NL8603160A - Elektrische luchtkabel met lichtgolfgeleiders. - Google Patents

Description

* « ^ N.0. 34-163

Elektrische luchtkabel met lichtgolfgeleiders.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een elektrische 5 luchtkabel met een lichtgolfgeleiders bevattende ziel, een de ziel omsluitende omhulling uit een thermoplastisch of elastomeer materiaal alsmede een pantser onder en over deze omhulling, in het bijzonder een me-taalvrij pantser.

Op het gebied van de energieverzorging door bovengrondse hoogspan-10 ningsleidingsnetten heeft men reeds (ETZ Nd. 106 (1985) blad 4, p. 154 e.v.) luchtkabels met lichtgolfgeleiders voor informatie-overdracht toegepast, waarbij in het geval van zogenaamde ver overspannende luchtkabels overspanningen tot 435 m konden worden overbrugd. De bij dergelijke luchtkabels optredende problemen kunnen van mechanische aard zijn, bij-15 voorbeeld slinger- of belastingsmoeilijkheden, die al naar gelang door geschikte metallische of niet-metallische, dat wil zeggen metaalvrije, pantsers althans verminderd kunnen worden.

Er zijn echter ook problemen van elektrische aard bekend die voortkomen uit de isolerende omhulling. In het elektrische veld van de fasen-20 geleider van een bovengrondse hoogspanningsleiding wordt de omhulling namelijk aan de oppervlakte geladen waarbij, als gevolg van de hoge op-pervlakteweerstand tot aan 101 SL /cm, de geïnduceerde lading niet kan wegvloeien. Verschillende vervuiling en vocht op het oppervlak van een omhulling hebben tot gevolg dat ook binnen het spangebied van een 25 bovengrondse hoogspanningsleiding potentiaalverschillen over de metaalvrije luchtkabel ontstaan, die tot kruipstroomontladingen kunnen leiden.

Daar komt nog bij dat het oppervlak van de omhulling aan elke mast door de metallische ophanging, die elektrisch geleidend met de mast is verbonden, op nulpotentiaal wordt gedwongen. Dit leidt in het gebied van de 30 overgang omhuiling-ophanging zoals bekend tot hoge spanningsverschillen, die steeds weer door voor de luchtkabel schadelijke ontladingen wegvloeien.

Uitgaande van deze stand van de techniek ligt aan de uitvinding de opgave ten grondslag de bedrijfszekerheid van de in de inleiding aange-35 geven en op het gebied van de bovengrondse hoogspanningsleidingen toegepaste kabel te verhogen.

Deze opgave wordt volgens de uitvinding daardoor opgelost, dat het thermoplastische of elastomere materiaal van de omhulling na het enten van silaanverbindingen onder inwerking van vocht is vernet en dat de 40 kruipstroomvastheid van dit materiaal bewerkstelligende toevoegingen, 8603160 J*- * 2 zoals metaaloxide, carbide en dergelijke, afzonderlijk of in combinatie bevat. Het bijzondere voordeel ligt daarin, dat de toevoegingen over de gehele kabellengte en de doorsnede van de omhulling gelijkmatig verdeeld in een eveneens gelijkmatig vernette polymeermatrix zijn ingebonden. Dit 5 leidt tot een voor de beoogde doelen bedrijfszekere kabel, omdat ook bij in een elektrisch veld gelijktijdig optredende beïnvloeding door vuil en vocht een beschadiging of zelfs vernieling, van de eveneens metaalvrije kabel, door kruipstromen niet is te verwachten,

De kruipstroomvastheid van de omhulling (mantel) van de kabel over 10 de gehele lengte heeft bovendien het voordeel van een eenvoudigere montage ten opzichte van die uitvoeringen, waarbij men bekende kabels enkel en alleen op de plaatsen van de mastophanging tegen kruipstromen probeert te beveiligen, maar ook het voordeel van een hogere bedrijfszekerheid als gevolg van de door de uitvinding bereikte verregaande onafhan-15 kelijkheid van de kwaliteit van de montagewerzaamheden.

Het is ook van voordeel gebleken in de uitvoering van de uitvinding als de toevoegingen een combinatie van aluminiumoxidehydraat en ijzeroxide zijn, doelmatig in een hoeveelheid van 30 tot 80 delen aluminiumoxidehydraat en 3 tot 7 delen ijzeroxide op 100 delen van het poly-20 meer. De bedrijfsklare omhullingen bezitten de vereiste kruipstroomvastheid, de vervaardiging van de omhullingen, hun extrusie alsmede de aansluitende vernetting verloopt probleemloos.

In plaats van de genoemde toevoegingen kunnen ook andere materialen die de kruipstroomvastheid verbeteren worden toegepast, In dit verband 25 zijn titaanoxide, zinkoxide of magnesiumhydroxide doelmatig gebleken.

In verdere uitvoeringen van de uitvinding is het ook van voordeel dat als materiaal voor de omhulling een lineair polyetheen (LLDPE) met een dichtheid van 0,88 - 0,95 g/cm^ of een van zijn copolymeren alleen of vermengd met andere polymeren dient. Met lineair polyetheen (LLDPE -30 linear low density polyethyleen) geeft men een polyetheenpolymerisaat aan, dat kenmerkende eigenschappen van het lineaire lage-druk polyetheen (HDPE - high density polyethyleen) met die van het sterk vertakte hoge-druk polyetheen (LDPE - low density polyethyleen) verenigt. De structuur van dit materiaal, dat volgens verschillende werkwijzen bij een relatief 35 lage druk wordt vervaardigd, bevat evenals het HDPE slechts zeer korte vertakte ketens. De polymeerhoofdketen is daardoor, zoals bij HDPE, bepalend voor enkele wezenlijke eigenschappen van het macro-molecuul. Als gevolg hiervan liggen de smeltgebieden van het LLDPE met 120-125°C nabij die van het HDPE. Afwijkend van het HDPE en daarmee weer overeenkomstig 40 het LDPE, is het aantal van de vertakkingen wezenlijk hoger. Dit heeft

860316O

~v ,'v 3 toe gevolg dat de dichtheid en de kristallijniteit wezenlijk worden verlaagd. De aanduiding LLDPE omvat de traditioneel in tegenspraak lijkende eigenschappen, namelijk lineaire molecuulstructuur en lage dichtheid (low density).

5 Uit een dergelijk materiaal vervaardigde omhullingen munten bij voorbeeld uit door een verhoogde slijtvastheid, warmtevormbestendigheid alsmede koudebestendigheid. Daarbij komt nog dat bij het vervaardigen van een kabel volgens de uitvinding ten behoeve van de vernetting met geringere silaan- en peroxidehoeveelheden als anders gebruikelijk hoeft 10 te worden gerekend en dat na het enten van de silaanverbindingen op het basismolecuul van het lineaire polyetheen het vernettingsproces onder aanwezigheid van vocht versneld verloopt. Bij voldoende hoge luchtvochtigheid kan zelfs afgezien worden van het toepassen van verzadigde damp of wateropeenhoping. Het vervaardigen van een kabel volgens de uitvin-13 ding kan daarom ook kostengunstiger worden uitgevoerd.

Voor het vervaardigen van een luchtkabel volgens de uitvinding gaat men met voordeel zo te werk, dat het basismateriaal in eerste instantie met de silaancomponent wordt gemengd en het silaan aansluitend op het basispolymeer wordt geënt, dat in het zo voorbereide basismateriaal de 20 toevoegingen bijgemengd en homogeen worden verdeeld, en dat tenslotte de omhulling wordt gevormd en voor het vernetten aan vocht wordt blootgesteld. De uitvinding berust op het inzicht, dat het basispolymeer in eerste instantie voor vernetting geschikt moet worden gemaakt, om ook de latere gelijkmatige vernetting van onderling verschillende doorsneden te 25 garanderen, voordat in dit voor het vernettingsverloop reeds voorgeprogrammeerde materiaal de voor de verbetering van de kruipstroomvastheid wezenlijke toevoegingen worden bijgemengd.

Verdere kwaliteitsverbeteringen van het eindprodukt kunnen tijdens het vervaardigingsverloop nog daardoor worden bereikt, dat het bijmengen 30 van de toevoegingen in het met silaan geënte basismateriaal bij temperaturen tussen 100° en 140°C gebeurt.

Het is ook doelmatig wanneer de vernettlngscatalysator voor de vernetting onder vochtinwerking pas vlak voor de vormgeving van de vernet-bare omhulling wordt bijgemengd. Voorvernettingen na toevoeging van de 35 metaaloxiden, hydraten en dergelijke kunnen op deze wijze worden vermeden.

De uitvinding wordt aan de hand van het volgende mengvoorbeeld alsmede het in de figuren 1 en 2 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader verklaard.

40 8603160 4

Mengvoorbeeld

polyetheen-copolymeer 100 delen J

(copolymeeraandeel ca. 20%) I

5 vinyltrimethoxysilaan 1,7 delen r ^ peroxide 0,006 delen 1 (bijvoorbeeld dicumylperoxide) polyetheen-copolymeer 20 delen Λ 10 (copolymeeraandeel ca. 30%) /

aluminiumoxidehydraat 42 delen I

ƒ O

(martinal 0L 104 C van de firma Martinswerke) ijzeroxide (Fe3Ü4) 5 delen stabilisator (Anos HB) 0,5 delenj 15 polyetheen-copolymeer 100 delen )

(copolymeeraandeel ca. 15%) v C

katalysator (Naftovin S) 0,85 delen I

20 De polyetheencomponent in het mengingsvoorbeeld kan ook bijvoor beeld door een etheen-propeen-rubber of het bovengenoemde LLDPE worden vervangen.

Voor het vervaardigen van een kruipstroomvaste omhulling voor luchtkabels gaat men bijvoorbeeld zo te werk, dat in eerste instantie 25 overeenkomstig Δ in een zogenaamde ent-extrudeerder, in de invoertrech-ter waarvan het polymeermateriaal samen met het silaan en het daarin opgeloste peroxide wordt ingegeven, het silaan op het PE-copolymeer wordt geënt, dus vernetbaar wordt gemaakt. Het zo behandelde PE-basismateriaal wordt geëxtrudeerd en gegranuleerd.

30 Parallel hieraan wordt volgens B een mengsel van hoge concentratie (batch) vervaardigd, dat als toevoegingen voor het verbeteren van de kruipstroomvastheid aluminiumoxidehydraat en ijzeroxide bevat. Voor het doelmatig mengen van de afzonderlijke bestanddelen dient een geschikte kneder. Op een kneder kan ook met voordeel een batch overeenkomstig C 35 worden vervaardigd, die de vernettingskatalysator bevat.

Na het granuleren van het vernetbare basismengsel (A) wordt dit samen met het mengsel (B) van hoge concentratie in een geschikte kneder of een overeenkomstig mengaggregaat gemengd en wordt het mengsel aansluitend aan de invoertrechter van een extrudeerder toegevoerd voor het con-40 tinu vervaardigen van de omhulling. Het mengsel overeenkomstig C wordt 8603160 5 op zijn vroegst in de vormextrudeerder ingegeven, waarbij tijdens de meng- en homogeniseringsfase de vernettingskatalysator voldoende homogeen in de extrudeerder wordt verdeeld.

Fig. 1 toont een volgens de uitvinding opgebouwde metaalvrije 5 luchtkabel met lichtgolfgeleiders (LWL) terwijl in fig. 2 de toepassing hiervan als een bovengrondse hoogspanningsleiding is veraanschouwelijkt.

Rond een geïsoleerde kern 1 zijn de holle aders 2 geslagen, waarin de lichtgolfgeleiders 3 zijn gelegen. Dit geslagen geheel wordt door een isolerende omhulling 4 (mantel) omgeven, die overeenkomstig de uitvin-10 ding uit een na het enten van silanen door vocht vernet, kruipstroomvast polymeermateriaal bestaat. Een bijvoorbeeld uit zeer vaste kunststofdra-den, bijvoorbeeld op basis van aromatische homo- of copolyamide, bestaande armering 5 dient voor het opnemen van trekkrachten.

Afwijkend van dit uitvoeringsvoorbeeld kunnen dergelijke luchtka-15 beis ook een metallisch pantser bevatten of kunnen in de kern' onder de omhulling metallische informatie-overdrachtstrengen zijn aangebracht.

De momenteel in de praktijk toegepaste opstelling van een luchtkabel met lichtgolfgeleiders op het energieverzorgingsgebied is schematisch in fig. 2 getoond. Hierbij zijn tussen de bijvoorbeeld op een af-20 stand van 400 m uit elkaar geplaatste masten 6 en 7 de aarddraad 8 alsmede de drie fasedraden 9 gespannen. Op een afstand van bijvoorbeeld 6 m van de fasengeleider 9 bevindt zich een overeenkomstig fig. 1 opgebouwde luchtkabel 11, die via de metallische en geaarde ophangingen 10 aan de mast 6 respectievelijk 7 is bevestigd. In het bijzonder in het gebied 25 van deze ophangingen moet bij een metaalvrije luchtkabel met verhoogde belasting met op het oppervlak van de omhulling geïnduceerde kruipstro-men worden gerekend. Eveneens worden door de tijdens bedrijf onvermijdbare extra elektrische belasting, door vervuiling en vocht, door slingeringen van de kabel, door bijzondere bouwkundige voorzieningen en derge-30 lijke echter ook andere kabelsecties door kruipstromen bedreigd. In dit geval verschaft de uitvinding door de speciale mantelopbouw eveneens uitkomst.

35 40 8603160

Claims (8)

1. Elektrische luchtkabel met een lichtgolfgeleiders bevattende ziel, een de ziel omsluitende omhulling uit een thermoplastisch of elas- 5 tomeer materiaal alsmede een pantser onder en over deze omhulling, in het bijzonder een metaalvrij pantser, met het kenmerk, dat het thermoplastisch of elastomeer materiaal na het enten van silaanverbindingen onder inwerking van vocht is vernet en dat het de kruipstroomvastheid van dit materiaal bewerkstelligende toevoegingen, zoals metaaloxide, 10 carbide en dergelijke, afzonderlijk of in combinatie bevat.

2. Luchtkabel met een metaaloxide bevattende omhulling, met het kenmerk, dat de toevoegingen een combinatie van aluminiumoxidehydraat en ijzeroxide zijn.

3. Luchtkabel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het aandeel 15 aluminiumoxidehydraat 30-80 en het aandeel ijzeroxide 3-7 delen op 100 delen polymeer bedraagt.

4. Luchtkabel volgens conclusie 1 met een metaaloxide bevattende omhulling, met het kenmerk, dat titaandioxide of zinkoxide wordt toegepast.

5. Luchtkabel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als materiaal voor de omhulling een lineair polyetheen (LLDPE) met een dichtheid van 0,88-0,95 g/cnP of een van zijn copolyme-ren alleen of vermengd met andere polymeren dient.

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een luchtkabel met een 25 kruipstroomvaste omhulling volgens een van de voorgaande conclusiee, met het kenmerk, dat het basismateriaal eerst met de silaancomponent wordt gemengd en het silaan aansluitend op het basispolymeer wordt geënt, dat in het zo voorbereide basismateriaal de toevoegingen bijgemengd en homogeen worden verdeeld, en dat tenslotte de omhulling wordt gevormd en 30 voor het vernetten aan vocht wordt blootgesteld.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het bijmengen van de toevoegingen in het met silaan geënte basismateriaal bij temperaturen tussen 100° en 140° C gebeurt.

8. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de ver-35 nettingskatalysator voor de vernetting onder inwerking van vocht pas vlak voor het vormen van de vernetbare omhulling wordt bijgemengd. 40 86031 6 0 ./* _____a!