EuroWire July 2017

Technischer artikel

TPV-basierte Isolierung für Mittelspannungsanwendun- gen von Andrea Galanti, Stefano Dossi und Andrea Magri, Mixer SpA, Ravenna, Italien, und Camillo Cardelli, iPool Srl, Pistoia, Italien

Übersicht In diesem Artikel wird die Entwicklung von drei vollthermoplastischen bleifreien Mittelspannungs- (MV-) Isoliermischungen beschrieben, die auf der Technologie des thermoplastischen Vulkanisat (TPV) basieren. Die TPV MV- Isoliermischungen wurden ausgehend von einer mit Peroxid vulkanisierten bleifreien MV-Isolierung vorbereitet, die die aktuelle Marktbenchmark darstellt. Aus diesem Grund wurden sie im Vergleich zur standardmäßigen bleifreien MV-Isolierung intensiv untersucht. Um die Ergebnisse des dynamischen Vulkanisationsverfahrens auszuwerten, wurden die Mischungen mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK) untersucht. Zur Simulierung des Extrusionsverhaltens wurde deren Rheologie erforscht. Die mechanischen Eigenschaften wurden vor und nach der Alterung bis zu 21 Tage lang bei 135°C und 150°C gemessen. Schließlich wird eine umfassende Studie über deren elektrischen Eigenschaften präsentiert und zwar unter trockenen (von 25°C bis 90°C) sowie unter nassen Bedingungen (bis zu 28 Tage lang bei 90°C in Wasser). 1 Einleitung Vor zwanzig Jahren wurden beide VPE- und EPDM-basierten Isolationssysteme in vielen Teilen der Welt für MV-Kabelanwendungen eingesetzt. Nordamerika bleibt ein sehr aktiver Markt für EPDM-basierte MV-Isolierungen, während in anderen Teilen der Welt VPE bevorzugt wird. Neuerdings beobachtet man im Weltmarkt ein erneuertes Interesse an EPDM- basierten MV-Isolierungen wegen der unübertroffenen Leistung der Lebensdauer von Kabeln für langfristige Anwendungen (>20 Jahre). Seit 1996 stellt Mixer SpA MV- Isoliermischungen her, die auf EPDM- und EPDM-/LDPE-Mischungen basieren: seine

Isoliermischungen in eine PP-Matrix dynamisch vernetzt. Mixer SpA stellt drei Aufrüstungen von MV-TPV-Mischungen vor, um ein Material zu erzielen, das thermomechanischen Prüfungen bei einer Dauereinsatztemperatur von 90°C und 105°C und bei 250°C im Kurzschlussnotfall bestehen kann, entsprechend der italienischen CEI-Norm 20-86, die bisher die einzige Norm über thermoplastische Mischungen für MV-Isolierung ist. Zunächst werden hier die Vorbereitung und die makroskopischen Eigenschaften der neuen MV-TPV-Mischungen beschrieben. Das Unternehmen erforschte die neuen MV-TPV-Mischungen mittels DDK, um das dynamische Vulkanisationsverfahren zu untersuchen. Im dritten Teil wurde die Rheologie der MV-TPV-Mischung bei niedrigem Scherwerte analysiert, um deren Extrusionsverhalten zu simulieren. Die MV-TPV-Mischungen wurden anschließend hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften vor und nach einer 21 Tage langen Wärmealterung bei bis zu 150°C geprüft. Die elektrischen Eigenschaften der Mischungen wurden bei den Laboratorien von Imerys, Par, UK, erforscht. Im Detail wurden der Verlustfaktor (Tanδ), die dielektrische Konstante (ε r ) und der spezifische Durchgangswiderstand bei bis zu 90°C unter trockenen Bedingungen gemessen. Darüber hinaus wurden der Tanδ und die ε r nach dem Eintauchen der Mischungen in Wasser bei 90°C, bis zu 28 Tage lang, untersucht. Die Prüfergebnisse wurden mit der standardmäßigen bleifreien Mischung MV IS79 verglichen und haben bewiesen, dass eine innovative, hochelektrisch isolierende Mischung erzielt werden kann, die gleichzeitig die Eigenschaften der bleifreien V-EPDM-Mischung mit der Möglichkeit vereinigt, diese Mischung als thermoplastisches Material zu verarbeiten.

Strategie liegt darin, dem Kabelmarkt innovative und konkurrenzfähige Werkstoffe anzubieten, denn es wird angenommen, dass Gummikabeln für Sonderanwendungen durch eine ständige Verbesserung der Werkstoffe ein neuer Aufschwung gegeben wird. Der erste Schritt dieses Ansatzes lag in der Entwicklung bleifreier EPDM-Lösungen, die 2012 präsentiert wurden und nun handelsüblich sind (siehe Abb. 1 ) [1] . Aufgrund der Tatsache, dass Bleisalze in Wasser unlöslich sind und daher nicht zu Leckstrom durch die Isolierungsschicht beitragen, ist Bleioxid eines der wirkungsvollsten Additive in MV-Isoliermischungen. Dennoch ist Bleioxid in der Reach-Verordnung für SVHC (besonders besorgniserregender Stoffe) für sein bekanntes Risiko der Bioakkumulation und den langfristigen Auswirkungen aufgelistet, die zu schweren Umweltschäden und Verletzung des Lebens führen [2] . Mixer SpA hat Bleioxid erfolgreich mit einem anorganischen Ionenfänger-System ersetzt, das imstande ist Ionen zu immobilisieren und somit die Produktion von EPDM-basierten bleifreien MV- Isoliermischungen mit höherer thermischen und elektrischen Stabilität realisiert. Von diesem Anfangspunkt wurde vom Unternehmen ein neues völlig thermoplastisches TPV für MV-Isolierung entwickelt, das die bleifreien MV- ▲ ▲ Abb. 1 : Bleihaltige (orange) und bleifreie (weiße) MV-Isolierung, von Pellets zu Kabeln

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Juli 2017