DE2737487B2 - Hochspannungskabel mit Isolationsschicht und leicht entfernbarer Außenschicht - Google Patents

Hochspannungskabel mit Isolationsschicht und leicht entfernbarer Außenschicht

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DE2737487B2
DE2737487B2 DE19772737487 DE2737487A DE2737487B2 DE 2737487 B2 DE2737487 B2 DE 2737487B2 DE 19772737487 DE19772737487 DE 19772737487 DE 2737487 A DE2737487 A DE 2737487A DE 2737487 B2 DE2737487 B2 DE 2737487B2
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/02—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
    • H01B9/027—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers

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  • Conductive Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel mit einer Isolationsschicht aus einem vernetzbaren Polyolefin und einer leicht entfernbaren Außenschicht eius einem halbleitenden Material, welches aus 100 Gew.-Teilen eines Äthylen/Vuiylazetat-Copolymeren mit einem Vmylazetatgehalt von 25 bis 60 Gew.-% und 10 bis 40 Gew.-Teilen elektrisch leitendem Ruß besteht und mit einem organischen Peroxid mit einer Halbwertzeit bei etwa 13O0C oder mehr von wenigstens etwa 10 Stunden versetzt worden ist
Ein Hochspannungskabel mit den vorstehend angeführten Merkmalen ist bereits aus oer US-PS 37 19 769 bekannt Hochspannungskabel dieser bekannten Gattung haben eine zum Anbringen von Anschlüssen und Verbindern relativ leicht ablösbare Außenschicht sius dem genannten halbleitenden Werkstoff. Diese Außenschicht dient zur Abschirmung der Umgebung gegenüber einem vom stromdurchflossenen Hochspannunjjskabel erzeugten elektrischen Feld.
Das bekannte Hochspannungskabel ist insofern nachteilig, als beim Entfernen der Außenschicht unvermeidlich Reste des halbleitenden Werkstoffes auf der Isolationsschicht zurück bleiben. Diese Reste müssen in einem gesonderten Arbeitsgang gründlich entfernt werden, um zu verhindern, daß sich auf der Isolationsschicht schädliche Kriechströme ausbilden.
Aus der DEOS 26 20105 ist eine halbleitende Isolationszusammensetzung für elektrische Leiter bekannt, die gleichfalls aus einem Äthylen/Vinylazetat-Mischpolymer, leitfähigem Ruß sowie einem organischen Peroxid besteht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochspannungskabel mit den im Oberbegriff des
Anspruchs I emthaltenen Merkmalen so zu verbessern, daß die halbleitende Außenschicht mühelos und außerdem ohne Zurücklassen von schädlichen Resten von der Isolationsschicht entfernt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ruß eine Oberflächengröße von wenigstens 900 m2/g aufweist
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare Fortsehritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß sich die
ίο erfindungsgemäß aufgebaute halbleitende Außenschicht sowohl mühelos als auch praktisch rückstandslos von der Isolationsschicht entfernen läßt
Das hervorragende Ablöseverhalten der erfindungsgemäßen Außenschicht beruht darauf, daß gefunden wurde, daß sich bei einer Oberflächengröße von wenigstens 900 mVg der Rußpartikel die Außenschicht überraschend einfach und vollständig, beispielsweise durch Abziehen, entfernen läßt
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochspannungskabel.
Das in der Zeichnung dargestellte Hochspannungskabd enthält einen elektrischen Leiter 1, um welchen die nachfolgenden Schichten aufgebracht sind:
Eine innere halbieitende Schicht 2, eine elektrisch isolierende Schicht 3 und eine halbleitende Außenschicht 4, letztere dient dazu die Umgebung gegenüber einem durch den elektrischen Leiter 1 erzeugten
jo elektrischen Feld abzuschirmen.
Unter dem Begriff »halbleitend« ist im Rahmen der Erfindung ein spezifischer elektrischer Widerstand von
etwal χ 10'bis etwa 9 χ HHOhm χ cm zu verstehen.
In einer Vielzahl von Versuchen wurden der Zustand
der Isolationsschichtoberfläche nach dem Entfernen der hableitenden Außenschicht, der spezifische elektrische Widerstand (Ohm χ cm) der halbierenden Schicht und außerdem die Extrusionseigenschr?ien der halbieitenden Schicht eine Anzahl von erfindungsgemäß aufge-
bauten Hochspannungskabeln zusammen mit entsprechenden Vergleichsbeispielen untersucht Insbesondere wurde jede der Isolationsschichten mit einer Dicke von 8,5 mm auf einen Kupferleiter mit einem Querschnitt von 100 mm2 aufgebracht und jede der halbleitenden Außenschichten wurde durch Extrusionsbeschichtung bis zu einer Dicke von 1 mm auf die Isolationsschicht aufgebracht und mit Wasserdampf mit einem Dampfdruck von 14,7 bar (15 kg/cm2) gehärtet In das so erhaltene Kabel wurden 10 mm breite Einschnitte eingebracht und wurde sodann die halbleitende Außenschicht in Längsrichtung von dem Kabel abgezogen. Die Abzieh- oder Abschälfestigkeit zu diesem Zeitpunkt wurde mit einer Zugfestigkeits-Prüfeinrichtung gemessen. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tafel zusammengestellt
Beispiel oder Vergleichsbeispiel Nr.
Isolationsschicht Außenschicht Beispiel 1
Polyäthylen PHR 100 pt/ A (VA = 35 Gew.-%)
(Dichte 0,92 g/cm3) 2 LVA (MI = 6)
(Ml = 6) 0,3 Ruß (D(S = 929 mVg)
DCP YPO
Antioxydans
PHR 100
27 37 487
3 		4 PHR 100
20
2
'■■ Fortsetzung PHR 100
40
2
Beispiel oder Vergleichs
beispiel Nr. 		Isolationsschicht Außenschicht PHR 100
30
2
Beispiel 2 wie in Beisp. 1 EVA (VA = 35 Gew--%)
A (MI = 6)
Ruß (1) (S = 929 mVgj
YPO		 PHR 100
60
2
Beispiel 3 desgl. FVA (VA = 35Gew.-%)
E A (MI - 6)
Ruß (1) (S = 929 mVg)
YPO		 PHR 100
60
2
Vergleichsbeispiel 1 desgl. EVA <VA = 35 Gew,%)
tVA (MI = 6)
Ruß (2) (S = 425 mVg)
YPO		 PHR 100
30
2
Vergleichsbeispiel 2
j
r
f		 desgl. FVA <VA = 35 Gew.-%)
A(MI =6)
Ruß (1) (S = 929 mVg)
YPO		 PHR 100
30
2
Vergleichsbeispiel 3 desgl. PVA (VA = 35 Gew.-%)
A(MI =6)
Ruß (3) (S = 250 mVg)
YPO		 PHR 100
20
2
Vergleichsbeispiel 4 desgl. PVA (VA = 35 Gew.-%)
A(MI = 6)
Ruß (3) (S = 250 mVg)
YPO		 PHR 100
20
2
Vergleichsbüspiel 5 desgl. EVA (VA - 35 Gew.-%)
A (MI = 6)
Ruß (4) (S = 60 mVg)
YPO		 THR 100
20
2
Vergleichsbcispiel 6 . desgl. PVA (VA = 15 Gew.-%)
A(MI = 6)
Ruß (1) (S = 929 mVg)
YPO		 PHR 100
20
2
Beispiel 4 desgl. RVA (VA = 25 Gew.-%)
11 A (MI = 6)
Ruß (1) (S = 929 m2/g)
YPO		 PHR 100
Beispiel 5 desgl. FVA (VA = 45 Gew.-%)
^ A (MI = 20)
Ruß (1) (S = 929 mVg)
YPO
Beispiel 6 desgl. PVA (VA = ω Gew.-%)
A(MI = 20)
Ruß (1) (S = 929 mVg)
YPO
Vergleichsbeispitl 7 desgl. ex/ a (νΆ = 35 Gew.-%)
Fortsetzung
Beispiel oder Vergleichsbeispiel Nr.
isolationsschicht
Außenschicht
Beispiel 7 Beispiel 8
PVA ν»« = 15 Gew.-%) *■ A(MI = 6)
DCP
Antioxidans
Polyäthylen
(Dichte 0,92 g/cm1)
(MI = 2)
SBR
DCP
PHR 100
PHR 60
40
PVA (VA = ω Gew.-%) PHR 100
(MI =20)
Ruß (1) (S = 929 mVg) 20
YPO 2
wie in Beisp. 2
Fußnoten:
EVA: Äthylen/Vinylacelat-Copolymeres.
PHR: Je 100 Teile (Kunst)-Harz.
VA: Vinylacetai-üehalt.
MI: Schmelznußindex (g/10 Min.), gemessen nach ASTM D1238.
S. Oberflächengröße des Rußes, bestimmt nach dem BET-Verfahren durch Stickstoffadsorption.
SBR: Styrol/Butadien-Copolymeres mil einem Styrolgehalt von 23 Gcw.-%.
DCP: Dicumylperoxid (0,,11,C(CHj)2OOC(CH I)2C^II5I (die für die Erzielung einer Halbwertszeit von 10Stunden erforder
liche Zersetzungstemperatur beträgt 1)7 C). YPO: 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)riexin-3
CC(CH1I.
f)
ο ο
CK H,Ij ClCH1I,
(die zur Erzielung einer Halbwertszeit vein 10 Stunden erforderliche Zersetzungstemperatur beträgt 135 C).
Ruß (I): Kejen black EC (Handelsname für ein Produkt der Firma Akzo Chemie. Niederlande): Oberfjächengröße 929 m:/g (Nv-Adsorptionsmethode) und -(SO rrr'/g (CTAB-Adsorptionsmethode); DPB-ÖI absorbierende Menge 350 ml/
lOÖ g; Teilchengröße 20 bis 30 rna.
Ruß (2): CSX-99 (Handelsname für ein Produkt der Firma Cabot. USAl. Oberflachengröße (Nj-Adsorptionsmethndei:
425 nr/g; DBP-Öl absorbierende Menge 130 ml/100 g.
Kuß (3): Vulvan XC-72 (Handelsname für ein Produkt der Firma Cabot, USA). Oberflächengröße (^-Adsorptionsmethode):
250 m:/g; DBP-Öl absorbierende Menge 185 ml/100 g; Teilchengröße 30 ma
Ruß (4): Oberflächengröße (N-Adsorptionsmethode): 60 m2/g; DBP-Öl adsorbierende Menge: 115 ml/100 g; Teilcheneröße:
40-90 ma.
Tafel (Fortsetzung)
Beispiel oder Vergleichs Abschälfestigkeit Zustand d. Isolator Spezif. elektr. Extrudiereige:
beispiel Nr. d. Außenschicht oberfläche nach d. Widerstand d. schäften d.
Abschälen d. Außen Außenschicht Außenschicht
schicht
(kg/10 mm Breite) (Ohm · cm)
Beispiel 1 2,5 ausgezeichnet 103 ausgezeichnet
Beispiel 2 3,0 ausgezeichnet 102 ausgezeichnet
Beispiel 3 3,2 ausgezeichnet 10' gut
Vergleichsbeispiel 1 3,2 mäßig 102 gut
Vergleichsbeispiel 2 - - 1-10' schlecht
Vergleichsbeispiel 3 3,5 mäßig 102 mäßig
Vergleichsbeispiel 4 3,2 gut 105-106 gut
Vergleichsbeispiel 5 3,3 mäßig 105 gut
Vergleichsbeispie! 6 >5 schlecht 102 mäßig
Beispie! 4 3,3 gut 102 ausgezeichnet
Fortsetzung
Beispiel oder Vergleichsbeispiel Nr.
Abschälfestigkeit
d. Außenschicht
(kg/10 mm Breite)
Zustand d. Isolatoroberfläche nach d. Abschälen d. Außenschicht Spezif. elektr.
Widerstand d.
Außenschicht
(Ohm · cm)
Extrudiereigenschaften d.
Außenschicht
Beispiel 5 2,5
Vergleichsbeispiel 7 2,0
Vergleichsbeispiel 7 >5
Beispiel 7 2,8
Beispiel 8 2,9
ausgezeichnet
ausgezeichnet
schlecht
ausgezeichnet
ausgezeichnet IO2
102
IO2
102
102
ausgezeichnet
ausgezeichnet
schlecht
ausgezeichnet
ausgezeichnet
Der Zustand der Isolatoroberfläche nach dem Abschälen der AuS<;nschicht wurde unter Verwendung der folgenden Skala bewertet:
ausgezeichnet: es blieb kein Ruß und dgl. zurück
gut: es blieben elektrisch leitende Flächen
mit einer Größe von 0,5 mm oder
weniger zurück 2r>
mäßig: es blieben elektrisch leitende Flächen
mit einer Größe von etwa 0,5 bis etwa
1 mm zurück schlecht: die äußere halbleitencle Schicht brach
oder es bi-eben große Flächen davon in
zurück.
Die Extrusions-Eigenschaften wurden durch die Zeit bewertet die verstrich, bis kleine Teilchen, als »Erhebungen« bezeichnet, aufzutreten begannen, und }. sie wurden wie folgt bewertet:
ausgezeichnet: keine Bildung von Erhebungen
gut: nach i Tag bildeten sich Erhebungen
mäßig: nach mehreren Stunden bildeten sich
Erhebungen
schlecht: eine Extrusion war unmöglich, oder es
traten innerhalb von 1 bis 2 Stunden
Erhebungen auf.
Die halbleitenden Schichten in den obigen Beispielen enthielten 1 phr Zinkstearat als Bearbeitungshilfsmittel und 0.5 phr 4,4'-Thio-bis(3-methyl-6-tert-butylphenyl) a!s Antioxidans. Das gleiche Antioxidans wurde auch in der isolierenden Schicht verwendet
Die erfindungsgemäß hergestellten halbleitenden Außenschichten hatten alle eine Abschälfestigkeit von 2,0 bis 3,2 kg/10 mm Breite und einen spezif. elektrischen Widerstand von 10 bis 103 Ohm χ cm, und der Zustand der Isolatoroberflache nach dem Abschälen der Außenschicht und die Extrusions-Eigenschaften der elektrisch !eiternden Schichten waren gut oder ausgezeichnet
Aus einem Vergleich der in den Beispielen 1 bis 3 und in dem Verglekhsbeispiel 2 erhaltenen Ergebnisse zeigt, daß dann, wenn die Rußmenge weniger als 10 Gew.-Teile betragt, keine elektrische Leitfähigkeit erzielt werden lüum, und daß dann, wenn die Rußmenge mehr als 40 Gew.-Teile .beträgt, es schwierig ist, Bedingungen zum Mischen und Extrudieren auszuwählen.
Aus einem Vergleich der in den Beispielen 2 und 4 bis 6 und in dem Vergleichsbeispiel 6 erhaltenen Ergebnisse geht hervor, daß dann, wenn der Vinylacetatgchalt weniger als 15 Gew.-% betragt, die Abschälfestigkeit der äußeren halbleitenden Schicht hoch wird und auf der abgeschälten Oberfläche Flecken zurückbleiben, und daß dann, wenn der Vinylacetatgehalt mehr als 60 Gew.-% beträgt, die Abschälfestigkeit weniger als 2 kg beträgt, was zu einer extrem schlechten Haftung führt.
Wenn das zum Vernetzen der äußeren halbleitenden Schicht verwendete organische Peroxid eine Zersetzungstemperatur, d.h. eine Temperatur, bei der die Halbwertszeit nicht mehr als 10 Stunden beträgt von weniger als 130°C hat ist es schwierig, die elektrisch leitende Zusammensetzung zu extrudieren und die so hergestellte Außenschicht abzuschälen. Es müssen deshalb organische Peroxide mit einer Zersetzungstemperatur von mindestens 1300C verwendet werden (vgl. die Ergebnisse des Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 7).
Aus den in dem Beispiel 2 und in den Vergleichsbeispielen 1, 3, 4 und 5 erhaltenen Ergebnissen ist zu ersehen, daß mit Ruß mit einer höheren spezifischen Oberfläche ein hoher spez. elektrischer Widerstand und eine gut abgeschälte Oberfläche erzielt werden kann. Wenn diese in einer geringeren Menge verwendet werden, ergeben Ruße mit einer Oberflächengröße (spezifischen Oberfläche) von mindestens etwa 900 m2/g eine besonders ausgeprägte Verbesserung gegenüber den derzeit verwendeten Rußen.
Aus der. Ergebnissen der Beispiele 7 und 8 ist zu ersehen, daß ähnliche Ergebnisse erhalten werden können, wenn die Isolationsschicht aus anderen Polyolefinen als Polyäthylen und Polyolefinmischungen besteht
Die äußere halbleitende Schient weist den gleichen spezif. elektrischen Widerstand und die gleiche Abschälfestigkeit auf wie die nach konventionellen Verfahren, z. B. nach der US-Patentschrift 3719 769 und dergL, hergestellten äußeren halbleitenden Schichten. Darüber hinaus bleiben auf der Oberfläche der Isolationsschicht nach dem Abschälen keine Kohlenstoff teilchen und dergL zurück und ist die abgeschälte Oberflache sauber. Die Extrusions-Bedingungen können innerhalb eines breiteren Bereiches ausgewählt werden und die Extrusion der äußeren halbkitenden Schicht kann in einem guten Zustand ohne Schwierigkeiten, z. B. ohne Bildung von Erhebungen, rcgehrt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Hochspannungskabel mit einer Isolationsschicht aus einem vernetzbaren Polyolefin und einer leicht entfernbaren Außenschicht aus einem halbleitenden Material, welches aus 100 Gew.-Teilen eines Äthylen/Vinylazetat-Copolymeren mit einem Vkiylazetatgehalt von 25 bis 60 Gew.-% und 10 bis 40 Gew.-Teilen elektrisch leitendem Ruß besteht und mit einem organischen Peroxid mit einer Halbwertzeit bei etwa 130° C oder mehr von wenigstens etwa 10 Stunden versetzt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß eine Oberflächengröße von wenigstens 900 m2/g aufweist
DE19772737487 1976-08-21 1977-08-19 Hochspannungskabel mit Isolationsschicht und leicht entfernbarer Außenschicht Withdrawn DE2737487B2 (de)

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