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DE3511299A1 - Kriechstromfester schrumpfschlauch fuer endenabschluesse - Google Patents

Kriechstromfester schrumpfschlauch fuer endenabschluesse

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DE3511299A1
DE3511299A1 DE19853511299 DE3511299A DE3511299A1 DE 3511299 A1 DE3511299 A1 DE 3511299A1 DE 19853511299 DE19853511299 DE 19853511299 DE 3511299 A DE3511299 A DE 3511299A DE 3511299 A1 DE3511299 A1 DE 3511299A1
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Kabelmetal Electro GmbH
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Kabelmetal Electro GmbH
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Description

kabelmetal electro
Gesellschaft mit beschränkter Haftung
85-11/EH/NG 26. März 1985
Kriechstromfester Schrumpfschlauch für Endenabschlüsse
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem kriechetromfeaten Schrumpfschlauch, wie er z. B. als Isolierschlauch an Endenabschlüssen für elektrische Hochspannungskabel verwendet wir rl.
Bekannt ist bereits ein Endenabschluß für Hochspannungskabel (DE-GM 66 09 658), bei dem auf das abgesetzte Kabel.sende zur Steuerung des elektrischen Feldes ein Schrumpfschlauch aus einem leitfähigen Material aufgebracht ist. Dieser sog. Steuerschlauch wird in der Regel von einem isolierenden Schrumpfschlauch überdeckt (US-PS 32 10 460 , EP-A 0 121 986), von dem in neuerer Zeit immer mehr eine Kriechstromfestigkeit gefordert wird.
Kriechstromfeste Artikel werden bisher dadurch hergestellt, daß entsprechende Mischungszusammensetzungen in einem oder mehreren Compoundierungsschritten aufbereitet und anschließend in Extrusions- oder Spritzgießverfahren zum Produkt geformt werden.
- 2 BAD ORIGINAL
Zur Erhöhung des anwendbaren Temperaturbereiches ist eine Vernetzung der Mischung erforderlich, die nach der heutigen Praxis als peroxidische Vernetzung oder auch als Strahlenvernetzung durchgeführt wird. Die Vernetzung ist darüberhinaus technische Voraussetzung für wärmeschrumpfende Artikel.
Bei der peroxidischen Vernetzung erfolgt unmittelbar eine Kettenverknüpfung des Polymers infolge radikalischer Initiierung durch das zugesetzte Peroxid. Für den hier betrachteten Anwendungsfall ergeben sich dabei folgende Nachteile. Die Startreaktion ist auf höhere Temperatiaren von deutlich oberhalb 160 C angewiesen. Dabei können aber bereits die zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit notwendigen Zusatzstoffe teilweise zersetzt oder umgewandelt werden. Häufig werden zudem neben anderen Additiven kristallwasserhaltige Metalloxide verwendet, die bei den erwähnten Temperaturen ihr Wasser zumindest schon teilweise verlieren können.
Schrumpfartikel, die in sog. offenen Verfahrenstechniken hergestellt werden sollen, etwa das Extrudieren von Schläuchen, lassen sich praktisch überhaupt nicht peroxidisch vernetzen. Durch den fehlenden Druck von außen entstehen in der heißen Schmelze Kohlräume sowie Aufrisse durch expandierende Spaltprodukte des Peroxids. Zusätzlich ist allein die formerhaltende Handhabung der noch unvernetzten Schmelze bei den notwendigen Temperaturen ungelöst.
Bei der Strahlenvernetzung werden die genannten Nachteile der periodischen Vernetzung weitgehend vermieden, bisher bekannte kriechstromfeste Schrumpfartikel werden deshalb auch auf diesem Wege hergestellt. Dennoch treten aber Nachteile auf, die mitunter zu einer wesentlichen Verminderung der Qualität führen können. Das im Extrusions- oder Spritzgießverfahren geformte Teil wird nämlich zur Vernetzung von den äußeren zugänglichen Seiten her bestrahlt. Die vom sog. Scanner abgegebene Energie, die zur Minderung von Verlusten im allgemeinen streng gebündelt wird, bewirkt eine tiefenabhängige Vernetzungsdichte, die Vernetzungsdichte nimmt von außen nach innen ab. Aus bestimmten technischen Gründen ist die Eindringtiefe von Elektronenstrahlen zudem begrenzt.
• S-
Durch die notwendige Bündelung tritt ein weiterer Nachteil bei kompliziert geformten Artikeln dadurch auf, daß regelrechte Schattengebiete durch davor liegende Erhebungen, Ausbuchtungen, Rippen und dergl. entstehen. Versucht man einen Ausgleich durch mehrmaliges Drehen und Wenden des Artikels vor dem Scanner, ergibt sich das Problem, daß andere Teilvolumina zu häufig bestrahlt und damit übervernetzt werden. In jedem Fall ist eine völlig homogene Vernetzungsdichte im gesamten bestrahlten Bereich eines Formkörpers nicht erreichbar.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, ohne Rücksicht auf die äußere Form des Schrumpfartikels die im Hochspannungsbereich geforderte Kriechstromfestigkeit bei homogener Vernetzungsdichte sicherzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines Schrumpf-Schlauches aus einem Basismaterial, das nach Aufpfropfen von Silanverbindungen unter Feuchtigkeitseinvzirkung vernetzbar ist, mit der Maßgabe, daß die Kriechstromfestigkeit des Schrumpfschlauchmaterials bewirkenden Zusätze, wie z. B. Metalloxide, Karbide und dergl., einzeln oder in Kombination, in einer über die Schlauchlänge und den Schlauchquerschnitt gleichmäßig vernetzten Polymematrix eingebunden sind. Die gleichmäßige Vernetzung führt zu einem gleichmäßigen Rückschrumpf des Sc":>rur.pfartikels bei Wärmezufuhr, wobei die feste Einbindung de" Metalloxide, Karbide und dergl. zu einer gleichmäßigen Verteiiurg dieser für die Kriechstromfestigkeit maßgeblichen Teilchen gerade auch im geschrumpften, d. h. betriebsfertigen Zustand des SchrumpfSchlauches führt. Somit ist durch den Einsatz der sog. Feuchtigkeitsvernetzung für die angesprochenen Zwecke eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften zu erwarten, der.n die bei der Ausformung der Schrumpfartikel eingestellte Mengenverteilung der Zusätze pro Volumeneinheit ändert sich während der Aufweitung nach der Vernetzung und Rückschrumpfung für den Betriebszustand nicht mehr.
Als vorteilhaft hat es sich in Durchführung der Erfindung erwiesen, wenn die Zusätze eine Kombination aus Aluminiumoxidhydrat
und Eisenoxid sind,zweckmäßig in einer Menge von 30 bis 80 Teilen Aluminxuiaoxidhydr at und 3 bis 7 Teile Eisenoxid auf 100 Teile Polymeres. Die betriebsfertigen Schrumpfschläuche weisen die geforderte Kriechstromfestigkeit auf, bei einem elektrischen
12
Widerstand von mindestens 10 Ohm«cm, die Herstellung der Schrumpfschläuche, ihre Extrusion sowie Vernetzung und Aufweitung unter Wärmezufuhr verläuft problemlos.
Zur Herstellung von kriechstromfesten Schrumpfschläuchen nach der Erfindung geht man vorteilhaft so vor, daß das Basismaterial zunächst mit der Silankomponente gemischt und anschließend das Silan auf das Basispolymer aufgepfropft wird, daß in das so vorbereitete Basismaterial die Zusätze eingearbeitet und homogen verteilt werden, und daß schließlich der Schlauch ausgeformt und der Feuchtigkeit zum Zwecke der Vernetzung ausgesetzt wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Basispolymere zunächst vernetzungsfähig gemacht werden muP., um die spatere gleichmäßige Vernetzung auch unterschiedlicher Querschnitte sowie Querschnittsformen sicherzustellen, bevor in dieses für den Vernetzungsablauf bereits vorprogrammierte Material die für die Verbesserung der Kriechstromfestigkeit wesentlichen Zusätze eingemischt werden. Was die eingangs erwäh.-.-e, durch Peroxidspaltung hervorgerufene Blasen-, Lunker- oder Rißbildung betrifft, treten bei dem erfindungsgemäßen Verfahr- :" diese Probleme aus Mangel an der entsprechenden Peroxid:ner:ge 5 nicht auf.
Weitere Qualitätsverbesserungen des Endproduktes lassen sich während des Fertigungsablaufes noch dadurch erreichen, daß die Einmischung der Zusätze in das mit Silanen gepfropfte Basismaterial bei Temperaturen zwischen 100° und 140 C erfolgt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Vernetzungskatalysator für die Vernetzung unter der Einwirkung von Feuchtigkeit erst unmittelbar vor der Formgebung des vernetzbaren Schlauches eingemischt wird. Vorvernetzungen nach Zugabe der Metalloxide, Hydrate und dergl. sind auf diese Weise vermieden.
Die Erfindung sei an Hand des nachfolgenden Mischungsbeispiels sowie des in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Mi schungsbej. spiel
Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 20 %)
Vinyltrimethoxisilan
Peroxid
(z. B. Dicumylperoxid)
100 Teile 1,7 Teile
0.006 Teile
Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 30 %)
Aluminiumoxidhyc>rat (Martina! OL 104 C der Fa. Martinswerke)
Eisenoxid (Fe3 O4) Stabilisator (Anox HB)
Teile
42 Teile ,>£?
5 Teile 0.5 Teile
Polyethylen-Copolymer (Copolymeranteil ca. 15 %)
Katalysator (Naftovin S)
100 Teile 0,85 Teile!
20 Zur Herstellung eines kriechstromfesten SchrumpfSchlauches geht man nun so vor, daß zunächst entsprechend A in einem sog. Pfropfextruder in dessen Einführungstrichter das Polymermaterial zusammen mit dem Silan und darin gelöstem Peroxid eingegeben wird, auf das PE-Copolymere das Silan aufgepfropft, also vernetzbar
2 5 gemacht wird. Das so behandelte PE-Basismaterial wird extrudiert und granuliert.
Parallel dazu wird nach B eine hochkonzentrierte Mischung (Batch) hergestellt, die an Zusätzen zur Verbesserung der Kriechstrornfestigkoit Alumina umoxi.dhydrat und Eisenoxid enthalt. Zur Mischung
dor einzelnen Bestandteile dient zweckmäßig ein geeigneter Kneter.
Vorteilhaft auf einem Kneter hergestellt wird auch ein Batch entsprechend C, der den Vernetzungslcatalysator enthält.
Nach Granulierung der vernetzbaren Basismischung (A) wird diese zusammen mit der hochkonzentrierten Mischung (B) z. B. in einem geeigneten Kneter oder einem entsprechenden Mischaggregat gemischt und das Gemisch anschließend dem Einführungstrichter eines Extruders zur kontinuierlichen Herstellung von Schläuchen zugeführt. Frühestens in den Ausformextruder wird auch die Mischung entsprechend C eingegeben, während der Misch- und Homogenisierungsphase im Extruder wird der Vernetzungstalysator ausreichend homogen verteilt.
So hergestellte kriechstromfeste Schläuche können dann auf üblichem Wege nach der Vernetzung durch Feuchtigkeitseinwirkung unter Anwendung von Wärme aufgeweitet und durch Abkühlen im aufgeweiteten Zustand in diesem Zustand eingefroren und bis zum Aufschrumpfen in den betriebsbereiten Zustand gelagert werden.
Einen solchen betriebsbereiten Zustand zeigt die Fig. an einem Endfcnabschluß für elektrische Hochspannungskabel-.-
Der Leiter 1 des Hochspannungskabels ist von der Isolierung z. B. aus einem vernetzten Polyethylen umgeben, zwischen Leiteroberfläche und Isolierung 2 befindet sich die innere Leitschicht 3. Als Abschirmung 4 dient beispielsweise ein wendelförmig mit Überlappung aufgewickeltes, leitfähiges Gewebeband mit darüber liegendem Kupferband oder auch eine extrudierte Leitschicht.
Zur Erzeugung eines Spannungsabfalls in Längsrichtung durch die während des Betriebes radial in das Kabel eintretenden kapazitiven Ströme und damit zur Herabsetzung der Feldstärke in diesem Bereich dient der auf das abgesetzte Kabelende aufgeschrumpfte,
— 7 —
leitfähige Schrumpfschlauch 5 (Steuerschlauch). Dieser Steuerschlauch wird überdenkt von dem nach der Erfindung ausgebildeten kriechstromfesten Schrumpfschlauch 6, der den Steuerschlauch 5 überragt und bis über den abgesetzten Kabelmantel 7 hinüber greift.
- Leerseite -

Claims (8)

kabelmetal electro Gesellschaft mit beschränkter Haftung 85-.ll/EH/NG 26. März 1985 Patentansprüche
1. Verwendung eines SchrumpfSchlauches aus einem Basismaterial, das nach Aufpfropfen von Silanverbindungen unter Feuchrigkeits einwirkung vernetzbar ist, zur kriechstronfesten Isolierung an Endenabschlüssen oder Verbindungsmuffen für elektrische Kabel, mit der Maßgabe, daß die die Kriechstromfestigkeit des Schrumpfschlauchmaterials bewirkenden Zusätze, wis z. B, Metalloxide, Karbide und dergl., einzeln oder in Kombination, in einer über die Schlauchlänge und dem Schlauchquerschnitt gleichmäßig vernetzten Polymermatrix eingebunden sind.
2. Kriechstromfester Schrumpfschlauch nach Anspruch 1, der Metalloxide als Zusätze enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze eine Kombination aus Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid sind.
3. Kriechstromfester Schrumpfschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Aluminiunoxidhydrat 30-60 und der Anteil Eisenoxid 3-7 Teile auf 100 Teile Polymeres beträgt.
4. Kriechstromfester Schrumpfschlauch nach Anspruch 1 oder
einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der elek-
trische Widerstand mindestens 10 Ohm · cm beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung eines SchrumpfSchlauches zur kriechstromfesten Isolierung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial zunächst mit der Silankomponente gemischt und anschließend das Silan auf das Basispolymer aufgepfropft wird, daß in das so vorbereitete Basismaterial die Zusätze eingearbeitet und homogen verteilt werden, und daß schließlich der Schlauch ausgeformt und der Feuchtigkeit zum Zwecke der Vernetzung ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischung der Zusätze in das mit Silanen gepfropfte Bnsis-
material bei Temperaturen zwischen 100° und 140° C erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungskatalysator für die Vernetzung unter Einwirkung von Feuchtigkeit erst unmittelbar vor der Formgebung des vernetzbaren Schlauches eingemischt wird.
8. Endenabschluß mit einem Schrumpfschlauch nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß über das abgesetzte Kabelende zunächst ein oder mehrere feldsteuernde Schrumpfschläuche aufgebracht sind und darüber der durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzte kriechstromfeste Schrumpfschlauch aufgeschrumpft ist.
BAD
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