DE3017442A1

DE3017442A1 - Mit spannungsstabilisator versehener elektrischer isolierstoff

Info

Publication number: DE3017442A1
Application number: DE19803017442
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Chem. 3502 Vellmar Wartusch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1981-11-12
Also published as: DE3017442C2

Description

Beschreibung O __

F-Z 80/6 Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem Spannungsstabilisator versehenen elektrischen Isolierstoff.

Von den Polyolefin-Homo- und Copolymersaten haben die Polyäthylene hoher und niedriger Dichte inzwischen einen festen Platz in der Kabelisaliertechnik errungen, da sie außer der Preiswürdigkeit und einfachen Verarbeitbarkeit zu den besten festen Isolierstoffen gehören.

Der Einsatz von Polyäthylen in der Hochspannungstechnik, insbesondere bei Hochspannungskabeln, fand jedoch eine gewisse Begrenzung, da die theoretisch mögliche und im Laboratorium an kleinen Proben experimentell meßbare Durchschlagfestigkeit von 6D0-7DD kW/mm sich in der Praxis bei weitem nicht nutzen ließ; man arbeitet dort bei der Auslegung der Kabeldimensian noch mit Feldstärkebelastungen, welche meist weit unter 1G kV/mm liegen. Dies hat seine Ursache darin, daß sich bei der technischen Verarbeitung mikroskopische und submikroskopische Schwachstellen nicht vermeiden lassen. Außer den hier infrage kommenden kleinen Lunkern, Rissen und Mikrorissen ist es technisch nicht immer zu vermeiden, daß auch Fremdstoffe als Verunreinigungen in die Isolation gelangen. Alle diese Fehlstellen in der Isolation sind als elektrische Schwachstellen zu bezeichnen, deren negative Auswirkungen zu beheben sind.

Zu diesem Zweck sind bereits Isoliermischungen bzw. Isolierstoffe für Hochspannungskabel bekannt geworden, deren Aderisolierung vorwiegend aus Polyäthylen ader vernetztem Polyäthylen (VPE) besteht und die Spannungsstabilisierende Zusätze enthalten. Diese Zusätze sollen die Resistenz des Isolierstoffes gegenüber erhöhter elektrischer Feldstärkebeanspruchung verbessern, die insbesondere an den genannten elektrischen Schwachstellen auftreten und damit zum elektrischen Durchschlag führen können.

So wurde eine Anzahl von Maßnahmen bekannt, welche diesem Mangel abhelfen sollen. Beispielsweise wurden bereits Mischungen aus aromatischen Kohlenwasserstoffölen mit aktiven Stabilisierungszusätzen, wie z. B. halogenierte oder mit Nitrogruppen substituierte Aromaten, bekannt (OS 15 69 396).

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Weiterhin sind auch schon Stabilisatnrzusätze auf Basis v/on verzweigten oder geradkettigen Kohlenwasserstoffen bekannt, die auch mit aromatischen Ringen substituiert sein können (DAS 12 kB 773).

Es wurden auch bereits aromatische und aliphatische Carbonylverbindungen zur Stabilisierung vorgeschlagen, welche eine relativ gute Wirkung aufweisen.

Die bekannten Stabilisator-Zusätze weisen jedoch in der einen oder anderen Richtung Nachteile auf. Entweder lassen sie sich in die zu verwendende Isoliermischung schlecht einmischen, sind in dieser auf Dauer zu unverträglich, haben eine zu geringe Migrationsgeschwindigkeit zu den in der Isolation zu schützenden Schwachstellen oder haben keinen hinreichend hohen Schutzfaktor, verglichen mit dem unstabilisierten Vergleichsmaterial.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen Spannungsbeanspruchung stabilisierte Polyolefinisolierung für Hochspannungszwecke zu schaffen, die ein verbessertes Durchschlagverhalten zeigt und darüberhinaus die beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen der Patentansprüche genannten Merkmale.

Wie Versuche gezeigt haben, eignen sich als Spannungsstabilisatoren vorteilhaft verschiedene Ester der Acetessigsäure, z. B. der Äthyl-, Propyl- und Isopropylester. Durch Verwendung eines Esters mit längerkettigem Alkohol kann der Siedepunkt des Esters erhöht und damit eine verbesserte Langzeitwirkung (Depoteffekt) gewährleistet werden.

Eine verbesserte Langzeitstabilisierung kann auch erreicht werden, indem der ß-Hetosäureester in Kombination mit einem hochsiedenden aromatischen Dl verwendet wird, welches allein keine hinreichende Migratiansgeschwindigkeit aufweist, dagegen aber eine äußerst geringe Flüchtigkeit und damit Langzeitfunktion aufweist. Der ß-Ketosäureester fungiert somit als Sofort-Stabilisator und als Schlepper für die ölartige Stabilisator-Komponente. Als aromatische Öle erwiesen sich Kohlenwasserstoffgemische auf Basis Phenanthren und weitere mindestens drei kondensierte Kerne aufweisende Aromaten sowie die entsprechenden Homologen als wirksam. :

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Die zu verwendende Menge des Ketans richtet sich in ihrer Dosierung nach dem erwarteten Stabilisierungseffekt, insbesondere hinsichtlich Langzeitstabilisierung, soujie der Verträglichkeit in dem jeweiligen Isolierstoff.

Die Wirksamkeit der B-Ketosäureester wird auf deren Eigenschaft der Keto-Enol-Tautomerie zurückgeführt. Im Gegensatz zu den B-Diketonen bestehen die ß-Ketosäureester bei Raumtemperatur überwiegend aus der Ketaform, welche bei erhöhter Temperatur in die Enolform übergeht. Energiezufuhr bringt also die erforderliche Protonenabstraktionsarbeit für diese Umwandlung auf. Die nachteilige Wirkung des bei höherer elektrischer Belastung auftretenden "Elektronenbeschusses" als einwirkende Energie könnte durch die energieverbrauchende Enol-Unuandlung gemindert und damit die stabilisierende Wirkung erzielt werden.

Bei Hochfahr-Durchschlageversuchen (Hochfahrgeschwindigkeit ca. ikV/min) mit einer Spitze-Platte-Anordnung bei Schlagweiten von 0,5 mm und Spitzenradien von 3 pm wurden beispielsweise mit einer Hochspannungsisoliermischung aus Polyäthylen mit einem Zusatz des Äthyl-, Propyl- bzw. Isopropylesters der Acetessigsäure Durchschlagsspannungen von 27 kV gefunden, wogegen mit einer nicht stabilisierten Vergleichsprobe es bereits bei 7-9 kW zu einem Durchschlag kam.

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Claims

Licentia

Patent-Verwaltungs-GmbH

Theodar-Stern-Hai 1, 6DD0 Frankfurt 7D

F-Z 8D/6

Lm/boo

Frankfurt, 06.05.80

Patentansprüche

Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff als Stabilisator B-Ketosäureester enthält.
2. Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach An-Bpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff Acetessigsäureester enthält, wobei die alkalische Komponente aus Äthyl-, Propyl-, Isopropylalkohol oder grad oder verzweigt fettigen Alkoholen bis zu 20 C Atomen besteht.
3. Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einem Polyäthylen-Homo- oder CDpolymerisat besteht.
4. Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Comonomer Propylen, Vinylacetat ader Äthyl- oder Butylacrylat verwendet ujird.
5„ Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einem z. B. mit Peroxiden verentzten Homo- oder Copolymerisat besteht.
6- Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllstoff enthaltende Mischung verwendet wird, wobei der Füllstoff Ruß oder ein heller mineralischer Füllstoff wie z„ B. Aluminiumsilikat oder Dalziumkarbonat ist.

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7. Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Füllstoff mit organischen Überzügen, wie z. B. Silanen, versehen ist.
8. Mit Sparinungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein im wesentlichen amorpher Kautschuk ist.
9. Mit Spannungsstabilisator versehener elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination des ß-Ketosäureesters mit einem aromatischen Dl verwendet wird.

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