ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2017 года по МПК H01B3/40 B82B3/00 

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к технологии изолирования кабелей среднего напряжения на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности.

Современные кабели среднего напряжения (от 6 до 35 кВ) изготавливаются и в мире, и в России с изоляцией, производимой в большинстве случаев из химически сшиваемого полиэтилена. Основным механизмом деградации такой изоляции, ограничивающим ресурс кабеля, является электрохимическое старение, заключающееся в развитии специфических повреждений - так называемых водных триингов. Водные триинги зарождаются на микроскопических технологических дефектах, неизбежно присутствующих в изоляционной системе кабеля (на выступах электропроводящих экранов в изоляцию, инородных включениях и газовых полостях в изоляции) под действием электрического поля, постоянно присутствующего в изоляции, и воды, диффундирующей в кабель из окружающей среды. Водные триинги имеют значительно меньшую электрическую прочность, чем неповрежденный материал. Они непрерывно увеличиваются в размерах и сравнительно быстро выводят кабельное изделие из строя, приводя к пробою изоляции.

Для повышения надежности кабеля (увеличения ресурса изоляции) в состав изоляционного материала вводят специальные добавки, уменьшающие скорость роста триингов. Получаемые таким образом изоляционные композиции называются триингостойкими. Недостатком известных триингостойких изоляционных композиций является сравнительно небольшая долговечность.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении долговечности электрического кабеля.

Технический результат достигается тем, что в электроизоляционный материал на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности введено 0,005-1,0% масс. многослойных углеродных нанотрубок.

Могут быть использованы многослойные (многостенные) углеродные нанотрубки с диаметром от 10 до 50 нм, длиной от 0.2 до 20 мкм, количеством стенок от 5 до 20, например в виде концентрата углеродных нанотрубок Dipolene UVPE 025 black ® в полиэтилене.

В состав электроизоляционного материала могут быть включены сополимер этилена с метилакрилатом, или этилакрилатом, или бутилакрилатом с содержанием акриловых групп от 5 до 45%, в количестве 0,5 до 40% масс.; силансодержащее соединение в количестве от 0,1 до 2,5% масс., например винилтриметоксисилан; антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%, например Irgastab Cable KV10 или Irganox 1010.

В качестве сшивающего агента могут быть использованы органические перекиси, как в жидком, так и в твердом состоянии, а также в виде концентратов в полимере, в частности в полиэтилене. Примерами такой перекиси являются ди-трет-бутил пероксид, перекись дикумила.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 показана принципиальная схема испытательного образца; на фиг. 2 - зависимость длины водного триинга (, микроны) от времени (t, часы), полученная в процессе испытаний на ускоренное электрохимическое старение.

Преимущество предполагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером. Были выполнены сравнительные испытания на стойкость к электрохимическому старению (развитию водных триингов) промышленно производимого фирмой Hanwha Chemical (Республика Корея) триингостойкого материала марки CLNA-TR 8142 ЕС и материала, изготовленного в соответствии с предполагаемым изобретением. Образцы для испытаний представляли собой пластины 1 размером 15×15×3 мм, отпрессованные и «сшитые» в лабораторных условиях. В каждой пластине выбиралась полость 2 с диаметром цилиндрической части 0.5 мм и радиусом при вершине острия 40±10 микрон. Полость заполнялась 0,3-нормальным раствором поваренной соли в дистиллированной воде и выполняла функцию высоковольтного электрода. Противоположная по отношению к полости торцевая поверхность образца заземлялась. В процессе и по завершении испытаний в образцах измерялась длина водного триинга 3.

Всего из каждого материала было изготовлено по 15 образцов. Испытания проводились при напряжении 12 кВ частотой 50 Гц, при температуре 40°С в течение 12 месяцев. Размеры водных триингов 3 контролировались по истечении 4-х и 8-ми месяцев, затем по завершении испытаний.

Результаты испытаний приведены на фиг. 2 в форме зависимостей среднеарифметических значений длины водного триинга 1 (микроны) от времени t, (часы). Как можно видеть из приведенных графиков, в течение всего периода испытаний размеры триингов в образцах материала, изготовленного в соответствии с данным изобретением - 1, меньше размеров триингов, выросших в композиции CLNA-TR 8142 ЕС -2. Это различие постоянно увеличивается и к моменту завершения испытаний составляет 49%.

Принимая во внимание, что материал CLNA-TR 8142 ЕС является триингостойким и должен обеспечивать надежную эксплуатацию кабеля в течение по крайней мере 30 лет, то материал, изготовленный в соответствии с данным изобретением, обеспечит безотказную работу кабельного изделия в течение еще более длительного срока - не менее 40 лет.

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к технологии изолирования кабелей среднего напряжения на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности. Особенностью материала является то, что в его состав введено 0,005-1,0% масс. многослойных углеродных нанотрубок. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электроизоляционный материал на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности, отличающийся тем, что в его состав введено 0,005-1,0% масс. углеродных многослойных нанотрубок.

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что использованы многослойные (многостенные) углеродные нанотрубки с диаметром от 10 до 50 нм, длиной от 0,2 до 20 мкм, количеством стенок от 5 до 20.

3. Материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для его изготовления использован концентрат углеродных нанотрубок Dipolene UVPE 025 black® в полиэтилене.

4. Материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для его изготовления использован сополимер этилена с метилакрилатом, или этилакрилатом, или бутилакрилатом с содержанием акриловых групп от 5 до 45%, в количестве 0,5 до 40% масс.

5. Материал по п. 3, отличающийся тем, что для его изготовления использован сополимер этилена с метилакрилатом, или этилакрилатом, или бутилакрилатом с содержанием акриловых групп от 5 до 45%, в количестве 0,5 до 40% масс.

6. Материал, по любому из пп. 1, 2, 5, отличающийся тем, что для его изготовления использовано силансодержащее соединение в количестве от 0,1 до 2,5% масс.

7. Материал по п. 3, отличающийся тем, что для его изготовления использовано силансодержащее соединение в количестве от 0,1 до 2,5% масс.

8. Материал по п. 4, отличающийся тем, что для его изготовления использовано силансодержащее соединение в количестве от 0,1 до 2,5% масс.

9. Материал по любому из пп. 1, 2, 5, 7, 8, отличающийся тем, что содержит антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%.

10. Материал по п. 3, отличающийся тем, что содержит антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%.

11. Материал по п. 4, отличающийся тем, что содержит антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%.

12. Материал по п. 6, отличающийся тем, что содержит антиоксидант в количестве от 0,1 до 1,5%.

13. Материал по любому из пп. 1, 2, 5, 7, 8, 10, 11, 12, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента использован ди-трет-бутил пероксид, в частности в виде концентрата в полиэтилене.

14. Материал п. 3, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента использован ди-трет-бутил пероксид, в частности в виде концентрата в полиэтилене.

15. Материал п. 4, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента использован ди-трет-бутил пероксид, в частности в виде концентрата в полиэтилене.

16. Материал п. 6, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента использован ди-трет-бутил пероксид, в частности в виде концентрата в полиэтилене.

17. Материал п. 9, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента использован ди-трет-бутил пероксид, в частности в виде концентрата в полиэтилене.