RU2628756C2

RU2628756C2 - Electric insulating material

Info

Publication number: RU2628756C2
Application number: RU2015148826A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Шувалов; Михаил Кузьмич Каменский; Дмитрий Валентинович Колосков; Александр Андреевич Крючков; Евгения Вячеславовна Кувардина; Мария Алексеевна Николаева; Владимир Леонидович Овсиенко; Виктория Александровна Фёдорова; Александр Корженко
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-08-22
Also published as: RU2015148826A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to a technology of isolating the medium-tension cable on the basis of the cross-linkable low-density polyethylene. The material special feature is that the 0.005-1.0% wt of the multi-wall carbon nanotube is added into the mixture.

EFFECT: material properties amplification.

17 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к технологии изолирования кабелей среднего напряжения на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности.The invention relates to the cable industry, in particular to a technology for insulating medium voltage cables based on crosslinkable low density polyethylene.

Современные кабели среднего напряжения (от 6 до 35 кВ) изготавливаются и в мире, и в России с изоляцией, производимой в большинстве случаев из химически сшиваемого полиэтилена. Основным механизмом деградации такой изоляции, ограничивающим ресурс кабеля, является электрохимическое старение, заключающееся в развитии специфических повреждений - так называемых водных триингов. Водные триинги зарождаются на микроскопических технологических дефектах, неизбежно присутствующих в изоляционной системе кабеля (на выступах электропроводящих экранов в изоляцию, инородных включениях и газовых полостях в изоляции) под действием электрического поля, постоянно присутствующего в изоляции, и воды, диффундирующей в кабель из окружающей среды. Водные триинги имеют значительно меньшую электрическую прочность, чем неповрежденный материал. Они непрерывно увеличиваются в размерах и сравнительно быстро выводят кабельное изделие из строя, приводя к пробою изоляции.Modern medium-voltage cables (from 6 to 35 kV) are manufactured both in the world and in Russia with insulation made in most cases from chemically cross-linked polyethylene. The main degradation mechanism of such insulation, limiting the cable resource, is electrochemical aging, which consists in the development of specific damage - the so-called water triings. Water triings arise from microscopic technological defects that are inevitably present in the cable insulation system (on the protrusions of the electrically conductive shields into the insulation, foreign inclusions and gas cavities in the insulation) under the influence of an electric field constantly present in the insulation and water diffusing into the cable from the environment. Water trings have significantly lower dielectric strength than undamaged material. They continuously increase in size and relatively quickly disable the cable product, leading to a breakdown of insulation.

Для повышения надежности кабеля (увеличения ресурса изоляции) в состав изоляционного материала вводят специальные добавки, уменьшающие скорость роста триингов. Получаемые таким образом изоляционные композиции называются триингостойкими. Недостатком известных триингостойких изоляционных композиций является сравнительно небольшая долговечность.To increase the reliability of the cable (increase the insulation resource), special additives are introduced into the composition of the insulating material, which reduce the growth rate of the triings. The insulating compositions obtained in this way are called resistant. A disadvantage of the known tring-resistant insulation compositions is their relatively low durability.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении долговечности электрического кабеля.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the durability of the electric cable.

Технический результат достигается тем, что в электроизоляционный материал на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности введено 0,005-1,0% масс. многослойных углеродных нанотрубок.The technical result is achieved by the fact that 0.005-1.0% of the mass is introduced into the insulating material based on crosslinkable low density polyethylene. multilayer carbon nanotubes.

Могут быть использованы многослойные (многостенные) углеродные нанотрубки с диаметром от 10 до 50 нм, длиной от 0.2 до 20 мкм, количеством стенок от 5 до 20, например в виде концентрата углеродных нанотрубок Dipolene UVPE 025 black ® в полиэтилене.Multilayer (multi-walled) carbon nanotubes with a diameter of 10 to 50 nm, a length of 0.2 to 20 μm, and the number of walls from 5 to 20 can be used, for example, in the form of a carbon nanotube concentrate Dipolene UVPE 025 black ® in polyethylene.

В состав электроизоляционного материала могут быть включены сополимер этилена с метилакрилатом, или этилакрилатом, или бутилакрилатом с содержанием акриловых групп от 5 до 45%, в количестве 0,5 до 40% масс.; силансодержащее соединение в количестве от 0,1 до 2,5% масс., например винилтриметоксисилан; антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%, например Irgastab Cable KV10 или Irganox 1010.The composition of the insulating material may include a copolymer of ethylene with methyl acrylate, or ethyl acrylate, or butyl acrylate containing acrylic groups from 5 to 45%, in an amount of 0.5 to 40% by weight .; a silane-containing compound in an amount of from 0.1 to 2.5% by weight, for example vinyltrimethoxysilane; an antioxidant in an amount of from 0.1 to 1.5%, for example Irgastab Cable KV10 or Irganox 1010.

В качестве сшивающего агента могут быть использованы органические перекиси, как в жидком, так и в твердом состоянии, а также в виде концентратов в полимере, в частности в полиэтилене. Примерами такой перекиси являются ди-трет-бутил пероксид, перекись дикумила.Organic peroxides can be used as a crosslinking agent, both in liquid and in solid state, as well as in the form of concentrates in the polymer, in particular in polyethylene. Examples of such peroxide are di-tert-butyl peroxide, dicumyl peroxide.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На фиг. 1 показана принципиальная схема испытательного образца; на фиг. 2 - зависимость длины водного триинга (

, микроны) от времени (t, часы), полученная в процессе испытаний на ускоренное электрохимическое старение.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a test sample; in FIG. 2 - dependence of the length of the water tringing (

microns) versus time (t, hours) obtained in the process of testing for accelerated electrochemical aging.

Преимущество предполагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером. Были выполнены сравнительные испытания на стойкость к электрохимическому старению (развитию водных триингов) промышленно производимого фирмой Hanwha Chemical (Республика Корея) триингостойкого материала марки CLNA-TR 8142 ЕС и материала, изготовленного в соответствии с предполагаемым изобретением. Образцы для испытаний представляли собой пластины 1 размером 15×15×3 мм, отпрессованные и «сшитые» в лабораторных условиях. В каждой пластине выбиралась полость 2 с диаметром цилиндрической части 0.5 мм и радиусом при вершине острия 40±10 микрон. Полость заполнялась 0,3-нормальным раствором поваренной соли в дистиллированной воде и выполняла функцию высоковольтного электрода. Противоположная по отношению к полости торцевая поверхность образца заземлялась. В процессе и по завершении испытаний в образцах измерялась длина

водного триинга 3.The advantage of the alleged invention is illustrated by the following example. Comparative tests were carried out for resistance to electrochemical aging (development of water triings) of a CLA-TR 8142 EC grade material manufactured by Hanwha Chemical (Republic of Korea) and material made in accordance with the proposed invention. The test samples were plates 1 measuring 15 × 15 × 3 mm, pressed and “stitched” in the laboratory. In each plate, cavity 2 with a diameter of a cylindrical part of 0.5 mm and a radius at the tip tip of 40 ± 10 microns was chosen. The cavity was filled with a 0.3-normal solution of sodium chloride in distilled water and served as a high-voltage electrode. The end surface of the sample opposite to the cavity was grounded. During and upon completion of the tests, the length was measured in the samples.

water triing 3.

Всего из каждого материала было изготовлено по 15 образцов. Испытания проводились при напряжении 12 кВ частотой 50 Гц, при температуре 40°С в течение 12 месяцев. Размеры водных триингов 3 контролировались по истечении 4-х и 8-ми месяцев, затем по завершении испытаний.In total, 15 samples were made from each material. The tests were carried out at a voltage of 12 kV with a frequency of 50 Hz, at a temperature of 40 ° C for 12 months. The sizes of water triings 3 were controlled after 4 and 8 months, then at the end of the tests.

Результаты испытаний приведены на фиг. 2 в форме зависимостей среднеарифметических значений длины водного триинга 1 (микроны) от времени t, (часы). Как можно видеть из приведенных графиков, в течение всего периода испытаний размеры триингов в образцах материала, изготовленного в соответствии с данным изобретением - 1, меньше размеров триингов, выросших в композиции CLNA-TR 8142 ЕС -2. Это различие постоянно увеличивается и к моменту завершения испытаний составляет 49%.The test results are shown in FIG. 2 in the form of dependences of the arithmetic mean values of the length of the water tring 1 (microns) versus time t, (hours). As can be seen from the above graphs, throughout the entire test period, the sizes of the trings in the samples of the material manufactured in accordance with this invention are 1, smaller than the sizes of the trings grown in the composition CLNA-TR 8142 EC -2. This difference is constantly increasing and at the time of completion of the tests is 49%.

Принимая во внимание, что материал CLNA-TR 8142 ЕС является триингостойким и должен обеспечивать надежную эксплуатацию кабеля в течение по крайней мере 30 лет, то материал, изготовленный в соответствии с данным изобретением, обеспечит безотказную работу кабельного изделия в течение еще более длительного срока - не менее 40 лет.Considering that the material CLNA-TR 8142 EC is tear-resistant and must ensure reliable operation of the cable for at least 30 years, the material made in accordance with this invention will ensure trouble-free operation of the cable product for an even longer period - not less than 40 years.

Claims

1. Electrical insulation material based on crosslinkable low density polyethylene, characterized in that 0.005-1.0% of the mass is introduced into its composition. carbon multilayer nanotubes.

2. The material according to claim 1, characterized in that multilayer (multi-walled) carbon nanotubes with a diameter of 10 to 50 nm, a length of 0.2 to 20 μm, and the number of walls from 5 to 20 are used.

3. The material according to claim 1 or 2, characterized in that for its manufacture a carbon nanotube concentrate Dipolene UVPE 025 black® in polyethylene is used.

4. The material according to p. 1 or 2, characterized in that for its manufacture a copolymer of ethylene with methyl acrylate, or ethyl acrylate, or butyl acrylate with an acrylic group content of from 5 to 45%, in an amount of 0.5 to 40% of the mass.

5. The material according to p. 3, characterized in that for its manufacture a copolymer of ethylene with methyl acrylate, or ethyl acrylate, or butyl acrylate with an acrylic group content of from 5 to 45%, in an amount of 0.5 to 40% of the mass.

6. Material according to any one of paragraphs. 1, 2, 5, characterized in that for its manufacture used a silane-containing compound in an amount of from 0.1 to 2.5% of the mass.

7. The material according to p. 3, characterized in that for its manufacture a silane-containing compound is used in an amount of from 0.1 to 2.5% by weight.

8. The material according to p. 4, characterized in that for its manufacture used a silane-containing compound in an amount of from 0.1 to 2.5% of the mass.

9. Material according to any one of paragraphs. 1, 2, 5, 7, 8, characterized in that it contains an antioxidant in an amount of from 0.1 to 1.5%.

10. The material according to p. 3, characterized in that it contains an antioxidant in an amount of from 0.1 to 1.5%.

11. The material according to p. 4, characterized in that it contains an antioxidant in an amount of from 0.1 to 1.5%.

12. The material according to p. 6, characterized in that it contains an antioxidant in an amount of from 0.1 to 1.5%.

13. Material according to any one of paragraphs. 1, 2, 5, 7, 8, 10, 11, 12, characterized in that di-tert-butyl peroxide is used as a crosslinking agent, in particular in the form of a concentrate in polyethylene.

14. The material of claim 3, characterized in that di-tert-butyl peroxide is used as a crosslinking agent, in particular in the form of a concentrate in polyethylene.

15. The material of claim 4, characterized in that di-tert-butyl peroxide is used as a crosslinking agent, in particular in the form of a concentrate in polyethylene.

16. The material of claim 6, characterized in that di-tert-butyl peroxide is used as a crosslinking agent, in particular in the form of a concentrate in polyethylene.

17. The material of claim 9, characterized in that di-tert-butyl peroxide is used as a crosslinking agent, in particular in the form of a concentrate in polyethylene.