CS223677B1 - Zmesný elektroizoiačný káblový impregnant olejového typu a sposob jeho výroby - Google Patents

Description

223677

Vynález rieši problematiku olejového ty-pu zmesného elektroizolačného káblovéhoimpregnantu na báze rafinátov minerálne-ho oleja, ktorého základnými zložkami súhomogenizované podiely izolačného oleja,syntetických polymérov a živic©, pričom vý-sledný produkt je určený najmá pre im-pregnáciu vysokonapaťovej papierovej izo-lácie silnoprúdových káblov. Očelom vyná-lezu je predovšetkým technicky a ekonomic-ky umožnil získanie a uplatnenie káblo-vých impregnantov aj na báze takých rafiná-tov, izolačných olejov, ktoré sa doteraz pretento účel prakticky vůbec nedali použit. U vysokonapáťových silnoprúdových káb-lov takzvanej klasickej konštrukcie sa vlast-ný izolačný systém v podstatě vytvára zvrstvenej papierovej izolácie, ktorá je kom-binovaná s aplikovaným káblovým impreg-nantom, obvykle olejového typu, vyplňujú-cim tu póry a medzery vo vrstvenej izolá-cii, a působením vlastně až tohto sa u káblaskutočne dosahujú a zabezpečujú požado-vané prevádzkové vlastnosti. Káblové im-pregnanty uvažovaného typu sa pripravujútým spůsobom, že do ich základnej olejovejzložky, ktorým je vhodný elektroizolačný,obvykle vysokonapStový káblový olej, in-tegrujú sa rozpúšťaním a homogenizovanímpodiely živice, obvykle kolofónie, připadnespolu so syntetickými polymérnymi produk-tami, alebo len v zmesi s takýmito produk-tami. Ak sa má získat nestekajúci impreg-nant, do zmesi sa naviac integruje predo-všetkým mikrokrištalický ropný vosk, cere-zín, resp. na zlepšenie Teologických vlast-ností aj podiel polyetylénu.

Vzhfadom na mimoriadne náročnú funk-ciu týchto impregnantov v izolačnom systé-me predstavujú požiadavky na ich finálněvlastnosti rad problémov, ktorých riešenie vpraxi často naráža na skoro nepřekonatel-né ťažkosti. Třeba tu totiž dosiahnúť doko-nalá rozpustnost přídavných podielov v izo-lačnom oleji, stálost roztoku, specifické vis-kozitne teplotně ako aj vhodné nízkoteplot-ně vlastnosti, dlhodobú oxidačnú stálost,kombinované elektroizolačné vlastnosti vspojení s papierom, ako aj stálost impreg-nantu v elektrickom poli vysokého napatiav spojení so schopnosťou dostatočného po-hlcovania plynov z rozkladu uhlovodíkov, ato spolu s celým radom aj dalších technic-kých a technologických vlastností, ktorýchdosiahnutie sa tu přitom požaduje vždy akocelku, súčasne. Je přitom známe, že už ajnajmenšia změna u jedinej zmesnej zložky,u jej špecifikácie, množstva, v jej kvalitě, čipodobné, u ťokých náročných výrobkov aký-mi sú výsledné káblové impregnanty, kto-rými sa právě má zabezpečit bezporuchováprevádzková spolehlivost a dlhodobá život-nost u vysokonapátových káblov po dlhédesaťročia, takéto změny sa prejavujú zvlášťďalekosiahlymi důsledkami a často rozho-hujú o technickej vhodnosti, alebo použi-telnosti daných impregnantov vůbec.

Jedným z najzákladnejších predpokladovúspěšného riešenia je splnenie požiadavkyna specifické vlastnosti u surovinových zlo-žiek impregnantu, a to zvlášť u podielu je-ho rozhodujúcej zložky, ktorú tu tvoří izo-lačný olej. Poťrebnú vysokú kvalitu a Spe-cifické chemické zloženie tejto zložky do-teraz prakticky zabezpečuje iba specifickýrafinačný postup, kde se izolačný olej získá-vá kyselinovou rafináciou z minerálneho ole-ja. Len týmto spůsobom sa totiž v rafinátev dostatočnej miere zníži aj obsah takzva-ných olejových živíc, tj. velmi viskóznychaž plastických látok, tvoriacich prirodzenú,ale pre daný účel nežiaducu súčasť olejov,ktorých molekulová hmotnost sa mění v ši-rokých hraniciach. Olejové živice majú vý-razný aromatický charakter, poměr obsahuuhlíka k vodíku sa v nich pohybuje od 7,5do 10. Ide tu o polycyklické kondenzovanéštruktúry s 5 až 6 kruhmi, z toho 2 až 3aromatickými, na ktorých sú alifatické sub-stituenty.

Zo závažných ekologických, technických ajekonomických důvodov sa v celosvetovomměřítku nutné musí upúšťať od kyselinovejrafinácie, pričom ale použitelné ostatně ra-finačné spůsoby, například hydrogenáciou,adsorpciou a podobné, běžným postupomuž nezabezpečujú vhodné chemické zlože-nie izolačného oleja pre jeho využitelnostako zložky zmesného káblového impregnan-tu olejového typu. Hoci samotné izolačněoleje aj takýchto typov vykazujú v globálepřipadne i dostatočné elektroizolačné vlast-nosti a tieto sú vhodné pre všeobecné pou-žitia, pre zvýšený obsah, t. j. 0,5 až niekol'-ko hmotnostných percent olejových živíc vnich, ktorý podiel v nich zostáva bez ohra-du na to, či ide o rafinát získaný z minerál-nych olejov naftenického, alebo parafinic-kého typu, prakticky vylučuje možnost ichuplatnenia ako použitefnej zmesnej zložky,izolačného oleja potřebného pre káblové im-pregnanty. Důvodom tohto je tu zrejme o-kolnosť negativného posobenia interakci! uštrukturálnych zložiek z olejových živíc sozložkami z ostatných podielov zmesnéhoimpregnantu, například ich interakcie s é-terickými olejmi a s oxidačnými splodinamiživičných kyselin kolofónie, či podobné.

Nevýhody doterajšieho stavu odstraňujúsa podía vynálezu riešením, ktoré je cha-rakterizované tým, že káblový impregnantje homogenizovanou zmesou zložiek, kde 40až 98 hmotnostných percent zmesného po-dielu tvoří elektroizolačný olej (A), ktoré-ho obsah olejových živíc je 0,5 až 6 hmot-nostných percent, pričom ďalšou zložkouzmesi je podiel 1 až 25 hmotnostných per-cent syntetickej živice (BJ, obsahujúcej vosvojej štruktúre nenasýtené vazby olefinic-kého charakteru alebo aromatické štruktú-ry, připadne oboje, a ďalšou podielovou zlož-kou zmesi je amorfný polypropylén (CJ vmnožstve 1 až 35 hmotnostných percent,

5 223677 ktorého bod maknutia je najmenej 120 °C,a ktorý přitom obsahuje maximálně 30 hmot-nostných percent stereoblokových a najviac6 hmotnostných percent izotaktických štruk-túr rozptýlených v ataktickom polyméri, pristanovení tohoto obsahu Nattovou frakčnouanalýzou ako časti, ktorá je nerozpustná vn-heptane pri laboratórnej teplote, a pří-padnou ďalšou podielovou zložkou v zmesije 25 až 55 hmotnostných percent mikro-kryštalického vosku (D), výhodné cerezínupre elektrotechnické účely, ktorého bodskvapnutia podlá Ubbelohdoho je minimál-ně 75 °C. V případe zmesi obsahujúcej ako zložkumikrokryštalický vosk (DJ, vhodnou alter-nativou riešenia je přitom taký impregnant,ktorý obsahuje aj podiel 1 až 5 hmotnostnýchpercent polyolefínu (E), výhodné vysoko-tlakového polyetylénu s indexom toku tave-niny 50 až 500 a hustotou maximálně 0,920g/cm3.

Pri výrobě daného impregnantu postup-ným rozpúšťaním jeho zložiek, vhodným vý-robným postupom je taký sposob, kde sanajprv připraví zmes oleja (A) a syntetic-kej živice (B) rozpuštěním živice v oleji pri100 až 160 °C, a v tejto už zhomogenizova-nej predzmesi sa buď v pevnom, alebo roz-tavenou! stave rozpúšťa amorfný polypropy-lén (C) pri teplote 120 až 170 °C. V případe zmesi s podielovými zložkamimikrokryštalického vosku a případného po-dielu aj polyolefínu ide přitom o nestekavýtyp příslušného impregnantu. Spomenutézložky sa do zmesi integrujú až v poslednomporadí, pričom polyolefín až nakoniec.

Riešením podlá vynálezu sa dosahujú ta-ké funkčně vlastnosti u výsledných káblo-vých impregnantov, ktoré sa na základe do-terajších skúseností, a ani na základe zna-lostí o vlastnostiach jednotlivých zložiek ne-dali předpokládat. — Nezávisle od typu acharakteristického chemického zloženia roz-hodujúcej zmesnej zložky káblového impreg-nantu, menovite> nezávisle od zvýšeného ob-sahu olejových živíc v izolačnom oleji sanachádzajúcich, t. j. nezávisle od techno-logického sposobu výroby rafinátu — potřeb-ného izolačného oleja ako takého, tento olejv danej kombinácii zmesných zložiek nie-lenže nevylučuje, resp. negativné neovplyv-ňuje elektrické vlastnosti a stabilitu výsled-ného impregnantu, ale naopak, až pomocoutakéhoto doteraz nevhodného druhu rafi-nátu sa umožňuje dokonca dosiahnúť u vý-sledného káblového impregnantu zlepšenéelektrické vlastnosti a zmesný produkt akotaký vykazuje aj zvýšenú oxidačnú stabili-tu, pre procos výroby zvlášť doložitú. — Predosiahnutie pozitívnych výsledkov je dole-žité z technického a technologického hfadis-ka, aby sa pri príprave zmesného impreg-nantu jednotlivé zložky přidávali v stanove-nom poradí, t. j. len postupné a do základ-né] predzmesi pripravenej zo Specifikova- ných a vymedzených homogenizovaných po-ďelov izolačného oleja so syntetickou živi-cou, čím sa nielen urychli homogenlzáciazložiek, ale sa zvýši aj stabilita impregnan-tov. V důsledku elektrického namáhania káb-lov v prevádzke dochádza v izolácii k čiast-kovým výbojom a ionizácii, čo sposobuje roz-klad uhíovodíkov sprevádzaný vývojom ply-nov, prevažne vodíka a 1'ahkých uhlovodí-kov. Ak impregnant nemá dostatočnú schop-nost vzniknuté plyny pohlcovat, hromadiasa tieto v izolácii, a keďže kábel je v pod-statě uzavretý systém, intenzita ionizácienarastá a dochádza až k elektrickému prie-rezu kábla. Impregnant podlá vynálezu mázvýšenú schopnost pohlcovat plyny vzniknu-té rozkladom uhíovodíkov pri elektrickomnamáhaní, čím zabezpečuje aj po stránketohto podstatné zlepšené funkčně vlastnos-ti. V porovnaní s doterajším stavom, sledo-váním rýchlostných konštánt pohlcovaniaplynov pri 80 °C v prostředí vodíka, pri na-patí 16 kV a odpovedajúcej intenzitě elek-trického póla Emax ~ 4,3 kV/mm, nameranéhodnoty poukazujú v danom smere na mož-nost dosiahnutia u tohto parametru zlepše-nia o cca 30 až 125 %.

Dané riešenie umožňuje přitom výrobukáblových impregnantov aj z takých olejo-vých rafinátov, ktoré v důsledku nízkéhoobsahu aromatických uhíovodíkov samotnénie sú schopné ani pohlcovat vzniknuté ply-ny a nie sú schopné v roztoku ani udržaťzložku, ktorá by túto vlastnost u výslednéhoimpregnantu zabezpečila. — V širších sú-vislostiach riešenie podlá vynálezu značnéprispieva k tomu, že umožňuje eliminovatjeden z velmi naliehavých světových problé-mov, vznik kyslých gudronov ako odpadupri doteraz potrebnej kyselinovej rafináciiolejovej zložky, nahradením tejto technolo-gie inými, máloodpadovými alebo aj bez-odpadovými rafinačnými sposobmi.

Vlastnosti káblových impregnantov podlávynálezu sa ověřili meraniami ich fyzikálno--chemických a dielektrických vlastností. Na-merané hodnoty a dlhodobé skúšky ukázali,že riešenie v plnej miere vyhovuje danýmpožaidavkám. Příklad 1 K 91 hmotnostným dielom elektroizolač-ného oleja s viskozitou pri 50 °C 314 mm2s-1,v ktorom obsah olejových živíc stanovenýpodlá CSN 65 6252 bol 2,32 hmotnostnýchpercent, zohriateho na 120 °C, sa přidali zamiešania 4 hmotnostně diely syntetickej ži-vice indén — kumarónového typu, a po do-hriati na 160 °C 5 hmotnostných dielov a-morfného polypropylénu s bodom maknutiakrúžok — gulóčka podlá ČSN 65 7060 144stupňov Celsia a obsahom 3,39 hmotnost-ných percent stereoblokov a izotaktiky, sta-novených Nattovou frakčnou analýzou ako

Claims (3)

1. podiel nerozpustný v n-heptáne pri labo-ratórnej teplote. Impregnačná hmota — impregnant, vyka-zoval po zhomogenizovaní pri 50 °C hodno-tu viskozity 1380 mm2s_1, pri 100 CC hod-notu 77 mm2s_1. Stratový činitel v pbvod-íiom stave pri 100 °C a 50 Hz mal hodnotu0,0221 a měrný vnútorný odpor pri 100 °C8,7.109 ohm. m. Po umelom stárnutí podláČSN 65 6846 stratový činitel' pri 100 °C a50 Hz mal hodnotu 0,0460 a měrný vnútornýodpor pri 100 °C vykazoval hodnotu 4,1.109ohm. m. Získaný zmesný káblový impregnant saaplikoval na 22 kV silnoprúdové káble s pa-pierovou vrstvenou izoláciou. Příklad 2, K 65 hmotnostným dielom káblového im-pregnantu připraveného pracovným postu-pom ako v příklade 1, ktorý obsahoval 82hmotnostných percent elektroizolačného ole-ja, 8 hmotnostných percent syntetické] ži-vice a 10 hmotnostných percent amorfnéhopolypropylénu, specifikovaných v příklade1, postupné sa pri teplote 130 °G a za stá-lého miešania přidalo 35 hmotnostných die-lov cerezínu 80 podlá GOST 2488—73, ktorýmal bod skvapnutia podlá Ubb&lohdeho 80stupňov Celsia, měrný vnútorný odpor pri100 °C 1,3 .1010 ohm . m, pričom miešaniesa vykonávalo až do zhomogenizovania zlo-žiek. Vyrobený nestekajúci káblový impregnantmal bod skvapnutia podlá Ubbelohdeho 73stupňov Celsia a viskozitu pri 100 °C 29,8mPa. s. Hodnota stratového činitela v po-vodnom stave pri 100 °C a 50 Hz bola 0,02649,měrný vnútorný odpor pri 100 °C dosahovalhodnotu 9,3.109 ohm. m. Po umelom stár-nutí podlá CSN 65 6846 hodnota stratovéhočinitela pri 100 °C a 50 Hz bola 0,03559 aměrný vnútorný odpor pri 100 °C dosaho-val hodnotu 7,8.109 ohm. m. Získaný káblový impregnant nestekajúce-ho typu sa použil pri výrobě 35 kV silno- prúdových káblov s vrstvenou papierovouizoláciou, určených pre zvislú inštaláciu, ale-bo pre trasy s výškovými rozdielmi bez ob-medzenia. Příklad 3 K 63,5 hmotnostným dielom káblovéhoimpregnantu připraveného pracovným po-stupom ako v příklade 1, ktorý obsahoval 82hmotnostných percent elektroizolačného ole-ja, 8 hmotnostných percent syntetickej ži-vice a 10 hmotnostných percent amorfnéhopolypropylénu, specifikovaných v příklade1, při teplote 130 °C sa postupné a za stá-lého miešania přidalo 35 hmotnostných die-lov cerezínu 80 podlá GOST 2488—73, ktorýmal bod skvapnutia podl'a Ubbelohdeho 80stupňov Celsia a měrný vnútorný odpor pri100 °C 1,3.101θ ohm . m, pričom nakoniecsa přidal aj podiel 1,5 hmotnostných dielovpolyetylénu typu Bralen SA—200, ktorý malindex toku taveniny 208,3 a hustotu 0,916g/cm3. Teplota 130 °C sa udržiavala až dozhomogenizovania zložiek. Připravený nestekajúci káblový impreg-nant mal bod skvapnutia podlá Ubbelohde-ho 82 °C a viskozitu pri 100 °C 41,6 mPa . s.Hodnota stratového činitela v povodnomstave pri 100 °C mal hodnotu 7,1.109 ohm.. m. Po umelom stárnutí podlá CSN 65 6846hodnota stratového činitela pri 100 °C a 50Hz bola 0,05121 a měrný vnútorný odporpri 100 °C mal hodnotu 4,2.109 ohm . m. Získaný nestekajúci káblový impregnantsa aplikoval u 22 a 35 kV silnoprúdovýchkáblov klasickej konštrukcie, ktoré boli ur-čené pre zvislú inštaláciu, alebo pre trasys výškovými rozdielmi bez obmedzenia vprevádzkových podmienkach, kde dochád-za aj ku krátkodobým preťaženiam a k pre-kročeniu povolených maximálnych pracov-ných teplot. Riešenie podlá vynálezu možno využiť vkábelovniach, pri výrobě silnoprúdovýchkáblov klasickej konštrukcie do 35 kV. PREDMET

   1. Zmesný elektroizolačný káblový impreg-nant olejového typu na báze rafinátov mi-nerálneho oleja, vhodný pre impregnáciupapierovej izolácie vysokonapaťových silno-prúdových káblov, vyznačujúci sa tým, žekáblový impregnant je homogenizovanouzmesou zložiek, kde 40 až 98 hmotnostnýchpercent zmesného podielu tvoří elektroizo-lačný ole] (A), ktorého obsah olejových ži-víc ]e 0,5 až 6 hmotnostných percent, pri-čom ďalšou zložkou zmesi je podiel 1 až 25hmotnostných percent syntetickéj živice [B),obsahujúcej vo svojej štruktúre nenasýtenévazby olefinického charakteru, alebo aroma-tické štruktúry, připadne oboje, a ďalšoupodielovou zložkou zmesi je amorfný poly- VYNALEZU propylén (Cj v množstve 1 až 35 hmotnost-ných percent, ktorého bod máknutia je naj-menej 120 °C, a ktorý přitom obsahuje ma-ximálně 30 hmotnostných percent stereoblo-kových a najviac 6 hmotnostných percentizotaktických štruktúr rozptýlených v atak-tickom polyméri, pri stanovení tohoto ob-sahu Naftovou frakčnou analýzou ako časti,ktorá je nerozpustná v n-heptane pri labo-ratórnej teplote, a připadne ďalšou podie-lovou zložkou v zmesi je 25 až 55 hmotnost-ných percent mikrokryštalického vosku (D),výhodné cerezínu pre elektrotechnické úče-ly, ktorého bod skvapnutia podlá Ubbeloh-deho je minimálně 75 °C. 9 10 223B77
2. 2. Zmesný elektroizolačný káblový impreg-nant podl'a bodu 1, v případe zmesi obsa-hujúcej ako zložku mikrokryštalický vosk(D J, vyznačujúci sa tým, že impregnant ob-sahuje aj podiel 1 až 5 hmotnostných per-cent polyolefínu (Ej, výhodné vysokotlako-vého polyetylénu s indexom toku taveniny50 až 500 a hustotou maximálně 0,920 g/cm3.
3. 3. Sposob výroby zmesného elektroizolač- ného káblového impregnantu podlá bodov 1,2 postupným rozpúšťaním zložiek, vyzna-čujúci sa tým, že sa najprv připraví zmesoleja (Aj a syntetickéj živice (Bj rozpuště-ním živice v oleji pri 100 až 160 °C, a vtejto už zhomogenizovanej predzmesi sa buďv pevnom, alebo roztavenom stave rozpúšťaamoríný polypropylén (CJ pri teplote 120až 170 °C.