EP0025091A2 - Water-proof high voltage insulation for electric cables and process for its manufacture - Google Patents

Water-proof high voltage insulation for electric cables and process for its manufacture Download PDF

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EP0025091A2
EP0025091A2 EP80103644A EP80103644A EP0025091A2 EP 0025091 A2 EP0025091 A2 EP 0025091A2 EP 80103644 A EP80103644 A EP 80103644A EP 80103644 A EP80103644 A EP 80103644A EP 0025091 A2 EP0025091 A2 EP 0025091A2
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EP
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water
silane compounds
silanes
voltage
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Cornelius Dipl.-Ing. Van Hove
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Kabelmetal Electro GmbH
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    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/2813—Protection against damage caused by electrical, chemical or water tree deterioration

Definitions

  • DOS 28 17 804 It is also already planned (DOS 28 17 804) to arrange a further layer containing a hygroscopic material in an energy cable outside and separate from the outer semiconducting layer, which limits the relative humidity of the environment including the conductor insulation to a value not exceeding 70% and stabilized. This is said to lead to a real protection of the insulation even if it contains voids and impurities.
  • the invention is therefore based on the object of ensuring permanent protection of the cable insulation against the influence of moisture, without having to go over to expensive new cable constructions with perhaps other disadvantages.
  • silanes or silane compounds are grafted onto the macromolecules of the base polymers or base copolymers and are thus chemically bound to them.
  • This chemical binding of the "inhibitors” guarantees long-term protection, since the silanes do not migrate out of the insulation, even at operating voltage and operating temperatures.
  • This grafting and thus the permanent protection against water trees is independent of whether the insulating material, for. As polyethylene, forms the cable insulation in a cross-linked or non-cross-linked state.
  • silanes or corresponding compounds the already known ones, for example a vinyltrimethoxysilane, a vinyltrieth-o: iris, ilane or similar vinyllaanes, which have other hydrolyzable alkoxy groups instead of the methoxy or athoxy groups, can be used.
  • amounts of 0.2-10%, preferably 1.0-3.0% by weight, of silanes can be used in carrying out the invention.
  • the crosslinking sites are formed in the already crystallized state of the insulation, ie exclusively and only in the amorphous regions.
  • the crystal structure itself remains largely undisturbed by cross-linking points, which are weak points in the crystal structure for possible water trees.
  • Polyfunctional crosslinking points in the amorphous region of the solidified base polymers or base copolymers forming the insulation also give the polymer material a higher structural strength. Both effects - high undisturbed crystallinity and cross-linking nodes in the amorphous area of the insulation - lead to an increased, over the life of the cable constant resistance to water tree growth.
  • the physico-chemical property of the siloxane group Si-O-Si to repel water also plays an important role in protecting insulation according to the invention.
  • the polymer for example polyethylene, is quasi "hydrophobized" in its amorphous areas, i. H. water-repellent. As a result, both the pure diffusion and the electrophoretic diffusion taking place under the influence of the alternating electrical field are slowed down and the material is thus more resistant to water trees.
  • the insulation 3 should be resistant to water trees, for this purpose it can consist of a wide variety of polymer materials, on the molecules of which silanes or silane compounds are grafted.
  • the insulation can have the following composition:
  • Insulation according to the invention can be produced, for example, by means of two extruders connected in series. (Cascade technology).
  • the silanes contained in the mixture are mixed, homogenized and grafted, while the second extruder is used to mold the mass which has already been grafted and delivered via a connecting part.
  • the latter can also be degassed in the transfer area.
  • any other method is also suitable if it is only ensured that the added silanes or silane compounds are grafted.
  • a two-step process is also possible, in which the grafting process is carried out in the first step, then the grafted material is blended with a catalyst batch and in a second step the material thus prepared is finally shaped by a shaping extrusion.
  • High-voltage cables in the sense of the invention are therefore to be understood to mean all electrical cables which are preferably operated with an operating voltage of 20 kV and above.

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Abstract

1. Process for the production of a high-voltage electrical cable insulation based on polyethylene homopolymers or copolymers which is resistant to the formation or growth of water trees, in which process silane compounds are grafted on to the base materials in the presence of peroxides, characterized in that the silane compounds used are those of a general formula R Si Y3 where R is a vinyl group and Y is an alkoxy group having less than 6 carbon atoms, and the silane compounds are grafted on to the base materials in an amount of from 0.2-10, preferably 1.0-3.0, % by weight before shaping of the high-voltage insulation, and in that 0.05-0.1 parts of peroxide, based on 100 parts of polymer material, are employed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wasserfeste Hochspannungsisolierung für elektrische Kabel auf der Basis polymerer Werkstoffe, wie Olefinpolymerisate oder Olefinmischpolymerisate, Elastomere oder thermoplastische Kautschuke, jeweils allein oder in Mischung, die als Inhibitoren gegen das Entstehen oder das Wachstum von Wasserbäumchen (water trees) Silane oder Silanverbindungen der allgemeinen Formel

Figure imgb0001
enthält. wobei R eine Vinyleruppe oder γ-Metharcryloxypropylgruppe und Y eine Alkoxygruppe mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen ist.The present invention relates to waterproof high-voltage insulation for electrical cables based on polymeric materials, such as olefin polymers or olefin copolymers, elastomers or thermoplastic rubbers, either alone or in a mixture, as inhibitors against the formation or growth of water trees (water trees) silanes or silane compounds the general formula
Figure imgb0001
 contains. where R is a vinyl group or γ-methacryloxypropyl group and Y is an alkoxy group with less than 6 carbon atoms.

In den letzten Jahren sind zahlreiche Untersuchungen in der Technik durchgeführt worden, mit dem Ziel, offenbar durch Wasseransammlungen (Wasserbäumchen, "water trees") verursachte Schäden in der Isolierung elektrischer Kabel aufzuklären und Maßnahmen zu treffen, diese Kabelschäden zu vermeiden. Entsprechend hoch ist auch die Anzahl der Veröffentlichungen, die das Wachstum der Wasserbaumchen beschreiben und Vorschläge zur Unterdrückung solcher die Lebenserwartungen der Kabel erniedrigenden Erscheinungen machen. Dabei besteht offenbar Übereinstimmung darüber, daß die Wasseransammlungen sich umso gefährlicher auswirken, je größer sie sind. Solche von nur wenigen µm Länge gelten als vergleichsweise ungefährlich.In recent years, numerous investigations have been carried out in technology with the aim of clarifying damage in the insulation of electrical cables which is evidently caused by water accumulations ("water trees") and taking measures to prevent this cable damage. The number of publications that describe the growth of the water tree and make suggestions to suppress such phenomena that reduce the life expectancy of the cables. Obviously there is agreement that the larger the water accumulations, the more dangerous they are. Those of only a few µm in length are considered to be comparatively harmless.

Der sicherste, aber auch kostspieligste Weg zur Vermeidung von Wasserbäumehen ist die strikte Ausschaltung von Wasser über den gesamten Lebenszeitraum des Kabels. Das bedeutet aber einen geschlossenen, Z. B. an den Kanten verschweißten, Metallmantel mit längxwasserdirhtem Schirm sowie einen kontinuierlich gestopften Leiter, so daß jegliche Längskanäle von vornherein ausgeschaltet sind. Diese Maßnahmen sind aber insbesondere für Mittel.svannungskabel außerordentlich aufwendig.The safest, but also the most expensive way to avoid aquatic marriages is to switch off water strictly over the entire life of the cable. However, this means a closed, e.g. welded on the edges, metal jacket with an elongated water-direct shield and a continuously stuffed conductor, so that all longitudinal channels are switched off from the outset. However, these measures are extremely complex, especially for medium voltage cables.

In der gleichen Richtung liegt und dem gleichen Zweck dient beispielsweise auch eine bekannto Kabelkonstruktion (US-PS 4,145,567). Hierbei ist unmittelbar über der Isolierungbzw. der äußeren Leitschicht eine zusammendrückbare Schicht aus einem geschlossenporigen Schaum angeordnet, die von einem an den Kanten verklebten Metallband umschlossen ist. Abgesehen von dem erhöhten konstruktiven Aufwand und der vergrößerten äußeren Abmessungen ist wegen der Verklebung der Bandkanten nicht mit einer Wasserdichtigkeit auf Dauer zu rechnen.A known cable construction (US Pat. No. 4,145,567) is used in the same direction and for the same purpose. Here is immediately above the insulation. the compressible layer of a closed-pore foam is arranged on the outer conductive layer, which is enclosed by a metal tape glued to the edges. Apart from the increased construction effort and the increased external dimensions, the tape edges are not to be expected to be permanently watertight.

Es gibt aber auch andere Vorschläge zur Vermeidung bzw. Verminderung der Gefahr von Wasserbaumchen, die die Zusammensetzung bzw. die Struktur des Dielektrikums betreffen. So ist es z. B. bekannt (DOS 27 54 336), in der Kunststoffisolierung ein von innen nach außen gerichtetes Diffusionsgefälle vorzusehen. So soll etwa die Isolierung mit einer Schicht aus wasserabsorbierendem Material umgeben werden. Unberücksichtigt geblieben ist hierbei allerdings, daß offenbar die Gefahr von Wasserbaumchen an Grenzflächen, z. B. zwischen Isolierung und leitfähigen Schichten, besonders groß ist (Wasserbüschel).However, there are also other suggestions for avoiding or reducing the risk of water trees, which affect the composition or the structure of the dielectric. So it is z. B. known (DOS 27 54 336) to provide an inside outward diffusion gradient in the plastic insulation. For example, the insulation should be surrounded by a layer of water-absorbing material. What has not been taken into account here, however, is that the danger of water trees at interfaces, e.g. B. between insulation and conductive layers, is particularly large (tufts of water).

Vorgesehen ist es auch bereits (DOS 28 17 804), in einem Energiekabel außen und getrennt von der äußeren halbleitenden Schicht eine weitere, einen hygroskopischen Werkstoff enthaltende Schicht anzuordnen, die die relative Feuchtigkeit der Umgebung einschließlich der Leiterisolation auf einen 70 % nicht übersteigenden Wert begrenzt und stabilisiert. Dies soll zu einem wirklichen Schutz der Isolierung selbst dann führen, wenn diese Hohlräume und Verunreinigungen enthält.It is also already planned (DOS 28 17 804) to arrange a further layer containing a hygroscopic material in an energy cable outside and separate from the outer semiconducting layer, which limits the relative humidity of the environment including the conductor insulation to a value not exceeding 70% and stabilized. This is said to lead to a real protection of the insulation even if it contains voids and impurities.

Eine solche Feuchtigkeit absorbierende Schicht kann aber ebenso wie die Zugabe feuchtigkeitsaufnehmender Füllstoffe in die Isolierung (US-PS 4,049,830) sowie wasserlöslicher Elektrolyte nur die Wirkung haben, den Zeitpunkt mit Sicherheit unter dem Einfluß des elektrischen Feldes auftretender Schäden hinauszuschieben, wobei letztere Maßnahmen noch den Nachteil erhöhter Verunreinigungen in der Isolierung mit sich bringen, was insbesondere bei höheren Spannungen zu Schwierigkeiten führt.However, such a moisture-absorbing layer, like the addition of moisture-absorbing fillers to the insulation (US Pat. No. 4,049,830) and water-soluble electrolytes, can only have the effect of postponing the time with certainty under the influence of the electric field, the latter measures still having the disadvantage bring increased contamination in the insulation with it, which leads to difficulties especially at higher voltages.

Offenbar auch aus diesem Grunde ist eine andere Maßnahme zur Verringerung bzw. Vermeidung von Wasserbäumchen in der Kunststoffisolierung elektrischer Kabel bekannt geworden (US-PS 4,144,202). In diesem Fall werden dem Isoliermaterial, vernetzbar oder nicht, Silane oder Silanverbindungen als sog. Wasserbäumchen-Inhibitoren zugegeben. Mittels eines besonderen Tests wird der Nachweis erbracht, daß solche Inhibitoren enthaltende Mischungen bzw. daraus hergestellte Isolierungen gegen Wasserbäumchen eine hohe Resistenz aufweisen. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß diese Inhibitoren ebenso wie in der Kabeltechnik seit langem verwendete andere Zusätze, wie Stabilisatoren, Antioxidantien, Weichmacher und dergl. das Bestreben haben, mit der Zeit aus der Isolierung hinaus zu diffundieren, so daß ihre Wirksamkeit wieder nachläßt. Auch diese bekannte Maßnahme ist deshalb lediglich geeignet, den Zeitpunkt mit Sicherheit unter dem Einfluß des elektrischen Feldes auftretender Schäden hinauszuschieben, ein dauerhafter Schutz des Kabels ist auch hiermit nicht gegeben.Another measure for reducing or avoiding water trees in the plastic insulation of electrical cables is also known for this reason (US Pat. No. 4,144,202). In this case, silane or silane compounds are added to the insulating material, so-called crosslinkable or not, as so-called water tree inhibitors. A special test provides evidence that mixtures containing such inhibitors or isolations made therefrom are highly resistant to water trees. The disadvantage here, however, is that these inhibitors, just like other additives which have been used for a long time in cable technology, such as stabilizers, antioxidants, plasticizers and the like, have the tendency to diffuse out of the insulation over time, so that their effectiveness wears off again. This known measure is therefore only suitable for postponing the point in time of damage occurring under the influence of the electric field; permanent protection of the cable is also not provided here.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen dauerhaften Schutz der Kabelisolierung gegen den Einfluß von Feuchtigkeit sicherzustellen, ohne auf kostenaufwendige neue Kabelkonatruktionen mit vielleicht anderen Nachteilen übergehen zu müssen.The invention is therefore based on the object of ensuring permanent protection of the cable insulation against the influence of moisture, without having to go over to expensive new cable constructions with perhaps other disadvantages.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Silane oder Silanverbindungen auf die Makromoleküle der Basispolymere oder Basismischpolymere aufgepfropft und damit chemisch an diese gebunden sind. Durch diese chemische Bindung der "Inhibitoren" ist die Gewähr für einen dauerhaften Schutz gegeben, da eine Migration der Silane aus der Isolierung heraus auch bei Betriebsspannung und Betriebstemperaturen unterbleibt. Diese Pfropfung und damit der dauerhafte Schutz gegen Wasserbäumchen ist unabhängig davon, ob das Isoliermaterial, z. B. Polyäthylen, im vernetzten oder unvernetzten Zustand die Kabelisolierung bildet. Als Silane bzw. entsprechende Verbindungen können die schon bekannten, beispielsweise ein Vinyltrimethoxisilan, ein Vlnyltriäth-o:iris,ilan oder ähnliche Vinylailane, die anstelle der Methoxi- bzw. Athoxi-Gruppen andere hydrolisierbare Alkoxi-Gruppierungen aufweiaen, verwendet werden. Je nach den Erfoderniasen, die an die jeweiligen Isolierung gestellt werden, können Mengen von 0,2 - 10 %,vorzugsweise 1,0 - 3,0 Gew.-%-an Silanen in Durchführung der Erfindung eingesetzt werden.This object is achieved according to the invention in that the silanes or silane compounds are grafted onto the macromolecules of the base polymers or base copolymers and are thus chemically bound to them. This chemical binding of the "inhibitors" guarantees long-term protection, since the silanes do not migrate out of the insulation, even at operating voltage and operating temperatures. This grafting and thus the permanent protection against water trees is independent of whether the insulating material, for. As polyethylene, forms the cable insulation in a cross-linked or non-cross-linked state. As the silanes or corresponding compounds, the already known ones, for example a vinyltrimethoxysilane, a vinyltrieth-o: iris, ilane or similar vinyllaanes, which have other hydrolyzable alkoxy groups instead of the methoxy or athoxy groups, can be used. Depending on the inventions that are placed on the respective insulation, amounts of 0.2-10%, preferably 1.0-3.0% by weight, of silanes can be used in carrying out the invention.

An sich ist es zwar bekannt, auf die Makromoleküle von poly- meren Werkstoffen Silane aufzupfropfen, um damit bei einer späteren Feuchtigkeitseinwirkung Vernetzungsstellen zu schaffen. Abweichend von der Erfindung sollen hierbei jedoch die mechanischen Eigenschaften gegenüber unvernetzten Materialien verbessert und insbesondere die Temperaturbeständigkeit solcher Werkstoffe erhöht werden.In itself it is known, on the macromolecules of poly - graft silanes mer materials, in order to create crosslinks at a later moisture. In a departure from the invention, however, the mechanical properties compared to non-crosslinked materials are to be improved and in particular the temperature resistance of such materials is to be increased.

Eine besonders vorteilhafte Weiterführung des Erfindungsgedankens ergibt sich noch dadurch, daß die Isolierung, auf deren Makromoleküle die vor Wasserbäumchen schützenden Silanverbindungen aufgepfropft sind, durch Feuchtigkeitseinwirkung, und zwar ausschließlich auf diese Weise, vernetzt ist. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die unter dem Stichwort "water treeing" zusammengefaßten Zerstörungsmechanismen ausschließlich im amorphen Teil der Isolierung bzw. im Grenzbereich kristallin/amorph ablaufen. Die Kristallite mit ihrer höheren Dichte sind einerseits resistenter gegen im elektrischen Feld beschleunigte Ladungsträger, andererseits nahezu undurchdrin-glich für eine H 0-Permeation. Diffundierende Wasserfronten müssen also die Kristallite umwandern, so daß bei steigendem Kristallinitätsgrad der Isolierung mit geringer werdender H20-Permeation gerechnet werden kann. Werden nun wie bei der bekannten peroxidischen Vernetzung, trocken mittels geeigneter Wärmestrahler oder naß in den üblichen Dampf-Vernetzungsanlagen, die Vernetzungsbrücken weit oberhalb des Kristallitschmelzbereiches gebildet, dann wirken diese Vernetzungsstellen bei der anschließenden Ablühlung auf Raumtemperatur und Kristallisation des Gefüges als eingelagerte Störstellen, die bekanntlich den Kristallinitätsgrad des so behandelten Werkstoffes gegenüber einem unvernetzten stark herabsetzen, damit aber im Sinne der vorherigen Überlegungen gegen Wassereinwirkung empfindlicher machen.A particularly advantageous continuation of the inventive concept results from the fact that the insulation, on the macromolecules of which the silane compound protecting from water trees grafted are cross-linked by exposure to moisture, and only in this way. The invention is based on the consideration that the destruction mechanisms summarized under the keyword "water treeing" run crystalline / amorphous only in the amorphous part of the insulation or in the border area. The crystallites with their higher density are on the one hand more resistant to charge carriers accelerated in the electric field, and on the other hand almost impenetrable for H 0 permeation. Diffusing water fronts must therefore migrate around the crystallites, so that with increasing degree of crystallinity in the insulation, decreasing H 2 0 permeation can be expected. If, as with the known peroxidic crosslinking, dry using suitable heat radiators or wet in the usual steam crosslinking systems, the crosslinking bridges are formed far above the crystallite melting range, these crosslinking points act during the subsequent cooling down to room temperature and crystallization of the structure as embedded defects, which are known greatly reduce the degree of crystallinity of the material treated in this way compared to an uncrosslinked material, but in the sense of the previous considerations make it more sensitive to the effects of water.

Wird dagegen, wie in Durchführung der Erfindung vorgesehen, das aufgepfropfte Polymermaterial unter der Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzt, dann erfolgt die Ausbildung der Vernetzungsstellen in bereits auskristallisiertem Zustand der Isolierung, d. h. ausschließlich und nur in den amorphen Bereichen. Das Kristallgefüge selbst bleibt aber von Vernetzungsstellen, die im Kristallgefüge Schwachstellen für mögliche Wasserbaumchen darstellen, weitgehend ungestört. Die bündelartigen. polyfunktionellen Vernetzungsstellen im amorphen Bereich der die Isolierung bildenden erstarrten Basispolymere bzw. Basismischpolymere verleihen dem Polymermaterial darüber hinaus eine höhere Strukturfestigkeit. Beide Effekte - hohe ungestörte Kristallinität und Vernetzungsknoten im amorphen Bereich der Isolierung - führen zu einem erhöhten, über die Lebensdauer des Kabels gleichbleibenden Widerstand gegen Wasserbäumchen-Wachstum.If, on the other hand, the grafted-on polymer material is crosslinked under the influence of moisture, as is provided in the implementation of the invention, the crosslinking sites are formed in the already crystallized state of the insulation, ie exclusively and only in the amorphous regions. However, the crystal structure itself remains largely undisturbed by cross-linking points, which are weak points in the crystal structure for possible water trees. The bundle-like. Polyfunctional crosslinking points in the amorphous region of the solidified base polymers or base copolymers forming the insulation also give the polymer material a higher structural strength. Both effects - high undisturbed crystallinity and cross-linking nodes in the amorphous area of the insulation - lead to an increased, over the life of the cable constant resistance to water tree growth.

Neben diesen morphologischen Einflüssen spielt für den Schutz einer Isolierung nach der Erfindung noch eine wesentliche Rolle die physikalisch-chemische Eigenschaft der Siloxangruppe Si-O-Si, Wasser abzustoßen. Das Polymere, beispielsweise das Polyäthylen, wird in seinen amorphen Bereichen quasi "hydrophobiert", d. h. wasserabweisend eingestellt. Dadurch wird sowohl die reine Diffusion als auch die unter dem Einfluß des elektrischen Wechselfeldes erfolgende elektrophoretische Diffusion gebremst und damit der Werketoff gegen Wasserbäumchen widerstandsfähiger.In addition to these morphological influences, the physico-chemical property of the siloxane group Si-O-Si to repel water also plays an important role in protecting insulation according to the invention. The polymer, for example polyethylene, is quasi "hydrophobized" in its amorphous areas, i. H. water-repellent. As a result, both the pure diffusion and the electrophoretic diffusion taking place under the influence of the alternating electrical field are slowed down and the material is thus more resistant to water trees.

Die Herstellung einer wassergeschützten Isolierung nach der Erfindung geschieht zweckmäßig in der Weise, daß die Silane oder Silanverbindungen im Anschluß an die Mischung und Homogenisierung der einzelnen Mischungskomponenten und noch vor der Ausformung auf die Makromoleküle der Basismaterialien aufgepfropft werden. Zu diesem Zweck wird das aufgeschmolzene Polymermaterial einer Temperaturbehandilung von z. B. 180 - 250° C unterworfen. Entweder unmittelbar anschließend oder aber auch nach einer Zwischenlagerung in einer zweiten Verarbeitungsstufe kann die Ausformung zur Isolierung erfolgen. Nach Abkühlung der Isolierung und Feuchtigkeitseinwirkung auf diese werden in Durchführung der Erfindung ausschließlich im amorphen Bereich zwischen den Kristalliten wasserabstoßende Siloxan-Gruppierungen gebildet.The production of a water-protected insulation according to the invention expediently takes place in such a way that the silanes or silane compounds are grafted onto the macromolecules of the base materials after the mixing and homogenization of the individual mixture components and before the molding. For this purpose, the melted polymer material is subjected to a temperature treatment of e.g. B. subject to 180-250 ° C. Either for isolation, either immediately afterwards or after an intermediate storage in a second processing stage. After the insulation has cooled and the action of moisture thereon, water-repellent siloxane groups are formed exclusively in the amorphous region between the crystallites.

Die Erfindung sei an Hand des als Ausführungsbeispiel dargestellten Einleiter-Hochspannungstabels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the single-conductor high-voltage table shown as an exemplary embodiment.

Über dem aus Einzeldrähten bestehenden Leiter 1 ist zur Vergleichmäßigung der Oberfläche zur Unterbindung von Feldstärkenspitzen die innere Leitschicht 2 aufgebracht. Darüber ist die Isolieru. g 3, beispielsweise aus Polyäthylen angeordnet, die ihrer―soits von der äußeren Leitschicht 4 überdeckt ist. Mit 5 ist die Bewehrung bezeichnet, der Außenmantel 6, z. B. aus Polyvinylchlorid, gibt den äußeren mechanischen Schutz.The inner conductive layer 2 is applied over the conductor 1 consisting of individual wires in order to make the surface more uniform in order to prevent field strength peaks. Above that is the isolation. g 3, for example made of polyethylene, which ihrer soits is covered by the outer conductive layer 4. With 5 the reinforcement is designated, the outer jacket 6, z. B. made of polyvinyl chloride, gives the external mechanical protection.

Die Isolierung 3 soll gegen Wasserbäumchen widerstandsfähig sein, sie kann zu diesem Zweck aus den unterschiedlichsten Polymermaterialien bestehen, auf deren Moleküle Silane oder Silanverbindungen aufgepfropft sind. Beispielsweise kann die Isolierung die folgende Zusammensetzung aufweisen:The insulation 3 should be resistant to water trees, for this purpose it can consist of a wide variety of polymer materials, on the molecules of which silanes or silane compounds are grafted. For example, the insulation can have the following composition:

Beispiel IExample I

Figure imgb0002
Figure imgb0002

Beispiel IIExample II

Figure imgb0003
Figure imgb0003

Die Herstellung einer Isolierung nach der Erfindung kann beispielsweise mittels zweier hintereinander geschalteter Extruder erfolgen. (Kaskadentechnologie). Hierbei erfolgt im ersten Extruder die Mischung, Homogenisierung und Pfropfung der in der Mischung enthaltenen Silane, während der zweite Extruder zur Auaformung der über ein Verbindungsteil angelieferten, bereits gepfropften Masse dient. Letztere kann im Übergabebereich zusätzlich noch entgast werden. Aber auch jedes andere Verfahren ist geeignet, wenn nur dafür gesorgt wird, daß eine Pfropfung der zugegebenen Silane oder Silanverbindungen erfolgt. So ist beispielsweise auch ein Zwei-Schritt-Verfahren möglich, bei dem im 1. Schritt der Pfropfvorgang durchgeführt, dann das gepfropfte Material mit einem Katalysator-Batch verschnitten und in einem 2. Schritt schließlich das so vorbereitete Material durch eine Formgebungsextrusion ausgeformt wird.Insulation according to the invention can be produced, for example, by means of two extruders connected in series. (Cascade technology). In the first extruder, the silanes contained in the mixture are mixed, homogenized and grafted, while the second extruder is used to mold the mass which has already been grafted and delivered via a connecting part. The latter can also be degassed in the transfer area. However, any other method is also suitable if it is only ensured that the added silanes or silane compounds are grafted. For example, a two-step process is also possible, in which the grafting process is carried out in the first step, then the grafted material is blended with a catalyst batch and in a second step the material thus prepared is finally shaped by a shaping extrusion.

Zum Nachweis der Wirksamkeit des Erfindungsgedankens wurde je zwei Kabelmuster, geeignet für die Übertragung von 20 KV, mit einer Isolierung aus unvernetztem Polyäthylen.dampfvernetztem Polyäthylen und schließlich mit einem Polyäthylen umgeben, das entsprechend der Erfindung vorbereitet war. Diese Muster wurden mit verschiedenen Leitertemperaturen unter Betriebsspannung gealtert, und zwar während 200h. Danach wurden in die Leiter 1 und Schirme 5 dieser Musterlängen Wasser gefüllt, die Leiter zyklisch geheizt und die Längen über 120 Tage mit einer mittleren Feldstärke von ca. 6 kV/mm beansprucht. Schließlich wurde die elektrische Restfestigkeit mit Wechselspannung in einem 1-Stunden-Stufentest ermittelt.To demonstrate the effectiveness of the inventive concept, two cable samples, suitable for the transmission of 20 KV, were surrounded with insulation made of uncrosslinked polyethylene, vapor-crosslinked polyethylene and finally with a polyethylene prepared in accordance with the invention. These samples were aged with different conductor temperatures under operating voltage, namely for 200 hours. Then water was filled into the conductors 1 and screens 5 of these sample lengths, the conductors were cyclically heated and the lengths were subjected to an average field strength of approximately 6 kV / mm over 120 days. Finally, the residual electrical strength with AC voltage was determined in a 1-hour step test.

Die folgende Tabelle gibt das erzielte Ergebnis wieder:

Figure imgb0004
The following table shows the result achieved:
Figure imgb0004

Hieraus ist klar ersichtlich, daß bei Alterung mit VDE-mäßigen Leitertemperaturen Polyäthylen und vernetztes Polyäthylen etwa gleiche Resistenz gegen Wasser aufweisen, jedoch mit ge- pfropften Silanen behandeltes Polyäthylen deutlich höhere Spannungsstufen erreicht.From this it can be clearly seen that when aging with VDE-like conductor temperatures, polyethylene and cross-linked polyethylene have approximately the same resistance to water, but polyethylene treated with grafted silanes achieves significantly higher voltage levels.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für alle elektrischen kabel, die mit erhöhter Betriebsspannung betrieben werden. Als Hochspannungskabel im Sinne der Erfindung sollen daher alle elektrischen Kabel verstanden werden, die vorzugsweise mit 20 kV Betriebsspannung und darüber betrieben werden.The invention is of particular importance for all electrical cables that are operated with increased operating voltage. High-voltage cables in the sense of the invention are therefore to be understood to mean all electrical cables which are preferably operated with an operating voltage of 20 kV and above.

Claims (6)

1. Wasserfeste Hocbspannunaaiaolierung für elektrische Kabel auf der Basis polymerer Werkstoffe, wie Olefinpolymerisate oder Olefinmiachpolymorinate, Elastomere oder theraoplastische Kautschuke, jeweils allein oder im Mischung, die als Inhibitoren gegen das Entstehen oder das Wachstum von Wasserbäumchen (water trees) Silanverbindungen der allgemeinen Formel
Figure imgb0005
enthält, wobei R eine Vinylgruppe oder [ -Methacryloxypropylgruppe und Y eine Alkoxygruppe mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Silane oder Silanverbindungen auf die Makromoleküle der Basispolymere oder Baaisniachpolymere aufgepfropft und damit chemisch an diese gebunden sind.1. Waterproof high-voltage insulation for electrical cables based on polymeric materials, such as olefin polymers or olefin polymer polymorinates, elastomers or thermoplastic rubbers, either alone or in a mixture, which act as inhibitors against the formation or growth of water trees (water trees) silane compounds of the general formula
Figure imgb0005
 contains, wherein R is a vinyl group or [-Methacryloxypropylgruppe and Y is an alkoxy group with less than 6 carbon atoms, characterized in that the silanes or silane compounds are grafted onto the macromolecules of the base polymers or Baaisniachpolymers and thus chemically bound to them. 2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Silane oder Silanverbindungen in einer Menge von 0,2 - 10, vorzugsweise 1,0 - 3,0 Gew.-% enthält.2. Insulation according to claim 1, characterized in that it contains silanes or silane compounds in an amount of 0.2 - 10, preferably 1.0 - 3.0 wt .-%. 3. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt ist.3. Insulation according to claim 1, characterized in that the insulation is cross-linked by exposure to moisture. 4. Verfahren zur Herstellung einer hochspannungsfesten Isolierung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Silane oder Silanverbindungen im Anschluß an die Mischung und Homogenisierung der einzelnen Mischungskomponenten und noch vor der Ausformung auf die Makromoleküle der Basismaterialien aufgepfropft werden.4. A method for producing a high-voltage-resistant insulation according to claim 1 or one of the following, characterized in that the silanes or silane compounds are grafted onto the macromolecules of the base materials after the mixing and homogenization of the individual mixture components and before the molding. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Materialkomponenten kurzfristig zur Pfropfung auf Temperaturen zwischen 180 - 250° C gebracht werden.5. The method according to claim 4, characterized in that the mixed material components are brought briefly for grafting to temperatures between 180 - 250 ° C. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnete daß nach Abkühlung der ausgeformten Isolierung und anschließender Feuchtigkeitseinwirkung ausschließlich im amorphen Bereich zwischen den Kristalliten des Polymermaterials wasserabstoßende Siloxan-Gruppierungen gebildet werden.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that after cooling the molded insulation and subsequent exposure to moisture, water-repellent siloxane groups are formed exclusively in the amorphous region between the crystallites of the polymer material.
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