DK157509B - Fremgangsmaade til fremstilling af et staerkstroemskabel - Google Patents

Description

i

DK 157509 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af et stærkstrømskabel, ved hvilken fremgangsmåde en kabelleder omgives med et indre ledende lag ved ekstrudering af et polymermateriale, der indeholder ledende bestanddele, på lederen i et første 5 ekstruderingsapparat og med en isolering ved ekstrudering af et polymermateriale på den med det indre ledende lag forsynede leder i et andet ekstruderingsapparat samt tværbinding af polymermaterialet i isoleringen under opvarmning af dette under tryk.

10 Et stærkstrømskabel omfatter normalt en leder, et omkring lederen og i elektrisk kontakt med lederen anbragt elektrisk ledende lag (det indre ledende lag), en omkring det ledende lag anbragt isolering af lederen, et på isoleringen anbragt elektrisk ledende lag (det ydre ledene lag) samt en omkring dette lag anbragt beskyttende og isole-15 rende kappe af et polymermateriale. Almindeligvis er der også anbragt en ledende metal afskærmning mellem sidstnævnte ledende lag og kappen. Det indre ledende lag såvel som det ydre ledende lag består ofte af et ekstruderet hylster af et polymermateriale, der indeholder en ledende bestanddel, almindeligvis kønrøg. Isoleringen 20 består ofte af et ekstruderet hylster af et polymermateriale, såsom polyethylen der er tværbundet. Den foreliggende opfindelsen angår specielt problemer, der vedrører påføringen af det indre ledende lag og af isoleringen, når påføringen foretages ved ekstrudering af de respektive hylstre og efterfølgende tværbinding af polymermaterialet 25 i isoleringen.

Ved konventionel påføring af det indre ledende lag og af isoleringen ved ekstrudering ekstruderes det indre ledende lag på kabellederen i et første ekstruderingsapparat, og isoleringen ekstruderes på 30 kabel lederen med det indre ledende lag i et andet ekstruderingsapparat. Lederen med det indre ledende lag og isoleringen underkastes derpå opvarmning under tryk, ofte med vanddamp, til tværbinding af polymermaterialet i isoleringen under dannelse af en blærefri isolering. Opvarmningen af materialet på lederen foregår 35 herved udefra og ind, d.v.s. i retning mod lederen. Opvarmningen må nødvendigvis vedvare indtil polymermaterialet er opvarmet tilstrækkeligt i hele tværsnittet, for at polymermaterialet i isoleringen i sin helhed skal blive tværbundet. Denne opvarmning bestemmer i alt væsentligt den hastighed hvormed kablet kan fremstilles. Det

DK 157509 B

2 forhold, at lederen i det væsentlige har stuetemperatur, når den indføres i det andet ekstruderingsapparat, medfører at det indre ledende lag, der er tale om ved de fleste aktuelle kabel typer, beskyttes tilstrækkeligt mod opvarmning fra polymermaterialet i 5 isoleringen til ikke at trykkes ind i mellemrummene mellem de tråde, hvoraf kabellederen er opbygget, eller deformeres eller beskadiges på anden måde. At isoleringen tværbindes i de ydre dele på et tidligt stadium formindsker også risikoen for skader på det indre ledende lag derved, at en på denne måde dannet skal af tværbundet 10 materiale formindsker trykket på det indre ledende lag.

Ifølge den foreliggende opfindelsen har det vist sig muligt nævneværdigt at forhøje produktionshastigheden for en kabelleder med et indre ledende lag og tværbunden isolering. Ifølge opfindelsen opnås 15 dette, ved at kabellederen opvarmes, inden den føres ind i det andet ekstruderingsapparat til påføring af isoleringen, og ved at det indre ledende lag - for at muliggøre opvarmningen af kabellederen -fremstilles af et materiale, som udviser en stor modstandsdygtighed mod indtrykning, når det udsættes for de temperaturer, som polymer-20 materialet, der skal danne isoleringen, har, når det ekstruderes på lederen med påført indre ledende lag.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er således ejendommelig ved, at til dannelse af det indre ledende lag tilføres der til det første 25 ekstruderingsapparat et materiale, hvor polymerbestanddel en omfatter HD-polyethylen podet med butyl gummi til en podningssampolymer, i hvilken mængden af butylgummi udgør 20-60% af podningssampolymerens vægt, samt at lederen inden den indføres i det andet ekstruderingsapparat opvarmes i en opvarmningsindretning. Det 30 ledende materiale, som tilføres til det første ekstruderingsapparat, udviser i form af et ved 175°C formpresset prøveemne med en tykkelse på 1,50 mm og en diameter på 15,0 mm efter 5 minutters belastning med et tryk på 13 kp/cnr ved 125°C en indtrykning, der, målt efter at prøveemnet under fortsat belastning har fået lov til at afkøles 1 35 time ved stuetemperatur, andrager højst 10% af prøveemnets oprindelige tykkelse.

Den ovenfor angivne varmetrykprøvning kan udføres efter IEC 92-3 (1965) Appendix G med følgende afvigelser: 3

DK 157509 B

a) prøvningstemperaturen går op til 125°C

b) vægten som frembringer trykket under belastningen går op til 1 kg 5 c) tiden for belastningen ved prøvningstemperaturen går op til 5 min d) det prøvede materiale kan udgøres af andet materiale end PVC.

Anvendelsen af et ledende materiale af den ovenfor angivne art med 10 stor modstandsdygtighed mod indtrykning medfører også mindre risiko for mekaniske beskadigelser af det ledende lag i forbindelse med lederens passage af det andet ekstruderingsapparat. Specielt hvis lederen ikke er rund, såsom når der f.eks. er tale om "sektorformede" ledere, kan der let opstå skader. Hvis der opstår skader på det 15 halvledende lag ved den nævnte passage eller på grund af de temperaturer og tryk laget udsættes for ved tværbinden af polymermaterialet i isoleringen, opnår man ikke den jævne overflade, der er en forudsætning for at undgå lokalt høje feltstyrker eller i værste fald gennembrud.

20

Som polymermateriale i det indre ledende lag foretrækkes navnlig polymermateriale med et snævert smelteinterval, fortrinsvis et smelteinterval på højst 20°C, hvilket medfører, at polymermaterialet i det væsentlige har uforandrede egenskaber op til sin smeltetempe-25 ratur, og med evne til at optage tilstrækkeligt store mængder ledende fyldmiddel. Polymermaterialer til det indre ledende lag er HD-polyethylen podet med butyl gummi til podningssampolymerer. Disse polymermaterialer er termoplasti ske materialer. Podningssam-polymerer, i hvilke butyl gummimængden udgør 20-60%, og navnlig 30 sådanne i hvilke butyl gummimængden udgør 20-30% af podningssam- polymerens vægt, er særligt egnede. Som ledende materiale anvendes fortrinsvis kønrøg af ledende type. Mængden af kønrøg går op til 5-70 vægtdele og fortrinsvist til 10-50 vægtdele pr. 100 vægtdele polymermateriale.

35

Ved en udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen opvarmes lederen, inden den indføres i det andet ekstruderingsapparat, til en temperatur, der højst er 75°C lavere end den temperatur, som polymermaterialet i isoleringen opvarmes til i det andet

DK 157509 B

4 ekstruderi ngsapparat.

Som eksempel på egnede polymermaterialer til kablets isolering kan nævnes polyethylen, co-polymerisat af ethylen og propen, co-5 polymerisat af ethyl en eller propen, eller ethyl en og propen med dienmonomerer såsom 1,4-pentadien, 1,4-hexadien, 5-alkenyl-2-norbornen, 2,4-norbornadien, 1,5-cyklooctadien og dicyklopentadien, hvilke co-polymerisater efter polymerisationen har tilbageblevne dobbeltbindinger fra dienmonomermolekylerne, samt 10 ethylen-propen-ter-polymerer.

Blandt egnede peroxider til tværbinding af disse polymermaterialer kan bl.a. nævnes di-α-kumylperoxid, di-tert.-butyl peroxid og di-(tert.-butylperoxi-isopropyl)-benzen. Mængden af peroxid går 15 hensigtsmæssigt op til 0,1-5 vægtdele pr. 100 vægtdele polymermateriale.

Temperatur og tid til tværbindingsreaktionen varierer med polymermaterialetype, peroxidmængden og -typen samt isoleringens tykkelse.

20 Ved mange anvendelser ligger temperaturen på 150-350°C og tiden på 1-30 minutter. Polymermaterialet kan på sædvanlig måde indeholde fyldmiddel, f.eks. kridt, blødgøringsmiddel, f.eks. mineralolie, peroxidaktivatorer, f.eks. trial.lylcyanurat og blyoxid, antioxidanter, f.eks polymeriseret trimethyldihydrokinolin, flamme-25 hæmmende middel, f.eks. antimontrioxid, og andre sædvanlige tilsætningsemner i sædvanlige mængder.

Normalt påføres der et ydre ledende lag på isoleringen. Dette kan være af sædvanlig art og kan påføres enten i forbindelse med, at 30 isoleringen anbringes, og inden denne tværbindes, eller ved en særskilt proces på en tværbunden isolering. Polymermaterialet i det ydre ledende lag er ofte opbygget af co-polymerer af polyethylen, f.eks. en co-polymer af ethylen og vinylacetat. Den ledende bestanddel udgøres sædvanligvis af kønrøg af ledende type.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere ved beskrivelse af et udførelseseksempel under henvisning til den tilhørende tegning, hvor: 35

5 DK 157509B

fig. 1 skematisk viser et anlæg til fremstilling af et kabel ifølge opfindelsen, og fig 2 viser et tværsnit af det fremstillede kabel.

5

En rund leder 10 bestående af 61 st sammenkablede aluminiumstråde 10a med en diameter på 2,34 mm afrulles fra en tromle 11 ved hjælp af et aftrækn i ngsapparat 12 i form af to endeløse transportbånd og føres derefter ind i vi nkel hovedet 13 på et første 10 ekstruderingsapparat 14, hvor lederen omgives med et 0,5 mm tykt ledende lag 15 (fig 2). Det materiale, der danner laget 15, består af en podningssampolymer af HD-polyethylen og butylgummi, hvori butyl gummi et udgør 25% af podningsampolymerens vægt (f.eks. ET-polymer H 3100 fra Allied Chemical, U.S.A.) samt af kønrøg af 15 ledende type (f.eks. Ketchenblack EC fra Ketjen Carbon NV, Holland).

Mængden af kønrøg andrager 15 vægtdele pr. 100 vægtdele polymermateriale. Materialet smelter ved en temperatur på ca. 133°C. Dets egenskaber er i det væsentlige uforandrede op til smeltepunktet. Temperaturen af det ledende materiale i ekstruder!ngsapparatet 20 beløber sig til 200°C. Lederen med laget 15 passerer derefter en opvarmningsindretning 16 af infrarødtype, hvor lederen opvarmes til 115°C.

Opvarmet til denne temperatur indføres lederen med det indre ledende 25 lag i vinkelhovedet 17 på ekstruderingsapparatet 18, hvor der påføres en 5,5 mm tyk isolering 19. Til vi nkel hovedet 17 er der også tilknyttet et ikke-vist ekstruderingsapparat, hvormed der kan påføres et 0,5-1 mm tykt ydre ledende lag 20 udenpå isoleringen 19. Polymermaterialet til isoleringen består af LD-polyethylen med et 30 smelteindex på 2,2 indeholdende 2 vægtdele di-a-kumylperoxid og 0,2 vægtdele 4,4'-tiobis(6-tert.-butyl-m-kresol) som antioxidant pr. 100 vægtdele polyethylen. Dets temperatur i ekstruderingsapparatet beløber sig til 125°C. Det materiale, der danner det ydre ledende lag, består af 70 vægtdele af en ethylen-vinylacetat-co-polymer, der 35 indeholder ca. 85 vægtprocent ethyl en og ca. 15 vægtprocent vinyl-acetat (såsom Lupol en V 3510 K fra BASF, Tyskland), 35 vægtdele kønrøg af ledende type (såsom Vulcan XC-72 fra Cabon Carbon Ltd, England) samt 2,5 vægtdele di-t-butylperoxid. Materialets temperatur i ekstruderingsapparatet er 120°C. Isoleringen 19 samt det ydre

s DK 157509 B

ledende lag 20 tværbindes ved opvarmning af lederen med lagene 15, 19 og 20 i vanddamp med en temperatur på 220°C og et hertil svarende tryk på ca. 24 atm i røret 21. Lederens opholdstid under dens passage af røret 21 er ca. 5-10 minutter. Fra damprøret går lederen 5 med dens isolering og ledende lag via et vendehjul 22 til et kølerør 23, hvor den trykkøles med vand af stuetemperatur. Den passerer derefter successivt en vandlås 24 og et trækkeapparat 25 i form af to endeløse transportbånd, inden den opvindes på en tromle 26. Trækkeapparaterne 12 og 25 samarbejder, således at lederen holdes 10 strakt under processen. Den således fremstillede kabel del forsynes siden på sædvanlig måde, eventuelt efter sammenkabling med andre kabeldele, i det mindste med en afskærmning af metal og med en kappe af polymermateriale.

15 Det er også muligt at placere opvarmningsindretningen 16 foran ekstruderingsapparatet 14 eller at have en opvarmningsindretning placeret i overensstemmelse med fig 1 og yderligere en opvarmningsindretning placeret foran ekstruderingsapparatet 14. Det ydre ledende lag behøver ikke at anbringes i samme vinkel hoved på 20 ekstruderingsapparatet 18 som isoleringen. Det kan således anbringes i et til dette formål særskilt apparat på en isolering, som er tværbunden og kan bestå af andet end ekstruderede lag.

25 30 35

Claims (3)

7 DK 157509B

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et stærkstrømskabel, ved hvilken fremgangsmåde en kabelleder omgives med et indre ledende lag 5 ved ekstrudering af et polymermateriale, der indeholder ledende bestanddele, på lederen i et første ekstruder!ngsapparat og med en isolering ved ekstrudering af et polymermateriale på den med det indre ledende lag forsynede leder i et andet ekstruder!ngsapparat samt tværbinding af polymermaterialet i isoleringen under opvarmning 10 af dette under tryk, kendetegnet ved, at til dannelse af det indre ledende lag tilføres der til det første ekstruderingsapparat et materiale, hvor polymerbestanddelen omfatter HD-polyethylen podet med butylgummi til en podningssampolymer, i hvilken mængden af butylgummi udgør 20-60% af podningssampolymerens 15 vægt, samt at lederen inden den indføres i det andet ekstruderingsapparat opvarmes i en opvarmningsindretning.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til det første ekstruderingsapparat tilføres et materiale, hvor 20 polymerbestanddelen omfatter en podningssampolymer, i hvilken mængden af butylgummi udgør 20-30% af podningssampolymerens vægt.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at lederen inden den indføres i det andet ekstruderingsapparat 25 opvarmes til en temperatur, som er højst 75°C lavere end den temperatur polymermaterialet i isoleringen opvarmes til i det andet ekstruderingsapparat. 30 35