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Elektrisches Kabel, insbesondere Hoch- oder Höchstspannungskabel Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel, insbesondere ein Hoch- oder
Höchstspannungskabel mit einer äußeren Leitschicht oberhalb der aus Thermoplasten
oder aus Elastomeren bestehenden Isolierung.
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Bei Mittel- oder Hochspannungskabeln werden aus unterschiedlichsten
elektrischen Gründen über der Isolierung, die beispielsweise aus einem geschichteten
oder homogenen thermoplastischen Kunststoff bestehen kann, eine äußere Leitschicht
(Strahlungsschutz) und darüber ein Kupferschirm aufgebracht.
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Die äußere Leitschicht wird in der Regel entweder aus mechanisch aufgebrachten
leitfähigen Schichten bzw. Bandagen oder aus einem aufgespritzten leitfähigen Thermoplasten
gebildet.
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Die Verwendung von leitfähigen Bandagen z.B. in Form von durch Rußzusätze
leitfähig gemachten Papier- oder Gewebebändern hat rein fertigungstechnisch den
Nachteil, daß ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Umspinnung notwendig ist und zum
anderen Voraussetzung für ein Funktionieren dieser Leitschicht ist, daß eine weitgehend
saubere Isolieroberfläche vorliegt, wenn anschließend die Bebänderung vorgenommen
wird. Beim Aufbringen eines leitfähig gemachten Thermoplasten oder Elastomeren können
sich je nach Art des verwendeten Materials Schwierigkeiten
dadurch
ergeben, daß die äußere Leitschicht auf der Isolieroberfläche haftet., so daß ein
Entfernen der oberen Leitschicht z.B. bei der Herstellung von Abzweigen und Verbindungsmuffen
oder auch Endenabschliissen nur unter großem Aufwand und unter Beschädigung der
Isolieroberfläche möglich wird. Diese fiir den Betrieb des Kabels wünschenswerte
Eigenschaft der haftenden Verbindung zwischen der Isolierung und der äußeren Leitschicht
(dielektrische VerschWeißung) auf der einen und die Schwierigkeiten beim Abmanteln
für Montagezwecke auf der anderen Seite (mechanische Verschweissung) sind insbesondere
dann bemerkenswert, wenn die Isolierung durch Wärmeeinwirkung von außen vernetzt
wird. Wird nämlich die Isolierung des Kabels z.B. durch Extrudieren hergestellt
und vernetzt, bevor die äußere Leitschicht aufgebracht wird, dann besteht immer
Gefahr, daß sich auf der Isolieroberfläche Staub- oder Schmutzteilchen befinden,
die beim Aufbringen der äußeren Leitschicht mit in den Schichtenaufbau eingearbeitet
werden und zu elektrischen Schwachstellen Anlaß geben. Wird- dagegen die Isolierhülle
extrudiert, gleichzeitig die äußere Leitschicht mit aufgebracht und danach durch
Wärmeeinwirkung vernetzt, dann besteht einmal die Gefahr, daß eine feste mechanische
Verschweißung eintritt und ein nachträgliches Ablösen ohne Beschädigung der Isolierung
kaum möglich ist. Zum anderen erfolgt zumindest an der Grenzfläche zwischen der
Isolierung und der äußeren Leitschicht eine sog. Co-Vernetzung, so daß eine spätere
Trennung dieser beiden Schichten z.B. zum Zwecke der Montage nur unter großem Aufwand
möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel zu
schaffen, dessen Verbindung zwischen äußerer Leitschicht und Isolierung (dielektrische
Verschweißung) einwandfrei ist, dessen mechanische Verschweißung im Bedarfsfall
aber
ein relativ leichtes Ablösen gestattet.
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Diese Aufgabe wird bei Mittel-, Hoch- oder Höchstspannungskabeln mit
einer äußeren Leitschicht (Strahlungsschutz) oberhalb der aus Thermoplasten oder
Elastomeren bestehenden Isolierung dadurch erreicht, daß eine Isolierung aus einem
durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzten silangepfropften Basismaterial und
einer äußeren extrudierbaren Leitschicht aus unvernetzbarem Polymermaterial vorgesehen
ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mittels eines bereits vorgeschlagenen
Verfahrens Mischungen und hieraus Umhüllungen aus in Anwesenheit von Feuchtigkeit
vernetzbaren Thermoplasten hergestellt werden, indem dem als rieselfähiges Granulat
vorliegenden und in Bewegung gehaltenen thermoplastischen Werkstoff unterhalb des
Kristallit-Schmelzbereiches, vorzugsweise bei Temperaturen von 60 bis 1000C, Vernetzungsmittel
zugesetzt werden, die ganz oder teilweise durch Diffusion in die Oberfläche der
Granulatkörner eindringen und damit zur homogenen Verteilung in dem weiterhin rieselfähigen
Granulat beitragen. Das so vorbehandelte Kunststoffgranulat wird ggf. unter Zufügung
von Katalysatoren zur Beschleunigung der Vernetzung auf das Gut aufextrudiert und
in einem nachgeschalteten weiteren Arbeitsgang z.B. durch eine Wasserlagerung vernetzt.
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In Durchführung der Erfindung kann bei einem solchen Kabel die Isolierung
und die äußere Leitschicht in einem Arbeitsgang z.B. mit einem Doppelspritzkopf
aufgebracht werden. Störungen im Kabel durch zwischen der Isolierung und der *-
äusseren Leitschicht eingeschlossene. Staub- oder Schmutzteilchen sind damit vermieden.
Da die Vernetzung der Isolierung aufgrund eines besonderen Mechanismusses durch
Wasserlagerung erfolgt, das Wasser durch die äußere Leitschicht von außen eindiffundiert,
diese selbst unvernetzt bleibt, bei der Vernetzung der innen liegenden Isolierschicht
aber eine gewisse Kontraktion
eintritt, die zwar nicht die erwünschte
dielektrische wohl aber die unerwünschte mechanische Verschweißung verhindert, kann
nach erfolgter Vernetzung ein leichtes Ablösen wertigen.
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Als Basismaterialien haben sich für die Durchführung der Erfindung
Olefinpolymerisate oder Olefincopolymerisate als besonders geeignet erwiesen. Je
nach den gestellten Anforderungen können in gleicher Weise aber auch Mischungen
auf der Basis Äthylen - Propylen - Terpolymer - Kautschuk (EPDM) oder andere Elastomere
eine vorteilhafte Anwendung finden.
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Als äußere Leitschicht aus unvernetzbaren Polymeren kann beispielsweise
eine solche aus einem Polymer auf der Basis Äthylen-Acrylat verwendet werden. Vorteilhaft
hat sich aber auch eine Leitschicht aus einem Copolymer auf der Basis Äthylen-Vinyl-Acetat
erwiesen, das trotz einwandfreier dielektrischer Verschweißung auf der Hochspannungsisolierung
bei Bedarf von dieser wieder ohne Beschädigung der Isolierung entfernt werden kann.
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Unabhängig von diesen beiden besonders hervorgehobenen, im unvernetzbaren
Zustand aufgebrachten Thermoplasten sind auch beliebige andere thermoplastische
und elastomere Materialien geeignet, wobei ihre Einsatzmöglichkeit im wesentlichen
auch von der Art und Menge des verwendeten Rußes für die geforderte Leitfähigkeit
abhängig ist. Aus diesem Grunde hat es sich für die Zwecke der Erfindung als besonders
vorteilhaft erwiesen, solche Rußtypen zu verwenden, die z.B. unter dem Handelsnamen
Ketjenblack EC bekannt sind und sich dadurch auszeichnen, daß sie in relativ geringer
Menge zugegeben eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit in einem Polymermaterial
bewirken. So hat sich in Durchführung der Erfindung
eine äußere
Leitschicht aus einem thermoplastischen Material mit- einer Rußfüllung von etwa
10 bis 15% als besonders geeignet erwiesen. Der elektrische Durchgangswiderstand
einer Mischung mit nur 10 Teilen Ketjenblack EC fällt z.B. auf Werte unterhalb 100X
x cm. Gegenüber anderen bekannten Rußen, die ebenfalls eingesetzt-lferden~ können,
ist die Extrudierbarkeit einer solchen Mischung wesentlich vebessert.
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Die Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten Einleiter-Hochspannungskabels
näher erläutert.
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Der Hochspannung führende Leiter 1 eines solchen Kabels besteht aus
einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten, auf die zur Vermeidung
von Feldstärkenspitzen die innere Leitschicht 2 (Leiterglättung) aus einem leitfähig
gemachten Thermoplasten aufgebracht ist. Diese innere Leitschicht kann z.B. auch
aus einem vernetzbaren Material, beispielsweise einem vernetzbaren, Peroxide enthaltenden
Polymer bestehen. Die darüber befindliche Isolierung 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel
aus Olefinpolymerisaten bzw. Olefincopolymerisaten, die durch Aufpfropfen von Alkoxysilanverbindungen
in Gegenwart von Feuchtigkeit vernetzen können. Der Wärmeinhalt der thermoplastisch
extrudierten Isolierung 3 reicht aus, um eine peroxidische Vernetzung der darunter
befindlichen inneren Leitschicht 2 ohne Einwirkung einer äußeren Wärmequelle zu
bewirken.
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Die äußere UbeFflach der Isolierung 3 wird überdeckt von der äußeren
Leitschicht 4 aus einem leitfähig gemachten thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff,
z.B. auf der Basis von Äthylen-Acrylat oder Äthylenvinylacetat. Mittels eines geeigneten
Extruders werden die Isolierung 3 und die äußere Leitschicht 4 gemeinsam aufextrudiert,
so daß die
Fertigung dieser Kabel wesentlich vereinfacht wird. Der
aufgrund des besonderen Materials für die Isolierung einsetzende Vernetzungsmechanismus
kann ohne nachteilige Wirkung durch die gleichzeitig aufgebrachte äußere Leitschicht
störungsfrei ablaufen. Der für die äußere Leitschicht verwendete Werkstoff wird
durch die im Innern der Isolierung 3 ablaufende Vernetzungsreaktion nicht beeinflußt,
so daß er unvernetzt und als gesonderte Schicht erhalten bleibt und deshalb zum
Zwecke der Montage leicht von der Isolierung entfernt werden kann.