RU2721173C1 - Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля - Google Patents
Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721173C1 RU2721173C1 RU2020101570A RU2020101570A RU2721173C1 RU 2721173 C1 RU2721173 C1 RU 2721173C1 RU 2020101570 A RU2020101570 A RU 2020101570A RU 2020101570 A RU2020101570 A RU 2020101570A RU 2721173 C1 RU2721173 C1 RU 2721173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- polymer composition
- electric field
- filler
- ilmenite concentrate
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G15/00—Cable fittings
- H02G15/02—Cable terminations
- H02G15/04—Cable-end sealings
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может найти применение в электроизоляционных материалах, используемых при изготовлении изделий, предназначенных для оконцевания и соединения электрических кабелей. Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля содержит бутадиен-нитрильный каучук, измельченный ильминитовый концентрат в качестве токопроводящего наполнителя и неорганический диэлектрический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью, пластификатор и адгезионную добавку при следующем соотношении компонентов, мас. %: бутадиен-нитрильный каучук 15-25, диоксид титана 40-60, ильменитовый концентрат 15-25, пластификатор 5-15, нефтеполимерная смола фракции С9 5-7. Изобретение позволяет повысить защиту от проникновения масла. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может найти применение в электроизоляционных материалах, используемых при изготовлении изделий, предназначенных для оконцевания и соединения электрических кабелей.
Для регулирования и выравнивания напряженности электрического поля кабельной арматуры в местах склеек и концевых заделов применяют полимерные композиции с высокой диэлектрической проницаемостью.
В технике для регулирования напряженности электрического поля известно применение неорганических диэлектрических наполнителей, имеющих высокую диэлектрическую проницаемость (диоксид титана, титанат бария, титанат кальция и др.), которые вводят в композиции на основе силикона, этиленпропилендиенового каучука, термопластичных и термореактивных полимеров. Используя диэлектрические композиционные материалы со специально подобранными свойствами (диэлектрическая проницаемость, удельное объемное электрическое сопротивление), возможно регулирование напряженности электрического поля и увеличение электрической прочности кабельной арматуры.
Силовые кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией являются одним из самых распространенных видов кабельных изделий., используемых при передаче и распределении электрической энергии. Длительная эксплуатация кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией возможна при обеспечении надежной защиты изоляции от попадания влаги из воздуха и масла или его паров масляной пропитки кабеля. Применение маслостойкой полимерной композиции, выравнивающей напряженность электрического поля, позволит создать дополнительный барьер перемещению масляной пропитки кабеля и повысить эксплуатационные свойства кабельной арматуры.
Известен полупроводящий полимерный композиционный материал, содержащий термопластичный полимер, токопроводящий наполнитель в виде сажистого углерода и диэлектрический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью [1]. Равномерное распределение электрического напряжения в указанном материале обеспечивается за счет введения в полимер большого количества токопроводящего наполнителя, что приводит к снижению удельного объемного сопротивления известного композиционного материала и к ухудшению его электроизоляционных свойств.
Известен диэлектрический материал с нелинейной диэлектрической проницаемостью, содержащий полимерный материал, материал наполнителя, диспергированный в полимерном материале, при этом материал наполнителя содержит неорганические частицы и дискретно распределенный проводящий материал. Полимерный материал представляет собой силикон. Неорганические частицы выбраны из группы, содержащей частицы BaTiO3, BaSrTiO3, СаСu3Ti4O12, SrTiO3 и их смесей. Проводящий материал выбран из группы, состоящей из угольной сажи, углеродных нанотрубок, кластеров углеродных частиц, графита, изоляционных частиц, имеющих проводящие покрытия, металлов, таких как серебро, золото, палладий и алюминий, и сплавов таких металлов, и их комбинаций [2]. Композиция обладает высокими механическими и электрическими свойствами, но не обладает маслостойкостью.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полимерной композиции является полимерный композиционный материал по патенту РФ №2111568, кл. Н 01 В 3/00, Н 01 В 1/24, Н02G 15/04, 1996 [3]. Данный полимерный композиционный материал содержит термопластичный сополимер, сажистый углерод в качестве токопроводящего наполнителя и двуокись титана и/или спек титаната бария с удельной поверхностью не менее 2300 см2/г в качестве неорганического наполнителя с высокой диэлектрической проницаемостью. Полимерный композиционный материал используется как электроизоляционный материал при изготовлении изделий, предназначенных для оконцевания и соединения силовых электрических кабелей. Данный полимерный композиционный материал имеет ряд важных существенных качеств: обладает высоким электрическим сопротивлением и равномерно распределяет электрическое напряжение.. Однако эта композиция обладает существенным недостатком - сложностью и дороговизной технологии ее изготовления и не обладает маслостойкостью для защиты изоляции от проникновения масла и его паров в муфтах, соединяющих кабели с бумажно-пропитанной изоляцией.
Технической задачей изобретения является разработка полимерной композиции для регулирования напряженности электрического поля, обеспечивающей равномерное распределение электрического напряжения и защиту от проникновения масла и его паров в муфтах, соединяющих кабели с бумажно-пропитанной изоляцией; обладающей самослипаемостью, высокими адгезионными свойствами к комплектующим муфты, технологичностью в процессе изготовления и использования.
Технический результат от использования изобретения заключается в создании полимерной композиции для регулирования напряженности электрического поля, обеспечивающей равномерное распределение электрического напряжения и защиту от проникновения масла и его паров в муфтах, соединяющих кабели с бумажно-пропитанной изоляцией; обладающей самослипаемостью, высокими адгезионными свойствами к комплектующим муфты, технологичностью в процессе изготовления и использования.
Это достигается тем, что полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля, содержащая полимер, токопроводящий наполнитель и неорганический диэлектрический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью, согласно изобретения, в качестве полимера содержит бутадиен-нитрильный каучук, в качестве токопроводящего наполнителя измельченный ильменитовый концентрат, дополнительно в качестве пластификатора содержит эфир фталевой кислоты из ряда диоктилфталат, диметилфталат, диоктилсебацинат и дополнительно в качестве адгезионной добавки содержит нефтеполимерную смолу фракции С9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Бутадиен-нитрильный каучук | 15-25 |
| Диоксид титана | 40-60 |
| Ильменитовый концентрат | 15-25 |
| Пластификатор | 5-15 |
| Нефтеполимерная смола фракции С9 | 5-7 |
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного электроизоляционного материала, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Полярный бутадиен-нитрильный каучук марки БНКС обеспечивает высокую маслостойкость и повышенную диэлектрическую проницаемость в сравнении с другими известными полимерами.
Введение пластификатора повышает пластичность и морозостойкость полимерной композиции, облегчает условия ее переработки. В качестве пластификатора применяются эфиры фталевой кислоты из ряда диоктилфталат, диметилфталат, диоктилсебацинат.
Нефтеполимерная смола фракции С9 применяется качестве адгезионной добавки, которая улучшает поверхностный контакт, адгезию и технологичность композиции при применении.
В качестве неорганического диэлектрического наполнителя с высокой диэлектрической проницаемостью применяется диоксид титана с содержанием основного вещества не менее 90%.
В качестве токопроводящего наполнителя применяется измельченный ильменитовый концентрат. Измельченный ильменитовый концентрат содержит не менее 63,0 мас. % диоксида титана и Al2O3 не более 3,0; SiO2 не более 2,0; Fе2О3≈30,0, прочие 2,0%. Практически вся масса измельченного концентрата (98%) представлена мелкозернистой фракцией, крупностью - 0,045 мм. В уровне техники отсутствует информация о том, что ильменитовый концентрат используется в полимерных композициях, регулирующих напряженность электрического поля, в качестве наполнителя. Введение в полимерную композицию указанного количества измельченного ильменитового концентрата вышеназванного химического состава и дисперсности привело не к снижению удельного объемного электрического сопротивления и электрической прочности, а неожиданно к сохранению основных электрических свойств полимерной композиции, что ранее никем не было замечено, и данный технический результат обусловлен неизвестными до настоящего времени свойствами компонентов этой композиции и связей между ними. Впервые экспериментально подтверждена возможность применения измельченного ильменитового концентрата в составе электроизоляционных полимерных материалов, регулирующих напряженность электрического поля.
Композиция изготавливается в смесителе лопастного типа путем механического смешения всех компонентов, а затем подается в экструдер для формования композиции в виде ленты или пластин заданных геометрических размеров.
Композиция испытана по следующим показателям:
1. Диэлектрическая проницаемость.
2. Электрическая прочность, кВ/мм.
3. Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом×см.
4. Прочность связи с алюминием при отслаивании, Н/м.
5. Маслостойкость при температуре 100°С в течение 24 часов, %.
6. Самослипаемость.
Испытания проводились по стандартным методикам для полимерных электроизоляционных материалов. Самослипаемость оценивалась визуально. За критерии оценки взяты следующие требования к материалам:
- диэлектрическая проницаемость не менее 10;
- электрическая прочность не менее 15 кВ/мм;
- удельное объемное электрическое сопротивление 1010-1012 Ом×см;
- прочность связи с алюминием при отслаивании не менее 2000 Н/м;
- маслостойкость при температуре 100°С в течение 24 ч не более 12%;
- материал должен обладать самослипаемостью для исключения образования воздушных пустот при намотке ленты.
В таблице 1 представлены варианты предлагаемой полимерной композиции. 
В таблице 2 приведены свойства предлагаемой полимерной композиции
Как видно из представленных данных, предлагаемая полимерная композиция обладают высокими электроизолирующими, адгезионными, и маслостойкими свойствами.
Введение диэлектрического наполнителя в количестве от 40 до 60 мас. % обеспечивает требуемый уровень диэлектрической проницаемости и электрической прочности композиции. Кроме того, частицы неорганического наполнителя, имеющие высокую диэлектрическую проницаемость, обеспечивают дополнительный перенос заряда за счет увеличения емкостной проводимости внутри полимерной композиции, что позволяет создать в нем равномерное распределение напряженности электрического поля. Увеличение массовой доли наполнителей приводит к ухудшению адгезионных характеристик, самослипаемости и снижению маслостойкости композиции, пример 1. Снижение массовой доли наполнителей, пример 5, приводит к снижению диэлектрической проницаемости.
Введение в полимерную композицию измельченного ильменитового концентрата в качестве токопроводящего наполнителя в количестве 15-25% позволяет получить композицию с требуемым уровнем электроизоляционных свойств. Удельное объемное электрическое сопротивление составляет ρv=1010-1012 Ом×см.
Полимерная композиция во всех представленных примерах обладает высокой маслостойкостью, не более 5% при 100°С, что обеспечивается выбранным бутадиен-нитрильным каучуком.
Оптимальными характеристиками для регулирования и выравнивания напряженности электрического поля кабельной арматуры в местах склеек и концевых заделов обладает композиция, указанная в примерах 2, 3 и 4, в которых диэлектрическая проницаемость не менее 10, электрическая прочность не менее 15 кВ/мм, удельное объемное электрическое сопротивление 1010-1012 Ом×см, а адгезия к алюминию не менее 2000 Н/м.
Предлагаемая полимерная композиция пластична, обладает хорошей самослипаемостью и самоклеящей способностью к материалам в конструкции кабельной арматуры, что позволяет создать плотную монолитную структуру намотки ленты при монтаже кабельной арматуры. Полученный материал характеризуется также более простой технологией изготовления и применения, не требует дополнительного подогрева при монтаже, что значительно повышает технологичность полимерной композиции в отличие от наиболее близкого аналога.
Предлагаемая композиция была проверена в промышленных условиях. Испытывалась полимерная композиция в виде ленты и пластин при изготовлении кабельной арматуры из термоусаживаемого полиэтилена напряжением до 35 кВ. Испытания подтвердили ожидаемые свойства, а именно:
-диэлектрическая проницаемость не менее 10;
- электрическая прочность не менее 15 кВ/мм;
- прочность связи с алюминием при отслаивании не менее 2000 Н/м;
- удельное объемное электрическое сопротивление 1010-1012 Ом×см;
- маслостойкость при температуре 100°С в течение 24 ч не более 12%;
- самослипаемость маслостойкой полимерной композиции.
Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от ближайшего аналога и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.
Литература
1. ЕР, патент №0035271, А1, 09.09.1981.
2. RU патент №2 540412 С2, 07.12.2010.
3. RU патент №2111568 С1, 21.05.1996.
Claims (2)
- Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля, содержащая полимер, токопроводящий наполнитель и неорганический диэлектрический наполнитель с высокой диэлектрической проницаемостью, отличающаяся тем, что в качестве полимера содержит бутадиен-нитрильный каучук, в качестве токопроводящего наполнителя измельченный ильменитовый концентрат, дополнительно в качестве пластификатора содержит эфир фталевой кислоты из ряда диоктилфталат, диметилфталат, диоктилсебацинат и дополнительно в качестве адгезионной добавки содержит нефтеполимерную смолу фракции С9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Бутадиен-нитрильный каучук 15-25 Диоксид титана 40-60 Ильменитовый концентрат 15-25 Пластификатор 5-15 Нефтеполимерная смола фракции С9 5-7
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020101570A RU2721173C1 (ru) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020101570A RU2721173C1 (ru) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2721173C1 true RU2721173C1 (ru) | 2020-05-18 |
Family
ID=70735265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020101570A RU2721173C1 (ru) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721173C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750120C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-06-22 | Общество с ограниченной ответственностью «Завод герметизирующих материалов» | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3170369D1 (en) * | 1980-03-03 | 1985-06-13 | Minnesota Mining & Mfg | Elastomeric composition for providing electrical stress control |
| RU2111568C1 (ru) * | 1996-05-21 | 1998-05-20 | Михаил Зельманович Тененбаум | Полимерный композиционный материал |
| RU2327721C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Полимерная композиция для покрытий |
| CN104693586A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-10 | 大连联合高分子材料有限公司 | 10-25kV电压等级电应力控制热缩管及其制备方法 |
| US9390833B2 (en) * | 2009-12-14 | 2016-07-12 | 3M Innovative Properties Company | Method of making an electrical stress control device having a dielectric material with non-linear dielectric constant |
-
2020
- 2020-01-14 RU RU2020101570A patent/RU2721173C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3170369D1 (en) * | 1980-03-03 | 1985-06-13 | Minnesota Mining & Mfg | Elastomeric composition for providing electrical stress control |
| RU2111568C1 (ru) * | 1996-05-21 | 1998-05-20 | Михаил Зельманович Тененбаум | Полимерный композиционный материал |
| RU2327721C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Полимерная композиция для покрытий |
| US9390833B2 (en) * | 2009-12-14 | 2016-07-12 | 3M Innovative Properties Company | Method of making an electrical stress control device having a dielectric material with non-linear dielectric constant |
| CN104693586A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-10 | 大连联合高分子材料有限公司 | 10-25kV电压等级电应力控制热缩管及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750120C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-06-22 | Общество с ограниченной ответственностью «Завод герметизирующих материалов» | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7320762B2 (en) | Polymer compound with nonlinear current-voltage characteristic and process for producing a polymer compound | |
| CA2782792C (en) | Dielectric material with non-linear dielectric constant | |
| US4361723A (en) | Insulated high voltage cables | |
| CN100343925C (zh) | 含有低分子量聚乙烯加工助剂的ptc导电组合物 | |
| US3096210A (en) | Insulated conductors and method of making same | |
| US5554679A (en) | PTC conductive polymer compositions containing high molecular weight polymer materials | |
| EP2223309A1 (en) | Electric article comprising at least one element made from a semiconductive polymeric material and semiconductive polymeric composition | |
| RU2721173C1 (ru) | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля | |
| US3155631A (en) | Semi-conductor, containing ethylene/ethyl acrylate copolymer, petroleum wax and carbon black | |
| US4666971A (en) | Thermal-sensitive insulating composition comprising cured acrylonitrile butadiene carboxylic acid rubbers containing filler materials | |
| CA3043440C (en) | Electrical field grading material and use thereof in electrical cable accessories | |
| US4617454A (en) | Thermal-sensitive insulating composition and method, and article and apparatus incorporating same | |
| WO2002072686A2 (en) | Ptc conductive polymer compositions | |
| WO2016000735A1 (en) | Power transmission cable | |
| JP2005508073A (ja) | Ｐｔｃ導電性高分子組成物 | |
| JPH0822716A (ja) | 高誘電率絶縁ゴム材料 | |
| US4616124A (en) | Electric hot-spot detection apparatus and electric heating apparatus | |
| RU2750120C1 (ru) | Полимерная композиция для регулирования напряженности электрического поля | |
| KR0153409B1 (ko) | 고온하에서 ptc 특성을 갖는 발열체 조성물 | |
| JPS6250924B2 (ru) | ||
| AU2020239160B2 (en) | Elastomeric material | |
| JPH0547215A (ja) | 直流電力ケーブル用絶縁材料 | |
| US336018A (en) | Composition for insulating electric wires | |
| US2253138A (en) | Electrical cable | |
| JPH0475601B2 (ru) |