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Verfahren zur Herstellung einer auch unter Feuchtigkeitsbedingungen
hochspannungsfesten Isolierung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer auch unter Feuchtigkeitsbedingungen spannungsfesten Isolierung
für elektrische Kabel, insbesondere für Hochspannung, aus vernetzten oder unvernetzten
Polyolefinen oder ihren Copolymerisaten.
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In den letzten Jahren hat man sich vielfach bemüht, die elektrische
Zeitstandsfestigkeit von Kabelisolierungen aus Polyolefinen, insbesondere bei der
Einwirkung von Feuchtigkeit auf die Isolierung, zu verbessern. Es ist seit längerer
Zeit bekannt, daß eine Wechselspannungsbeanspruchung in Gegenwart von elektrolythaltigem
Wasser langfristig zu Schäden in der Polyolefinisolierung führen kann. Solche Schäden
treten sowohl an Homopolymeren als auch an Copolymeren und vernetzten Polyolefinen
auf.
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Die chemischen bzw. elektrochemischen Vorgänge bei der Bildung der
Schadensstelle in Isolierungen, die der Einwirkung von Feuchtigkeit ausgesetzt werden,
sind noch nicht vollständig geklärt. Es scheint jedoch sicher zu sein, daß die Zerstörungsvorgänge
durch eine Elektroosmose eingeleitet werden.
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Dabei werden Wasser sowie in Wasser mehr oder weniger lösliche Fremdstoffe
(Elektrolyte) an Stellen erhöhter Feldstärke konzentriert. Die Fremdstoffe selbst
können vom Hersteller der Polyolefine oder deren Copolymerisate herrühren
und
im polymeren Material verblieben sein oder aber auch bewußt in die Mischung mit
eingegeben worden sein, wie es z. B. bei Alterungsschutzmitteln, Gleitmitteln u.
dergl.
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der Fall ist. Schädliche Fremdstoffe können darüberhinaus aber auch
nach der Verlegung des Kabels aus dem Erdboden in die Isolierung eingedrungen sein,
z. B. schwache organische Säuren aus der Humusschicht des Erdbodens oder aus der
äußeren Umhüllung des Kabels selbst stammen, z. B.
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Eupfer- oder Eisensalze.
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Es sind auch bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die
elektrische Zeitstandsfestigkeit von Polyolefinisolierungen durch Zusätze von sogenannten
Spannungsstabilisatoren zu verbessern. Diese Zusätze, die aus hocharomatischen Ölen,
geeigneten insbesondere polaren organischen Verbindungen oder auch Füllstoffen bestehen
können, sind jedoch nur dann voll wirksam, wenn Feuchtigkeit von der Kabelisolierung
beispielsweise durch einen dichten Metallmantel ferngehalten wird, so daß lediglich
Schäden durch Teilentladungen, wie sie im Bereich erhöhter Feldstärke auftreten
können, zu erwarten sind.
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Bekannt ist auch bereits ein Verfahren (DOS 2 425 760), nach dem zum
Stabilisieren der dielektrischen Festigkeit von Polyolefinen eine bestimmte Menge
Bleistearat verwendet wird.
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Dieser Vorschlag soll zu einer Verbesserung der bisherigen Isolierungen
führen, wenn Feuchtigkeit der Zutritt zur Isolierung gegeben wird, jedoch ist Bleistearat
nicht in der Lage, z. B. auch sehr schwache organische Säuren zu binden bzw.
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die durch Elektroosmose in der Isolierung wandernden Schadstoffe mit
Sicherheit festzuhalten.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Isolierung
zu schaffen, die auch unter Einwirkung von Feuchtigkeit nicht an dielektrischer
Festigkeit verliert und nach wie vor für den Einsatz für Mittel- und Hochspannungen
geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer auch
unter Feuchtigkeitsbedingungen spannungsfesten Isolierung für elektrische Kabel
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als spannungstabilisierende Zusätze bis
zu 10 Teilen, vorzugsweise 0,1 bis 5 Teile Bleioxide und/oder basische Bleiverbindungen
auf 100 Teile Polymere zugesetzt werden. Die Zugabe solcher Spannungsstabilisatoren
hat zur Folge, daß die durch Elektrophorese in der Isolierung im elektrischen Feld
wandernden Schadstoffe und Abbauprodukte abgefangen und durch Ausfällung unschädlich
gemacht werden. Auch sehr schwache organische Säuren können wegen der höheren Basizität
und ohne daß eine chemische Umsetzung erfolgen muß, sich unmittelbar z. B. mit den
Bleioxiden verbinden, so daß schwer lösliche Bleiverbindungen gebildet werden, die
in Wasser nicht mehr dissoziieren.
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Demnach unterbleibt eine Elektrolytbildung, d. h. die Wasseraufnahmefähigkeit
des betreffenden Polymeres, die vom Elektrolytgehalt abhängig ist, sinkt erheblich
ab und es findet auch keine Konzentration von Elektrolyten an Stellen erhöhter elektrischer
Feldstärke mehr statt. Bei Anwendung gleicher Gewichtsteile ist bei möglichst feinteiligen
Bleioxiden und/oder basischen Bleiverbindungen gegenüber der bekannten Verwendung
von Bleistearat auch der Anteil des wirksamen Bleies höher.
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Dadurch ergibt sich eine höhere Effektivität und Wirtschaftlichkeit,
die zu den meist auch niedrigeren Gestehungskosten gegenüber Bleistearat hinzukommt.
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In Durchführung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn als spannungsstabilisierende Zusätze Bleimennige (Pb304) zugegeben
wird. Die9p spannungsstabili sierenden Zusätze sind insbesondere dann geeignet,
wenn die unter Feuchtigkeitsbedingungen spannungsfeste Isolierung aus vernetztenPolyolefinen
besteht, da Bleimennige, die während der Vernetzungsreaktion des Polyolefins mit
Peroxiden oder auch
beim Aufpfropfen des Silans bei der sog. Siloxanvernetzung
entstehenden Abbauprodukte zumindest teilweise abfängt und wasserunlöslich macht.
Auf diese Weise ist eine erhebliche Herabsetzung der Wasseraufnahme bei solchen
Isoliermaterialien erreicht.
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Eine weitere Möglichkeit, eine aus Polyolefinen oder deren Copolymerisaten
bestehende Isolierung auch unter Feuchtigkeitsbedingungen spannungs- bzw. hochspannungsfest
zu machen, ist die, als spannungsstabilisierende Zusätze Bleicyanamid hinzuzufügen.
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Als für die Zwecke der Erfindung geeignet haben sich aber auch neben
möglichst feinteiligem Bleioxid, Bleimennige, und Bleicyanamid Bleiweiß, basisches
Bleisulfat, basisches Bleiphthalat oder ähnliche basische Bleiverbindungen erwiesen,
die im polymeren Material dispergieren. Ist, wie im Falle des basischen Bleiphthalats,
das Blei an eine Säure mit aromatischem Kern gebunden, wird durch letztere gleichzkiittg
auch eine Verbesserung der elektrischen Zeitstandfestig/gegenüber Teilentladungen
erreicht.
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Die Erfindung sei an Hand der in der Figur als Ausführungsbeispiel
dargestellten Kabelseele eines Einleiter-Hochspannungskabels näher erläutert.
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Der aus einer Vielzahl miteinander verseilten Einzeldrähten bestehende
Leiter ist mit 1 bezeichnet, darüber befindet sich zur Vermeidung erhöhter Feldstärke
durch am Umfang hervorstehende Einzelleiter die Leiterglättung 2, über der dann
die eigentliche hochspannnungsfeste Isolierung 3 aufgebracht ist.
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Die äußere Leitschicht z. B. in Form einer extrudierten halbleitenden
Copolymerschicht ist mit 4 bezeichnet. Um sicher zu stellen, daß auch nach Eindringen
von Feuchtigkeit in die nach außen in bekannter Weise geschützte Kabelseele die
dielektrische
Festigkeit der Isolierung nicht beeinträchtigt ist,
sind dem Polymermaterial, z. B. dem Polyäthylen, vor dem Aufbringen entsprechend
dem Vorschlag der Erfindung Bleioxid undloder basische Bleiverbindungen zugegeben,
die als fein verteilte Zusätze im elektrischen Feld in der Isolierung wandernde
Schadstoffe und Abbauprodukte unschädlich machen.
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Im folgenden sei noch auf ein Mischungsbeispiel hingewiesen, das für
die Isolierung von Mittel- oder Hochspannungskabeln aus vernetzten Polyäthylen geeignet
ist.
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Mischungsbeispiel Polyäthylen 100 Teile Peroxid 1 - 4 " Antioxidant
0,1- 0,5 " Pb304 1 - 5 n