DE2852379A1

DE2852379A1 - Verfahren bei der herstellung eines starkstromkabels

Info

Publication number: DE2852379A1
Application number: DE19782852379
Authority: DE
Inventors: Stanley Dipl Ing Sommarlund
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1979-06-13
Also published as: GB2011822B; FI65339C; NO147852C; GB2011822A; DK157509B; NO784115L; DK554778A; FI783758A; DK157509C; SE7713997L; NO147852B; DE2852379C2; FI65339B; SE418781B; US4220615A

Description

HOFFMANN · EITLJE & PARTNER

PATENTANWÄLTE 2852379

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ DIPL-ING. W. EITLE - DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

bIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MDNCHEN 81 . TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

31 399 o/fi

ASEA Aktiebolag
Västeras/Schweden

Verfahren bei der Herstellung eines Starkstromkabels

Ein Starkstromkabel enthält normalerweise einen Leiter, eine um den Leiter und in elektrischem Kontakt mit dem Leiter angeordnete elektrisch leitende Schicht (innere leitende Schicht), eine um die leitende Schicht angeordnete Isolierung für den Leiter,- eine auf der Isolierung angeordnete elektrisch leitende Schicht (äußere leitende Schicht), sowie einen um diese Schicht angebrachten schützenden und isolierenden Mantel aus Polymermaterial. Meistens ist zwischen der letztgenannten leitenden Schicht und dem Mantel auch ein leitender Metallschirm angebracht. Sowohl die innere leitende Schicht wie auch die äußere leitende Schicht bestehen oft aus einer stranggepreßten Schicht aus einem Polymermaterial, das einen leitenden Bestandteil,

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in der Regel Kienruß, enthält. Die Isolierung besteht oft aus einer stranggepreßten Schicht aus einem Polymermaterial, wie Polyäthylen, das vernetzt wurde. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Probleme, die das Aufbringen der inneren leitenden Schicht und der Isolierung betreffen, wenn das Aufbringen durch Strangpressen der betreffenden Schichten und darauffolgende Vernetzung des Polymermaterials in der Isolierung geschieht.

Bei einem konventionellen Aufbringen der inneren leitenden Schicht und der Isolierung durch Strangpressen wird die innere leitende Schicht in einer ersten Strangpreßmaschine auf den Kabelleiter stranggepreßt, und die Isolierung wird in einer zweiten Strangpreßmaschine auf den Kabelleiter mit der inneren leitenden Schicht stranggepreßt. Der Leiter mit der inneren leitenden Schicht und der Isolierung wird danach einer Erhitzung unter Druck, oft mit Wasserdampf, unterzogen, damit das Polymermaterial in der Isolierung unter Bildung einer blasenfreien Isolierung vernetzt wird. Die Erhitzung des Materials auf dem Leiter geschieht dabei von außen nach innen, also in Richtung auf den Leiter. Die Erhitzung muß so lange anhalten, bis das Polymermaterial in dem ganzen Querschnitt genügend erhitzt ist, damit das Polymermaterial in der Isolierung im ganzen vernetzt wird. Diese Erhitzung bestimmt in allem Wesentlichen die Geschwindigkeit, mit der das Kabel hergestellt werden kann. Die Tatsache, daß der Leiter im wesentlichen Raumtemperatur hat, wenn er in die zweite Strangpreßmaschine hineinkommt, bringt es mit sich, daß die innere leitende Schicht bei den meisten infragekommenden Kabelarten genügend gegen eine Erhitzung von dem Polymermaterial in der Isolierung geschützt wird,

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um nicht in Zwischenräume zwischen Drähten, aus denen der Kabelleiter aufgebaut ist, hirieingedrückt oder auf andere Weise deformiert oder beschädigt zu werden. Daß die Isolierung in den äußeren Teilen zu einem früheren Zeitpunkt vernetzt wird, verringert auch die Gefahr von Schäden an der inneren leitenden Schicht, da eine derart gebildete Schale aus vernetzten! Material den Druck auf die innere leitende Schicht herabsetzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat es sich als möglich erwiesen, die Produktionsgeschwindigkeit für einen Kabelleiter mit einer inneren leitenden Schicht und einer vernetzten Isolierung bedeutend zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, daß der Kabelleiter erhitzt wird, bevor er zum Aufbringen der Isolierung in die zweite Strangpreßmaschine hineingeführt wird und dadurch, daß die innere leitende Schicht, um eine Erhitzung des Kabelleiters zu ermöglichen, aus einem Material hergestellt -wird, das eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Eindrücken aufweist, wenn es den Temperaturen ausgesetzt wird, die das Polymermaterial, das die Isolierung bilden soll, hat, wenn es auf den Leiter mit der aufgebrachten inneren leitenden Schicht stranggepreßt wird.

Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Starkstromkabels, bei dem ein Kabelleiter mit einer inneren leitenden Schicht durch Strangpressen eines Polymermaterials, das leitende Bestandteile enthält, auf den Leiter in einer ersten Strangpreßmaschine und mit einer Isolierung durch Strangpressen eines Polymermaterials auf den mit der inneren leitenden Schicht versehenen Leiter in einer zweiten Strangpreßmaschine

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umgeben wird und das Polymermaterial in der Isolierung unter Erhitzung desselben unter Druck vernetzt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Bildung der inneren leitenden Schicht der ersten Strangpreßmaschine ein Material zugeführt wird, das in Form eines bei 175 C formgepreßten Probestückes mit einer Dicke von 1,50 mm und einem Durchmesser von 15,0 mm nach einer 5 Minuten dauernden Belastung mit einem Druck von 13 kp/cm bei 125°C einen Eindruck aufweist, der, gemessen nachdem man das Probestück mit anhaltender Belastung 1 Stunde lang bei Zimmertemperatur hat abkühlen lassen, höchstens 10 % der ursprünglichen Dicke des Probestückes beträgt, und daß der Leiter, bevor er in die zweite Strangpreßmaschine hineingeführt wird, in einer Heizvorrichtung erhitzt wird. Die vorgenannte Wärmedruckprobe kann gemäß IEC 92-3 (1965) Anhang G mit folgenden Abweichungen vorgenommen werden:

a) Die Prüftemperatur beträgt 125°C;

b) das Gewicht, das den Druck bei der Belastung erzeugt, beträgt 1 kg;

c) die Zeit für die Belastung bei der Prüftempe-" ratur beträgt 5 Minuten;

d) das geprüfte Material kann ein anderes Material als PVC sein.

Die Verwendung eines leitenden Materials der vorstehend genannten Art mit großer Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücke verringert auch die Gefahr mechanischer Schäden an der leitenden Schicht im Zusammenhang damit, daß der Leiter die zweite Strangpreßmaschine passiert. Insbesondere dann, wenn der Leiter nicht rund ist, wie beispielsweise bei sektorförmigen Leitern, können leicht Schäden

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auftreten. Wenn an der halbleitenden Schicht bei dem genannten Passieren der Strangpreßmaschine oder aufgrund der Temperaturen und Drücke, denen die Schicht beim Vernetzen des Polymermaterials in der Isolierung ausgesetzt wird, Schaden auftreten, so erhält . man nicht die gleichmäßige Oberfläche, die Voraussetzung dafür ist, daß örtliche hohe Feldstärken oder schlimmstenfalls Durchbrüche in der Schicht vermieden werden.

Als Polymermaterial in der inneren leitenden Schicht wird insbesondere ein Polymermaterial mit einem erigen Schmelzintervall, vorzugsweise ein Schmelzintervall von höchstens 20⁰C, wodurch das Polymermaterial bis zu seiner Schmelztemperatur im wesentlichen unveränderte Eigenschaften hat, und mit der Fähigkeit, genügend große Mengen eines leitenden Füllmittels aufzunehmen, bevorzugt. Als Beispiel für geeignetes Polymermaterial in der inneren leitenden Schicht kann HD-Polyäthylen(Polyäthylen hoher Dichte) genannt werden, das mit Butylkautschuk zu einem Pfropfmischpolymer gepfropft ist. Solche Polymermaterialien sind thermoplastische Materialien. Die genannien Pfropfmischpolymere, in denen die Menge Butylkautschuk 20 bis 60 %, und besonders solche, in denen die Menge Butylkautschuk 20 bis 30 % des Gewichtes der Pfropfmischpolymere beträgt, sind besonders gut geeignet, um bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung zur Anwendung zu kommen. Als leitendes Material wird vorzugsweise Kienruß leitender Art verwendet. Die Menge Kienruß beträgt zweckmäßigerweise 5 bis 70 Gewichtsteile und vorzugsweise 10 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymermaterial.

Die Erhitzung des Leiters vor dem Einführen desselben in die zweite Strangpreßmaschine wird vorzugsweise auf eine Temperatur vorgenommen, die höchstens 75°C niedriger ist als die Temperatur, auf die das Polymermaterial für die Isolierung in der zweiten Strangpreßmaschine erhitzt wird.

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Als Beispiel für geeignete Polymermaterialien in der Isolierung des Kabels können Polyäthylen, Mischpolymerisate aus Äthylen und Propylen, Mischpolymerisate aus Äthylen oder Propylen oder Äthylen und Propylen mit Dienmonomeren wie 1,4-Pentadien, 1,4~Hexadien, 5-Alkenyl-2-norbornen, 2, 5-Norbor riadien, 1,5-Zykiooktadien und Dizyklopentadien genannt werden, wobei diese Mischpolymerisate nach der Polymerisation der Dienmonomermoleküle restliche Doppelbindungen haben, sowie Äthylen/Propylen-terpolymere. Unter geeigneten Peroxyden zur Vernetzung dieser Polymermaterialien können u.a. Di-^-Kumylperoxyd, Di-tert.-Butylperoxyd und Di-(tert„-butylperoxi-isopropyl)-benzol genannt werden. Die Menge Peroxyd beträgt zweckmäßigerweise 0,1 bis 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymermaterial. Temperatur und Zeit für die Vernetzungsreaktion variieren im Zusammenhang mit der Art des Polymermaterials, Art und Menge Peroxyd und der Dicke der Isolierung. Bei vielen Anwendungen liegt die Temperatur bei 150 bis 350 C und die Zeit bei 1 bis 30 Minuten. Das Polymermaterial kann auf herkömmliche Weise Füllmittel, wie z.B. Kreide, Weichmacher, z.B. Mineralöl, Aktivatoren für die Peroxyde, z.B. Triallylzyanurat und Bleioxyd, Antioxidantien, z.B. polymer isiertes Trimethyldihydrochinolin, Flammschutzmittel, ζ.B₀ Antimontrioxyd, und andere konventionelle Zusatzmittel in üblichen Mengen enthalten.

Normalerweise wird eine äußere leitende Schicht auf die Isolierung aufgetragen. Diese kann konventioneller Art sein und kann entweder im Zusammenhang mit dem Anbringen der Isolierung und vor dem Vernetzen derselben oder in einem gesonderten Prozeß auf einer vernetzten Isolierung angebracht werden. Das Polymermaterial in der äußeren

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leitenden Schicht ist oftmals aus Mischpolymeren von Äthylen, z.B. einem Mischpolymer aus Äthylen und Vinylazetat aufgebaut. Der leitende Bestandteil ist meistens Kienruß leitender Art.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Herstellung eines Kabels nach der Erfindung; und

Fig. 2 einen Querschnitt des hergestellten Kabels.

Ein runder Leiter 10, der aus 61 verseilten Aluminiumdrähten 10a mit einem Durchmesser von 2,34 mm besteht, wird mit Hilfe der Abziehvorrichtung 12 in Form von zwei endlosen Transportbändern von einer Trommel 11 abgerollt und danach zu einem Querhaupt 13 an einer ersten Strangpreßmaschine geführt, wo der Leiter mit einer 0,5 mm dicken, leitenden Schicht 15 umgeben wird (Fig, 2). Das die Schicht 15 bildende Material besteht aus einem Pfropfmischpolymer aus HD-Polyäthylen und Butylkautschuk, in dem der Butylkautschuk 25 % des Gewichtes des Pfropfmischpolymers (z„B. ET-Polymer H 3100 von Allied Chemical, DSA) ausmacht, sowie aus Kienruß leitender Art (z.B. Ketenenblack EC von Ketjen Carbon NV, Holland). Die Menge Kienruß beträgt 15 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymermaterial. Das Material schmilzt bei einer Temperatur von ungefährt 133 C. Die Eigenschaften desselben sind bis zum Schmelzpunkt im wesentlichen unverändert. Die Temperatur des leitenden Materials in der Strangpreßmaschine beträgt 200⁰C= Der Leiter mit der Schicht 15 passiert danach eine Heizvorrichtung 16 der Infrarot-Art, in welcher 115°C erhitzt w

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der Leiter auf 115°C erhitzt wird,

Erhitzt auf diese Temperatur, geht der Leiter mit der inneren leitenden Schicht in das Querhaupt 17 der Strangpreßmaschine 18 hinein, wo eine 5,5 mm dicke Isolierung 19 aufgebracht wird. An dem Querhaupt 17 ist auch eine nicht gezeigte Strangpreßmaschine angeschlossen, mit der eine 0,5 bis 1 mm dicke äußere leitende Schicht 20 auf der Isolierung 19 angebracht werden kann. Das Polymermaterial für die Isolierung besteht aus LD-Polyäthylen (Polyäthylen niederer Dichte) mit einem Schmelzindex von 2,2 enthaltend 2 Gewichtsteile Di-öC-kumylperoxyd und 0,2 Gewichtsteile 4,4^S-Tiobis(6-tert.-butyl-m-kresol) als Antioxidant pro 100 Gewichtsteile Polyäthylen. Dessen Temperatur in der Strangpreßmaschine beträgt 125°C. Das die äußere leitende Schicht bildende Material besteht aus 70 Gewichtsteilen eines Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymeren, enthaltend ungefähr 85 Gewichtsprozent Äthylen und ungefähr 15 Gewichtsprozent Vinylacetat (wie Lupolen V 3510 K von BASF, Deutschland), 35 Gewichtsteile Kienruß leitender Art (wie Vulcan XC-72 von Cabon Carbon Ltd., England) sowie 2,5 Gewichtsteile Di-t-butylperoxyd. Die Temperatur des Materials in der Strangpreßmaschine beträgt 120⁰C. Die Isolierung 19 sowie die äußere leitende Schicht 20 werden durch Erhitzung des Leiters mit den Schichten 15, 19 und 20 in Wasserdampf mit einer Temperatur von 22O°C und einem entsprechenden Druck von ungefähr 24 atm im Rohr 21 vernetzt. Die Aufenthaltszeit für den Leiter beim Passieren des Rohres 21 beträgt ungefähr 5 bis 10 Minuten. Von dem Dampfrohr geht der Leiter mit seiner Isolierung und seinen leitenden Schichten über ein Wenderad 22 zu einem Kühlrohr 23, wo er mit Wasser von Zimmertemperatur druckgekühlt wird. Danach passiert er der Reihe nach ein Wasserschloß 24 und eine Abziehvorrichtung 25 in Form von zwei endlosen Transportbändern, bevor er auf die

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Trommel 26 aufgespult wird. Die Abziehvorrichtungen und 25 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Leiter während des Prozesses gestreckt gehalten wird. Die so hergestellte Kabelader wird danach auf übliche Weise, eventuell nach dem Verseilen mit anderen Kabeladern, wenigstens mit einem Schirm aus Metall und mit einem Mantel aus Polymermaterial versehen.

Es ist auch möglich, die Heizvorrichtung 16 vor der Strangpreßmaschine 14 anzubringen oder eine Heizvorrichtung in Übereinstimmung mit Fig. 1 zu plazieren und eine weitere Heizvorrichtung vor der Strangpreßmaschine 14 anzubringen. Die äußere leitende Schicht braucht nicht in demselben Querhaupt der Strangpreßmaschine 18 wie die Isolierung angebracht zu werden» Dieselbe kann also in einer für diesen Zweck separaten Anordnung auf einer Isolierung angebracht werden, die vernetzt ist, und kann aus anderen als stranggepreßten Schichten bestehen«

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Leerseite

Claims

BCOFPMANN · EITLE & PARTNER DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197Ä) - DIPL.-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING.W. LEHN DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) - D-8000 MO NCH EN 81 ■ TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE) 31 399 o/fi ASEA Äktiebolag .Vasteras/Schweden Verfahren bei der Herstellung eines Starkstromkabels Patentansprüche

1.J Verfahren bei der Herstellung eines Starkstromkabels, 5ei dem ein Kabelleiter mit einer inneren leitenden Schicht durch Strangpressen eines Polymermaterials,, das leitende Bestandteile enthält, auf den Leiter in einer ersten Strangpreßmaschine und mit einer Isolierung durch Strangpressen eines Polymermaterials· auf den mit der inneren leitenden Schicht versehenen Leiter in einer zweiten Strangpreßmaschine umgeben wird und das Polymermaterial

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ORIGINAL INSRECTtO

in der Isolierung unter Erhitzung desselben unter Druck vernetzt wird, dadurch gekennzeich net, daß zur Bildung der inneren leitenden Schicht der ersten Strangpreßmaschine ein Material zugeführt wird, das in Form eines bei 175°C formgepreßten Probestückes mit einer Dicke von 1,50 mm und einem Durchmesser von 15,0 mm nach einer 5 Minuten dauernden Belastung mit 13 kp/cm bei 125°C einen Eindruck aufweist, der, gemessen nachdem man das Probestück mit anhaltender Belastung 1 Stunde bei Zimmertemperatur hat abkühlen lassen_f höchstens 10 % der ursprünglichen Dicke des Probestückes beträgt, und daß der Leiter, bevor er in die zweite Strangpreßmaschine eingeführt wird, in einer Heizvorrichtung erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Polymermaterial in dem Material, das die innere leitende Schicht bildet, HD-Polyäthylen umfaßt, das mit Butylkautschuk zu einem Pfropfmischpolymer gepfropft ist, in dem die Menge Butylkautschuk 20 bis 60 % des Gewichtes des Pfropfmischpolymers beträgt.

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