DE69025947T2

DE69025947T2 - Stromkabel

Info

Publication number: DE69025947T2
Application number: DE1990625947
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujui; Yoshiyuki Inoue; Mineya Kuno; Shigeki Ohsawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: EP0491066B1; JP2675144B2; DE69025947D1; JPH0322309A; EP0491066A1; DK0491066T3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein massives isoliertes Energiekabel (Starkstromkabel), beispielsweise ein mit vernetztem Polyethylen isoliertes Energiekabel, das für den unterirdischen Energietransport verwendet werden soll.

Hintergrund der Erfindung

Massive isolierte Energiekabel (Starkstromkabel) insbesondere mit vernetztem Polyethylen isolierte Energiekabel (Starkstromkabel) werden in großem Umfange als Energietransportkabel anstelle der konventionellen OF-Kabel verwendet wegen ihrer leichten Herstellung und Wartung.
Es ist bekannt, daß dann, wenn massive isolierte Energiekabel (Starkstromkabel) in einer Wasser enthaltenden Atmosphäre verwendet werden, ein Defektphänomen auftritt, das als Wasserbaum bezeichnet wird, und diese einem Durchschlag (Bruch) der Isolierung unterliegen.
Um das obengenannte Defektphänomen zu verhindern, wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen.
So wird beispielsweise in JP-A-51-17588 (der Ausdruck "JP- A" bezieht sich auf eine "ungeprüfte publizierte japanischen Patentanmeldung") die Verwendung einer Zusammensetzung vorgeschlagen, die Polyolefin und ein zugesetztes Ethylen/Vinylacetat-Copolymer enthält, als Kabelisolator vorgeschlagen. In JP-A-54-60346 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem 0,01 bis 5 Gew.-Teile eines Carbonsäure- Metallsalzes mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, das nicht mehr als 24 Kohlenstoffatome enthält, einer vernetzten Polyethylen-Zusammensetzung zugesetzt werden.
In JP-A-54-52 155 ist (nach "Chem. Abstracts", 91: 75 355 g) eine ähnliche Zusammensetzung beschrieben, die umfaßt eine Mischung aus einem Polyolefin, auf das ein Silan aufgepfropft ist, ein nicht-kristallines Olefin-Polymer und einen Vernetzungskatalysator. Die Zusammensetzung kann vernetzt werden zur Herstellung eines wärmbeständigen Überzugs für Elektrokabel.
Bisher wurde jedoch kein zufriedenstellendes Verfahren zur Verhinderung des Defektphänomens vorgeschlagen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiekabel (Starkstromkabel) bereitzustellen, bei dem die Bildung des Wasserbaums sehr wirksam verhindert wird.
Weitere Ziele und Effekte der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor. Es wurde nun gefunden, daß dann, wenn eine Zusammensetzung, die umfaßt mindestens 25 Gew.-% eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymer- Harzes, das 25 bis 33 Gew.-% Vinylacetat enthält, und 65 bis 75 Gew.-% Polyethylen, wobei das Polyethylen in seiner Molekülkette durch Copolymerisation oder Pfropfpolymerisation Vinyltrimethoxysilan enthält, und die Zusammensetzung eine schwermetallorganische Verbindung als Vernetzungs-Katalysator enthält, als Kabelisolierschicht verwendet wird, eine sehr lange Aufliegezeit (Haltbarkeit) bei der Energieübertragung im im Wasser eingetauchten Zustand erhalten werden kann, verglichen mit dem Fall, daß eine Zusammensetzung, die das konventionelle Polyethylen und das gleiche Ethylen/Vinylacetat-Copolymer-Harz wie oben enthält, verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Energiekabel (Starkstromkabel), das umfaßt einen elektrischen Leiter, auf dem sich eine Isolierschicht befindet, die umfaßt eine Zusammensetzung, die enthält mindestens 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymer-Harzes mit einem Vinylacetatgehalt von 25 bis 33 Gew.-% und 65 bis 75 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, Polyethylen, wobei das Polyethylen in seinem Molekül durch Copolymerisation oder Pfropfpolymerisation Vinyltrimethoxysilan enthält, wobei die Zusammensetzung eine Schwermetallorganoverbindung in einer Menge von 0,005 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, als Vernetzungskatalysator enthält, und die Isolierschicht durch die Vernetzungsreaktion der Trimethoxysilangruppen in dem Polyethylen in Gegenwart von Wasser vernetzt ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Der Gehalt an Vinyltrimethoxysilan in dem Polyethylen beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Polyethylens.
Die Schmelzflußrate (MFR) des Ethylen/Vinylacetat-Copolymers beträgt vorzugsweise 0,1 bis 30, besonders bevorzugt 0,3 bis 5. Die MFR des Polyethylens beträgt vorzugsweise 0,1 bis 30, besonders bevorzugt 0,3 bis 5.
Das Ethylen/Vinylacetat-Copolymer und das Polyethylen, die erfindungsgemäß verwendet werden, können nach konventionellen Verfahren hergestellt werden. So kann beispielsweise das Ethylen/Vinylacetat-Copolymer nach Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise in Stamicarbon: NL-A-6 614 767 (19. April, 1968); Monsanto: GB-A-979 522 (6. Januar, 1965); National Distillers & Chem. Corp.: FR- A-1 381 859 (11. Dezember, 1964); ditto: NL-A-6 605 948 (7. November, 1966); ditto: FR-A-1 477 186 (14. April, 1967) und ICI: GB-A-497 648 (1938), beschrieben sind. Das Polyethylen kann nach Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise in JP-B-62-23777 (der Ausdruck "JP-B" bezieht sich auf eine "geprüfte japanische Patentpublikation") und in JP-A-28-48540 beschrieben sind.
Das erfindungsgemäß verwendete Ethylen/Vinylacetat-Copolymer hat einen Vinylacetat-Gehalt von 25 bis 33 Gew.-%, vorzugsweise von 25 bis 30 Gew.-%.
Der Gehalt an der schwermetallorganischen Verbindung beträgt 0,005 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,02 bis 0,2 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung. Zu Beispielen für die schwermetallorganische Verbindung gehören Salze von Carbonsäuren, wie Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndioctanat, Zinn(II) acetat, Zinn(II) octanat, Bleinaphthenat, Zinkcaprylat, Eisen-2- ethylhexanat, Kobaltnaphthenat; und Chelatverbindungen wie Titansäuretetrabutylester, Titansäuretetranonylester, Bis(acetylacetonitril)diisopropyltitanat. Unter diesen werden die Organozinnverbindungen erfindungsgemäß bevorzugt verwendet und Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat und Dibutylzinndioctanat werden erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet.
Vom Standpunkt der mechanischen Eigenschaften für eine Langzeitverwendung aus betrachtet enthält das mit Silan vernetzte Polyethylen vorzugsweise Antioxidationsmittel.
Zu Beispielen für die Antioxidationsmittel gehören 4,4'- Thiobis(6-tert-butyl-3-methylphenol), 2,2'-Methylenbis(6- tert-butyl-4-methylphenol), Dilauryl-3,3'-thiodipropionat, Distearyl-3,3'-dipropionat, Tetrakis(methylen-3-(3',5'-di- tert-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propionat)methan, Pentaerythrit-tetrakis (β-laurylthiopropionat), n-Octadecyl-3- (3',5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionat.
Außerdem kann das mit Silan vernetzte Polyethylen Gleitmittel, wie Stearinsäure, Zinkstearat, Calciumstearat, Magnesiumstearat und Ölsäureamid, in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Polyethylens, sowie Ruß in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Polyethylens, enthalten.
Ruß kann als Pigment zum Färben zugegeben werden. Es können auch andere Pigmente zum Färben zugegeben werden.
Die übrigen Merkmale des erfindungsgemäßen Energiekabels (Starkstromkabels), wie z.B. der elektrische Leiter, eine innere Halbleiterschicht, eine äußere Halbleiterschicht, eine äußere Hülle und dgl., unterliegen keinen speziellen Beschränkungen und können nach konventionellen Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise in T. Hayami, "CV Keburu (CV Cable)", publiziert von Korona-sha, Japan, 30. September 1986, beschrieben sind.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel im Detail beschrieben, die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.

Beispiel

Polyethylen, mit Silan vernetztes Polyethylen, ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymer-Harz (abgekürzt als "EVA-Harz" bezeichnet), ein Antioxidationsmittel (4,4'-Thiobis-(6- tert-butyl-3-methylphenol)) und ein organisches Peroxid (Dicumylperoxid) wurden in einen Banbury-Mischer mit der in der Tabelle 1 angegebenen Formulierung gemischt und pelletisiert.
Auf einen verdrillten Kupferdraht-Leiter mit einer Querschnittsfläche von 38 mm² wurden eine 1 mm dicke innere Halbleiterschicht ("NUCV-9561", ein Ethylen/Ethylacrylat- Copolymer, das Ruß, organisches Peroxid und Antioxidationsmittel enthielt, hergestellt von der Firma Nippon Unicar Co., Ltd.), und eine 3 mm dicke Isolierschicht (Zusammensetzungen wie in der Tabelle 1 angegeben) und eine 1 mm dicke äußere Halbleiterschicht ("NUCV-9561", hergestellt von der Firma Nippon Unicar Co., Ltd.) in der genannten Reihenfolge extrudiert.
Dann wurde in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 eine Vernetzung durchgeführt durch Erhitzen mit einer Infrarotstrahlungs-Heizvorrichtung in einer Stickstoffgasatmosphäre, während in den anderen Fällen die Vernetzung durchgeführt wurde durch 100-stündiges Eintauchen in heißes Wasser, das bei 60ºC gehalten wurde.
An diese 14 Typen von erhaltenen Kabeln wurde eine elektrische Wechselspannung von 60 Hz und 30 kV angelegt, während sie in Wasser von 60ºC gehalten wurden, und es wurde die Zeitspanne, bis ein Durchschlag (Zusammenbruch) der Isolierung verursacht worden war, bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 als Relativwerte angegeben, wobei die Durchschlagszeit des Vergleichsbeispiels 1 auf 1,0 festgesetzt wurde. Tabelle 1 Beispiel Polyethylen mit Silan vernetztes Polyethylen Zusammensetzung EVA-Harz Antioxidationsmittel organisches Peroxid relative Aufliegezeit in in Wasser eingetauchtem Zustand (bezogen auf diejenige des Vergleichsbeispiels 1 als 1) Tabelle 1 - Fortsetzung Beispiel Polyethylen mit Silan vernetztes Polyethylen Zusammensetzung EVA-Harz Antioxidationsmittel organisches Peroxid relative Aufliegezeit in in Wasser eingetauchtem Zustand (bezogen auf diejenige des Vergleichsbeispiels 1 als 1)

Fußnoten:

1) Das mit Silan vernetzte Polyethylen A wurde erhalten durch Copolymerisieren von Ethylen und Vinyltrimethoxysilan (Dichte = 0,924, MFR = 0,7);
das mit Silan vernetzte Polyethylen B wurde erhalten durch Pfropfaddition von Vinyltrimethoxysilan auf Polyethylen mit Dicumylperoxid als Katalysator (Dichte = 0,924, MFR = 0,7);
in beiden Fällen wurde Dibutylzinndilaurat als Vernetzungsmittel zum Zeitpunkt der Silanvernetzung zugegeben.
2) Polyethylen, MFR = 1,0, Dichte = 0,92 g/cm³
3) Die EVA-Harze waren folgende:
EVA-Harz A: Vinylacetatgehalt = 28 Gew.-%, MFR = 20
EVA-Harz B: Vinylacetatgehalt = 25 Gew.-%, MFR = 3
EVA-Harz C: Vinylacetatgehalt = 33 Gew.-%, MFR = 30
EVA-Harz D: Vinylacetatgehalt = 19 Gew.-%, MFR = 15
EVA-Harz E: Vinylacetatgehalt = 41 Gew.-%, MFR = 65
4) Wassereintauch-Bedingungen:
heißes Wasser, das bei 60ºC gehalten wurde, Wechselstrom 60 Hz, 30 kV (10 kV/mm).
Aus den Ergebnissen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 2 ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Energiekabel (Starkstromkabel) längere Aufliegezeiten (Haltbarkeiten) in im Wasser eingetauchten Zustand aufweisen als diejenigen Kabel mit einer Isolierschicht aus einem vernetzten Polyethylen, die das konventionelle Polyethylen und EVA-Harz oder nur ein mit Silan vernetztes Polyethylen enthält.
Darüber hinaus sind die Aufliegezeiten (Haltbarkeiten) der erfindungsgemäßen Energiekabel (Starkstromkabel) offensichtlich länger als diejenigen, die aus der Kombination des vernetzten Polyethylens mit zugemischtem EVA-Harz und nur einem mit Silan vernetzten Polyethylen erwartet wurden. Es ist daher klar, daß erfindungsgemäß ein überraschendes Ergebnis erzielt werden kann.
Aus den Ergebnissen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 und der Beispiele 1 und 2 ist zu ersehen, daß das mit Silan vernetzte Polyethylen, das durch Copolymerisation von Ethylen und Vinyltrimethoxysilan erhalten wurde, und das mit Silan vernetzte Polyethylen, das durch Pfropfpolymerisation von Vinyltrimethoxysilan auf Polyethylen mit Dicumylperoxid als Katalysator erhalten wurde, beide einen überlegenen erfindungsgemäßen Effekt ergeben, die ähnlich zueinander sind.
Aus den Ergebnissen der Beispiele 1, 3 und 4 und der Vergleichsbeispiele 5 und 6 ist zu ersehen, daß ein ausgeprägter signifikanter Effekt erhalten werden kann bei Verwendung eines EVA-Harzes mit einem Vinylacetat-Gehalt von 25 bis 33 Gew.-%.
Darüber hinaus ist aus den Ergebnissen der Beispiele 1, 5 und 6 und der Vergleichsbeispiele 7 und 8 zu ersehen, daß die Menge des verwendeten EVA-Harzes vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, beträgt. Das heißt, wenn der EVA-Harz-Gehalt weniger als 25 Gew.-% oder mehr als 35 Gew.-% beträgt, nimmt der Effekt der Erhöhung des elektrischen Anwendungseffekts im im Wasser eingetauchten Zustand ab.
In den erfindungsgemäßen Energiekabeln (Starkstromkabeln) ist die Aufliegezeit (Haltbarkeit), wenn Elektrizität in einem im Wasser eingetauchten Zustand hindurchgeleitet wird, d.h. die Zeit, bis ein Isolierungsdurchschlag erreicht wird, deutlich länger. Daher können die erfindungsgemäßen Energiekabel (Starkstromkabel) wesentlich wirksamer als Energiekabel (Starkstromkabel) für die unterirdische Energieübertragung verwendet werden, die häufig unter solchen Bedingungen eingesetzt werden, daß sie von Feuchtigkeit umgeben sind.

Claims

1. Energiekabel (Starkstromkabel), das umfaßt einen elektrischen Leiter mit einer darauf befindlichen Isolierschicht, die umfaßt eine Zusammensetzung, enthaltend mindestens 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymerharzes mit einem Vinylacetatgehalt von 25 bis 33 Gew.-%, und 65 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, Polyethylen, wobei das Polyethylen in seinem Molekül durch Copolymerisation oder Pfropfpolymerisation Vinyltrimethoxysilan enthält, die genannte Zusammensetzung eine schwermetallorganische Verbindung in einer Menge von 0,005 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, als Vernetzungskatalysator enthält und die Isolierschicht durch die Vernetzungsreaktion der Trimethoxysilangruppen in dem Polyethylen in Gegenwart von Wasser vernetzt worden ist.

2. Energiekabel nach Anspruch 1, worin das Polyethylen das Vinyltrimethoxysilan in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Polyethylens, enthält.

3. Energiekabel nach Anspruch 2, worin das Polyethylen das Vinyltrimethoxysilan in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Polyethylens, enthält.

4. Energiekabel nach Anspruch 1, worin das Ethylen/Vinylacetat-Copolymer eine Schmelzflußrate (MFR) von 0,1 bis 30 und das Polyethylen eine Schmelzflußrate (MFR) von 0,1 bis 30 aufweisen.

5. Energiekabel nach Anspruch 4, worin das Ethylen/Vinylacetat-Copolymer eine Schmelzflußrate (MFR) von 0,3 bis 5 und das Polyethylen eine Schmelzflußrate (MFR) von 0,3 bis 5 aufweisen.

6. Energiekabel nach Anspruch 1, worin das Ethylen/Vinylacetat-Copolymer einen Vinylacetatgehalt von 25 bis 30 Gew.-% aufweist.

7. Energiekabel nach Anspruch 1, worin die schwermetallorganische Verbindung eine Organozinnverbindung ist.

8. Energiekabel nach Anspruch 7, worin die schwermetallorganische Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinndiacetat und Dibutylzinndioctanat.

9. Energiekabel nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung die schwermetallorganische Verbindung in einer Menge von 0,02 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, enthält.