Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Leitfähigkeit eines Isolationsmaterials, insbesondere für eine Kabelgarnitur, und eine Kabelgarnitur mit einem solchen Isolationsmaterial. Für die Verbindung bzw. den Abschluss von Kabelenden werden sog.

Kabelmuffen bzw. Kabelendverschlüsse eingesetzt. Diese werden auch als Kabelgarnituren bezeichnet.

In einer Kabelgarnitur treffen üblicherweise mindestens zwei unterschiedliche Isolationsmaterialien aufeinander, nämlich ein erstes, kabelseitiges Isolationsmaterial und ein zweites, garniturseitiges Isolationsmaterial.

Als Isolationsmaterialien kommen insbesondere Polymere zum Einsatz.

Als kabelseitiges, erstes Isolationsmaterial kann vernetztes Polyethylen eingesetzt werden. In Kabelgarnituren, insbesondere in Kabelmuffen, können Silikonelastomere als garniturseitige, zweite Isolationsmaterialien Verwendung finden.

Die beiden genannten Isolationsmaterialien treffen in Isolationssystemen der Kabelgarnituren an Grenzschichtbereichen aufeinander. Die elektrische Feldbeanspruchung von Isolationssystemen der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragung (HGÜ) wird wesentlich durch die elektrische Leitfähigkeit der zuvor genannten Isolationsmaterialien bestimmt. Eine theoretische Basis für die Betrachtung der genannten Grenzschichtbereiche sind die Zusammenhänge der Maxwellschen Feldgleichungen.

Die Feldverteilung in einem Grenzschichtbereich wird im Wesentlichen durch materialseitige Unterschiede der jeweiligen Isolationsmaterialien definiert. Insbesondere identische elektrische Leitfähigkeiten führen idealerweise zu einer homogenen elektrischen Feldverteilung in einem Grenzschichtbereich.

Je größer jedoch die Unterschiede der elektrischen Leitfähigkeiten der Isolationsmaterialien sind, desto größer sind lokale Feldstärkeüberhöhungen, welche zum Versagen eines gesamten Isolationssystems führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Kabelgarnituren anzugeben, deren Isolationssysteme möglichst wenig durch Feldstärkeüberhöhungen beeinträchtigt sind und die in einfacher und kostengünstiger Weise flexibel herstellbar sind.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Zunächst ist erkannt worden, dass die physikalischen Materialieneigenschaften von Isolationsmaterialien gezielt aufeinander abgestimmt werden müssen, um in einem Isolationssystem gebrauchstauglich Verwendung zu finden und um das Isolationssystem vor Schaden zu schützen.

Darauf ist erkannt worden, dass die elektrischen Leitfähigkeiten polymerer Isolationsmaterialien stark temperatur- und feldstärkeabhängig sind. Es ist vor diesem Hintergrund überraschend erkannt worden, dass Isolationsmaterialien flexibel und zuverlässig im Hinblick auf ihre elektrischen Leitfähigkeiten aufeinander abgestimmt werden können, indem die elektrische Leitfähigkeit eines zu verarbeitenden Ausgangsmaterials für ein Isolationsmaterial durch Anwendung einer definiert ausgewählten Vernetzungstemperatur eingestellt wird.

Konkret ist überraschend erkannt worden, dass die elektrische Leitfähigkeit des zu verarbeitenden Isolationsmaterials mit steigender Vernetzungstemperatur reduziert werden kann. Aufgrund dieses überraschend erkannten physikalischen Zusammenhangs kann die elektrische Leitfähigkeit eines Isolationsmaterials, insbesondere eines Isolationskörpers einer Kabelgarnitur, gezielt durch Anwendung einer entsprechenden Vernetzungstemperatur flexibel eingestellt werden.

Der beschriebene Effekt ermöglicht eine flexible Abstimmung der Grenzschichtkonfiguration zwischen einem Kabel und der dieses aufnehmenden Kabelgarnitur. So kann relativ problemlos eine homogene Feldstärkeverteilung erzielt werden.

Die Vernetzung bzw. Nachvernetzung eines Rohstoffs oder Ausgangsmaterials für ein Isolationsmaterial zur Herstellung von Isolierkörpern stellt an sich einen bekannten Standardprozess dar. Die Wahl einer entsprechenden Vernetzungstemperatur basiert allerdings üblicherweise nicht auf der gezielten Einstellung der physikalischen Parameter des fertigen Isolationsmaterials, sondern es steht vielmehr die Produktionseffizienz im Vordergrund. Durch das hier beschriebene Verfahren können aber während eines Produktionsprozesses kostengünstig, effizient, flexibel und zuverlässig Kabelgarnituren hergestellt werden, deren Isolationssysteme möglichst wenig durch Feldstärkeüberhöhungen beeinträchtigt sind.

Als Ausgangsmaterial könnte ein Silikonelastomer oder ein teilvernetztes Silikonelastomer verwendet werden. Aus diesem Ausgangsmaterial kann ein polymeres Isolationsmaterial bestehend aus einem vernetzten Silikonelastomer gefertigt werden.

Die elektrische Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials könnte ausgehend von einem Anfangswert durch Erhöhen der Vernetzungstemperatur auf einen Zielwert der elektrischen Leitfähigkeit des fertig gestellten und vernetzten Isolationsmaterials reduziert werden. So können in einem Prozess sowohl Vernetzungen und Modifizierungen der elektrischen Leitfähigkeit vorgenommen werden.

Es könnte ein Isolationsmaterial eines Isolierkörpers einer Kabelgarnitur hergestellt werden. Gerade in Kabelgarnituren ist es wichtig, dass zwei aneinander grenzende Isolationsmaterialien möglichst gleiche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen.

Vor diesem Hintergrund umfasst eine Kabelgarnitur einen Isolierkörper zur Aufnahme mindestens eines Kabels mit einem kabelseitigen, ersten Isolationsmaterial, wobei der Isolierkörper ein garniturseitiges, zweites Isolationsmaterial aufweist und wobei das zweite Isolationsmaterial durch Vernetzung oder Nachvernetzung unter Erwärmen auf eine definierte Vernetzungstemperatur eine definierte elektrische Leitfähigkeit erhalten hat.

Die Kabelgarnitur ist bevorzugt als Kabelmuffe ausgebildet.

Das Kabel könnte im Isolierkörper eingebettet sein, wobei die elektrische Leitfähigkeit des zweiten Isolationsmaterials durch ein Verfahren der hier beschriebenen Art eingestellt ist. So kann eine Kabelgarnitur in einem Vernetzungsprozess zugleich auf eine elektrische Leitfähigkeit abgestimmt werden.

Im Isolierkörper könnte ein Grenzschichtbereich vorgesehen sein, in dem ein kabelseitiges, erstes Isolationsmaterial und ein garniturseitiges, zweites Isolationsmaterial aneinander liegen, wobei die elektrischen Leitfähigkeiten der beiden Isolationsmaterialien gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Hierdurch werden Feldstärkeüberhöhungen im Grenzschichtbereich vermieden.

Der Isolierkörper könnte Feldsteuerelemente aufnehmen. Hierdurch können elektrische Felder in üblicher Weise durch leitende oder halbleitende Materialien beeinflusst werden.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Kabelgarnitur, die als Kabelmuffe ausgebildet ist, und

Fig. 2 anhand eines Diagramms schematisch die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit eines Isolationsmaterials von dessen Vernetzungstemperatur. Fig. 1 zeigt eine Kabelgarnitur 1, nämlich konkret eine Kabelmuffe, welche zwei Kabel 1a, 1b miteinander elektrisch leitend verbindet. Die Kabelmuffe weist einen Isolierkörper 2 aus einem vernetzten Silikonelastomer auf, in welchen äußere Feldsteuerelemente 2a, 2b und ein inneres Feldsteuerelement 3 eingebettet sind. Die Feldsteuerelemente 2a, 2b, 3 sind aus leitfähigen oder halb-leitfähigen Silikonelastomeren gefertigt und im Isolierkörper 2 aufgenommen. Die Kabelenden stoßen innerhalb des inneren Feldsteuerelements 3 aneinander.

An einem Grenzschichtbereich G, der hier vergrößert dargestellt ist, stoßen zwei Isolationsmaterialien aneinander. Konkret liegt ein erstes, kabelseitiges Isolationsmaterial 4, nämlich ein polymerer Isolierstoff, an einem zweiten, garniturseitigen Isolationsmaterial 5, nämlich dem vernetzten Silikonelastomer, an.

Beide Isolationsmaterialien 4, 5 bilden den Grenzschichtbereich G. Die Daten des kabelseitigen, ersten Isolationsmaterials 4 sind bekannt. Insbesondere die elektrische Leitfähigkeit des ersten Isolationsmaterials 4 kann beispielsweise anhand eines Datenblatts als Zielwert erfasst werden.

Das Silikonelastomer des zweiten Isolationsmaterials 5 wird durch das hier beschriebene Verfahren an diese Daten im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit angepasst. Bei dem polymeren Isolierstoff, nämlich dem kabelseitigen Isolationsmaterial 4, kann es sich um Polyethylen oder Polypropylen handeln, welches von einem Hersteller bezogen wird, der auch die Daten, insbesondere die zu erfassende elektrische Leitfähigkeit, bereitstellt.

Fig. 1 zeigt insoweit eine Kabelgarnitur 1 , umfassend einen Isolierkörper 2 zur Aufnahme mindestens eines Kabels 1a, 1b mit einem kabelseitigen, ersten Isolationsmaterial 4, wobei der Isolierkörper 2 ein garniturseitiges, zweites Isolationsmaterial 5 aufweist und wobei das zweite Isolationsmaterial 5 durch Vernetzung oder Nachvernetzung unter Erwärmen auf eine definierte Vernetzungstemperatur eine definierte elektrische Leitfähigkeit erhalten hat.

Zwei Kabel 1a, 1b sind im Isolierkörper 2 eingebettet, wobei die elektrische Leitfähigkeit des zweiten Isolationsmaterial 5 durch das nachfolgende Verfahren eingestellt ist.

Das Verfahren zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit des polymeren Isolationsmaterials 5 umfasst die nachfolgenden Schritte:

Erfassen einer einzustellenden elektrischen Leitfähigkeit als Zielwert, Erwärmen eines Ausgangsmaterials, aus dem das polymere Isolationsmaterial 5 gefertigt wird, auf eine Vernetzungstemperatur, um das Ausgangsmaterial zu vernetzen oder nachzuvernetzen, und Wählen der Vernetzungstemperatur, um dem polymeren Isolationsmaterial 5 eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, die dem Zielwert der erfassten elektrischen Leitfähigkeit möglichst nahe kommt oder diesem gleichkommt.

Als Ausgangsmaterial wird ein Silikonelastomer oder ein teilvernetztes Silikonelastomer verwendet. Die elektrische Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials wird ausgehend von einem Anfangswert durch Erhöhen der Vernetzungstemperatur auf den erfassten Zielwert der elektrischen Leitfähigkeit reduziert.

Der zu erreichende Zielwert für die elektrische Leitfähigkeit des zweiten Isolationsmaterials 5 kann wie oben beschrieben anhand eines Datenblatts des ersten Isolationsmaterials 4 erfasst werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die zuvor genannten Verfahrensschritte nicht abschließend sein müssen. Weitere Verfahrensschritte können ebenfalls optional durchgeführt werden, weil weitere Einflussparameter bei der Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit eine wichtige Rolle spielen können und daher unter Umständen zu berücksichtigen sind. Weiterhin unterliegen diese Einflussparameter den spezifischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials.

Die Vernetzungsdauer kann definiert gewählt werden, also die Zeit, während der die Vernetzungstemperatur auf das Ausgangsmaterial einwirkt.

Die Füllzeit kann definiert gewählt werden, also die Zeit, in der das Ausgangsmaterial in eine Form eingebracht wird, in der die Vernetzung vorgenommen wird.

Der Fülldruck kann definiert gewählt werden, also der Druck, mit dem das Ausgangsmaterial in eine Form eingebracht wird, in der die Vernetzung vorgenommen wird.

Die Vorwärmtemperatur kann definiert gewählt werden, also die Temperatur, welche das Ausgangsmaterial hat, wenn das Ausgangsmaterial in die Form eingebracht wird.

Die Formtemperatur kann definiert gewählt werden, also die Temperatur, welche die Form hat, wenn das Ausgangsmaterial in die Form eingebracht wird. Die Formtemperatur kann negativ oder positiv sein.

Auch die Geometrien der Form und des Isolierkörpers können Einflussparameter darstellen, die zu berücksichtigen sind. Auch Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise die Luftfeuchtigkeit, können Einflussparameter darstellen. Durch das Verfahren wird ein Isolationsmaterial 5 eines Isolierkörpers 2 einer Kabelgarnitur 1 hergestellt. Bei der Kabelgarnitur 1 ist im Isolierkörper 2 ein Grenzschichtbereich G vorgesehen, in dem ein kabelseitiges, erstes Isolationsmaterial 4 und ein garniturseitiges, zweites Isolationsmaterial 5 aneinander liegen, wobei die elektrischen Leitfähigkeiten der beiden Isolationsmaterialien 4, 5 gleich oder im Wesentlichen gleich sind.

Die Grundlage der Erfindung ist der Zusammenhang zwischen der Vernetzungstemperatur und einer scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Dieser Zusammenhang wurde anhand von Versuchen mit einem Silikonelastomer erkannt. Die elektrische Leitfähigkeit reduziert sich mit steigender Vernetzungstemperatur.

Eine eindeutige Erklärung für den Zusammenhang kann nicht gegeben werden, ist jedoch in einer veränderten Vernetzungsdichte zu vermuten. Die Signifikanz der Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der Vernetzungstemperatur scheint vom Typ bzw. vom Vernetzungsverhalten des jeweils verwendeten Silikonelastomers abhängig zu sein.

Bezugszeichenliste:

G Grenzschichtbereich

1 Kabelgarnitur

1a, 1b Kabel

2 Isolierkörper

2a, 2b äußeres Feldsteuerelement

3 inneres Feldsteuerelement

4 kabelseitiges, erstes Isolationsmaterial

5 garniturseitiges, zweites Isolationsmaterial