CS212876B1 - Elektroizolačný nestekavý impregnant pře vrstevnú papierovú izoláciu vysokonapaíových silnoprúdových káblov - Google Patents

Description

1 212 87

Vynález sa týká elektroizolačných nestekávých impregnantov pre vrstvená papierovúizoláeiu vysokonapatových, silnoprúdovýeh káblov klasické konátrukcie. Ide o typy, kde po-žadovaná priemerná životnost obvykle přesahuje 30 rokov. Účelom riešenia je získanie nové-ho typu nestekavého impregnantu vhodných vlastností, ktorý v porovnání s doterajšími jetechnicky, technologicky aj ekonomicky výhodnější.

Impregnováním papierovej izolácie vhodnými materiálmi olejového typu zvýši sa jejelektrická, prierazová pevnost 10 až 15 násobné. U silnoprúdovýeh káblov klasickéj konš-trukcie, s vrstvenou papierovou izoláciou napuštěnou běžným impregnantem olejovitej kon-zistencie, uložených na trasách s vačším výškovým rozdielom, už aj v dosledku obvyklýchprevádzkových cyklov, prejavujúcich sa striedavým zohrievaním s ochladzovaním, dochádzak migrácii a stekaniu impregnantu radiálně aj axiálně pozdiž papierovej izolácie. Tým po-stupné vznikajú impregnantom nevyplněné priestory a úseky, dutiny v izolácii, v ktorýchvzniká ionizácia, čo výsledné potom vedie až k elektrickému prierezu kábla. Praktické hra-nice přípustných výškových rozdielov na bežnej káblovej trase sa pohybujú v rozmedzí cca5 až 14 m. Pře jednotlivé alternativy sú podmienky bližšie vymedzené o.i. například v ČSN37 5054. Dané obmedzenia nemožno kompenzoval použitím ani najkvalitnejších impregnantovběžných typov. U káblov určených na trasy s vačšími výškovými rozdielmi, resp. na zvislú inštaláciu,je potřebné použit Speciálně, takzvané nestekavé impregnanty, obvykle označované aj názvom"non draining comoupounds". Boli vyvinuté a sú dostupné rožne typy takýchto impregnantov,sú to látky na báze prírodných aj syntetických materiélov a ich zmesí, pričom na ich pří-pravu sa používájú najrozličnejšie suroviny.

Od impregnantov takéhoto typu sa okrem splnenia ibvyklých požiadaviek, tj. ich vhod-nosti z hiadisla technického, technologického, ekonomického, efektivnosti ich použitia,ceny a dostupnosti potřebných surovin atd. vyžaduje naviac, aby tieto impregnanty mali velmi dobré elektrické a fyzikálně vlastnosti, před aplikáciou, ale aj po nej, aby mali dobrůodolnost proti starnutiu, ale naviac musia mat Specificky nízku viskozitu pri obvyklej im-pregnačně j teplota, aby sa nimi umožnilo čo najdokonalejšie preimpregnovanie papierovejizolácie, na druhaj straně však viskozita toho istého impregnantu musí byt čo najvyššiaaj při hraničných prevádzkových teplotách kábla, aby nedochádzalo k migrácii alebo steka-niu impregnantu na nižšie položené miesta. Ten istý impregnant musí mat aj vhodné Teolo-gické vlastnosti, musí být dostatečné přilnavý k izolácii aj ku kovovým jádram, byt dosta-tečné plastický aj pri nízkých teplotách a mat nízký koeficient tepelnej roztažnosti, abypočas kladenia, resp. tepelných cyklov v kábli nedochádzalo k jeho praskaniu, k lámaniupapierovej izolácie a k vytváreniu trhlin alebo dutin v impregnovanéj izolácii. Náročnost splnenia súčaných, v mnohých smeroch až protikladných požiadaviek vedie 1tomu, že známe riešenia sú prevážne kompromisom a dané požiadavky obvykle sú splněné lenčisetočne alebo v aedostačujúcej miere, nekomplexne. Súčasne, vzhiadom na roznorodost těchnických postulátov, dosiahnutie praktických výsledkov zásadné je možné očakávat len uplat-něním kombinovaných materiálov, tj. zmesnými typmi impregnantov zložených z viacerých ak-tivnych zložiek a vhodné vymedzených materiálov a ich podielov v danej kombinácii. Základ- 2 212 878 nou zložkou takýchto zmesí zostáva tu přitom prevažne niektorý tekutý izolant, obvykle nabáze minerálneho alebo syntetického oleja, ktorého vlastnosti sú upravené integrovanými po-dielmi Salších zmesných zložiek a přísad·

Polyméry rozneho typu, ktoré sa přidávájú do olejových typov impregnantov ako ich plastifikátory, přísady na zlepšenie přilnavosti a tiež ako zvyšovače teploty tečenia, majú túvlastnosí, že zvyšujú viskozitný index zmesi, a to tým viac, čím má polymér vyššiu moleku-lová hmotnosí, pričom významná úlohu má aj Struktúra polyméru. Ako negativny vplyv Sa tuvšak projevuje ovplyvnenie procesu impregnácie izolácie káblov, vzhladom na zvýšená visko-zitu takéhoto impregnantu. V zéujme dokladného preimpregnovania je potom potřebné volií buávyššie impregnačné teploty alebo dlhšie impregnačné Sasy, čo však následné nepriaznivoovplyvnuje elektrické a funkčné vlastnosti vyrobených káblov. V důsledku nedostatku mikrokryštalických ropných voskov vhodného typu, resp. analogic-kých složiek s gradáciou nad 85 °C, ktoré by boli bez vypadávania zo zmesi aj samotné schopné zabezpečil impregnantu dostatečno vysoká teplotu tečenia, táto ich funkciu čiastočne preberajú přísady z polyméru. Vysokomolekulové polyméry s priemernou molekulovou hmotnostou15 000 a viac, obvykle dokážu zabezpečit aspoň požadovaná vysoká teplotu tečenia, avšakpreto, že nie je možné z nich integroval vačšie množstvá, impregnanty nedosahujú potřebnáplasticitu. Polyméry s nižšou molekulovou hmotnosíou cca 3 000, olejovite-medovitej konzis-tencie, možno pridaí v dostatečnom množstve na dosiahnutie dobréj plasticity a lepivosti,tieto přitom ovplyvňujú bod skvapnutia impregnantu iba minimálně. Vzhladom však na obmed-zenosí výběru vhodných typov, ktoré musia splňovaí aj rad Specifických požiadaviek aj kva-litatívneho, technologického a aplikačeného rázu, Vzhladom na ich obmedzenú dostupnost, vy-soká cenu i áalšie okolnosti v danej súvislosti, použitie týchto polymérov sa javí máloefektívnym a ekonomicky nevýhodným a přitom aj ich aplikácia vyžaduje obvykle pridanie iáalších zložiek na zvýšenie bodu skvapnutia impregnantu a nedaří sa vždy zabránit ani vy-padávaniu časti zložiek, ku ktorému tu dochádza v niektorých prípadoch.

Nevýhody doterajšieho stavu odstraňujú sa riešením podlá vynálezu. Toto riešenie jev podstatě charakterizované tým, že daný elektroizolačný impregnant pře vrstvená papierovúizoláciu vysokonapaíových silnoprúdových káblov je homogenizovanou zmesou zložiek 20 až 74hmotnostných percent izolačného oleja, 25 až 75 hmotnostných percent mikrokryštalickéhoropného vosku, výhodné cerezínu pre elektrotechnické úšely, bod skvapnutia ktorého podláUbelohdeho je minimálně 70 °C, a áalším podielom v zmesi je 1 až 30 hmotnostných percentamorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia je najmenej 70 °C a obsahuje 5 až 40 hmot-nostných percent stereoblokových Struktur a izotaktických podielov rozptýlených v ataktic-kom polyméri při stanovení tohoto obsahu Nattovou frakčnou analýzou ako podiel nerozpustnýv n-heptáne při laboratorněj teplote. Alternatívnym riešením je principiálně obdobný im-pregnant, ktorý je ake charakterizovaný tým, že obsahuje ako zmesné podiely 20 až 75 hmot-nostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných pervent kolofónie, 25 až 75 hmot-nostných percent Specifikovaného mikrokryštalického ropného vosku a podiel 1 až 30 Speci-fikovaného amorfného polypropylénu. Vhodnou áalšou konkretizáciou daného riešenia je ajimpregnant, ktorý je charakterizovaný tým, že obsahuje podiel 95 až 99 hmotnostných percent 3 212 87

Specifikovaného zmesného nestekavého impregnantu z 20 až 74 hmotnostních pereent izolačné-ho oleja, 25 až 75 hmotnostních pereent mikrokryStálického ropného vosku a 1 až 30 hmot-nostních pereent ataktického polypropylénu, alebo z 20 až 73 hmotnostních pereent izolač-ného oleja, 1 až 10 hmotnostních pereent kolofónie, 25 až 75 hmotnostních pereent mikro-kryštalického ropného vosku a 1 až 30 hmotnostních pereent amorfného polypropylénu, ktorýpodiel nestekavého impregnantu je zhomogenizovaný s pedielom 1 až 5 hmotnostních pereentpolyolefínu, víhodne vysokotlakového polyetylénu, charakterizovaného indexom toku taveniny50 až 500 a hustotou maximálně 0,920 g/cm^.

Nestekaví impregnant pódia vynálezu možno považoval za komplexné riešenie problemati-ky tak po stránke technickej, ako aj aplikačnej. Potřebné zložky zmesi sú bežne dostupné,ich cena je relativná nízká, výhodná. Ako izolační olej pre daní účel sú vhodné aj typy nabáze parafinickích rop, včítane tzv. pseudorafinátov. Zmesná zložka na báze amorfného po-lypropylénu představuje materiál, ktorí j® vediajším, t.č. prakticky odpadovým produktom,vznikajúcim při výrobě izotaktického polypropylénu Ziegler.Nattovým postupom. Jeho apliko-vateinost je podmienená výberom a předehádzajúcou tepelnou úpravou, kde sa odstraní vodaa rozpúštadlo, čím sa získá taveniny, ktorá obsahuje zmes ataktického, stereoblokového aizotaktického polypropylénu, obecne rózneho zloženia z každéj výrobněj šarže. Každá z týchto zložiek amorfného polypropylénu pře daný účel, tj. ako súčast nestekavého impregnantu,posobí Specificky odlišné a zároveň priaznivo na výsledné funkčně vlastnosti. Obsah atak-tického polyméru, ktorého molekulová hmotnost je okolo 10 000, zabezpečuje jej dobrú roz-pustenost, pričom vzhiadom na jej Strukturu, ktorá je hustéj, medovitej, lepivej konzis-tencie so studeným tokom, u nestekavého impregnantu sposobuje, že tento má dobrů plastič-nost a přilnavost, a to prakticky už bez negativného ovplyvnenia výšky impregnačněj teplo-ty. Přítomné stereoblokové štruktúry so širokým spektrom molekulových hmotností až do300 000 spolu s izotaktickým polymérem sú při prevádzkovej teplote káblov iba obmedzenerozpustné, v zmesi sú rozptýlené a vytvárajú tu preto priestorové zábrany proti migráciiimpregnantu, čím pósobia sko účinný zvyšovač bodu skvapnutia. V případe amorfhých polypro-pylénov, ktoré obsahujú menej vysokomolekulámych Struktur, zvýšenie bodu skvapnutia sadosiahne integrováním malého množstva áalšieho polyméru v zmesi.

Podiel amorfného polypropylénu zlepšuje elektrické vlastnosti nielen v čerstvo pri-pravenom impregnantu, ale má priaznivý vplyv aj na jeho stálost voči oxidácii, pretože voblasti impregnačních teplot vykazuje menšie změny dielektrických vlastností, a tým súmenSie aj změny dielektrických vlastností po dlhodobom stárnutí. Umožňuje sa tým vylúče-nie alebo podstatné obmedzenie obsahu prírodnej živice, kolofónie v zmesi, ktorá v nej máv dosledku svojej polárnéj Struktury nepriaznivý vplyv na elektrické vlastnosti. PodielSpecifického amorfného polypropylénu plní teda v danej zmesi funkciu plastifikótora, zvy-šuje jej přilnavost, znižuje viskozitný index a posobí tu aj ako antioxidant. V dosledkochsa zlskava nestekavý impregnant s vyššími technickými parametrami a rozšířenými aplikační-mi možnostami, vhodný aj pre káble na vyššie napatia, například 22, 35 kV, alebo i vyššie.

Zmes zložiek vytvára stabilný gél, ktorého podiely sa neoddelujú ani pri dlhodobej prevádzky káblov. Zmesný produkt nedegraduje, nemení vlastnosti ani keá dochádza k jeho 4 212 876 prehriatiu na vyššie teploty v priebehu přípravy a aplikácie, resp. počas stažených pre-vádzkových podmienok, takže zabezpečuje trvale požadované vlastnosti u příslušných káblov.Požiadavky praxe dané riešenie splňuje komplexně, odstraňuje prevážnu část doterajších ne-dostatkov tak vo výrobě ako pri aplikácli, a to po stránke technickéj, technologickéj ajekonomiekej. Příklad 1 K zložke 38 hmotnostných percent izolačněho, káblového oleja pre vysoké napatie zod-povedajúcemu CSN 65 6846, zohriatemu na 160 °C, přidalo sa za stálého miešania 12 hmotnos-ných dielov amorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia, zistený skúškou krúžok - guloč-ka pódia ČSN 65 7060 vykazoval hodnotu 154 °C. Táto zložka obsahovala přitom 85,10 hmot-nostných percent ataktického polyméru, 12,10 hmotnostných percent stereoblokového polymé-ru a 2,90 hmotnostných percent izotaktického polyméru, pri stanovení tohto obsahu Nattovoufrakčnou analýzou s n-heptánom.

Po zhomogenizováni oboch zložiek sa k roztoku postupné, za stálého miešania přidalo 50 hmotnostných dielov cerezínu 80, zodpovedajúcemu GOST 2488-73, ktorý mal bod skvapnutia podlá Ubbelohdeno 82 °C, viskozitu pri 100 °C 14,3 mm^ ,s”^ a měrný vnútorný odpor pri 100 °C 1,5.101^ Ohm.m. Až do zhomogenizovania zložiek sa teplota počas miešania udržiavala v rozmedzí 100 τ 120 °C. Získaný nestekavý impregnant mal bod skvapnutia pódia Ubbelohdeho 79 °C a viskozita tu pri 100 °C 50 mPa.s. Hodnota etratového činiteia v pSvodnom stave, pri 100 °C a 50 Hz bola 0,0157, měrný vnútorný odpor pri 100 °C mal hodnotu 1,3.10^θ Ohn.m

Po umelom stárnutí pódia ČSN 65 6846 stratový činitel mal hodnotu 0,0374 při 100 °C a mer-q ný vnútorný odpor pri tej istej teplote 8,7.10 Ohm.m. Výsledný nestekavý impregnant saaplikoval na silnoprúdové káble 22 kV, ktorých vodivé jádro Cu boli izolované 48 vrstvo-vou navíjanou papierovou izoláciou z nátronovej celulózy pódia ČSN 50 2622. Káble bolomožné použil pre trasy bez obmedzenia výškových rozdielov, včítane možnosti zvislého inštalovania. Příklad 2 K podielu 50 hmotnostných percent impregnantu olejovitého typu, obsahujúceho 87 hmot-nostných percent káblového oleja pre vysoké napatie pódia CSN 65 6846, 8 hmotnostných pro-cent amorfnéhoho polypropylénu Specifikovaného ako v přiklade 1 a podiel 5 hmotnostnýchpercent gráckej kolofónie, sa po zohriati tejto zmesl na 120 °C postupné, za stálého mie-šania přidalo 50 hmotnostných percent cerezínu Specifikovaného ako v příklade 1, pričomteplota sa za miešania miržiavala v rozmedzí 100 až 120 °C až do zhomogenizovania zložiek. Připravený nestekavý impregnant mal bod skvapnutia pódia Ubbelohdeho 75 °C a visko-zitu při 100 °C 25 mPa.s. Stratový činitel v povodnem stave pri 100 °C a 50 Hz mal hodno-tu 0,03792; hodnota měrného vnútorného odporu pri 100 °C bola Ο,55.1ΟΊ'θ Ohm.m. Po umelomstárnutí pódia ČSN 65 6846 stratový činitel mal hodnotu 0,05752 pri 100 °C a měrný vnútor-ný odpor při 100 °C mal hodnotu 4,3.10^ Ohm.m. Získaný nestekavý impregnant v plnom rozsahu vyhověl požiadavkám na aplikovanie u ob- dobných typov silnoprúdových vysokonapaíových káblov ako v příklade 1 a to až do 35 kV, určených pre trasy s výškovými rozdielami bez obmedzenia, resp. pre uloženie zvisle.

Claims (3)

1. 5 212 876 Příklad 3 K podlelu 97 hmotnostných percent impregnantu Specifikovaného ako v příklade 2 sabezprostředné po přidání cerezínu, postupné, pri teplote 120 °C, za stálého miešania při-dalo množstvo 3 hmotnostných percent polyetylénu typu Bralen SA 200, ktorý mal index toku O taveniny 200 a hustotu 0,916 g/cm , pričom uvedená teplota sa udržovala po celú dobu mie-šania zložiek, až do ich zhomogenizovania. Vyrobený nestekavý impregnant mal bod akvapnutia podlá Ubbelohdeho 83 °C, viskozitupri 100 °C 36 mPa.s. Hodnota stratového činitela v pávodnom stave při 100 °G a 50 Hz bola0,0251, měrný vnútomý odpor pri 100 °C mal hodnotu 0,74.10^ Ohm.m. Po umelom stárnutípodlá ČSN 65 6846 hodnota stratového činitela bola 0,05097 při 100 °C a měrný vnútorný od-por pri 100 °G mal hodnotu 5,5.10^ Ohm.m. Výsledný nestekavý impregnant sa aplikoval pre obdobné účely a obdobným spósobom akov príkladoch 1 a 2 u káblov na 22 a 35 kV, určených na uloženia na trasách s výškovými roz-dielmi bez obmedzenia, resp. na svislů inštaláciu, pričom sa předpokládalo, že tu súčas-ne dochádza k smaženým prevádzkovým podmienkam, predovšetkým k zvýšeným krátkodobým pre-kročeniam obvyklých maximálnych teplat příslušných káblov. Riešenie podlá vynálezu možno bezprostředné využi£ predovšetkým v kábelovniach, vý-robniach, kde sa produkujú příslušné typy vysokonapaíových , najma 22 a 35 kV silnoárúdo-vých káblov s impregnovanou vrstvenou papierovou izoláciou. PREDMET VYNÁLEZU

   1. Elektroizolačný nestekavý impregnant pre vrstvená papierovú izoláciu vysokonapaíovýchsilnoprúdových káblov, na báze zmesi minerálneho oleja a olefinického polyméru, vyznačujúci sa tým, že impregnant je homogenizovanou zmesou zložiek s obsahom 20 až 74 hmotnost-ných percent izolačného oleja, 25 - 75 hmotnostných percent mikrokryštalického ropnéhovosku, výhodné cerezínu pre elektrotechnické účely, bod skvapnutia ktorého podlá Ubbe-lohdeho je minimálně 70 °C, a áalším podielom v zmesi je 1 až 30 hmotnostných percentamorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia je najmenej 70 °G a obsahuje 5 až 40 hmot-nostných percent stereoblokových štruktúr a izotaktických podielov rozptýlených v atak-tickora polyméri pri stanovení tohoto obsahu Nattovou frakčnou analýzou ako podiel ne-rozpustný v n-heptáne pri laboratornej teplote.
2. 2. Elektroizolačný nestekavý impregnant podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje akozmesné podiely 20 až 73 hmotnostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných per-cent kolofónie, 25 až 75 hmotnostných percent Specifikovaného mikrokryštalického ropné-ho vosku a podiel 1 až 30 Specifikovaného amorfného polypropylénu.
3. 3. Elektroizolačný nestekavý impregnant podlá bodu 1, 2, vyznačujúci sa tým, že obsahujepodiel 95 až 99 hmotnostných percent Specifikovaného zmesného nestekavého impregnantuz 20 až 74 hmotnostných percent izolačného oleja, 25 až 75 hmotnostných percent mikro-kryštalického vosku a 1 až 30 hmotnostných percent ataktického polypropylénu, alebo z20 až 73 hmotnostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných percent kolofónie,25 až 75 hmotnostných percent mikrokryštalického ropného vosku a 1 až 30 hmotnostných 6 212 878 percent amorfného polypropylénu, ktorý podlel nestekavého impregnantu je zhomogenizovanýs podielom 1 až 5 hmotnostných percent polyolefínu, výhodné vyaokotlakového polyetylénu,charakterizovaného indexom toku taveniny 50 až 500 a hustotou maximálně 0,920 g/cm^. Cena: 2,40 Kčs Vytiskly Moravské tiskařské závody, provoz 12, Leninova 21, Olomouc OPE A V A popisu vynálezu k,autorskému osvědčení Č.212 876Int.Cl. Η Ol B 3/20 U popisu vynálezu k autorskému osvědčení č.212 876 je chybav názvu. Správně: Elektroizolačný nestekavý impregnant pře vrstvenápapierovú izoláciu vysokonapaíových ailnoprúdovýchkáblov ÚfiAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY