DE3511299C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endenabschluß
für elektrische Kabel mit zumindest einem über dem
abgesetzten Kabelende angeordneten feldsteuernden
Schrumpfschlauch sowie einem darüber aufgebrachten
kriechstromfesten Schrumpfschlauch.
Bekannt ist bereits ein Endenabschnitt für
Hochspannungskabel (DE-GM 66 09 658), bei dem auf das
abgesetzte Kabelende 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 01 21 986), von dem in
neuerer Zeit immer mehr eine Kriechstromfestigkeit
gefordert wird.
Aus der DE 23 44 052 C2 ist ein wärmerückstellfähiger
polymerer Gegenstand wie z. B. ein Schrumpfschlauch für
die Hochspannungstechnik, insbesondere für die Isolierung
und Abschirmung von Hochspannungskabelspleißen bekannt.
Dieser Gegenstand ist aus einem Laminat aus einer
elastomeren, polymeren Schicht und einer vernetzten,
nichtelastomeren polymeren Schicht ausgebildet. Dabei
kann eine äußere Schicht zur Verbesserung der
elektrischen Eigenschaften kriechstromfest ausgebildet
sein. Für die Innenschicht des Schrumpfschlauches wird
beispielsweise ein Ethylen/Propylen-Gummi verwendet, der
einen Füllstoff aus einem mit Silan behandelten Ton
enthält.
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.
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
darüber hinaus 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 Temperaturen
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 durch Extrudieren von
Schläuchen, lassen sich praktisch überhaupt nicht
peroxidisch vernetzen. Durch den fehlenden Druck von
außen entstehen in der heißen Schmelze Hohlräume sowie
Aufrisse durch expandierende Spaltprodukte des Peroxids.
Zusätzlich ist die formerhaltende Handhabung der noch
unvernetzten Schmelze bei den notwendigen Temperaturen
ungelöst.
Bei der Strahlenvernetzung werden die genannten Nachteile
der peroxidischen 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 von außen nach innen abnimmt. Aus
bestimmten technischen Gründen ist die Eindringtiefe von
Elektronenstrahlen zudem begrenzt.
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.
In der Druckschrift "Kabel und isolierte Leitungen" des
Vereins Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft
Kunststofftechnik, VDI-Verlag Düsseldorf, 1981, wird die
Silan-Vernetzung von Polyethylen beschrieben. Einem durch
Peroxide erzeugten Polymerradikal werden reaktionsfähige
niedermolekulare Verbindungen aufgepfropft, die zu
Verbindungsstellen an dem Makromolekül führen. Die
eigentliche Vernetzung erfolgt anschließend in Gegenwart
eines Silanol-Kondensations-Katalysators unter Einwirkung
von Wasser. Wie in dieser Druckschrift weiter ausgeführt
ist, ist der Einsatz von hygroskopischen Füllstoffen nur
mit sehr großem Aufwand möglich. Die Silan-Vernetzung
halbleitender Schichten wird als noch nicht voll
zufriedenstellend bezeichnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Endenabschluß für elektrische Kabel eine Möglichkeit zu
finden, ohne Rücksicht auf die äußere Form des
Schrumpfschlauches die im Hochspannungsbereich geforderte
Kriechstromfestigkeit bei homogener Vernetzungsdichte
sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst, nach dem der kriechstromfeste
Schrumpfschlauch aus einem nach Aufpfropfen von Silanen
durch Feuchtigkeitseinwirkung gleichmäßig vernetzten
Polymer besteht, in dem die kriechstromfest machenden
Zusätze in der Kombination Aluminiumoxidhydrat und
Eisenoxid enthalten sind, wobei der Anteil
Aluminiumoxidhydrat 30 bis 80 und der Anteil Eisenoxid 3
bis 7 Teile auf 100 Teile des Polymeren beträgt.
Die gleichmäßige Vernetzung führt zu einem gleichmäßigen
Rückschrumpfen des Schrumpfschlauches bei Wärmezufuhr,
wobei die feste Einbindung des Aluminiumoxidhydrats und
des Eisenoxids zu einer gleichmäßigen Verteilung dieser
für die Kriechstromfestigkeit maßgeblichen Zusätze gerade
auch im geschrumpften, d. h. betriebsfertigen Zustand des
Schrumpfschlauches führt. Durch den Einsatz der sog.
Feuchtigkeitsvernetzung für die angesprochenen Zwecke
wird eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften
erzielt, denn die bei der Ausformung des
Schrumpfschlauches eingestellte Mengenverteilung der
Zusätze pro Volumeneinheit ändert sich während der
Aufweitung nach der Vernetzung und Rückschrumpfung für
den Betriebszustand nicht mehr.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines kriechstromfesten
Schrumpfschlauches nach dem Anspruch 2 wird ein Polymer
zunächst mit einer Silankomponente gemischt und
anschließend das Silan auf das Polymer aufgepfropft. In
das so vorbereitete Polymer werden Zusätze eingearbeitete
und homogen verteilt. Schließlich wird ein Schlauch
ausgeformt und der Feuchtigkeit zum Zwecke der Vernetzung
ausgesetzt. Mit diesem Verfahren verläuft die Herstellung
erfindungsgemäßer Schrumpfschläuche, ihre Extrusion sowie
Vernetzung und Aufweitung unter Wärmezufuhr problemlos.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Polymer
zunächst vernetzungsfähig gemacht werden muß, um die
spätere gleichmäßige Vernetzung auch unterschiedlicher
Querschnitte sowie Querschnittsformen sicherzustellen,
bevor in dieses für den Vernetzungsablauf bereits
vorprogrammierte Polymer die für die Verbesserung der
Kriechstromfestigkeit wesentlichen Zusätze eingemischt
werden. Was die eingangs erwähnte, durch Peroxidspaltung
hervorgerufene Blasen-, Lunker- oder Rißbildung betrifft,
treten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Probleme
aus Mangel an der entsprechenden Peroxidmenge nicht auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Anspruch 2 angegebenen Verfahrens möglich.
Für eine weitere Qualitätsverbesserung des Endproduktes
ist es vorteilhaft, wenn die Einmischung der Zusätze in
das mit Silanen gepfropfte Polymer bei Temperaturen
zwischen 100° und 140°C erfolgt.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn ein
Vernetzungskatalysator für die Vernetzung unter
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.
Ein Mischungsbeispiel sowie ein in der Figur dargestelltes
Ausführungsbeispiel der Erfindung seien nachfolgend näher erläutert.
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
gemacht wird. Das so behandelte Polymer wird extrudiert
und granuliert.
Parallel dazu wird nach B eine hochkonzentrierte Mischung
(Batch) hergestellt, die an Zusätzen zur Verbesserung der
Kriechstromfestigkeit Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid
enthält. Zur Mischung
der einzelnen Bestandteile dient zweckmäßig ein geeigneter
Kneter.
Vorteilhaft auf einem Kneter hergestellt wird auch ein Batch
entsprechend C, der den Vernetzungskatalysator 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 Vernetzungskatalysator
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 Figur an einem
Endabschluß für elektrische Hochspannungskabel.
Der Leiter 1 des Hochspannungskabels ist von der Isolierung 2
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 Spannungsbfalls 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,
leitfähige Schrumpfschlauch 5 (Steuerschlauch). Dieser Steuerschlauch
wird überdeckt von dem nach der Erfindung ausgebildeten
kriechstromfesten Schrumpfschlauch 6, der den Steuerschlauch 5
überragt und bis über den abgesetzten Kabelmantel 7 hinübergreift.
Claims (4)
1. Endabschluß für elektrische Kabel mit zumindest
einem über dem abgesetzten Kabelende angeordneten
feldsteuernden Schrumpfschlauch (5) sowie einem
darüber aufgebrachten kriechstromfesten
Schrumpfschlauch (6), dadurch gekennzeichnet, daß
der kriechstromfeste Schrumpfschlauch (6) aus einem
nach Aufpfropfen von Silanen durch
Feuchtigkeitseinwirkung gleichmäßig vernetzten
Polymer besteht, in dem die kriechstromfest
machenden Zusätze in der Kombination
Aluminiumoxidhydrat und Eisenoxid enthalten sind,
wobei der Anteil Aluminiumoxidhydrat 30 bis 80 und
der Anteil Eisenoxid 3 bis 7 Teile auf 100 Teile des
Polymeren beträgt.
2. Verfahren zur Herstellung eines kriechstromfesten
Schrumpfschlauches (6) für einen Endenabschluß nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer
zunächst mit einer Silankomponente gemischt und
anschließend das Silan auf das Polymer aufgepfropft
wird, daß in das so vorbereitete Polymer Zusätze
eingearbeitet und homogen verteilt werden, und daß
schließlich ein Schlauch ausgeformt und der
Feuchtigkeit zum Zwecke der Vernetzung ausgesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einmischung der Zusätze in das mit Silanen
gepfropfte Polymer bei Temperaturen zwischen 100°
und 140°C erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Vernetzungskatalystor für
die Vernetzung unter Einwirkung von Feuchtigkeit
erst unmittelbar vor der Formgebung des vernetzbaren
Schlauches eingemischt wird.
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