DE3511299C2 - - Google Patents

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.