüfkörper hergestellt (Preßplatten) und diese im treeing-test untersucht Es zeigte sich, daß durch den Zusatz eine Stabilisierung gegenüber der gewählten eleki/ischen Beanspruchung erhalten wird. Das Polyäthylen ohne diesen Zusatz hat von Haus aus eine schlechte Beständigkeit gegenüber dieser Beanspruchung.

Probe	Material	Zahl der
Nr.		ausge
		fallenen
		Proben
		(von 30)
A	Polyäthylen ohne Zusatz	30
B	Polyäthylen mit 2% Acetophenon,	0
	ungetempert
C	Polyäthylen mit 2% Acetophenon,	10-30
	bei 80 C 15 h getempert
D	Polyäthylen mit 2% Acetophenon	0
	und 2% aromatischem Öl,
	ungetemperl
E	Polyäthylen mit 2% Acetophenon	0
	und 2% aromatischem Öl,
	bei 80°C getempert

Treeing-Resistenz (Zthl der Ausfälle von 30 Proben) von unstabilisierten und verschiedenartig stabilisierten Mischungen vor und nach einer Temperung.
Wie die vorstehende Tabelle zeigt, kann durch den ölzusatz ein Langzeit-Effekt erzielt werden, indem das Tempern der Probe, welches eine gewisse Simulation des Lastspiels des Kabels im Betrieb darstellt, keinen nachteiligen Einfluß auf die Treeingbeständigkeit ausübt

ι ο Wie man sich durch eine Messung des Gewichtsverlustes überzeugen kann, ist die Verschlechterung von A nach B dadurch bedingt, daß das zugemischte Acetophenon ausdiffundiert und verdampft ist Die guten Ergebnisse der Beispiele D und E werden auch erhalten, wenn peroxidisch oder strahlungsvernetzte Polyäthylene Anwendung finden.

In gleicher Weise wird eine Verbesserung hinsichtlich der Stabilisierung erreicht wenn z. B. einem vernetzbaren Polyäthylen ein Anthracenöl zugesetzt wird, das einen Zusatz von Benzophenon gelöst enthält Das bei der Vernetzung gebildete Acetophenon unterstützt noch die erzielte Stabilisierung, die sich als gut temperungsresistent erweist

Ein ähnliches Verhalten wie mit dem Acetophenon kanu mit den obengenannten Diol-, Diketo- oder Keto-hydroxyl-Verbindungen erhalten werden. In diesen Fällen könnte auch gezeigt werden, daß die Keto- oder Hydroxylverbindungen, soweit sie kristallisiert sind, für sich allein nicht die optimale Wirkung haben,

in weil sie als kristalline Substanzen nicht so zuverlässig an die elektrischen Sc'awachstellen gelangen können, wie dies bei Flüssigkeiten der Fall ist

Die beschriebenen Ergebnisse zeigen, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz einer Stabilisatormischung

n eine deutliche Verbesserung der Beanspruchbarkeit der überprüften Isolation gegenüber langzeitig anstehenden elektrischen Belastungen erreicht werden kann. Für VPE ist es dabei von besonderer Bedeutung, daß der Vernetzungsvergang nicht inhibiert wird und sogar eine Vereinfachung der Stabilisierung evr<rfcht wird, indem die stabilisierende Substanz während der Vernetzung entsteht, wenn das geeignete Vernetzungsmittel ausgewählt wird.

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial auf Polyolefinbasis, insbesondere auf Basis eines vernetzten Poläthylens, enthaltend eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein aromatisches Kohlenwasserstofföl mit zugesetzten aromatischen Ketonen bzw. aromatenhaltigen Hydroxylverbindungen enthält

2. Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial eine Kombination eines Anthracenols mit einem aromatischen Keton bzw. einer aromatenhaltigen Hydroxylverbindung enthält

3. Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Isoliermaterial eine Mischung aus einem Anthracene! mit Acetophenon enthält

4. Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial eine Mischung eines Anthracenols mit Benzophenon enthält

5. Gegen elektrische Beanspruchungen stabilisiertes Isoliermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial 1,3- bzw. 1,4-Diacetylbenzol und/oder 13- bzw. 1,4-Diisopropanolbenzol oder die in 13-Stellung gemischt-substituierte Keto-Hydroxyl-Verbindung enthält