NO744687L - - Google Patents

Description

Oljefylt kabel for høye spenninger.

Foreliggende oppfinnelse angår elektriske kabler for høye spenninger, f.eks. 200 kV og mer. Med dagens praksis har kabler som skal overføre meget høye spenninger så godt som utelukkende di-elektrika dannet av isolerende papirbånd som overlapper hverandre og er impregnert med en mobil hydrokarbonolje (i alminnelighet en ut-valgt og raffinert petroleumsolje) som holdes under trykk. Denne type dielektrikum har en tapsfaktor på omtrent 0,2-0,5% som ved spenninger opptil rundt 150 kV fører til et tap av bare noen få prosent av de MVA kablen overfører. Tapene øker imidlertid hurtig med økende spenning, og det er slått fast at ved en spenning på mellom 750 kV og 1 MV vil det i høyeste grad bli uøkonomisk hvis det ikke er fysisk umulig å overføre brukbare energimengder med slike kabler.

Denne vanskelighet er blitt forsøkt løst ved å erstatte båndene av papir helt eller delvis med bånd av syntetiske polymerer materialer med meget lave tapsfaktorer. Dette fører imidlertid til en ytterligere vanskelighet ved at de billigste og lettest tilgjenge-lige polymere materialer med gode elektriske egenskaper har tilbøye-lighet til å svelle når de blir påvirket av olje, og de fleste kabler som er bygget etter tidligere kjente forslag har utviklet radielle trykk som er tilstrekkelig til å hindre båndene i å gli på hverandre slik at det har vært umulig å bøye kabelen uten at det oppstår skader som hurtig vil føre til elektrisk sammenbrudd. Når laminerte bånd av syntetiske polymerer og papir er blitt benyttet, har denne virk-ning også vært så stor at båndene brast under de trykk som oppsto.

Ved å velge disse kombinasjoner av materialer er det mulig å komme frem til en kabel som kan arbeide ved en spenning på minst 2000 kV og som ikke svikter på den måte som er nevnt ovenfor, samtidig med at den er tilstrekkelig fleksibel til å kunne vikles på en trommel og senere (både et år og mer etter fremstilling og impregnering) kan vikles ut og installeres.

I britisk patent nr. 1.311.867 er det beskrevet en oljefylt elektrisk kabel med laminert isolasjonsmateriale impregnert med et mobilt impregneringsmiddel med en viskositet på mindre enn 57 centistokes ved 20°C og mindre enn 11 centistokes ved 60°C. Impregneringsmidlet holdes på et trykk som er høyere enn atmosfæretrykket, og den laminerte isolasjon er bygget opp i det minste delvis fra bånd som består av en tett plastfilm som på begge sider er bundet til tynne cellulosepapirbånd med en tetthet på mindre enn 0,8 Mg/m<3>og med høy ugjennomtrengelighet.

Foreliggende oppfinnelse er basert på oppdagelsen av en spesiell kombinasjon av materialer som gir egenskaper bedre enn de man finner i britisk patent 1.311.867, og i henhold til oppfinnelsen skal impregneringsmidlet i en oljefylt kabel for meget høye spenninger ha en impregnert dielektrisk vegg av laminerte bånd, der im-pregneringsmidlét er en alkylert benzen med en viskositet på mindre enn 57 centistokes ved 20°C og mindre enn 11 centistoke ved 60°C,

der stort sett alle molekyler i den alkylerte benzen har mellom 15

og 25 karbonatomer og der båndene i i det minste den radielt sett indre del av veggen av impregnert båndformet laminert dielektrikum er dannet av et ekstrusjonsbundet laminat, omfattende et midtre lag av polypropylen som er stort sett uoppløselig i den nevnte alkylerte benzen, og to ytre lag av cellulosepapir der hver av papirlagene har en tykkelse som ikke er mer enn 50 mikrometer, en tetthet som er mindre enn 0,85 Mg/m 3 og en Gurley ugjennomtrengelighet på minst 10 000 sek.

Det er ikke nødvendig at den dielektriske vegg av impregnert laminert bånd utgjør hele isolasjonsmaterialet for kabelen og det er til og med å foretrekke at isolasjonsmaterialet har indre og ytre soner av cellulosepapirbånd som hver (og særlig den indre sone) består av bare to papirbånd som legges på uten overlapning i overensstemmelse med britisk patentansøkning nr. 12717/73.

Papirlagene i laminatet har tre funksjoner. De letter impregnering av båndene på plass på kabelen, de forbedrer håndterings-egenskapene for båndene og de påvirker svellingen av polypropylenlaget når det impregneres. Den tredje funksjon er meget viktig og oppfinneren har funnet at det er avgjørende at man bruker ekstrusjonsbundet laminat hvis man skal få tilstrekkelig kontroll med svellingen. Et slikt laminat formes ved ekstrusjon av en bane av polypropylen

fra en spaltedyse med en passende høy temperatur, f.eks. 300°C, og før

materialet kjøles ned føres det inn mellom og bindes ved trykk til to papirbånd som har en meget lavere temperatur (normalt omgivende temperatur). Noen ganger betegnes denne type laminat som "forstrukket" laminat fordi under normale arbeidstemperaturer (og før impregneringsmiddel er påført) holder papirlagene polypropylenlaget i en elastisk strammet tilstand.

Man kan ikke forutsette at alle kvaliteter av polypropylen tilfredsstiller kravene til uoppløselighet i alkylerte benzener, men gode resultater er blitt oppnådd ved anvendelse av en kvalitet

av polypropylen som i Storbritannia fåes fra Imperial Chemical Industries Ltd. og som er betegnet som II grade PXC3391".

Med "cellulosepapir" menes papir som består omtrent bare av cellulosefibre. Papirlagene i laminatet må være meget tynnere enn normalt kabelpapir. Selv i de ytre deler av kabelensdielektrikum eller den del av denne som dannes av laminerte bånd må tykkelsen av papirlaget ikke overskride 80 mikrometer. I den indre, sterkt påkjente sone av det dielektriske materiale der de elektriske påkjenninger er størst må papirlagene ikke være tykkere enn 50 mikrometer som allerede angitt, og de bør fortrinnsvis ha en tykkelse på omtrent 20-25 mikrometer.

Det papir som foretrekkes for de indre deler av det dielektriske materiale er ukallandrert papir for elektriske anvendelser med en middels fiberlengde med en tetthet på 0,7 Mg/m 3 og en Gurley ugjennomtrengelighet som er større enn 10 000 sek. Et papir av denne type er kraftpapir for elektriske viklinger fremstilt i•overensstem-melse med BS 698:1956, klasse IA og i overensstemmelse med de meget høye krav som stilles til kjemisk renhet når. det gjelder materialet til fremstilling av kondensatorer. For de ytre lag av det dielektriske materiale kan kraftpapir av den kvalitet som selges som elektrolyttisk kondensatormateriale, foretrekkes fordi det gir en høyere bindings-styrke. I noen tilfeller kan de to papirlag også godt være av for-skjellige slag.

Papirlagene (eller i det minste det ene av dem) kan være innsatt med et aktivt absorbsjonsmiddel av den art som er beskrevet i U.S. patent nr. 1.185.474, og som er aktivert aluminiumoksyd eller en annen aktiv metalloksyd, hydratisert metalloksyd, hydroksyd, karbonat eller basisk karbonat som har en absorpsjonsevne i likhet med den man finner hos aktivert aluminiumoksyd for derved å redusere forringelsen av elektriske egenskaper på grunn av forurensning av

impregneringsmidlet med rester fra plastmaterialet.

Papirets funksjon ved regulering av svellingen er av største viktighet,i ytre deler av det dielektriske materiale fordi de indre deler vil bli holdt tilbake også av de ovenliggende bånd i de ytre deler og kan vikles strammere. På den annen side vil en høy andel av plastmaterialet være mest fordelaktig i de deler av det dielektriske materiale som ligger nærmest lederen der de elektriske påkjenninger er størst. I noen tilfelle kan det derfor være fordelaktig å bygge opp det dielektriske materiale av en rekke forskjellig sammensatte bånd slik at andelen av det dielektriske materiale som dannes av plast avtar med økende avstand fra kabelens leder. Det antall trinn som er ønskelig vil øke med økende tykkelse på den dielektriske vegg og derfor med kabelens arbeidsspenning. Hvis for eksempel s den dielektriske vegg er 10 mm tykkevil det klare seg med to trinn, mens det er ønskelig med tre trinn der den dielektriske veggtykkelse er 25 mm.

Det har overraskende vist seg at den dielektriske taps-vinkel for det komplette dielektriske materiale varierer med tykkelsen av de enkelte bånd selv om egenskapene i plastmaterialet forblir kon-stant,og det kan være hensiktsmessig å benytte de tykkest mulige sammensatte bånd som mekaniske og elektriske hensyn tillater.

Selv om det vanligvis vil være fordelaktig, i det minste for lavere spenninger, at hele det dielektriske materiale bortsett fra tynne indre og ytre soner av papir, bygges opp av sammensatte bånd som angitt, kan det være fordelaktig å utføre bare en del av det dielektriske materiale av slike bånd mens resten fortrinnsvis er av papirbånd. I én utførelse kan således det dielektriske materiale over hele sin lengde omfatte en indre del av sammensatt bånd og en ytre del av papir, og ved en annen utførelsesform kan sammensatte bånd benyttes bare for å utfylle det dielektriske materiale ved skjøter og avslutninger. Det vil vanligvis være å foretrekke å benytte sammensatte bånd i.skjøter og avslutninger overalt der hele eller deler av

det opprinnelige dielektriske materiale er av sammensatt bånd, men

de optimale tykkelser av plast- og papirlagene i det sammensatte bånd som benyttes ved skjøter og sammenslutninger kan skille seg fra den optimale tykkelse av tilsvarende lag i kabler på grunn av varierende fordeling av påkjenningene.

I henhold til oppfinnelsen foretrekkes det som alkylert benzen en monoalkylbenzen eller dialkylbenzen med passende molekyl vekt eller en blanding av slike mono- og/eller dialkylbenzener. I alminnelighet foretrekkes alkylbénzener med rettkjedede alkylgrupper. 1-dodecylbenzen er tilgjengelig på markedet i forholdsvis ren form med en viskositet på omtrent 33 centistoke ved 20° og 10 centistoke ved 60°/og dette materiale foretrekkes av de som idag er handelsvare. Man kan imidlertid anvende materialer med noe høyere molekylvekt hvis denne ventes å gi mindre svelling.

Som et ytterligere trekk kan laminatet svelles på forhånd med alkylert benzen før laminatet legges på i overlappende viklinger for å danne kabelens dielektrikum, i overensstemmelse med den ene eller, begge de britiske patentansøkninger 8379/71 og 8380/71.

Vanligvis vil det dielektriske materiale normalt ved sine indre og ytre flater være omgitt av henholdsvis en lederskjerm og en skjerm for det dielektriske materiale. Disse skjermer kan dannes av enkle eller flerdelte lag av ledende bånd som fortrinnsvis er av papir selv om de kunne være laminert på samme måte som de bånd som benyttes til oppbygning av det dielektriske materiale. I alle tilfelle må båndene være hensiktsmessig metallisert og/eller tilsatt karbon eller annet ledende materiale. På det nuværende tidspunkt foretrekkes metallisert karbonpapir. Hvis laminerte bånd benyttes i skjermene er fortrinnsvis alle tre lag av laminatet tilsatt ledende materiale, men i noen tilfelle kan f.eks. det ytre lag for en lederskjerm eller det indre lag ved skjjermen for det dielektriske materiale er bygget opp av et tredobbelt laminat med ett papirlag uten til-setning, det vil si det papirlag som løper sammen med det dielektriske materiale. Papiret som ikke er tilsatt ledende materiale er fortrinnsvis tilsatt aktivt, findelt aluminiumoksyd eller annet materiale

av den art som er omhandlet i britisk patent nr. 1.185.473.

Hvis den sentrale lastførende leder i kabelen er fler-trådet er det en tilbøyelighet til at lederskjermen drives inn i mellomrommene mellom trådene på grunn av det trykk som svellingen skaper. For å unngå denne mulighet blir lederen fortrinnsvis omviklet med metallbånd før lederskjermen påføres. Fosforbronsebånd med en tykkelse på omtrent 0,1 mm har vist seg å være tilfredsstillende for dette formål. Om nødvendig brukes papirbånd som underlag for leder-sk jermen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk, og den vil i det følgende bli forklart nærmere under henvis-ning til tegningene der: Fig. 1, 2 og 3 viser hvert sitt snitt gjennom en kabel og

fig. 4 viser en liten del av det dielektriske materiale sett i snitt og i forstørret målestokk.

På hver av figurene 1, 2 og 3 betegner 1 et skrueformet stålbånd som danner en sentral oljekanal i metallederen 2. Rundt metallederen ligger et sammenbindende bronsebånd 3 og en lederskjerm 4.av metalliserte bånd eller bånd som er tilsatt ledende materiale ligger utenpå dette. Det dielektriske materiale er bygget opp av et tynt indre lag 5 av to papirbånd, en hoveddel 6 som består av et stort antall laminerte bånd og et tynt ytre lag 7 bygget opp av to papirbånd. Kabelen har så en halvledende skjerm 8, et ledende underlagsbånd 9 (laget av kobbertråder og tekstiltråder eller glassfibre som er vevet sammen), bly eller aluminiumarmering 10, bronsebånd 11 eller en annen forsterkning som tåler trykk og til slutt en ytre plastkappe 12.

I det eksempel som er vist på fig. 1, som er en 132 kV-kabel, har det dielektriske materiale 6 en radiell tykkelse på omtrent 5,5 mm. De to papirbånd som danner lageret 5 er hver omtrent 75 mikrometer tykke mens de to papirbånd som danner lager 7 er 100 mikrometer tykke hver. Hele hoveddelen 6 av det dielektriske materiale er bygget opp av ekstruderingsbunnet laminerte bånd som hvert har et polypropylenlag på 50 mikrometer lagt inn mellom og bundet til to papirlag som hvert er 25 mikrometer tykke.

I det eksempel som er vist på fig. 2 som er en 275 kV-kabel er de to papirbånd 5 hver 75 mikrometer tykke. Den dielektriske vegg 6 av laminerte bånd er bygget opp av to deler 6a og 6b, hver med en radiell tykkelse på 5 mm. De laminerte bånd i den indre del 6a er identiske med de bånd som er anvendt i eksemplet på fig. 1,

og båndene i den ytre del 6b skiller seg fra disse bare ved at hvert papirlag er 30 mikrometer tykt og polypropylenlaget er 60 mikrometer tykt.

I det eksempel som er vist på fig. 3 som er en 4 00 kV-kabel, er hvert av papirlagene 5 og 7 bygget opp av to papirbånd som er 75 mikrometer tykke og to papirbånd som er 100 mikrometer tykke. Hoveddelen 6 av det dielektriske materiale er satt sammen av fire deler som hver består av ekstrusjonsbundet papir/polypropylen/papir-laminat. Den indre del 6c er 5 mm tykk og er av laminerte bånd der propylenlaget er 50 mikrometer tykt og hvert av papirlagene er 25 mikrometer tykke. Den annen del 6d er også 5 mm tykk og er av lami nerte bånd der polypropylenlaget er 60 mikrometer tykt og hvert av papirene er 30 mikrometer tykke. Det tredje lag 6e er 4 mm tykt og består av laminerte bånd der polypropylenlaget er 80 mikrometer tykt og hvert av papirlagene er 40 mikrometer tykke. Det ytre lag 6f er 1 mm tykt og er av laminerte bånd som er identiske med de man finner i det annet lag.

I alle eksemplene er den isolerende væske dodecylbenzen som selges som "Alkylat Pl" av Shell Mex&BP Limited, England.

Claims (8)

1. Olij.efylt kabel for meget høye spenninger, med en impregnert dielektrisk vegg av laminerte bånd, karakterisert ved kombinasjonen av et impregneringsmiddel som er en alkylert benzen med en viskositet på mindre enn 57 centistoke ved 20°C og mindre enn 11 centistoke ved 60°C, der så godt som alle molekyler i den alkylerte benzen har mellom 15 og 25 karbonatomer, med bånd som i det minste ved den radielt sett indre del av den laminerte dielektriske vegg, er dannet av et ekstrusjonsbundet laminat, omfattende et midtre lag av polypropylen som er stort sett uoppløselig i den alkylerte benzen og to ytre lag av cellulosepapir der papirlagene har en tykkelse på ikke mer enn 50 mikrometer, en tetthet på mindre enn 0,85 Mg/m 3 og en Gurley ugjennomtrengelighet på minst 10.000 sek.

2. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert v e d at den alkylerte benzen består hovedsakelig av en eller flere enn en monoalkylbenzen.

3. Kabel som angitt i krav 2, karakterisert v e d at alkylbenzenet eller hvert av disse har en rettkjedet alkyl-gruppe.

4. Kabel som angitt i krav 2, karakterisert v e d at den alkylerte benzen stort sett består av 1-dodecylbenzen.

5. Kabel som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at hvert papirlag i det ekstrusjonsbundne laminat har en tykkelse på mellom 20-25 mikrometer.

6. Kabel som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at hvert papirlag i det ekstrusjonsbundne laminat er et ukallandrert papir av elektrisk kvalitet med middels fiberlengde og med en tetthet på 0-7 Mg/m 3.

7. Kabel som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at.den impregnerte dielektriske vegg av laminert bånd også innbefatter en ytre del av eksidru-sjonsbundet laminat med et midtre lag av polypropylen som er stort sett uoppløselig i den alkylerte benzen, og to ytre lag av cellulosepapir som hvert har en tykkelse på mer enn 50 mikrometer, men ikke over 80 mikrometer, en tetthet på mindre enn 0,85 Mg/m 3 og en Gurley ugjennomtrengelighet på minst 10.000 sek.

8. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert v e d at den alkylerte benzen stort.sett består av en eller mer enn en di-alkylbenzen med eller uten en eller flere enn en monoalkylbenzen.