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

Abstract

Elektroízolačný nestekavý impregnant pře vrstevnú papirovú izoláciu vysokonapaíových silnoprúdových káblov. Nestekavý zmesný impregnant na báze minerálneho aleja, Specifického amorfného polypropylénu a ropného vosku. Impregnant je vhodný pře vysokonapaíové silnoprúdové káble určené na trasy a vačšími výškovými rozdielmi, respektive určené pre zvislú montáž. Využitie vynálezu je možné predovšetkým v kábelovniach, kde sa vyrábajú příslušná typy vysokonapaíových, najma 22 a 35 kV silnoprúdových káblov s klasickou impregnovavou izoláciou.

Description

Vynález sa týká elektroizolačných nestekávých impregnantov pre vrstvená papierovú izoláciu vysokonapaťových, silnoprúdových káblov klasické konátrukcie. Ide o typy, kde požadovaná priemerná životnosť obvykle přesahuje 30 rokov. Účelom riešenia je získanie nového typu nestekavého impregnantu vhodných vlastností, ktorý v porovnání s doterajšími je technicky, technologicky aj ekonomicky výhodnější.

Impregnováním papierovej izolácie vhodnými materiálmi olejového typu zvýši sa jej elektrická, prierazová pevnosť 10 až 15 násobné. U silnoprúdových káblov klasickéj konštrukcie, s vrstvenou papierovou izoláciou napuštěnou běžným impregnantem olejovitej konzistencie, uložených na trasách s vačším výškovým rozdielom, už aj v dósledku obvyklých prevádzkových cyklov, prejavujúcich sa striedavým zohrievaním s ochladzovaním, dochádza k migrácii a stekaniu impregnantu radiálně aj axiálně pozdiž papierovej izolácie. Tým postupné vznikajú impregnantom nevyplněné priestory a úseky, dutiny v izolácii, v ktorých vzniká ionizácia, čo výsledné potom vedie až k elektrickému prierezu kábla. Praktické hranice přípustných výškových rozdielov na bežnej káblovej trase sa pohybujú v rozmedzí cca 5 až 14 m. Pre jednotlivé alternativy sú podmienky bližšie vymedzené o.i. například v ČSN 37 5054. Dané obmedzenia nemožno kompenzoval použitím ani najkvalitnejších impregnantov běžných 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 rózne typy takýchto impregnantov, sú to látky na báze prírodných aj syntetických materiélov a ich zmesi, pričom na ich přípravu sa používajú najrozličnejšie suroviny.

Od impregnantov takéhoto typu sa okrem splnenia ibvyklých požiadaviek, tj. ich vhodnosti z hiadisla technického, technologického, ekonomického, efektivnosti ich použitia, ceny a dostupnosti potřebných surovin atd. vyžaduje naviac, aby tieto impregnanty mali vel mi dobré elektrické a fyzikálně vla8tnosti, před aplikáciou, ale aj po nej, aby mali dobrú odolnosť proti starnutiu, ale naviac musia mať Specificky nízku viskozitu pri obvyklej impregnačně j teplota, aby sa nimi umožnilo čo najdokonalejšie preimpregnovanie papierovej izolácie, na druhaj straně však viskozita toho istého impregnantu musí byť čo najvyššia aj při hraničných prevádzkových teplotách kábla, aby nedochádzalo k migrácii alebo stekaniu impregnantu na nižšie položené miesta. Ten istý impregnant musí mať aj vhodné Teologické vlastnosti, musí býť dostatečná přilnavý k izolácii aj ku kovovým jádram, byť dostatečné plastický aj pri nízkých teplotách a mať nízký koeficient tepelnej rozťažnosti, aby počas kladenia, resp. tepelných cyklov v kábli nedochádzalo k jeho praskaniu, k lámaniu papierovej izolácie a k vytváreniu trhlin alebo dutin v impregnovanéj izolácii.

Náročnosť splnenia súčaných, v mnoljých smeroch až protikladných požiadaviek vedie 1 tomu, že známe rieěenia sú prevážne kompromisom a dané požiadavky obvykle sú splněné len čiaetočne alebo v aadostačujúcej miere, nekomplexne. Súčasne, vzhiadom na roznorodosť těch nických poatulátov, dosiahnutie praktických výsledkov zásadné je možné očakávat len uplatněním kombinovaných materiálov, tj. zmesnými typmi impregnantov zložených z viacerých aktivnych zložiek a vhodné vymedzených materiálov a ich podielov v danej kombinácii. Základ2

212 878 nou zložkou takýchto zmesi zostáva tu přitom prevažne niektorý tekutý izolant, obvykle na báze minerálneho alebo syntetického oleja, ktorého vlastnosti aú upravené integrovanými podielmi áalších zmeaných zložiek a přísad·

Polyméry rozneho typu, ktoré aa přidávájú do olejových typov impregnantov ako ich plas tifikátory, přísady na zlepSenie přilnavosti a tiež ako zvyšovače teploty tečenia, majú tú vlastnosí, že zvyšujú viskozitný index zmesi, a to tým viac, čím má polymér vyššiu molekulová hmotnosí, pričom významnú úlohu má aj štruktúra polyméru. Ako negativny vplyv Sa tu však projevuje ovplyvnenie procesu impregnácie izolácie káblov, vzhladom na zvýšenú viskozitu takéhoto impregnantu. V zéujme dokladného preimpregnovania je potom potřebné volií buá vyššie impregnačně teploty alebo dlhšie impregnačně časy, čo však néeledne nepriaznivo ovplyvnuje elektrické a funkčně vlastnosti vyrobených káblov.

V důsledku nedostatku mikrokryštalických ropných voskov vhodného typu, resp. analogických složiek s gradáciou nad 85 °C, ktoré by boli bez vypadávania zo zmesi aj samotné schop né zabezpečil impregnantu dostatečno vysokú teplotu tečenia, túto ich funkciu čiastočne pre berajú přísady z polyméru. Vysokomolekulové polyméry a priemernou molekulovou hmotnostou 15 000 a viac, obvykle dokážu zabezpečil aspoň požadovaná vysokú teplotu tečenia, avšak preto, že nie je možné z nich integroval vačšie množstvá, impregnanty nedosahujú potrebnú plasticitu. Polyméry s nižšou molekulovou hmotnosíou cca 3 000, olejovite-medovitej konzistencie, možno pridaí v dostatečnom množstve na dosiahnutie dobréj plasticity a lepivosti, tieto přitom ovplyvňujú bod skvapnutia impregnantu iba minimálně. Vzhladom však na obmedzenosí výběru vhodných typov, ktoré musia splňovaí aj rad Specifických požiadaviek aj kvalitatívneho, technologického a aplikačeného rázu, vzhladom na ich obmedzenú dostupnost, vysokú cenu i áalšie okolnosti v danej súvislostí, použitie týchto polymérov sa javí málo efektívnym a ekonomicky nevýhodným a přitom aj ich aplikácia vyžaduje obvykle pridanie i áalších zložiek na zvýšenie bodu skvapnutia impregnantu a nedaří sa vždy zabránit ani vypadávaniu časti zložiek, ku ktorému tu dochádza v niektorých prípadooh.

Nevýhody doterajšieho stavu odstraňujú sa riešením podía vynálezu. Toto riešenie je v podstatě charakterizované tým, že daný elektroizolačný impregnant pře vrstvená papierovú izoláciu vysokonapaíových silnoprúdových káblov je homogenizovanou zmesou zložiek 20 až 74 hmotnostných percent izolačného oleja, 25 až 75 hmotnostných percent mikrokryštalického ropného vosku, výhodné oerezínu pre elektrotechnické účely, bod skvapnutia ktorého podía Ubelohdeho je minimálně 70 °C, a áalSím podielom v zmesi je 1 až 30 hmotnostných percent amorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia je najmenej 70 °C a obsahuje 5 až 40 hmotnostných percent etereoblokových Struktur a izotaktických podielov rozptýlených v ataktickom polyméri pri stanovení tohoto obsahu Nattovou frakčnou analýzou ako podiel nerozpustný v n-heptáne při laboratorněj teplote. Altematívnym rieSením je principiálně obdobný impregnant, ktorý je ake charakterizovaný tým, že obsahuje ako zmesné podlely 20 až 75 hmotnostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných pervent kolofónie, 25 až 75 hmotnostných percent Specifikovaného mikrokryStalického ropného vosku a podiel 1 až 30 Specifikovaného amorfného polypropylénu. Vhodnou áalšou konkretizáciou daného rieSenla je aj impregnant, ktorý je charakterizovaný tým, že obsahuje podiel 95 až 99 hmotnostných percent

212 87

Specifikovaného zmesného neatekavého impregnantu z 20 až 74 hmotnostných pereent izolačného oleja, 25 až 75 hmotnostných pereent mikrokryštalického ropného vosku a 1 až 30 hmotnostných pereent ataktického polypropylénu, alebo z 20 až 73 hmotnostných pereent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných pereent kolofónie, 25 až 75 hmotnostných pereent mikrokryétalického ropného vosku a 1 až 30 hmotnostných pereent amorfného polypropylénu, ktorý podiel nestekavého impregnantu je zhomogenizovaný s pedielom 1 až 5 hmotnostných pereent polyolefinů, výhodné vysokotlakového polyetylénu, charakterizovaného indexom toku taveniny 50 až 500 a hustotou maximálně 0,920 g/cm^.

Nestekavý impregnant pódia vynálezu možno považoval za komplexně riešenie problematiky tak po stránke technickej, ako aj aplikačnej. Potřebné zložky zmesi sú bežne dostupné, ich cena je relatívno nízká, výhodná. Ako izolačný olej pre daný účel sú vhodné aj typy na báze parafinických rop, včítane tzv. pseudorafinátov. Zmesná zložka na báze amorfného polypropylénu představuje materiál, ktorý je vediajším, t.č. prakticky odpadovým produktom, vznikajúcim při výrobě izotaktického polypropylénu Ziegler.Nattovým postupom. Jeho aplikovateinost je podmienená výberom a předehádzajúcou tepelnou úpravou, kde sa odstraní voda a rozpúšíadlo, čím sa získá taveniny,.ktorá obsahuje zmes ataktického, stereoblokového a izotaktického polypropylénu, obecne rózneho zloženia z každéj výrobněj šarže. Každá z tých to zložiek amorfného polypropylénu pře daný účel, tj. ako súčasi nestekavého impregnantu, posobí Specificky odlišné a zároveň priaznivo na výsledné funkčně vlastnosti. Obsah ataktického polyméru, ktorého molekulová hmotnosí je okolo 10 000, zabezpečuje jej dobrú rozpustenosl, pričom vzhíadom na jej Strukturu, ktorá je hustéj, medovitej, lepívej konzistencie so studeným tokom, u nestekavého impregnantu sposobuje, že tento má dobrů plastičnosl a přilnavost, a to prakticky už bez negativného ovplyvnenia výšky impregnačněj teploty. Přítomné stereoblokové átruktúry so širokým spektrom molekulových hmotností až do 300 000 spolu s izotaktickým polymérem sú při prevádzkovej teplote káblov iba obmedzene rozpustné, v zmesi sú rozptýlené a vytvárajú tu preto priestorové zábrany proti migrácii impregnantu, čím pósobia sko účinný zvyšovač bodu skvapnutia. V případe amorfhých polypropylénov, ktoré obsahujú menej vysokomolekulámych Struktur, zvýšenie bodu skvapnutia sa doslahne integrováním malého množstva áalšieho polyméru v zmesi.

Podiel amorfného polypropylénu zlepšuje elektrické vlastnosti nielen v čerstvo pripravenom impregnantu, ale má priaznivý vplyv aj na jeho stálosl- voči oxidácii, pretože v oblasti impregnačných teplot vykazuje menšie změny dielektrických vlastností, a tým sú menšie aj změny dielektrických vlastností po dlhodobom stárnutí. Umožňuje sa tým vylúčenie alebo podstatné obmedzenie obsahu prírodnej živice, kolofónie v zmesi, ktorá v nej má v dosledku svojej polárnéj Struktury nepriaznivý vplyv na elektrické vlastnosti. Podiel Specifického amorfného polypropylénu plní teda v danej zmesi funkciu plastifikétora, zvyšuje jej prilnavosl, znižuje viskozitný index a posobí tu aj ako antioxidant. V dosledkoch sa získává nestekavý impregnant s vyššími technickými parametrami a rozšířenými aplikačnými možnoslami, vhodný aj pre kéble na vyššie napatia, například 22, 35 kV, alebo i vyššie.

Zmes zložiek vytvára stabilný gél, ktorého podiely sa neoddelujú ani pri dlhodobéj prevádzky káblov. Zmesný produkt nedegraduje, nemení vlastnosti ani keá dochádza k jeho

212 876 prehriatiu na vyššie teploty v priebehu přípravy a aplikácie, resp. počas stažených prevádzkových podmienok, takže zabezpečuje trvale požadované vlastnosti u příslušných káblov. Požiadavky praxe dané riešenie splňuje komplexně, odstraňuje prevážnu časť doterajších nedostatkov tak vo výrobě ako pri aplikácii, a to po stránka technickéj, technologickéj aj ekonomickoj·

Příklad 1

K zložke 38 hmotnostných percent izolačného, káblového oleja pre vysoké napatie zodpovedajúcemu ČSN 65 6846, zohriatemu na 160 °C, přidalo sa za stálého miešania 12 hmotnoaných dielov amorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia, zistený skúškou krúžok - guločka pódia ČSN 65 7060 vykazoval hodnotu 154 °C. Táto zložka obsahovala přitom 85,10 hmotnostných percent ataktického polyméru, 12,10 hmotnostných percent stereoblokového polyméru a 2,90 hmotnostných percent izotaktického polyméru, pri stanoveni tohto obsahu Nattovou frakčnou analýzou s n-heptánom.

Po zhomogenizováni oboch zložiek aa k roztoku postupné, za stálého miešania přidalo 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. Ziakaný nestekavý impregnant mal bod skvapnutia pódia Ubbelohdeho °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 atratový činitel mal hodnotu 0,0374 při 100 °C a merq ný vnútorný odpor pri tej istej teplote 8,7.10 Ohm.m. Výsledný nestekavý impregnant sa aplikoval na silnoprúdové káble 22 kV, ktorých vodivé jádro Cu boli izolované 48 vrstvovou navíjanou papierovou izoláciou z nátronovej celulózy pódia ČSN 50 2622. Káble bolo možné použiť pre trasy bez obmedzenia výškových rozdielov, včítane možnosti zvislého inšta lovania.

Příklad 2

K podielu 50 hmotnostných percent impregnantu olejovitého typu, obsahujúceho 87 hmotnostných percent káblového oleja pre vysoké napatie pódia ČSN 65 6846, 8 hmotnostných percent amorfnéhoho polypropylénu Specifikovaného ako v příklade 1 a podiel 5 hmotnostných percent gráckej kolofónie, sa po zohriati tejto zmesi na 120 °C postupné, za stálého miešania přidalo 50 hmotnostných percent cerezínu Specifikovaného ako v příklade 1, pričom teplota sa za miešania airžiavala v rozmedzí 100 až 120 °C až do zhomogenizovania zložiek.

Připravený nestekavý impregnant mal bod skvapnutia pódia Ubbelohdeho 75 °C a viskositu při 100 °C 25 mPa.s. Stratový činitel v povodnem stave pri 100 °C a 50 Hz mal hodnotu 0,03792; hodnota měrného vnútorného odporu pri 100 °C bola Ο,55.1Ο^θ Ohm.m. Po umelom stárnutí pódia ČSN 65 6846 atratový činitel mal hodnotu 0,05752 pri 100 °C a měrný vnútorný odpor při 100 °C mal hodnotu 4,3.10^ Ohm.m.

Získaný nestekavý impregnant v plnom rozsahu vyhověl požiadavkám na aplikovanie u obdobných typov silnoprúdových vysokonapaťových káblov ako v příklade 1 a to až do 35 kV, určených pre trasy s výškovými rozdielami bez obmedzenia, resp. pre uložsnie zvisle.

212 876

Příklad 3

K podlelu 97 hmotnostných percent impregnantu Specifikovaného ako v příklade 2 sa bezprostředné po přidání cerezínu, postupné, pri teplote 120 °C, za stálého miešania přidalo 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 miešania zložiek, až do ich zhomogenizovania.

Vyrobený nestekavý impregnant mal bod akvapnutia podlá Ubbelohdeho 83 °C, viskozitu pri 100 °C 36 mPa.a. Hodnota stratového činitela v pávodnom stave při 100 °G a 50 Hz bola 0,0251, měrný vnútomý odpor pri 100 °C mal hodnotu 0,74.10^ Ohm.m. Po umelom stárnutí podlá ČSN 65 6846 hodnota stratového činitela bola 0,05097 při 100 °C a měrný vnútorný odpor pri 100 °G mal hodnotu 5,5.10^ Ohm.m.

Výsledný nestekavý impregnant sa aplikoval pre obdobné účely a obdobným spósobom ako v príkladoch 1 a 2 u káblov na 22 a 35 kV, určených na uloženia na trasách s výškovými rozdielmi bez obmedzenia, resp. na svislů inštaláciu, pričom sa předpokládalo, že tu súčasne dochádza k sťaženým prevádzkovým podmienkam, predovšetkým k zvýšeným krátkodobým prekročeniam obvyklých maximálnych teplat příslušných káblov.

Riešenie podlá vynálezu možno bezprostředné využiť predovšetkým v kábelovniach, výrobniach, kde aa produkujú příslušné typy vysokonapaíových , najma 22 a 35 kV silnoérúdových káblov s impregnovanou vrstvenou papierovou izoláciou.

Claims (3)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   1. Elektroizolačný nestekavý impregnant pre vrstvená papierovú izoláciu vysokonapaťových silnoprúdových káblov, na báze zmesi minerálneho oleja a olefinického polyméru, vyznačujú ci sa tým, že impregnant je homogenizovanou zmesou zložiek s obsahom 20 až 74 hmotnostných percent izolačného oleja, 25 - 75 hmotnostných percent mikrokryštalického ropného vosku, výhodné cerezínu pre elektrotechnické účely, bod skvapnutia ktorého podlá Ubbelohdeho je minimálně 70 °C, a áalším podielom v zmesi je 1 až 30 hmotnostných percent amorfného polypropylénu, ktorého bod maknutia je najmenej 70 °G a obsahuje 5 až 40 hmotnostných percent stereoblokových štruktúr a izotaktických podielov rozptýlených v ataktickom polyméri pri stanovení tohoto obsahu Nattovou frakčnou analýzou ako podiel nerozpustný v n-heptáne pri laboratornej teplote.
2. 2. Elektroizolačný nestekavý impregnant podlá hodu 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje ako zmesné podiely 20 až 73 hmotnostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných percent kolofónie, 25 až 75 hmotnostných percent Specifikovaného mikrokryštalického ropného vosku a podiel 1 až 30 Specifikovaného amorfného polypropylénu.
3. 3. Elektroizolačný nestekavý impregnant podlá bodu 1, 2, vyznačujúci sa tým, že obsahuje podiel 95 až 99 hmotnostných percent Specifikovaného zmesného nestekavého impregnantu z 20 až 74 hmotnostných percent izolačného oleja, 25 až 75 hmotnostných percent mikrokryštalického vosku a 1 až 30 hmotnostných percent ataktického polypropylénu, alebo z 20 až 73 hmotnostných percent izolačného oleja, 1 až 10 hmotnostných percent kolofónie, 25 až 75 hmotnostných percent mikrokryštalického ropného voaku a 1 až 30 hmotnostných

   212 878 percent amorfného polypropylénu, ktorý podlel nestekavého impregnantu je zhomogenizovaný s podielom 1 až 5 hmotnostných percent polyolefínu, výhodné vysokotlakového polyetylénu, charakterizovaného indexom toku taveniny 50 až 500 a hustotou maximálně 0,920 g/cm^.

   Vytiskly Moravské tiskařské závody,