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Elektrisches Kabel mit feuchtigkeitsvernetzter innerer Leitschicht
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel, insbesondere
Hoch- oder Höchstspannungskabel, mit einer zwischen dem Leiter und der aus vorzugsweise
vernetbaren, insbesondere peroxidinch vernetzbaren Thermoplasten oder Elastomeren
bestehenden Isolierung angeordneten inneren Leitschicht.
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Elektrische Kabel, die für die Übertragung hoher oder höchster Spannungen
eingesetzt werden, weisen in der Regel über dem elektrischen Leiter zur Vermeidung
von durch Rauhigkeiten an der Leiteroberfläche hervorgerufene Fidstärkenerhöhungen
eine sog. innere Leitschicht, auch Leiterglättung genannt, auf.
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Eine solche innere Leitschicht bringt dann noch besondere Vorteile
mit sich, wenn sie aus einem verntzbaren Werkstoff hergestellt ist. Es ist üblich,
die Vernetzung der inneren Leitschicht und der darüber befindlichen Isolierung in
der Weise durchzuführen, daß die auf den Leiter aufgebrachten konzentrischen Schichten
nach dem Extrudieren durch eine Warmbehandlungszone, etwa durch eine sog. kontinuierliche
Vernetzungs- (CV-) Anlage hindurchgeführt werden. Nachteilig ist hierbei u.a. allerdings
die erhöhte Velwslzeit in der Warmbehandlungszone und dadurch hervorgerufen die
verminderte Fertigungsgeschwindigkeit, da das Kabel bis auf den Leiter aufgewärmt
werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel mit einer inneren
Leitschicht erhöhter Wärmestandfestigkeit, insbesondere für den Úberlasçngs- oder
Kurzschlußfall, zu schaffen, das mit verringertem Aufwand, abor erhöhter Fertigungsgeschwindigkeit
herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Kabel der eingangs
beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die innere Leitschicht aus einem gepfropften,
durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren Basismaterial besteht. Durch das
Aufpfropfen z.B. von Silan oder einer Silanverbindung z.B. auf die Polymerkette
erhält das Material bereits eine im Vergleich zum Ausgangsprodukt wesentlich höhere
thermische Dimensionsstabilität, d.h.
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auch im unvernetzten Zustand ist oberhalb des Kristallitschmelzpunktes
ein deutlicher Deformationswiderstand gegeben. Das wirkt sich auf die Funktionsfähigkeit
des Kabels insofern günstig aus, als im Kurzschlußfalle das Fließen der inneren
Leitschicht sowie das Eindringen in das Leiterseil und dadurch bedingte Hohlräume
vermieden sind. Für den Fall einer vernetzten Leitschicht ergibt sich der weitere
Vorteil, daß im Gegensatz zu einer peroxidisch vernetzten Leiterglättung keine sog.
Scorchempfindlichkeit vorhanden ist, d.h. das Material der Leiterglättung nicht
zu einem nicht vorher bestimmbaren Zeitpunkt bereits anvernetzt. Die Abzugs- bzw.
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Fertigungsgeschwindigkeit kann wesentlich gesteigert werden, da die
zur Vernetzung einer peroxidisch vernetzbaren Leiterglättung notwendige zusätzliche
Verweilzeit entfällt.
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In Durchführung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, als durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbare Basismaterialien silangepfropfte
Dlefinpolymerisate oder Olefincopolymerisate, wie Piyäthylen oder Copolymerisate
des Äthylens zu verwenden. Diese Werkstoffe sind insbesondere dann geeignet, wenn
an die Isoliermaterialien bzw. die leitfähig gemachten Werkstoffe besondere Forderungen
hinsichtlich einer hohen Spannungsfestigkeit und / oder Kurzschlußsicherheit gestellt
werden.
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Aber auch durch1Feuchtigkeit vernetzbare Mischungen auf der Basis
Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk oder andere Elastomere, ggf. auch in Mischung
mit Olefinpolymerisaten oder Olefincopolymerisaten, können für die Zwecke der Erfindung
eine vorteilhafte Anwendung finden.
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So ergeben sich mit diesen Materialien Vorteile beim Einarbeiten von
Füllstoffen, wie z.B. Ruß zur Erzielung der geforderten Leitfähigkeit. Darüber hinaus
sind aus solchen gespritzten Materialien hergestellte Schichten gut ab stref bar,
dreh. die Montage wird erheblich erleichtert, und sie führen dann zur Verbesserung
der Kabelqualität, wenn zudem die Isolierung aus einem peroxidisch vernetzten Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk
besteht.
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Zweckmäßig und für die Durchführung der Erfindung besonders vorteilhaft
ist es auch, solche Rußtypen zu verwenden, die z.B. unter dem Handelsnamen Ketjenblack
EC bekannt sind und sich dadurch auszeichnen, daß sie in relativ geringen Mengen
zugegeben, etwa 5 - 15%, eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit an einem Polymermaterial
bewirken. So fällt z.B. der elektrische Durchgangswiderstand einer Mischung mit
nur 10 Teilen Ketjenblack EC auf Werte unterhalb 100je x cm. Da die durch 10 Teile
Ruß eingebrachte Feuchtigkeitsmenge wesentlich geringer ist als die bei der üblicher-weise
verwendeten Menge von 30 oder 40 Teilen, ist der VorWernetzungsgrad durch Feuchtigkeit
bei diesem Ruß niedriger und damit die Extrudierbarkeit der Mischung besser. Die
Leitfähigkeit im Sinne einer inneren Leitschicht (Leiterglättung) für elektrische
Kabel ist ausreichend und die Verschweißung mit anderen Thermoplasten einwandfrei.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kabels wird man
zweckmäßig so vorgehen, daß auf den Leiter die innere Leitschicht aufgebracht, vorzugsweise
aufextrudiert wird, daß darüber die Isolierung gespritzt wird und daß bei der anschließenden
sog.
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Dampfvulkanisation in die Isolierung eindringende Feuchtigkeit mindestens
zur Anvernetzung der inneren Leitschicht führt. Die Vernetzung des gepfropften Leiterglättungsmaterials
erfolgt nämlich bereits durch geringe Mengen von Wasser, das während des kontinuierlichen
Vulkanisations-Prozesses in die Isolierung eindringt und - das Konzentrationsgefälle
ausnutzend - bis in die Leiterglättung diffundiert. Die zur Verfügung stehenden
Mengen
an Wasser dürften in der Größenordnung von 0,4% liegen, die
bei einer CV-Anlage verwendeten hohen Temperaturen von etwa 200 bis 2100C begünstigen
weiterhin den zeitlichen Ablauf der Siloxan-Vernetzung0 Die Erfindung ist selbstverständlich-
nicht darauf beschränkt, bei solchen Kabeln eingesetzt zuirswerden, die eine Isolierung
aus vernetzbaren Materialien aufweisen. Denn auch zur Temperierung, z.B. Gefügeverbesserung,
können Kabel, z.B. aus unvernetzten Materialien einer Warmbehandlung unterzogen
werden, wobei diese Behandlung in einem Wasserbad unter Dampf erfolgen kann. Wesentlich
ist, daß für die Behandlung der Isolierung Feuchtigkeit verwendet wird, die gleichzeitig
dazu dient, die innere Leitschicht zu vernetzen.
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Die Erfindung sei anhand der in der Figur als Ausführungsbeispiel
dargestellten Seele eines Poyläthylen-Hoehspannungskabels näher erläutert.
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Der Hochspannung führende Leiter 1 eines solchen Kabels besteht aus
einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten, au-f die zur Vermeidung
von Feldstärkenspitzen die innere Leitschicht 2 (Leiterglättung) aufgebracht ist.
Diese Leitschicht besteht nach der Erfindung aus einem unter Einwirkung von Feuchtigkeit
vernetzbaren, z.B. silangepfropften polymeren Basismaterial. Darüber befindet sich
die Isolierung 3 aus einem peroxidisch vernetzbaren Polyäthylen. Eine äußere Leitschicht
4 dient als Abschirmung, sie besteht zweckmäßig aus einem polymeren leitfähig gemachten
Kunststoff, der aufextrudiert ist.
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Die innere Leitschicht kann z.B. nach folgender Rezeptur aufgebaut
sein: Polymer (Polyäthylen) 100 Teile Ruß (Betjenblack) EC 5-15 § Silan 2 Peroxid
0,2 tt Aktivator 0,06 t'
Inhibitor 0,4 Teile Kondensationskatalysator
0,05 t' Abweichend hiervon kann die nach der Erfindung ausgebildete innere Leitschicht
aber auch für Kabel mit einer unvernetzten Isolierhülle verwendet werden. Denn das
gepfropfte Polymermaterial besitzt bereits eine im Vergleich zum Ausgangsmaterial
wesentlich höhere thermische Dimensionsstabilität. Hinzu kommt, daß die innere Leitschicht
aus gepfropftem Material noch im Laufe der Zeit mehr oder weniger stark durch die
im Kabel befindliche Restfeuchtigkeit vernetzen kann.