DE2806752A1

DE2806752A1 - Polymer insulated high voltage cable - contains cpds. esp. lead cpds., for deionising water penetrating through cable sheath

Info

Publication number: DE2806752A1
Application number: DE19782806752
Authority: DE
Inventors: Ottmar Dipl Chem Dr Rer Leuchs
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1979-08-30

Abstract

The cable has one or more strands using a conductor core covered by an internal conducting layer, then high voltage insulation followed by an outer conducting layer. Layer is in contact with a metal screen which may be impregnated, and which is covered by an outer sheath. At least one of the layers contains addns. (a) for deionising water which may penetrate the cable due to the effects of moisture, eps. using max. 10, esp. 0.5-5 pts. addns. (a) per 100 pts. base material. Addns. (a) are pref. lead oxides or basic lead cpds. esp. PB3O4, lead cyanamide, basic lead sulphate or lead carbonate, all in a finely divided form. Prevents the voltage punctures know as 'water treeing' caused by moisture penetrating the polymer sheath, so the cable can be used for very high voltages independent of temp. and moisture for long periods of service without damage.

Description

Kunststoffisoliertes HochspannungskabelPlastic-insulated high-voltage cable

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kunststoffisoliertes ein- oder mehradriges elektrisches Hochspannungs kabel mit einer den Leiter abdeckenden inneren Leitschicht, einer die Isolierung überdeckenden äußeren Leitschicht in Verbindung mit einem Schirm aus gegebenenfalls massegetränkten metallischen Elementen, Drähten oder Bändern und einem Außenmantel.The present invention relates to a plastic-insulated one or Multi-core electrical high-voltage cable with an inner cable that covers the conductor Conductive layer, an outer conductive layer covering the insulation with a screen made of optionally mass-impregnated metallic elements, wires or ribbons and an outer jacket.

Seit einigen Jahren laufende Untersuchungen und Erfahrungen der Praxis haben gezeigt, daß die Isolierungen elektrischer Kabel aus polymeren Werkstoffen unter bestimmten Bedingungen bei der Einwirkung von Feuchtigkeit einen charakteristischen Spannungsdurchschlag erfahren. Diese Form des Durchschlags hat inzwischen un- ter dem Begriff "water treeing" Eingang in die Literatur gefunden. Da durch "water treeing>' verursachte Schäden an elektrischen Kabeln im Zusammenhang mit in die Isolierung eingedrungener Feuchtigkeit, d.h. Wasser stehen, hat man bereits versucht, den Einfluß der Feuchtigkeit durch eine geschlossene Netallhülle auszuschalten. Hierbei können sich jedoch Schwierigkeiten bei Erwärmung des Kabels im Betrieb aufgrund des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des polymeren thermoplastischen Isoliermaterials ergeben, wenn nicht zusätzliche Maßnahmen getroffen werden.For several years ongoing research and practical experience have shown that the insulation of electrical cables is made of polymeric materials under certain conditions when exposed to moisture a characteristic Experience voltage breakdown. This form of breakthrough has meanwhile ter the term "water treeing" found its way into the literature. Because by "water treeing> ' Damage caused to electrical cables related to in the insulation Ingress of moisture, i.e. standing water, has already been tried to reduce the influence to switch off the moisture by means of a closed metal cover. Here you can However, difficulties arise when the cable heats up during operation due to the high Thermal expansion coefficients of the polymeric thermoplastic insulating material, unless additional measures are taken.

Unter anderem auch aus diesem Grunde-zielt ein anderer bekannter Vorschlag (DOS 25 23 844) dahin, der Isolierung spannungsstabilisierende Zusätze in Form von Bleioxiden oder basischen Bleiverbindungen in Mengen bis zu 10 Teilen auf 100 Teile Polymeres zuzugeben, mit dem Ziel, die durch elektrophoretische Diffusion in der Isolierung im elektrischen Feld wandernden Schadstoffe und Abbauprodukte abzufangen und durch Ausfällung unschädlich zu machen. Ein Zusatz solcher stabilisierender Feststoffe bringt erhebliche Vorteile mit sich, es können sich aber auch Nachteile einstellen. Das gilt z.B. dann, wenn die zugesetzten Bleiverbindungen verunreinigt sind oder eine ungünstige Korngrößenverteilung haben. Dann wird ein wachsender Füllgrad in der Isolierung zu einer Herabsetzung der Spannungsfestigkeit führen.For this reason, among other things, another well-known proposal aims (DOS 25 23 844) then, the insulation voltage-stabilizing additives in the form of Lead oxides or basic lead compounds in quantities of up to 10 parts per 100 parts Add polymer, with the aim of electrophoretic diffusion in the Isolation to intercept pollutants and degradation products migrating in the electric field and render it harmless by precipitation. An addition of such stabilizing Solids has considerable advantages, but there can also be disadvantages to adjust. This applies, for example, if the added lead compounds are contaminated or have an unfavorable grain size distribution. Then there will be an increasing degree of filling lead to a reduction in dielectric strength in the insulation.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kabel auch für hohe und höchste Spannungsbeanspruchungen zu schaffen, das unabhängig von der Betriebstemperatur und unter dem Einfluß von Feuchtigkeit auch langfristig. keine Schäden an oder in der Isolierung aufweist.The invention is therefore based on the object of a cable for to create high and highest voltage stresses, regardless of the operating temperature and under the influence of moisture also in the long term. no damages on or in the insulation.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine der den üblichen Kabelaufbau mitbildenden Schichten, wie Isolierung, Leitschichten, Tränkmassen oder Mantel, Zusätze enthält, die bei Feuchtigkeitseinwirkung für eine Entionisierung des eindringenden Wassers sorgen. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß durch die Entionisierung schon der unterhalb und oberhalb der Isolierung befindlichen Schichten ein Filtereffekt erreicht werden kann, der nur entionisiertes Wasser in die Isolierung vordringen läßt. Erreicht wird durch die Erfindung aber außerdem, daß sich durch die Entionisierung die Wasseraufnahme der Isolierung unter Spannungsbeanspruchung insgesamt verringert, da ionenfreies Wasser im elektrischen Feld weniger in die lsolierung eingesogen wird.This object is achieved according to the invention in that at least one of the layers that form the usual cable structure, such as insulation, conductive layers, Impregnating masses or coat, contains additives which, when exposed to moisture, for a Provide deionization of the penetrating water. Namely, the invention is based on the knowledge that the deionization already causes the below and above the Isolation layers located a filter effect can be achieved, which only allows deionized water to penetrate into the insulation. Is achieved through the Invention but also that the water absorption of the deionization Insulation under tension is reduced overall, as ion-free water is less sucked into the insulation in the electric field.

Es ist zwar an sich schon bekannt (GB-PS 1 467 367), Ionen absorbierende zusätzliche Schichten im Kabelaufbau vorzusehen, diese bringen jedoch erhebliche Kosten mit sich, abgesehen von den durch eine Mehrzahl von Schichten hervorgerufene Gefahren des Einschleppens von Schmutz- und Staubteilchen im Fertigungsablauf. Außerdem werden die äußeren Abmessungen des Kabels größer, das Kabel wird unhandlicher. Die Kabeltrommeln können nur mit weniger Meter Kabel umwickelt werden, die Folge ist eine Vergrößerung der Anzahl von Verbindungsstellen und damit eine Erhör>-hung der Muffenzahl.It is already known per se (GB-PS 1 467 367) that it absorbs ions Providing additional layers in the cable structure, but these bring considerable There are costs associated with it, apart from those caused by a plurality of layers Dangers of dragging in dirt and dust particles in the production process. aside from that the external dimensions of the cable become larger, the cable becomes more unwieldy. the Cable drums can only be wrapped with a few meters of cable, as a result an increase in the number of connection points and thus an increase the number of sleeves.

Als Zusätze, die für eine Entionisierung gegebenenfalls eindringenden Wassers in Frage kommen, haben sich Bleioxide und/oder basische Bleiverbindungen bewährt. Diese Zusätze werden in Mengen bis zu 10 Teilen, vorzugsweise 0,5 bis 5 Teilen, bezogen auf 100 Teile Basismaterial zugegeben. So haben Zusätze an Bleimennige (Pb304) von nur 1 % bereits zu einer erheblichen Verlängerung der Spannungsfestigkeit trotz vorhandener Wasserdiffusion geführt.As additives that may penetrate for deionization Water come into question, lead oxides and / or basic lead compounds proven. These additives are used in amounts up to 10 parts, preferably 0.5 to 5 parts Parts, based on 100 parts of base material added. So have red lead additives (Pb304) of only 1% already leads to a considerable extension of the dielectric strength out despite the presence of water diffusion.

Neben Bleimennige haben sich in Weiterführung der Erfindung auch Bleicyanamid, basisches Bleisulfat und Bleicarbonat als vorteilhaft erwiesen. Auch diese Zusätze führen zu einer so weitgehenden Entionisierung, daß langfristige Schäden kaum zu erwarten sind.In addition to red lead, lead cyanamide, basic lead sulfate and lead carbonate have proven advantageous. These additives too lead to such an extensive deionization that long-term damage is hardly possible are expected.

Die Erfindung sei anhand der in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten Kabelseele eines Einleiter-Hochspannungskabels näher erläutert.The invention is based on the in the figure as an embodiment illustrated cable core of a single-conductor high-voltage cable explained in more detail.

Der Leiter 1 dieses Kabels besteht aus einer Vielzahl miteinander verseilter Einzeldrähte und ist überdeckt von der inneren Leitschicht 2, z.B. aus einem extrudierten leitfähigen Material. Diese Schicht hat die wesentliche Aufgabe, Feldstärkenerhöhungen an der Leiteroberfläche über hervorstehenden Einzelleitern zu verhindern. Mit 3 ist die hochspannuxlgsfeste lsolierung bezeichnet, sie kann aus einem vernetzten oder unvernetzten thermoplastischen Material bestehen, z.B.The conductor 1 of this cable consists of a plurality of each other stranded individual wires and is covered by the inner conductive layer 2, e.g. an extruded conductive material. This layer has the essential task of Field strength increases on the conductor surface above protruding individual conductors to prevent. The high-voltage-resistant insulation is denoted by 3, it can consist of a crosslinked or uncrosslinked thermoplastic material, e.g.

aus vernetztem oder unvernetztem Polyäthylen. Die äußere Leitschicht 4 ist auf die Isolierung 3 aufextrudiert, sie besteht z.B. aus einem leitfähig gemachten Copolymer.made of crosslinked or uncrosslinked polyethylene. The outer conductive layer 4 is extruded onto the insulation 3, it consists, for example, of an insulating material made conductive Copolymer.

Oberhalb der äußeren Leitschicht 4 kann zur Erhöhung der Kurzschlußbelastbarkeit eine Lage von Runddrähten 5 verseilt sein. Diese wird mit einer leitfähigen Masse 6 imprägniert, damit sich bei mechanischer Beschädigung des Kabelmantels eindringendes Wasser im Kabel nicht fortbewegen kann. Darüber ist noch ein Mantel 7 aus einem witterungsbeständigen thermoplastischen Kunststoff, wie Polyäthylen oder Polyvinylchlorid, aufgebracht.Above the outer conductive layer 4 can be used to increase the short-circuit load capacity a layer of round wires 5 be stranded. This is connected to a conductive mass 6 impregnated so that in the event of mechanical damage to the cable jacket, Cannot move water in the cable. Above it is a jacket 7 from one weather-resistant thermoplastic such as polyethylene or polyvinyl chloride, upset.

Um sicherzustellen, daß bei Spannungsbeanspruchung unter Einwirkung von Feuchtigkeit auch langfristig keine Schäden an einem solchen Kabel auftreten, enthalten nach der Erfindung eine oder mehrere der erwähnten Schichten, wie innere Leitschicht 2, Isolierung 3, äußere Leitschicht 4, Imprägniermasse 6 oder Mantel 7 Zusätze wie Bleioxide und/oder basische Bleiverbindungen, die für eine Entionisierung von gegebenenfalls eindringendem Wasser sorgen. Die Gefahr von "water treeing" ist zumindest für lange Zeit hinausgeschoben, die Wasseraufnahme durch die Isolierung wird darüberhinaus reduziert.To ensure that in the event of voltage stress under action such a cable will not be damaged by moisture even in the long term, contain, according to the invention, one or more of the layers mentioned, such as inner layers Conductive layer 2, insulation 3, outer conductive layer 4, impregnation compound 6 or jacket 7 additives such as lead oxides and / or basic lead compounds that are necessary for deionization take care of any ingress of water. The danger of "water treeing" is at least for a long time postponed the water absorption through the insulation is also reduced.

Im folgenden sind Mischungsbeispiele angeführt, die für die Leitschichten, die Isolierung bzw. den Mantel geeignet sind und den gewünschten Effekt der "Filterun" eindringender Feuchtigkeit bewirken.Mixture examples are given below, which are used for the conductive layers, the insulation or the jacket are suitable and the desired effect of the "filterun" cause moisture penetration.

I. Mischungsbeispiel (innere und äußere Leitschicht) Copolymeres 100 Teile Leitruß 30 l1 Pb 304 0,1 - 5 " II. Mischungsbeispiel (Mantel) Weichgemachtes, stabilisiertes PVC 100 Teile Bleisulfat oder Ph 304 0,1-5 Teile III. Mischungsbeispiel (Imprägniermasse) Bindemittel 100 Teile Leitruß 43 Teile Pb3O4 oder Bleicyanamid 0,5-5 Teile I. Mixture example (inner and outer conductive layer) copolymer 100 parts carbon black 30 l1 Pb 304 0.1 - 5 " II. Mixture example (jacket) Softened, stabilized PVC 100 parts lead sulfate or Ph 304 0.1-5 parts III. Mixture example (impregnation compound) Binder 100 parts conductive carbon black 43 parts Pb3O4 or lead cyanamide 0.5-5 parts

Claims

Claims 1. Plastic-insulated single or multi-core electrical High-voltage cable with an inner conductive layer covering the conductor, one the Insulation covering the outer conductive layer in connection with a screen optionally mass-impregnated metallic elements and an outer jacket, thereby characterized in that at least one of the layers forming the usual cable structure (Conductive layers, insulation, mass, proportion) contains additives that are affected by moisture ensure deionization of the penetrating water.

2. Cable according to claim 1, characterized in that the deionizing Additives in an amount of up to 10 parts, preferably 0.5 to 5 parts, based on 100 parts of base material are added.

3. Cable according to claim 1 or 2, characterized in that as deionizing Additives lead oxides and / or basic lead compounds are used.

4. Cable according to claim 3, characterized in that for deionization penetrating moisture the layers of red lead (Pb304) contain.

-5. Cable according to Claim 3, characterized in that for deionization penetrating moisture lead cyanamide is contained in the layers.

6. Cable according to claim 3, characterized in that as deionizing Additives basic lead sulfate or lead carbonate are used.

7. Cable according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the deionizing additives are used in finely divided form.