[发明专利]具有热塑性电绝缘层的能量电缆

说明书

技术领域

本发明涉及能量电缆。特别地，本发明涉及传输或分配电能，特别是中或高压电能的电缆，所述电缆具有至少一层热塑性电绝缘层。

背景技术

传输电能的电缆通常包括至少一个电缆芯。该电缆芯通常通过至少一个导体形成，所述导体按序被具有半导性能的内部聚合物层，具有电绝缘性能的中间聚合物层，具有半导性能的外部聚合物层覆盖。传输中或高压电能的电缆通常包括被至少一层屏蔽层包围的至少一个电缆芯，所述屏蔽层典型地由金属或金属与聚合物材料制成。该屏蔽层可制成线材(编织物)，绕电缆芯螺旋缠绕的带状物，或者纵向包围电缆芯的片材形式。包围至少一个导体的聚合物层常常由聚烯烃-基交联聚合物，尤其交联的聚乙烯(XLPE)或弹性乙烯/丙烯(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)共聚物(也被交联)制造，正例如在WO98/52197中公开的。在于导体上挤出聚合物材料之后进行的交联步骤使材料，甚至在高温下，在连续使用和采用过载电流二者期间仍得到满意的机械和电性能。

为了解决对材料的要求，所述材料在生产过程中和在使用过程中均不应当对环境有害，且在电缆寿命最后应当可循环，最近开发了能量电缆，所述能量电缆具有由热塑性材料，即不交联的聚合物材料制成的电缆芯，和因此可在电缆寿命最后循环。

关于这一点，含至少一层涂布层，例如基于与介电液紧密混合的聚丙烯基体的绝缘层的电缆是已知的且公开于WO02/03398,WO02/27731,WO04/066317,WO04/066318,WO07/048422和WO08/058572中。可用于这类电缆的聚丙烯基体包括聚丙烯均聚物或共聚物或二者，其特征在于相对低的洁净度，以便提供具有合适挠性，但在电缆操作和过载温度下没有损害机械性能和抗热压性的电缆。电缆涂层，特别是电缆绝缘层的性能还受到与所述聚丙烯基体紧密混合的介电液的存在的影响。介电液不应当影响所提及的机械性能和抗热压性，且应当使得与聚合物基体紧密且均匀地混合。

尽管含基于与介电液紧密混合的聚丙烯基体的至少一层电绝缘层的上述电缆通常被赋予优良的电性能，但就电介质击穿强度(DS)而言的改进是令人感兴趣的，尤其对于高压(HV)输电应用来说。

US4,551,499涉及尤其对于HV应用来说，具有改进的击穿强度的聚合物电介质。可通过在其内引入约0.01-5wt%含基本上非极性蜡，例如地蜡的成核剂，实现聚乙烯或聚丙烯的击穿强度的改进。或者，细分的惰性无机材料，例如滑石，熔凝硅石或硅藻土可作为成核剂添加，以改进击穿强度。没有提供关于聚丙烯的数据。

在Martin,C.P.等人于2003Annual Report Conference onElectrical Insulation and Dielectric Phenomena,第309-312页中出版的文章中，报道了关于许多模型聚合物体系的短期电介质击穿行为的研究。更具体地，针对丙烯/乙烯共聚物，提供了成核添加剂对形貌和击穿行为的影响的研究。特别地，比较了含约3%乙烯的两种丙烯/乙烯共聚物体系，亦即商业等级的Novolen^TM3240NC和Novolen^TM3200MC，它们二者均基于相同的聚合物，但后者通过添加2000ppm山梨醇-基澄清剂来改性。根据该作者报道的实验结果，发现澄清和未澄清的Novolen^TM的猝灭批次拥有163±6kV/mm的相同的平均击穿强度，而结晶化的澄清和未澄清样品分别拥有143±8kV/mm和162±11kV/mm的数值。根据上述数据，似乎添加成核剂到丙烯/乙烯共聚物中对该材料的击穿强度没有产生任何显著的影响。

发明内容

申请人面对改进具有基于与介电液紧密混合的丙烯聚合物或共聚物的热塑性涂层作为电绝缘层的能量电缆的电性能，特别是就电介质击穿强度而言的问题。对于高压(HV)输电电缆来说，上述问题尤其值得注意，上述高压输电电缆的特征在于绝缘层的高厚度，典型地大于或等于8mm。事实上，申请人观察到，在这种绝缘层内，更加有可能发生形貌缺陷的形成(例如，微孔隙和微裂纹)，这可引起介电强度下降。申请人认为，上述现象主要是由于在挤出之后因为高的层厚绝缘层的冷却速率显著下降导致的。缓慢的冷却可引起在热塑性材料内形成较大尺寸的微晶，这可能会引起形貌缺陷。

为了解决上述问题，申请人考虑了补充具有添加剂的电绝缘层的可能性，上述添加剂充当聚丙烯相的成核剂，以便降低微晶的平均尺寸，且没有影响绝缘材料的其他性能和尤其没有负面影响热塑性聚合物与介电液的结合物实现的性能的精巧平衡。