DE3017442C2

DE3017442C2 - Isolierstoff mit einem Spannungsstabilisator

Info

Publication number: DE3017442C2
Application number: DE19803017442
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Chem. 3502 Vellmar Wartusch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE3017442A1

Description

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Von den Polyolefin-Homo- und Copolymerisaten haben die Polyäthylene hoher und niedriger Dichte inzwischen einen festen Platz in der Kabelisoliertechnik errungen, da sie außer der Preiswürdigkeit und einfachen Verarbeitbarkeit zu den besten festen Isolierstoffen gehören.

Der Einsatz von Polyäthylen in der Hochspannungstechnik, insbesondere bei Hochspannungskabeln, wurde bisher dadurch beschränkt, daß sich die theoretisch mögliche und im Laboratorium an kleinen Proben so experimentell meßbare Durchschlagfestigkeit von 600 bis 700 kV/mm in der Praxis bei weitem nicht nutzen ließ.- man arbeitet dort bei der Auslegung der Kabeldimension noch mit Feldstärkebelastungen, welche meist weit unter lOkV/mm liegen. Dies hat seine Ursache darin, daß sich bei der technischen Verarbeitung mikroskopische und submikroskopische Schwachstellen nicht vermeiden lassen. Außer den hier infrage kommenden kleinen Lunkern, Rissen und Mikrorissen ist es technisch nicht immer zu vermeiden, daß auch Fremdstoffe als Verunreinigungen in die Isolation gelangen und elektrische Schwachstellen bilden.

Zur Behebung der vorgenannten Nachteile sind bereits Isoliermischungen bzw. Isolierstoffe für Hochspannungskabel bekanntgeworden, deren Aderisolierung vorwiegend aus Polyäthylen oder vemetztem Polyäthylen (VPE) besteht und die spannungsstabilisierende Zusätze enthalten. Diese Zusätze sollen die Resistenz des Isolierstoffs gegenüber erhöhter elektrischer Feldstärkebeanspruchung verbessern, die insbesondere an den' genannten elektrischen Schwachstellen auftreten und damit zum elektrischen Durchschlag führen können.

Zum Beispiel sind aus: der DE-IDS 15 69 356 Mischungen aus aromatischen Kohlenwasserstoffölen mit aktiven Stabilisierungszusätzen, wie z. B. halogenierte oder mit Nitrogruppen substituierte Aromäte, bekannt Durch die DE-OS 1615 837 ist es auch bekannt als Spannungsstabilisator für elektrische Isolierstoffe Diester aus Benzoldicarbonsäuren und aliphatischen, 1—10 Kohlenstoff atome aufweisenden, einwertigen Alkoholen zu verwenden. JDiese aromatischen Substanzen diffundieren jedoch durch den Isolierstoff und gehen flüchtig.

Weiterhin sind auch schon Stabilisatorzusätze auf der Basis von verzweigten oder geradkettigen Kohlenwasserstoffen bekannt, die auch mit aromatischen Ringen substituiert sein können (DE-AS 12 48 773).

Die bekannten Stabilisatorzusätze weisen jedoch Nachteile auf. Entweder lassen sie sich in die zu verwendende Isoliermischung schlecht einmischen, sind in dieser auf Dauer zu unverträglich, haben eine zu geringe Migrationsgeschwindigkeit zu den in der Isolation zu schützenden Schwachstellen oder haben keinen hinreichend hohen Schutzfaktor, verglichen mit dem unstabilisierten VergleichsmateriaL

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen Spannungsbeanspruchung stabilisierte Polyolefinisolierung für Hochspannungszwecke zu schaffen, die ein verbessertes Durchschlagverhalten und eine verbesserte Langzeitwirkung zeigt und darüber hinaus die beschriebenen Nachteile nicht aufweist

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Wie Versuche gezeigt haben, eignen sich als Spannungsstabilisatoren vorteilhaft verschiedene Ester der Acetessigsäure, z.B. der Äthyl-, Propyl- und Isopropylester. Durch Verwendung eines Esters mit längerkettigem Alkohol kann der Siedepunkt des Esters erhöht und damit eine verbesserte Langzeitwirkung (Depoteffekt) gewährleistet werden.

Eine verbesserte Langzeitstabilisierung kann auch erreicht werden, indem der ß-Ketosäureester in Kombination mit einem hochsiedenden aromatischen öl verwendet wird, welches allein keine hinreichende Migrationsgeschwindigkeit aufweist dagegen aber eine äußerst geringe Flüchtigkeit und damit Langzeitfunktion aufweist Der 0-Ketosäureester fungiert somit als Sofort-Stabilisator und als Schlepper für die ölartige Stabilisatorkomponente. Als aromatische öle sind Kohlenwasserstoffgemische auf Phenanthrenbasis und weitere, mindestens drei kondensierte Kerne aufweisende Aromate sowie die entsprechenden Homologe besonders wirksam.

Die Dosierung des Ketons richtet sich nach dem gewünschten Stabilisierungseffekt, insbesondere hinsichtlich Langzeitstabilisierung, sowie der Verträglichkeit in dem jeweiligen Isolierstoff.

Die Wirksamkeit der /3-Ketosäureester wird auf deren Eigenschaft der Keto-Enol-Tautomerie zurückgeführt. Im Gegensatz zu den ß-Diketonen bestehen dia 0-Ketosäureester bei Raumtemperatur überwiegend aus der Ketoform, welche bei erhöhter Temperatur in die Enolform übergeht. Die erforderliche Protonenab-

straktionsarbeit für diese Umwandlung wird also durch Energiezufuhr aufgebracht Die nachteilige Wirkung des bei höherer elektrischer Belastung auftretenden »Elektronenbeschusses« kann durch die ehergieverbrauchende Enol-Umwandlung gemindert und damit die stabilisierende Wirkung erzielt werden.

Bei Hochfahr-Durchschlagversuchen (Hochfahrgeschwindigkeit ca. 1 kV/min) mit einer Spitze-Platte-Anordnung bei Schlagweiten von 0,5 mm und Spitzenradien von 3Jim wurden- beispielsweise mit einer Hochspannungsisoliermischung aus Polyäthylen mit einem Zusatz des Äthyl-, Propyl- bzw. Isopropylesters der Acetessigsäure Durchschlagsspannungen von 27 kV gefunden, wogegen mit einer nicht stabilisierten Vergleichsprobe es bereits bei 7 bis 9 kV zu einem Durchschlag kam.

Claims

Patentansprüche:

.1. Isolierstoff mit einem Spannungsstabilisätör, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff als Stabilisator 0-Ketosäureester enthält.
2. Isolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff Acetessigsäureester enthält, wobei die alkoholische Komponente aus Äthyl-, PropyK Isopropylalkohci oder gerad- oder verzweigtkettigen Alkoholen bis zu 20 Kohlenstoffatomen besteht.
3. Isolierstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einem Polyäthylen-, Homo- oder Copolymerisat besteht
4. Isolierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekenn- is zeichnet, daß als Comonomer Propylen, Vinylacetat oder Äthyl-oder Butylacrylat verwendet wird.
5. Isolierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einem z.B. mit Peroxiden vernetzten Homo- oder Copolymerisat besieht
6. Isolierstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllstoff enthaltende Mischung verwendet wird, wobei der Füllstoff Ruß oder ein heller mineralischer Füllstoff, wie z. B. Aluminiumsi-Heat oder Calciumcarbonat, ist
7. Isolierstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Füllstoff mit organischen Oberzügen, wie z. B. Silanen, versehen ist
8. Isolierstoff nach einem der Ansprüche 1 —7,30 dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein im wesentlichen amorpher Kautschuk ist
9. Isolierstoff nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination des ß-Ketosäureesters mit einem aromatischen Öl verwendet wird.