EuroWire July 2017

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Technischer artikel
Juli 2017 46
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
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-
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 (εr) und der
spezifische Durchgangswiderstand bei
bis zu 90°C unter trockenen Bedingungen
gemessen. Darüber hinaus wurden der
Tanδ und die εr 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.
▲ ▲ Abb. 1: Bleihaltige (orange) und bleifreie (weiße)
MV-Isolierung, von Pellets zu Kabeln