EP0806048B1 - Mehradriges, kunststoffisoliertes niederspannungs-starkstromkabel - Google Patents

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EP0806048B1
EP0806048B1 EP96900852A EP96900852A EP0806048B1 EP 0806048 B1 EP0806048 B1 EP 0806048B1 EP 96900852 A EP96900852 A EP 96900852A EP 96900852 A EP96900852 A EP 96900852A EP 0806048 B1 EP0806048 B1 EP 0806048B1
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low
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voltage power
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Winfried Osterkamp
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Pirelli and C SpA
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Siemens AG
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables

Definitions

  • the invention is in the field of energy distribution and deals with the constructive and material technology Design of a multi-core, plastic-insulated low-voltage power cable in the sense of an environmentally friendly Recyclability.
  • a cable construction is known in which for the core insulation, inner jacket and outer jacket construction elements only environmentally compatible (i.e. halogen free) and recyclable (i.e. uncrosslinked) plastics are used, being strict on good separability (species purity) of the material components is respected.
  • So is used as wire insulation material for the different wires a thermoplastic, different colored EPDM-based elastomer used, while for the outer jacket a polyvalent, thermoplastic and halogen-free material based on a copolymer is used with an inert, mineral Flame retardant is filled.
  • the core insulation material is like this designed to have conductor temperatures of up to 90 ° C in Continuous operation, from 110 ° C in emergency operation and from 250 ° C in the event of a short circuit withstands.
  • manufacture of this cable also on environmentally friendly production methods (e.g. the smallest possible Use of cooling water and electrical energy) and preservation of economic viability (DE-Z "electrical engineering” - Issue 12 - Dec 17, 1993, pages 24, 26 and 35).
  • the core insulation, the inner and outer jacket made of the same base material exist, the inner jacket formed by a braid is that the base material is colored black and that provide the core insulation with a core identification are.
  • a polyethylene stabilized against susceptibility to stress cracking the density of which lies between 0.92 and 0.94 g / cm 3 and whose Shore D hardness is greater than or at least equal to 42 can be used as the base material for wire insulation, inner and outer sheath .
  • Such a material which is a low-density polyethylene modified, for example, with a small proportion of an ethylene-vinyl acetate copolymer, has on the one hand the mechanical properties required for the outer jacket and for the strip material forming the inner jacket, and on the other hand the electrical properties required for the wire insulation and can be stabilized with conventional means against aging as well as against copper oxidation.
  • thermoplastic elastomers based on polypropylene are used as the base material in the context of the invention. Such materials can also be stabilized against aging as well as against copper oxidation using conventional means.
  • a suitable material is, for example, a polypropylene modified with an ethylene-propylene copolymer or terpolymer, that is to say a polyblend with separate phases (DE-Z "rubber + rubber. Plastics, No. 9/86, pages 804, 806; DE- Z "Kautschuk + Kunststoffe, No.
  • thermoplastic elastomers are sold, for example, by Monsanto under the name “Santoprene”.
  • polypropylene reactor blends with an elastomer content> 25% by weight can be used as the base material, as they have been developed for special needs of the automotive industry (DE-Z "Kunststoffe", 1992, No. 6 , Pages 499 to 501).
  • Corresponding materials are sold by the company BASF under the trade name "Novolen” and also by the company Himont, USA.
  • the figure shows a four-wire low-voltage power cable, the sector-shaped, aluminum or copper conductor 1 are each surrounded by an extruded plastic insulation 2.
  • a film covering 4 is applied over the stranding structure formed from the four cores, which in turn is surrounded by the extruded outer jacket 5.
  • the same base material namely a commercially available low-density polyethylene "Lupolen 2012 D" from BASF with a density of 0.919 to 0.924 g / cm 3, was used for the wire insulation 2, the film spinning 4 and the outer jacket 5.
  • This base material is colored black by means of carbon black (which increases the density to about 0.933 to 0.939 g / cm 3 ), so that both the wire insulation and the covering as well as the outer jacket are black.
  • the individual cores are distinguished from one another in that three cores are provided with an extruded, colored longitudinal line 3, the color pigments blue, brown and yellow being used. Heavy metal-free ink batches were used here.
  • the film spinning 4 and the outer jacket 5 also a polypropylene reactor blend with a Elastomer content of, for example, 43% ethylene-propylene rubber (EPM) (e.g. "Novolen” 2912 HX from BASF) is used become.
  • EPM ethylene-propylene rubber
  • the film used for the production of the inner jacket the base material colored black by adding soot has a wall thickness of 100 to 120 microns and is useful in single-layer covering with overlap applied.
  • an outer sheath based on a filler-compatible olefin homopolymer or olefin copolymer can then be used instead of a previously conventional outer sheath made of PVC.
  • Suitable polymers are, for example, ethylene-vinyl acetate copolymers with a VA content of 10 to 30% and polyethylenes with very low density, so-called ULD-PE (density approx.
  • a flame-retardant filler in the form of an aluminum oxide hydrate or magnesium hydroxide is to be added in each case to this base material in an amount of about 30% by weight (or from about 70 parts by weight to 100 parts by weight of the polymeric base material).
  • Chalk is expediently added as an additional filler in an amount of 25% by weight (or 50 parts by weight to 100 parts by weight of the polymeric base material).
  • nonpolar copolymers mentioned are sold, for example, by Dow Chemical, USA under the name “Engage” polymers and by Exxon, USA under the name “Exxpol”.
  • Exxpol Exxpol

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Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieverteilung und befaßt sich mit der konstruktiven und werkstofftechnischen Ausgestaltung eines mehradrigen, kunststoffisolierten Niederspannungs-Starkstromkabels im Sinne einer umweltverträglichen Wiederverwertbarkeit.
Um kunststoffisolierte Niederspannungskabel, wie sie für Energieversorgungsnetze eingesetzt werden, am Ende ihrer Lebensdauer vollständig in die Produktion neuer Kabel zurückführen zu können, ist eine Kabelkonstuktion bekannt, bei der für die Aufbauelemente Aderisolierung, Innenmantel und Außenmantel nur noch umweltverträgliche (also halogenfreie) und recycelbare (also unvernetzte) Kunststoffe eingesetzt werden, wobei streng auf gute Trennbarkeit (Artenreinheit) der Stoffkomponenten geachtet wird. So wird als Aderisoliermaterial für die verschiedenen Adern ein thermoplastisches, unterschiedlich eingefärbtes Elastomer auf EPDM-Basis verwendet, während für den Außenmantel ein polyvalentes, thermoplastisches und halogenfreies Material auf der Basis eines Copolymeren eingesetzt wird, das mit einem inerten, mineralischen Flammschutz gefüllt ist. Das Aderisoliermaterial ist dabei so ausgelegt, daß es Leitertemperaturen von bis zu 90°C im Dauerbetrieb, von 110°C im Notbetrieb und von 250°C im Kurzschlußfall standhält. Bei der Herstellung dieses Kabels wird auch auf umweltschonende Produktionsmethoden (z. B. kleinstmöglicher Einsatz von Kühlwasser und elektrischer Energie) und Wahrung der Wirtschaftlichkeit geachtet (DE-Z "elektrotechnik" - Heft 12 - 17.Dez.1993, Seiten 24, 26 und 35).
Ausgehend von einem Niederspannungs-Starkstromkabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe, die Umweltverträglichkeit eines solchen Kabels durch sortenminimierten Werkstoffeinsatz weiter zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 vorgesehen, daß die Aderisolierung, der Innen- und der Außenmantel aus dem gleichen Basismaterial bestehen, wobei der Innenmantel von einer Bespinnung gebildet wird, daß das Basismaterial schwarz eingefärbt ist und daß die Aderisolierungen mit einer Aderkennzeichnung versehen sind.
Bei einem derart ausgebildeten Kabel wird für alle aus elektrischen und/oder mechanischen Gründen als Umhüllung dienende Aufbauelemente das gleiche Basismaterial eingesetzt. Dadurch lassen sich Materialverbrauch, Energieverbrauch, Rückstände und Abfall minimieren und Produktionskosten reduzieren und optimieren. Bei einer Wiederverwertung der genannten Aufbauelemente erübrigt sich eine Unterscheidung zwischen den Isoliermaterialien der einzelnen Adern, des Innenmantels und des Außenmantels, insbesondere dann, wenn das zur Wiederverarbeitung vorgesehene Material, also das Recyclat, ausschließlich zur Herstellung von Folien für den Innenmantel und von Außenmänteln verwendet wird. Dabei sind die für die Kennzeichnung der Adern eingesetzten Materialien ohne wirksamen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Mantelmaterials und dessen Farbgebung. Insgesamt liegt ein halogenfreies, flexibles Kabel vor, das auch vollkommen schwermetallfrei ausgebildet sein kann, sofern für die Aderkennzeichnung entsprechende Farbpigmente bzw. Farbbatche eingesetzt werden; solche Farbbatche, z. B. mit dem Handelsnamen "Sicolen" der Firma BASF oder dem Handelsnamen "Blau Ral 5015" der Bayrischen Kabelwerke, DE,lassen sich auch dem Basismaterial beimischen, so daß die Adern des Kabels in einfacher Weise durch einen extrudierten, farbigen Längsstrich (blau, braun, gelb) gekennzeichnet werden können. Alternativ kommt aber auch eine hell farbige Bedruckung mit unterschiedlichen Kennzeichen in Betracht.
Als Basismaterial für Aderisolierungen, Innen- und Außenmantel kann im Rahmen der Erfindung ein gegen Spannungsrißanfälligkeit stabilisiertes Polyäthylen verwendet werden, dessen Dichte zwischen 0,92 und 0,94 g/cm3 liegt und dessen Shore-D-Härte größer oder wenigstens gleich 42 ist. Ein derartiges Material, bei dem es sich um ein Low-Density-Polyathylen handelt, das beispielsweise mit einem kleinen Anteil eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymers modifiziert ist, weist einerseits die für den Außenmantel und für das den Innenmantel bildende Bandmaterial erforderlichen mechanischen Eigenschaften und andererseits die für die Aderisolierung erforderlichen elektrischen Eigenschaften auf und läßt sich ggf. mit fachüblichen Mitteln sowohl gegen Alterung als auch gegen Kupferoxydation stabilisieren. Hinsichtlich der Wärmestandfestigkeit der Aderisolierung hält es Dauertemperaturen von kleiner/gleich 70°C am Leiter stand. Sofern eine Dauertemperatur von maximal 90°C beherrscht werden soll, kommen im Rahmen der Erfindung als Basismaterial handelsübliche thermoplastische Elastomere auf Polypropylen-Basis zum Einsatz. Auch solche Materialien lassen sich mit fachüblichen Mitteln sowohl gegen Alterung als auch gegen Kupferoxydation stabilisieren. Ein geeignetes Material ist beispielsweise ein mit einem Äthylen-Propylen-Co- oder -Terpolymer modifiziertes Polypropylen, also ein Polyblend mit getrennten Phasen (DE-Z "Kautschuk + Gummi. Kunststoffe, Nr. 9/86, Seiten 804, 806; DE-Z "Kautschuk + Gummi Kunststoffe, Nr. 8/86, Seiten 695/96; DE-Z "Kunststoffe" 1989, Heft 7, Seiten 606 bis 611). Derartige thermoplastische Elastomere werden beispielsweise von der Firma Monsanto unter der Bezeichnung "Santoprene" vertrieben. - Mit besonderem Vorteil, weil weniger energieaufwendig in der Herstellung, lassen sich jedoch als Basismaterial Polypropylen-Reaktorblends mit einem Elastomergehalt > 25 Gewichtsprozent verwenden, wie sie für spezielle Bedürfnisse der Automobilindustrie entwickelt worden sind (DE-Z "Kunststoffe", 1992, Heft 6, Seiten 499 bis 501). Entsprechende Materialien werden von der Firma BASF unter dem Handelsnamen "Novolen" und auch von der Firma Himont, USA vertrieben.
Ein Ausführungsbeispiel des neuen Starkstromkabels ist in der Figur dargestellt.
Die Figur zeigt ein vieradriges Niederspannungs-Starkstromkabel, dessen sektorförmige, aus Aluminium oder Kupfer bestehende Leiter 1 jeweils mit einer extrudierten Kunststoffisolierung 2 umgeben sind. Über dem aus den vier Adern gebildeten Verseilverband ist eine Folienbespinnung 4 aufgebracht, die ihrerseits von dem extrudierten Außenmantel 5 umgeben ist. - Für die Aderisolierungen 2, die Folienbespinnung 4 und den Außenmantel 5 wurde jeweils das gleiche Basismaterial, nämlich ein handelsübliches Low-Density-Polyäthylen "Lupolen 2012 D" der Firma BASF mit einer Dichte von 0,919 bis 0,924 g/cm3 verwendet. Dieses Basismaterial ist mittels Ruß schwarz eingefärbt, (wodurch die Dichte auf etwa 0,933 bis 0,939 g/cm3 steigt), so daß sowohl die Aderisolierung als auch die Bespinnung als auch der Außenmantel schwarz sind. Die einzelnen Adern werden voneinander dadurch unterschieden, daß drei Adern mit einem extrudierten, farbigen Längsstrich 3 versehen sind, wobei die Farbpigmente blau, braun und gelb verwendet wurden. Hierbei kamen schwermetallfreie Farbbatche zum Einsatz.
Anstelle des erwähnten Basismaterials auf Polyäthylen-Basis kann für die Aderisolierungen 2, die Folienbespinnung 4 und den Außenmantel 5 auch ein Polypropylen-Reaktorblend mit einem Elastomergehalt von beispielsweise 43 % Äthylen-Propylen-Kautschuk (EPM) (z. B. "Novolen" 2912 HX der Firma BASF) verwendet werden.
Die für die Herstellung des Innenmantels verwendete Folie aus dem durch Zugabe von Ruß schwarz eingefärbten Basismaterial hat eine Wandstärke von 100 bis 120 µm und wird zweckmäßig in einlagiger Bespinnung mit Überlappung aufgebracht.
Sofern an ein gemäß der Erfindung aufgebautes Kabel besondere Anforderungen hinsichtlich der Flammwidrigkeit gestellt werden, muß das Konzept "gleiches Basismaterial für alle als Umhüllung dienende Aufbauelemente" verlassen werden. Um der Anforderung "non corrosiv INC)", d.h. "halogenfrei" zu genügen, kann dann anstelle eines bisher üblichen Außenmantels aus PVC ein Außenmantel auf der Basis eines füllstoffverträglichen Olefin-Homopolymer oder Olefin-Copolymer eingesetzt werden. Geeignete Polymere sind beispielsweise Äthylen-Vinylacetat-Copolymere mit einem VA-Anteil von 10 bis 30 % sowie Polyäthylene mit sehr niedriger Dichte, sogenannte ULD-PE (Dichte ca. 0,91 g/cm3), und insbesondere unpolare Copolymere wie beispielsweise metallocenkatalysierte Polyäthylene ("International Wire + Cable Symposium Proceedings", 1991, Seite 397 ff; und "Kunststoffe", 1993, Heft 12, Seiten 985 bis 987). Diesem Basismaterial ist jeweils ein flammwidriger Füllstoff in Form eines Aluminium-Oxydhydrates oder Magnesium-Hydroxids in einer Menge von etwa 30 Gew.% (bzw. von etwa 70 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des polymeren Basismaterials) beizugeben. Zweckmäßig ist als weiterer Füllstoff Kreide in einer Menge von 25 Gew.% (bzw. 50 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des polymeren Basismaterials) zugefügt. - Die genannten polymeren Basismaterialien sind handelsüblich. Die genannten unpolaren Copolymere werden beispielsweise von der Firma Dow Chemical, USA unter der Bezeichnung "Engage"-Polymere und von der Fa. Exxon, USA unter der Bezeichnung "Exxpol" vertrieben. - Bei einem derart ausgebildeten Kabel ist die bisher übliche Sortenvielfalt für Isolier-, Innenmantel- und Außenmantel-Materialien insofern reduziert, als für die Isolierungen und den Innenmantel das gleiche Basismaterial zum Einsatz kommt, also insgesamt lediglich zwei verschiedene Basismaterialien verwendet werden, die bei der Wiederverwertung eines solchen Kabels getrennt erfaßt und getrennt aufbereitet werden können.

Claims (7)

  1. Mehradriges, kunststoffisoliertes Niederspannungs-Starkstromkabel, dessen verseilte Adern von einem Innen- und einem Außenmantel umgeben sind, wobei die Aderisolierungen und der Außenmantel jeweils aus einem halogenfreien, unvernetzten Kunststoff auf Olefin-Basis bestehen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Aderisolierung (2), der Innen- (4) und der Außenmantel (5) aus dem gleichen Basismaterial bestehen, wobei der Innenmantel (4) von einer Bespinnung gebildet wird, daß das Basismaterial schwarz eingefärbt ist und daß die Aderisolierungen (2) mit einer Aderkennzeichnung (3) versehen sind.
  2. Niederspannungs-Starkstromkabel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Basismaterial aus einem handelsüblichen, gegen Spannungsrißanfälligkeit stabilisierten Polyäthylen besteht, dessen Dichte zwischen 0,92 und 0,94 g/cm3 liegt und dessen Shore-D-Härte größer oder wenigstens gleich 42 ist.
  3. Niederspannungs-Starkstromkabel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Basismaterial aus einem handelsüblichen thermoplastischen Elastomer auf Polypropylen-Basis besteht.
  4. Niederspannungs-Starkstromkabel nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das thermoplastische Elastomer ein mit einem Äthylen-Propylen-Co- oder -Terpolymer modifiziertes Polypropylen ist.
  5. Niederspannungs-Starkstromkabel nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das thermoplastische Elastomer ein Polypropylen-Reaktorblend mit einem Elastomergehalt größer als 25 Gew.% ist.
  6. Niederspannungs-Starkstromkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Aderkennzeichnung aus extrudierten farbigen Längsstrichen (3) besteht, für deren Farbgebung schwermetallfreie Farbpigmente verwendet sind.
  7. Mehradriges, kunststoffisoliertes Niederspannungs-Starkstromkabel, dessen verseilte Adern von einem Innen- und einem Außenmantel umgeben sind, wobei die Aderisolierungen und der Außenmantel jeweils aus einem halogenfreien, unvernetzten Kunststoff auf Olefin-Basis bestehen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Aderisolierung (2) und der Innenmantel aus dem gleichen Basismaterial bestehen, wobei der Innenmantel (4) von einer Bespinnung gebildet wird,
    daß das Basismaterial schwarz eingefärbt ist,
    daß die Aderisolierungen (2) mit einer Aderkennzeichnung (3) versehen sind
    und daß für den Außenmantel (5) als Basismaterial ein füllstoffverträgliches Olefin-Homopolymer oder Olefin-Copolymer verwendet ist, das als flammwidrigen Zusatz Aluminium-Oxydhydrat oder Magnesium-Hydroxid in einer Menge von etwa 30 Gew.% enthält.
EP96900852A 1995-01-25 1996-01-16 Mehradriges, kunststoffisoliertes niederspannungs-starkstromkabel Expired - Lifetime EP0806048B1 (de)

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