NO753499L - - Google Patents

Description

Formet, tverrbundet materiale til elektriske formål

Foreliggende oppfinnelse angår polymere komposisjoner for

elektrisk bruk.

I en kontinuerlig beskyttet eller skjermet høyspennings-kabel er det elektriske felt ens langs kabelens akse, og det er variasjon i feltet bare i radial retning. Avstanden mellom de elektriske flukslinjer og mellom ekvipotensiale-linjene er mindre i lederregionen enn annen steds, som vist ved følgende ligning:

hvor Ex = elektrisk belastning (stress) ved punkt X, i vekt/mm x = avsatnd fra senter av kabel i mm Vo = radius av kabel over isolasjon

r = radius avkabelleder

Således er belastningen en funksjon av kabelens geometri og i praksis er isolasjonstykkelsen tilstrekkelig til å opprett-holde belastninger ved akseptable nivåer for den angjeldende leder.

Når en slik kabel avsluttes, fjernes skjermen eller beskyttelsen i en slik avstand at elektriske gjennomslag langs overflaten av isolasjonen fra lederen til beskyttelsen eller skjermen

ikke oppstår. Fjerning av denne skjerm eller beskyttelse bevirker diskontinuitet av det elektriske..felt slik at det er stor elektriske belastninger ve endepunktet av denne beskyttelse eller skjerm. For å dempe denne belastning og således forhindre svikt av kabelen mot driftstans, er det blitt utviklet et antall metoder for å tilveiebringe tilstrekkelig belastningskontroll. Blandt disse metoder kan nevnes anvendelse av belastningskonuser (pre-støpt eller halv-fabrikata) , motstandsdyktige belegg eller ikke-lineære bånd.

Belastningskonuser forlenger beskyttelsen eller skjermen til kabelen ved bruk av et ledende materiale slik wire, metallfolie eller bånd på deler av overflaten av en isolerende konus. Konusen kan være fremstilt fra bånd av plast eller papir, epoxyharpikser, gummier etc. Belastningskonuser øker således kabelens diameter ved diskontinuiteten og reduserer således belastningen. De krever således betydelig rom i tillegg til kabeldiameteren og krever vanligvis dyktighet og tid for montering på kabelen.

Pre-støpte belastningskonuser av påglidningstypen kan også anvendes, men deres forstyrrelsestilpasningsegenskaper betyr at både kabelen og konusen må fremstilles med snevret toleransegrense for å oppnå optimal beskyttelse. Det har også vært foreslått å fremstille belastningskonuser ved oppbygning av lag av forskjellige lengder av varmekrympbare slanger, men slike konuser er ikke praktiske da denne metode er meget tidskrevende og medfører mulighet for interlaminære hulrom.

Motstandsdyktige belegg på overflaten av isolasjonen fra lederen til beskyttelsen vil redusere belastningen ved at tilstrekkelig strøm ledes til å tilveiebringe en hovedsakelig lineær spen-ningsfordeling. Den høye motstand som er nødvendig for å oppnå dette og for å forhindre avledning av en økende mengde kraft, er relativt kritisk og må holde en konstant verdi i drift for å være tilfredsstillende. Dette er meget vanskelig å oppnå i praksis og slike belegg er ikke nå i vanlig bruk.

Overtrekk av på forhånd dannede hylser, emballerte bånd slik som de basert på,PVC, eller tørre, belegg., men en ikke-lineær elektrisk motstandskarakteristikk. har også vært foreslått for å tilveiebringe belastningskontroll. Disse overtrekk har den ulempe at effektiv belastningskontroll generelt bare erholdes ved omhygge-lig og nøyaktig påvøring av overtrekket og at materialene aldres hurtigere ved forhøyede temperaturer, slik at brudd oppstår i dekk-laget og derved ødelegger effektiviteten av belastningskontrollen.

Det har også vært foreslått å anvende som et materiale med ikke-lineær elektrisk motstandskarakteristikk, en potensiell varme-krympbar polymer med udispergert partikkelformig siliconcarbid. Materialet kan bearbeides til en varmekrympbar gjenstand, f.eks. en salnge, ved støping eller ekstrudering i forbindelse med de vanlige prosedyrer for fremstilling av varmekrympbare polymerer (se f.eks. US patentskrift nr. 2 027 962 og 3 086 242). Siliconcarbider har den ulempe at det i form av de meget' fine partikler som fortrinnsvis anvendes er meget kostbart og at det ved de relativt høye nødvendige konsentrasjoner, f.eks. 40 volum% basert på polymeren, oppstår be-arbeidingsproblemer på grunn av det faktum at cilieoncarbid er meget slipende, hvilket kan bevirke betydelig slitasje av prosess-. utstyr slik som blandere, to-valsemøller, ekstrusjonsdyser etc. Ennvidere kan de ikke-lineære elektriske motstandskarakteristikker til de siliconcarbid-fyllte polymerer av kjent type ikke varieres noe særlig.

Med uttrykket "ikke-lineær elektrisk motstand" menes at den elektriske motstand til det angjeldende materiale varierer med spenningen over materialet, dvs. strømmen I som strømmer gjennom materialet når en spenning V påtrykkes over materialet oppfyller

Y

hovedsakelig forholdet: I = KV hvor K er en konstant og y er en konstant større enn 1. For lineære materialer er y lik 1.

Følgelig foreligger det et behov for materialer som kan anvendes for å bevirke belastningskontroll over overflater av høy-spenningsisolasjon uten de ulemper som gjenstander ifølge teknikkens stand er beheftet med.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt elektrisk apparatur til anvendelse mot høye elektriske belastninger, innbefattet et belastningskontrollmateriale med ikke-lineær elektrisk motstandskarakteristikk,'hvilket materiale, innbefatter et polymert materiale hvori det er dispergert en eller flere partikkelformige for^bindelser valgt fra gruppen bestående av:

(i) Forbindelser med en perovskit krystallstruktur,

(ii) forbindelser med en spinellkrystallstruktur forskjellige fra yF^O^ og spinell i seg selv,

(iii) forbindelser med en invers spinellkrystallstruktur,

(iv) forbindelser med blandet spinellkrystallstruktur,

(v) bikalkogenider av overgangsmetaller,

(vi) ferroelektriske materialer slik som AgJ, berlinerblått,

Rochell-salt og beslektede tartrater, forbindelser av formelen KE^ iO^ hvor X er K, Rb eller Cs og Y er P eller As, f.eks. kaliumdihydrogenfosfat, (NI^^SO^, ammonium-fluorberyllat, thiourea og triglycensulfat,

(vii) Si3H4,

hvilken partikkelformig forbindelse foreligger i en mengde på minst 10 vekt% basert på polymeren og i en mengde slik at verdien av y ved belastninger mellom 0,01 kV/mm og 10 kV/mm er minst 1,5. Fortrinnsvis er verdien av y minst 1,5 ved en belastning under 5 kV/mm.

I tillegg til de materialer som er oppført i punktene (i) til (Vii), kan materialet omfatte én eller flere partikkelformige elektrisk ledende fyllstoffer.

Som forbindelser av type (i) kan nevnes f.eks. forbindelser av generelle formler: (a) ABC)3hvor A betegner Ca, Sr, Ba, Pb, Mg, Zn,. Mi eller Cd og B betegner Ti, Zr, Hf, Sn, Ce eller Tc eller A betegner et skjeldent jordmetall og B betegnet Al, Se, V, Cr, Mn, Fe, Co eller Ga, (b) KBF 2 hvor B betegner Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu eller Zn, eller (c) ATiS3nvor A betegner Sr eller Ba, og AZrS^ hvor A betegner Ca, Sr, Ba.

Spesielt kan nevnes BaTi03, BaSnO^og SrTiO^og de etter-følgende, som fortrinnsvis anvendes i blanding med et partikkelformig ledende fyllstoff: BaZr03, CaTiC>3, CaSn03, CnZr03, MgSn03, PbSn03, MgZr03, NiTi03og blandet zinktitanat.

Som forbindelser av type (ii) kan f.eks. nevnes forbindelser av generelle formler: (d)A,,B2',,.04hvor A betegner Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn eller Cd etc. og B betegner Al, Cr, Fe, Mn, Co eller V, forutsatt at når A betegner Mg, kan B ikke betegne Al, eller

(e) A<IV>B''204hvor AIV betegner Ti eller Sn og B beregner Zn eller Co, Ni, Mn, Cr, Cd.

Spesielt kan nevnes CoAl2<0>4, CuCr204, CuMn204, CuFe204, CoFe204, ZnFe204, barium og strontiumferrit (f.eks. BaFe^O-^) som er av magnetoplumbitstruktur er også egnet.

Som forbindelser av type (iii) kan f.eks. nevnes; (f) Fe'" (Mg"Fe"')04, Zn"'(Ni"Fe"')04, Fe"'(Cr"Fe")04, Co"(Co"SnIV)04, In"' (Mg"In"')04, Zn"(Zn"Ti )04 , Zn"(Zn"Sn1*)04,Li2V204, Fe2 5LiQ°9spesielt Mn304, Co304, Fe304og svakt ikke-støkiometriske varianter derav, f.eks. Fe203.0.8FeO.

Som forbindelser av type (iv) kan f.eks. nevnes "Bayer Fast Black 100" (som fremkommer ved sintring av 50 % C0203, 40 % Fe203 og 10 vekt% CuO), "Bayer 303T" (en blandet fasepigment på ca. 2/3 Fe203og 1/3 Mn02), "Harrison Meyer Black" (et Fe-Co-Ni-blandet oxyd) og/" "Columbian Mapico Black" (et syntetisk magnetitt på ca.

22 % FeO og 77 % Fe203).

Som forbindelser av type (v) kanspesielt nevnes MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, Mn02, FeS2, SnC>2 og Cr02.

Si3N4og CoAl2C>4som ovenfor angitt anvendes fortrinnsvis i blanding med et partikkelformig ledende fyllstoff.

Som ledende partikkelformige fyllstoffer kan f.eks. nevnes carbonsort, metalliske pulvere, f.eks. aluminium, krom, kobber, bronse, messing, jern, rustfritt stål, bly, sølv, mangan, zink, Ni/Al og nikkelpulvere, og partikkelformige platinert- eller palla-disert-asbester, -siliciumoxyd, -aluminiumoxyd, og -sténkull.

Forbindelsene kan også anvendes i blanding med silicon-carbidpartikler.

Mengden av de partikkelformige forbindelser og fyllstoffer kan varieres vidt, avhengig av a) de elektriske egenskaper som kreves av materialet, b) den kjemiske natur av forbindelsen og fyllstoffet og c) den kjemiske natur av polymeren. Den ønskede mengde kan bestemmes relativt enkelt ved forsøk. Generelt vil den partikkelformige forbindelse foreligge i en konsentrasjon på minst 10 vekt% av polymeren og særdeleshet skal vektforholdet mellom den partikkelformige forbindelse og polymeren være i området fra 100 - 500 til 100. Det ledende partikkelformige fyllstoff vil vanligvis i en konsentrasjon til maksimalt 40 deler når det gjelder carbon-sort og 100 deler når det gjelder metallpulvere i forhold til 100 vektdeler polymer, forutsatt at Y alltid er større enn én. Typiske verdier for det ledende partikkelformige fyllstoff er innen området 10 - 25 deler (carbonsort) og 50 til 100 (metallpulver) pr. 100 deler polymer.

Partikkelstørrelsene av de partikkelformige forbindelser er fortrinnsvis under ca. 20 mikrometer, fortrinnsvis under 5 mikrometer. Spesielt hvis materialet skal bearbeides til en varme-krympbar gjenstand som senere vil bli beskrevet, vil man oppnå bedre fysikalske egenskaper på gjenstanden jo mindre parrikkelstørrelsen er.

Polymerbasismaterialet kan velges fra et stort område polymerer. Blandinger av to eller flere polymerer kan være ønskeli-ge i enkelte tilfeller og de valgte polymerer vil avhenge i det minste til ■: en viss grad av det formål for hvilket materialet skal anvendes. Eksempler på egnede polymerer enten alene eller i blandinger er som følger: Polyolefiner innbefattet sampolymerer av ethylen med pro-pylen, buten, methylacrylat, ethylacrylat, methylmethacrylat, ethyl-methacrylat, vinylacetat, vinylklorid, vinylpropionat, carbonmonoxyd, maleat, fumarat og itaconestere, terpolymerer av ethylen, vinyl- ■ acetat og olefinisk umettede monocarboxylsyre slik som acryl- eller methacrylsyre. De delvis nøytraliserte former av disse polymerer slik som de ionomeriske harpikser som er ammonium- eller alkali-eller jordalkalimetallderivater: polyvinylklorid, vinylkloridsampoly-merer inneholdende som comonomerer vinylacetat, vinylidenfluorid, dialkylmaleat eller fumarat, naturlig gummi, syntetiske gummier slik som butyl, neopren, ethylenpropylengummi og ethylenpropylen ikke konjugerte dienterpolymerer, silicongummier innbefattet de avledet fra dimethylsiloxan, difenylsiloxan, methylfenylsiloxan, eller methyl-fenylvinylsiloxan eller de såkalte monomethylharpikser slik som Dow-Corning 96083, sampolymerer av siloxaner med carboraner slik som i dexsilserien av harpikser, sampolymerer av siloxaner med styrener etc: fluorcarbonplastiseringsmidler og gummier innbefattet poly-vinylidenfluorid, sampolymerer av vinylidenfluorid og hexafluorpropylen, terpolymerer av vinylidenfluorid, hexafluorpropylen og tetra-fluorethylen, sampolymerer av vinylidenfluorid og 1-hydropentafluor-propen eller .en terpolymer inneholdende disse monomere plus tetra-fluorethylen etc, nitrilgummier, acrylatgummier og polysulfidgummier.

I tillegg er kjemisk modifiserte formler av disse eller andre polymerer også godt egnet, f.eks. klorinert polyethylen, klorsulfonert polyethylen (Hypalon), klorinert gummi. Andre egnede polymerer innbefatter polyurethanelastomerer og plastiseringsmidler, polyestere slik som hytrelgummiene fra duPont, polyethere, epiklor-hydringummier, epoxyharpikser, dodecanmethylenpolypyromollitimid, blokksampolymerer slik som kratongummier som er styren, butadien, styrenblokker eller analoge styrenisopren, styrenblokker, er også egnede. i tillegg er også polymerer basert på ethylenoxyd egnet. Disse polymerer kan inneholde én eller flere konvensjonelt anvendte additiver, f.eks. bearbeidelseshjelpemidler, myknere, stabilisato-rer, anti-oxydanter, koblingsmidler, ytterligere modifiserte eller umodifiserte fyllstoffer og/eller herdesysterner.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også visse nye belastningskontrollmaterialer egnet for anvendelse i den elektriske apparatur ifølge oppfinnelsen.

Materialene kan fremstilles ,ved vanlige fremstillings-metoder, f.eks. ved bruk av indre blandere av Bambury-typen, blande-ekstrudere, dobbelvalsede møller, eller løsningsmiddelblandere med høy hastighet av Silverson-typen eller sigma-løsningsmiddelblandere av Baker Perkins type.

Materialene kan foreligge i form av en formet gjenstand, f.eks. i form av et bånd, film, ekstrudert slange eller støpt gjenstand eller i form av en dispersjon eller løsning derav i en væske, f.eks. som en maling eller ferniss hvilken maling eller ferniss ved tørking vil etterlate et lag av materiale på det.utstyr på hvilket 'malingen eller fernissen er påført. Fortrinnsvis er gjenstanden ifølge oppfinnelsen istand til å forandre form ved oppvarming. Gjenstanden, f.eks. en ekstrudert slange, kan være mekanisk krympbar og i et slikt tilfelle vil gjenstanden være av et elastisk materiale. En foretrukket mekanisk krympbar gjenstand omfatter f.eks. en slange opprettholdt i en radialt'utvidet tilstand av en innven-dig anbragt spiral av en stiv del, hvor fjerning av delen bevirker at slangen gjenopptar den opprinnelige størrelse og form hvorved den kan påføres på en elektrisk apparatur.

Mekanisk utvidbare gjenstander kan utvides umiddelbart før påføring på den elektriske apparatur ved anvendelse av f.eks. nebbetang eller tenger.

I alle tilfeller er det polymere materiale fortrinnsvis tverrbundet.' Fortrinnsvis er gjenstanden varmegjenvinnbar eller er istand til å gjøres varmegjenvinnbar eller er dimensjonsmessig usta-bil. I et slikt tilfelle vil gjenstanden vanligvis være en ekstrudert slange, ekstrudert bånd eller en støpt komponent.

Med uttrykket "varmegjenvinnbar gjenstand", menes en gjenstand som bibeholder sine dimensjoner under lave eller normale temperaturer, men hvor minst én dimensjon reduseres ved oppvarming til'en kritisk temperatur.

Hvis gjenstanden skal være varme-krympbar, er gjenstanden fortrinnsvis fremstilt av egnede tverr-bundne eller tverr-bindbare polymerer. Spesielt egnede polymerer er de varme-krympbare polymerer eller polymerkombinasjoner som er beskrevet i søkerens bri-tiske patentsøknader nr. 40752/72, 4663/69 og 40751/72. Gjenstanden kan gjøres' varmekrympbar ved konvensjonelle metoder,'således fremstilles først materialkonstruksjonen som deretter tverrbindes f.eks. ved bestråling med g- eller ystråler eller kjemiske midler. Gjenstanden ekspanderes deretter til den ønskede grad ved en temperatur ved eller over den kritiske temperatur og gjenstanden avkjøles deretter til en temperatur under den kritiske temperatur mens den opp-rettholdes i ekspandert tilstand. Gjenstandene ifølge oppfinnelsen har f.eks. følgende anvendelser: (i) Isolasjon for elektriske kabler, hvor.denne isolasjon er plassert mellom lederen og det primære dielektrikum eller mellom skjermen av kabelen og det primære dielektrikum.

I det siste tilfelle oppstår en spesielt fordelaktig si-tuasjon idet høyspenningskabelen ikke trenger en normal avslutning. (ii) Isolasjon for elektriske kabler som i denne lagvise konstruksjon som er beskrevet i US patentskrift 3 666 876. (iii) Belastningskontrollovertrekk for elektriske kabelavslut-ninger. Slike belastningskontrollmidler kan være i form av belegg, støpte deler, slanger eller bånd og kan anvendes med eller uten et ytre beskyttende lag, hvis nødvendig. (iv) Belastningskontrollovertrekk for stator-stavender eller endene av isolerte elektriske ledere i maskiner. (v) Belastningskontrollkomponenter i overspenningsavledere. (vi) Tilbehøret til flyvinger for å bortlede statisk elektri-sitet . (vii) Som komponenter til isolatorlegemet hvor materialet kan være det ytre lag eller en indre komponent, forutsatt at det er ikke-avstemt i bruk, således kan det anvendes til hylser eller slanger for å tilveiebringe isolatorer for spenningavbrytelse, etter eller bøssingisolatorer.

Egnede harpikser i hvilke fyllstoffene ifølge oppfinnelsen anvendes for denne anvendelse er fortrinnsvis siliconharpiks og spesielt siliconmethylmethacrylatblokksampoly-merer, polydimethylsiloxanelastomerer og de såkalte mono-methylsiliconharpikser. (viii) Elektriske brytere eller ventiler, dvs. en elektrisk anord-ning som forblir isolerende inntil en kritisk elektrisk belastning påføres over denne, hvorved anordningen gjennom-går en betydelig økning i ledningsevne.

(ix) Som komponenter i carbon-sort-fyllte polymere ledende komposisjoner for å forhindre lokale overopphetninger bevirket av variasjoner i sammensetning eller fabrikka-sjonsteknikken, Slike komposisjoner danner det oppvarmende element av en lineær oppvarmingsremse med et par longitu-dinale elektroder, en i hver ende av remsen, - hvis en longitudinalremse mellom elektrodene har en høyere motstand enn resten vil dette være tilbøyelig til å oppvarmes;

den høyere belastning bevirket at delen med den høyere motstand resulterer imidlertid i en høyere ledningsevne for materialene ifølge oppfinnelsen, som således gir en viss grad av negativ tilbakekobling.

Eksempel 1

Følgende bestanddeler ble blandet sammen i en tovalse-laboratoriemølle ved 110° C.

Det resulterende materiale ble granulert og ekstrudert i form av en slange med en indre diameter på 1,14 cm og en veggtykkelse på 0,23 cm.

Slangen ble deretter tverrbundet ved bestråling med y stråler fra en U 23 5 Spent fuel Source (0,8 MeV energi).

Visse fysikalske egenskaper til den resulterende tverr-bundne slange ble målt og funnet å være som følger:

Slangen ble deretter ekspandert ved 150° C i en standard Reychem ekspander til en indre diameter på 2,54 cm.

Dens elektriske egenskaper ble målt som beskrevet i fig.

6 i de medfølgende tegninger som viser et sidesnitt av den ene av en 11,6/20 kilovolt kabel som var fremstilt for avslutning.

Fig. 26 på tegningene viser en 11,6/20 kilovolt poly-ethylenkabel som er angitt generelt med referansetallet 1 omfattende en sentral leder 2 omgitt av et ledende polyethylenbelastningskon-trollag 3, idet laget 3 er omgitt av et isolerende lag 4. Hoveddelen av kabelen 1 omfatter også et carbonpapirlag 5, en kobberskjerm 6 og et ytre isolasjonsark 7. Avslutningsdelen av kabelen 1 omfatter en sentral leder 2, det ledende polyéthylen-belastningskontroll-lag 3, det isolerende lag 4 og en kort lengde av carbonpapirlaget 5 og kobberskjermen 6 utragende fra hoveddelen av kabelen. Enden av

kabelen 1 er utstyrt med en kabeltapp 8 forbundet til den sentrale leder 2.

En 8 cm lengde av den ekspanderte slange ble krympet på den avsluttede ende av kabelen 1 med en overlapping på ca. 2 cm på den utragende del av kobberskjermen 6, under dannelse av et belastningskontrollovertrekk 9. Den varme-krympbare slange ble også krympet på surring 10 og en jordledning 11 innen overlappingsområdet på kobberskjermen 6. Intet forsøk ble gjort på å fylle luft i rommet mellom overtrekket 9 og den utragende del av kobberskjermen 6.

Utladningsgraden til en 2 cm's lengde av den ovenfor angitte 11,6/20 kilovolts kabel, hvis hver ende var avslu-tet som ovenfor beskrevet, ble bestemt ved bruk av den apparatur og krets som er vist på fig. 27 i det medfølgende tegninger.

Fig. 27 viser et jordet wireskjermbur 12 som inneholder en utladnings-fri opp-transformator 13, hvis sekundære vindinger er koblet til den sentrale leder 2 henholdsvis skjermen 6 til kabelen 1, gjennom jord via en parallellkoblet spenningsdeler 14 og blokkerings-kondensator 15. Primærvindingene til transformatoren 13 er koblet til en vekselstrømsinngang via en regulerings- og filterenhet 16. Utladningsnivåene i kabelen og endeavslutningene ble målt ved bruk av en ERA Mark III utladningsdetektor 17 koblet som vist.

Resultatene var som følger:

For sammenlignings skyld ble den samme kabel uten den krympede slange ved avslutningene, testet på samme måte. Utlad-ninger på 5 pC ved en påtrykt spenning på 4,8 kilovolt effektivverdi ble målt.

Det fremgår således at slangen av materialet ifølge oppfinnelsen ga god belastningskontroll og at kabelen var utladet fri ved den normale arbeidsspenning (11,6 kilovolt effektiv verdi fase til jord).

Motstandsegenskapene til materialet ble målt på følgende måte: En plate med målene 15,3 cm x 15,3 cm x 0,1 cm av materialet ble plassert mellom to messingelektroder fremstilt med de dimensjoner som er angitt i BS 2782 pt. 201C, 1970, side 110.

Strømstyrken mellom messingelektrodene ble målt som en funksjon av likestrømspenningen mellom 100 volt og 10 kilovolt, ved bruk av den krets som er vist på fig. 1 i de medfølgende tegninger.

12

Strømstyrken I og spenningen V ble funnet å være forbun-det med ligningen

hvor I er strømstyrken

V er påtrykt spenning

K er en konstant, og

for et lineært materiale, dvs. et som oppfyller ohms lov,

er y lik 1.

For materialet ifølge eksemplet ble y funnet å være 3,2. Ved en spenningsbelastning på 1 kilovolt/mm lot platen passere strømstyrke på 96 yA.

Eksempel 2

Følgende bestanddeler ble blandet sammen ved ca. 110° C i en tovalse laboratoriemø.lle:

En plate med 1 mm tykkelse ble støpt fra det resulterende materiale ved 190° C i 10 min og dens motstandsegenskaper ble bestemt som beskrevet i eksempel 1. Verdien på y var 2,85 og den strømstyrke som passerte platen ble en belastning på 1 kV/mm var 285 uA.

Reychem Parts No. RUK 453-3 (slanger med lengde 100 mm, veggtykkelse på 3 mm, uekspandert indre diameter på 20 mm, ekspandert diameter på 40 mm) ble støpt fra materialet og materialets belastnings-graderende egenskaper ble bestemt ved den metode som er beskrevet i eksempel 1 ved bruk av en terminert 2 meters 5,8/10 KV kabel med en slik del krympet på hver terminering.

De erholdte utladningsnivåer var:

Utladningsgraden til kabelen uten stressgraderingsmidler var 5 pC ved 4,8 kV.

Det fremgår således at dette materiale har gode belast-ningsgraderingsegenskaper.

Eksempel 3

Følgende bestanddeler ble blandet sammen ved 110° C i en tovalse laboratoriemølle:

En plate med 1 mm tykkelse ble støpt fra det resulterende materiale og motstandsegenskapene ble bestemt ved den metode som er beskrevet i eksempel 1.

Y ble funnet å være 2,55 og strømstyrken som passerte platen ved en belastning på 1 kV/mm var 0,5 ua.

Eksempel 4

De følgende bestanddeler ble blandet sammen ved 110° C i en tovalse mølle.

En plate med 1 mm tykkelse ble støpt fra det resulterende materiale ved 190° C og dets motstandsegenskaper ble bestemt som beskrevet i eksempel 1.

Y ble funnet å være 2,23 og den strømstyrke som passerte platen ved en belastning på 1 kV/mm var 0,075 RA.

Eksempel 5

Følgende bestanddeler ble blandet sammen ved 110° C i en tovalse mølle:

En plate med 1 mm tykkelse ble støpt fra den resulterende materiale ved 178° C og dens motstandsegenskaper ble bestemt som beskrevet i eksempel 1.

Y ble funnet å være 1,N80 og den strømstyrke som passerte prøven ved en belastning på 1 kV/mm var 0,81 yA.

For sammenlignings skyld ble et lignende materiale uten Vulcan XXX Special, som er et ledende carbon-sort, undersøkt, hvilket ga en Y-verdi på 3,40 og strømestyrken som passerte ved en belastning på 1 kV/mm var 0,0 31 yA.

Eksempler 6 - 11

Følgende bestanddeler ble blandet sammen i en tovalse laboratoriemølle:

Hvert materiale ble deretter presset ved 130° C til en plate med målene 150 x 150 x 1 mm, og motstandsegenskapene ble bestemt som beskrevet i eksempel 1.

Kurvene av log I mot log V for platene ifølge disse eksempler er vist på fig. 2 - 4 i de medfølgende tegninger.

Verdiene på y ble bestemt til følgende:

Kurvene for strømstyrke avspenning for eksemplene 6 og 7 er vist også i kurvene 45 og 44 i de medfølgende tegninger.

I de gjenværende eksempler ble følgende basispolymer anvendt om ikke annet er angitt.

Eksempel 12 - 45

Blandinger av spineller og ledende metalliske partikler:

200 vektdeler Fe^O^fremstilt av Pfizers Limited under varemerket BK 5099 eller 200 vektdeler Co-^O^fremstilt av Hopkins og Williams ble tilsatt til basispolymeren. Ytterligere metallfyllstoff ble tilsatt i de mengder som er vist i tabell 1 og 11. Bestanddelene ble bearbeidet som beskrevet i de tidligere eksempler og plater på 150 x 150 x 1 mm ble fremstilt som tidligere beskrevet. Strømstyrke-spenningsegenskapene ble bestemt som tidligere beskrevet.

De erholdteY~verdier er oppført i tabell 1 og 11 og strøm-styrke-spenningskurvene er vist i kurvene 1 - 30 i de medfølgende tegninger.

Hvor prøven er angitt å være punktert, betyr dette at ved den angitte belastning var prøven så ledende at det oppsto kortslut-ning.' Ni/Al i eksemplene 41 og 42 var b t på Raney-nikkelpulver.

Disse resultater viser at alle komposisjonene utviste ikke-lineær karakter.

Eksempel 46- 52

Blandinger inneholdende carbon- sort

Forskjellige mengder av Vulcan XXX-Special, et ledende carbon-sort fremstilt av Cabot Carbons, ble blandet med Fe30^(BK 5099) og siliconnitrid (fremstilt av Advanced Materials Engineering Limited). Spenning-strømstyrkeegenskapene ble målt som tidligere beskrevet og resultatene er oppført i tabell III og i kurvene 31 - 37 i de vedfølgende tegninger. I tabell III og de etterfølgende tabeller angir "phr" vektdeler pr. 100 vektdeler polymerbase.

I

Disse resultater viser at alle blandingene hadde en ikke-lineær karakter.

Eksempel 53- 58

Blandinger av Fe^O^og bariumtitanat

Forskjellige blandinger som vist i tabell TV ble tilsatt til basispolymeren.

Spenning-strømstyrkeegenskapene ble bestemt som tidligere beskrevet. De erholdte y~verdier er oppført i tabell IV og spenning-strømstyrkekurvene er vist i kurvene 38 - 43 i medfølgende tegninger. Disse restultater viser at materialene hadde en uttalt ikke-lineær karakter.

Tabell V

M0S2°^blandinger anvendende dette

Følgende fyllstoffer ble tilsatt til polymerbasen og spenning-strømstyrkeegenskapene ble bestemt som tidligere beskrevet.

Andre fyllstoffer

Resultater erholdt med andre egnede fyllstoffer er angitt i tabell VI og kurvene 47 - 58. Fyllstoffene ble tilsatt til polymerbasen og spenning-strømstyrkeegenskapene ble bestemt som tidligere beskrevet.

Effekt av polymerbase

Det ble observert at basispolymeren utviste en stor effekt på den ikke-lineære karakter til et gitt system og dette skyldes sannsynligvis polymerens polaritet og/eller katalysatorrester. Effekten av de forskjellige polymerer med et gitt fyllstoff ble bestemt og resultatene er oppført i tabellene VII, VIII og IX og i kurvene 59 -.87.

FW17134 angitt i tabell VII er et naturlig malt magnetisk jernoxyd og er tilgjengelig som et pigment fra Ferro Limited.

Effekten av Fe^O^fra forskjellige fabrikkanter

I tillegg til at det ble observert forskjeller i egenskaper av fyllstoffene med forskjellige basispolymerer, ble det funnet at nominelt identiske fyllstoffer fra forskjellige tilvir-kere også viste stor grad av variasjon i egenskaper når de ble anvendt i den samme basispolymer. Denne e£fekt er meget godt illustrert i tabell X og kurvene 88 - 95 som viser variasjoner ved bruk av Fe^O^fra forskjellige fabrikkanter.

Basispolymerene hadde følgende sammensetning:

Alle formuleringene viste seg å være ikke-lineære men graden av ikke-linearitet varierer mellom 1,3 og 7,2.

Årsaken til disse store forskjeller ligger sannsynligvis i det faktum at fremstillingsmetoden i første rekke er utformet til å produsere et pigmentprodukt mere enn et rent kjemikalium.

Pfizers produkt BK 5099 er et spesielt rent produkt av formelen Fe203.0.8FeO.

Konsentrasjonseffekter

Graden av ikke-linearitet varierer også med mengden av fyllstoff i basispolymeren og denne effekt ble demonstrert for flere materialer. Tabell XI og kurvene 96 - 102 angir data for to forskjellige typer av Fe304, nemlig FW 17134 og BK 5099.

De ovenfor angitte data viser at graden av ikke-linearitet kan varieres mellom 3 og 5,9 når det gjelder FW 17134 og 5,3 og 9 når det gjelder BK 5099. Denne type av variasjon kan betrak-tes som typisk for effekter av forskjellige konsentrasjoner.

Magnesium og sinkferritter

Magnesium og sinkferritter tilvirket av Columbian Carbon Company ble fylit i den nedenfor angitte polymerbase og resultatene oppført i tabell XII og kurvene 103 - 106.

Disse resultater viser at materialene er ikke-lineære.

Blandinger av Fe-^C^og Co-^O^

Blandinger av Fe-jO^og Co-jO^ ble fyllt i følgende polymerbase.

Igjen viste alle materialer en markert ikke-lineær karakter .

Eksempel 132

Følgende materiale ' ble fremstilt på en 1,016 meters dobbelvalsemølle ved 110° C:

Det resulterende materiale ble granulert og ekstrudert til en slange med følgende dimensjoner:

Ekstruderingsbetingelsene på en 6,3 cm ekstruder med et L/D-forhold på 25:1 var:

Slangen ble deretter bestrålet ved bruk av 5,8 MeV. elek-troner til en total dose på ca. 12,5 Mrads hvoretter slangen ble funnet å ha en 100 % modul ved 150° C på 4 - 6 kg/cm<2>. Dette materiale hadde en y- verd± på 5,0 og den totale strømstyrke-spennings-belastningskurve er oppført i fig. 31.

Denne slange ble etter ekspandering til en diameter på 2,54 cm anvendt til å terminere et antall høyspenningskabler ved varmekrymping med en propangassflamme som nedenfor beskrevet:

a) 20 KV polyethylen-isolert kabel, type A2YHSY, 50 mm<2>ledning, med 5,6 mm isolasjonstykkelse. Den detaljerte konstruksjon av denne kabel er vist på fig. 28, i hvilken referansetallene har den følgende betydning:

Kabelen ble terminert som illustrert på fig. 29 i de medfølgende tegninger, hvor lagene i konstruksjonen er avdekket som vist. En lengde av slangen 289 ble krympet over den avdekkede kabel, utragende 23 cm over isolasjonslaget 286, og overlappende lag 282. Kabelen ble deretter testet som illustrert på fig. 27, med følgende resultater:

Varmesyklusen ble utført ved bruk av en kontinuerlig påtrykt spenning på 40 KV, og ved å føre en strømstyrke slik at arket på kabelen nådde en temperatur på 7 0° C i 6 timer, etterfulgt av avkjøling til omgivende temperatur i 6 timer og deretter oppvarming av kabelen i en ytterligere 6 timers periode.

Impulsstyrken av termineringen ble bestemt ifølge BS 923 med følgende resultater:

Sammenfattes disse resultater fremgår det at en god belastningskontroll tilveiebringes av en slange fremstilt ifølge oppfinnelsen.

b) 10 kilovolt PVC isolert kabel, 50 mm 2 leder, 3 mm isolasjonstykkelse. Konsentrasjonen av denne kabel er som

vist på fig. 28, med det unntak at laget 284 er bare impregnert papir og lagene 286 og 287 er polyvinylklorid i stedet for polyethylen.

Anvendelse av en 8 cm lengde av slangen ifølge oppfinnelsen og overtrekk med en ikke-avstemt varmekrympbar slange 290 fremstilt ifølge eksempel 8, prøve nr. 44 ifølge britisk patentskrift 1 337 951, idet områdene nedenfor endene av slangen var dekket med et forseglingsmiddel (ikke vist), ble følgende resulater erholdt:

Impulsstyrken ble bestemt ifølge BS 923 og ble funnet å være 105 kV.

Dette eksempel viser den gode belastningskontroll som oppnås ved bruk av slangen, selv ved en spenning som er ni ganger større enn ved hvilken kabelen normalt drives (5,8 kV effektivverdi).

Ytterligere forsøk ble utført på en lignende kabelsløyfe, uten det ytre lag av ikke-avstemt slange, for å bestemme effekten av lengden av det belastningsregulerende lag.

Resultatene var som følger:

c) 25 kV XLPE 2/0 nøytralkabel med konsentrisk leder, med ekstrudert skjerm som vist på fig. 30, hvor referansetallene har følgende betydninger:

301 Skjerm av tykk fortynnet kobberwire

302 Ekstrudert ledende lag

303 Isolasjon XLPE

304 Belastningsutløsende lag (ledende polyethylen)

305 Leder

Ved bruk av en ledende maling over 2 cm av dielektrikumet fra enden av skjermen (med volummotstandsevne ca. 10 52 cm) og en 25 cm lengde av den ovenfor angitte belastningskontrollslange, ble følgende resultater erholdt:

Varmesyklusen besto av 18 sykluser hver på 4 timers oppvarming til 65° C av skjermen av kabelen, plus 4 timers avkjøling til omgivende temperatur, hvor det under den totale syklusperiodé ble påtrykt en spenning på 29 kV effekt verdi.

De ovenfor angitt resultater illustrerer ytterligere den gode belastningskontroll som tilveiebringes med slangen ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 133

Et materiale ble fremstilt fra følgende bestanddeler:

Dette materiale ble bearbeidet til en varmekrympbar slange som tidligere beskrevet. Den således fremstilte slange hadde en indre diameter på 1,75 cm og en veggtykkelse på 0,26 cm. Den ble ekspandert til en indre diameter på 4,32 cm.

Dette materiale hadde en y- veråi på 3,7 og strømstyrke-spenningsbelastningkurven er vist på fig. 31.

Slangen ble anvendt for å terminere en 20 kV XLPE-kabel, med konstruksjon som diagram 2 og med en leder med tverrsnitt på 150 mm<2>.Kabelbetegnelsen var A2XHSY. Isolasjonstykkelsen var 5,6 mm og kabeltermineringen var som angitt i fig. 29, hvor den effektive lengde av det belastningsregulerende lag var 23 cm.

Kabeltermineringen ble underkastet en varmesyklus i 6 dager ved en kontinuerlig spenning på 40 kV, til 90° C på kabelkap- pen i 2 \ time, etterfulgt av avkjøling til omgivende temperatur i 2 \ time. De elektriske egenskaper til termineringen var:

Resultatene viser den gode belastningskontroll som oppnås ved slangen.

Denne slange ble ytterligere undersøkt på en 20 KV XLPE-kabel, med en leder på 35 mm og en isolasjonstykkelse på 5,6 mm. Konstruksjonen av denne kabel er vist på fig. 32 hvor referansetallene har følgende betydninger:

Denne ble terminert som vist på fig. 29 ved bruk av en total termineringslengde på 330 mm og en effektiv lengde av det belastningsregulerende lag på 230 mm.

Utladningsgraden ble målt før og etter impulstesting og ble funnet å være:

Impuls-testingen besto av fem pulser med positiv polaritet bare véd hver av følgende spenninger: 100, 110, 125, 140, 150, 160, 170, 180, 190 og 200 KV. Ingen overledning oppsto og testingen ble avsluttet etter 200 KV.

Disse resultater viser de gode belastningskontrollegen-skaper som oppnås ved slangen fremstilt i henhold til oppfinnelsen, både når det gjelder corona-utladning og impulsstyrke. Fortegnelse over varemerker anvendt i i foreliggende beskrivelse: 1. Royalene 611 er en ethylen-propylen-ethylidennornen- terpolymer inneholdende ca. 70 % ethylen, ca. 3,5 % ENB og med en Mooney viskositet på ca. 40. Den er oljeforsterket med 40 phr paraffinolje og leveres av Uniroyal Limited. 2. Silicon Carbide (kvalitet F1200/3) fremstilles av

Carborundum Co. Den midlere partikkelstorrelse på dette materiale er ca. 3 micron.

3. PK 251 er en adhesjonsaktiverende harpiks fremstillet av

Union Carbide, og er fremstillet ved kondensering av methylethylketon med formaldehyd. 4. Sartomer Resin SR 350 er et trimethylolprbpantrimeth-acry la t. 5. Elvax Resins fremstilles av du Pont, fra ethylen og vinyl acetat (og enkelte ganger en tredje monomer som er en umettet monocarboxylsyre og antatt å være methacrylsyre). Kvalite-tene er som folger:

Elvax 40: MFI 45 - 70, 40 % vinylacetat

Elvax 4260: MFI 6, 28 % vinylacetat, syre nr. 6,

dvs. det er en terpolymer

Elvax 4320: MFI 150, 25 % vinylacetat, syre nr. 6. 6. DYNH er et lavtetthetpolyethylen. MFI 3 fremstillet av Union Carbide.

7. I.CI. siliconene er som folger:

a) E 322/60U er en dimethylsilicongummi, shore-hårdhet 60, ukatalysert, og inneholdende ca. 2 % methyl-vinylsiloxan. b) EP 5567U er en ledende siliconelastomer, antatt å inneholde carbonsort. Den tør en spesifikk motstand på 5 ohm. cm og en temperaturkoef fisient-motstand på +0,005/°C. Den har vært kommersi-elt tilgjengelig i Storbritannia siden januar 1968.

c) EP 6024 er en siliconpasta av hoy styrke.

d) EP 6025 er en katalysator for anvendelse med PE 6024. 8. Dicup 40 C er en 40 %'s dispersjon av dicumylperoxyd på utfeldt kalsiumcarbonatfyllstoff og fremstilles av Hercules Powder Co. 9. Chemlok 607 er et spesialklebemiddel, antatt å være en modifisert siliconharpiks, og som leveres i Storbritannia av Durham Raw Materials, under lisens fra Hughson Chemical Corporation, USA. 10. Thixon AP 1559 er et bindemiddel som anbefales for å binde EPDM, butyl etc. Sammensetningen er ikke kjent, men det fremstilles av Dayton Chemical Product Division av Whittaker Corporation og selges i Storbritannia av Compounding Ingredients Ltd.

Claims (20)

1. Formet, tverrbundet og fortrinnsvis varmegjenvinnbart materiale for anvendelse til elektriske formål, omfattende et polymert materiale som har dispergert deri en eller flere partikkelformige forbindelser, karakterisert ved at de partikkelformige forbindelser er valgt fra gruppen bestående av: (i) forbindelser med en perovskit krysta listrUkturtype, (ii) forbindelser med en spinell eller en krystallstruktur . forskjellig fra y - Fe^ O^ og spinellen i seg selv, (iii) forbindelser med en invers spinellkrystallstruktur, (iv) forbindelser med en blandet spinellkrystallstruktur, (v) dichalcogenider av overgangsmetalier, (vi) Agl, berlinerblått, Rochell-salt og beslektede tartrater, forbindelser av formelen XH^ YO^ , hvor X er K, Rb eller Cs, og Y er P eller As, ammoniumfluorberyHat, thiourea og triglycensulfat, (vii) Si3 N4 og at den totale vekt av den partikkelformige forbindelse eller forbindelser er minst 10 %, basert på vekten av polymeren og slik at materialet får en y-verdi på minst 1,5 ved minst én likestroms-belastning med fra 0,01 kV/mm og 10 kV/mm.

2. Materiale ifolge krav 1, karakterisert ved at vektforholdet mellom partikkelformige forbindelser og polymeren er 100 - 500:100 .

3. Materiale ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at materialet også omfatter én eller flere partikkelformige elektrisk ledende fyllstoffer.

4. Materiale ifolge krav 3, karakterisert ved . at det ledende fyllstoff er carbonsort og at vektforholdet mellom det ledende fyllstoff og polymeren er maksimalt 40:lOO, eller at det ledende fyllstoff er et metallpulver og at vektforholdet er maksimalt 100:100.

5. Materiale ifolge hvilket som helst av krav 1-4, karakterisert ved at partikkelstdrreisen til den partikkelformige forbindelse er mindre enn 20 \ x.

6. Materiale ifølge krav 5, karakterisert ved at partikkelstørrelsen til den partikkelformige forbindelse er mindre enn 5 y.

7. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at materialet har en Y-verdi på 1,5 eller mere ved en likestrømsbelastning innen området 0,1 og 5 kV/mm.

8. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at polymeren er en polyolefinelasto-mer.

9. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at polymeren er en ethylen/ethyl-acrylatsampolymer.

10. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at polymeren er en ethylen/vinyl-acetatsampolymer.

11. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at polymeren er en silicongummi.

12. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1 - 7, karakterisert ved at polymeren er et polyethylen.

13. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at den partikkelformige forbindelse er Fe^ O^j .

14. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at den partikkelformige forbindelse er Fe2 C>3> valgfritt i blanding med MoS2 -

15. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at den partikkelformige forbindelse er kobberkromitt.

16. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at den partikkelformige forbindelse er coboltferrit.

17. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-16, karakterisert ved at det anvendes en blanding av to eller flere polymerer.

18. Materiale ifølge hvilket som helst av kravene 1-17, karakterisert ved at det inneholder et ledende fyllstoff, og hvor det ledende fyllstoff er aluminium.

19. Materiale omfattende minst 10 vekt% Fe304 i en ethylen/ propylenelastomer.

20. Materiale ifolge hvilket som helst av krav 1 - 19, karakterisert ved at det omfatter siliconcarbid.