CS226347B1

CS226347B1 - High-voltage cable

Info

Publication number: CS226347B1
Application number: CS609682A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Doc Ing Csc Tichy; Jan Ing Repka; Miroslav Ing Holcik; Dusan Ing Csc Synak
Original assignee: Vladimir Doc Ing Csc Tichy; Jan Ing Repka; Miroslav Ing Holcik; Dusan Ing Csc Synak
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1984-03-19

Description

Predmetom vynálezu je zdokonalená konétrukcia vysokonapaťového kábla s jednou alebo viacerými izolačnými vrstvami z polymérnych materiálov, ktorého vlastnost izolácie sa v priebehu doby životnosti nezhoršujú z titulu vzniku vodných stromčekov v izolácii, spfisobených prenikáním vody do Izolácie z lanového jadra.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an improved construction of a high voltage cable with one or more insulating layers of polymeric materials, the insulation property of which does not deteriorate over the lifetime due to the formation of water trees in the insulation caused by water penetration into the rope core insulation.

Vodné alebo elektrochemické stromčeky? sú najma v oblasti vn a vvn silnoprddových káblov poruchové miesta v izolácii, ktoré značné zhoršujú elektrické vlastnosti izolácie. Vznikajú v izolácii vtedy, ak sa v nej nachádza voda a ich veTkost a rýchlosť rastu je závislé, okrem iného, na elektrickom namáhaní a teplotnom spáde. Experimentálně bolo zistené (Elektrizitatswirtschaft str. 79 číslo 26/1980), že elektrická pevnost izolácie zo zosieteného polyetylénu káblov s lanovaným jadrom po dvoch až troch tisícoch hodinách klesne na polovicu, ak v lanovanom jadre kábla bola voda a kábel bol připojený na striedavé napátie.Water or electrochemical trees? In particular, there are fault points in the insulation in the area of high and high voltage power cables that significantly impair the electrical properties of the insulation. They are formed in the insulation when water is present and their size and growth rate is dependent, inter alia, on electrical stress and temperature gradient. It has been experimentally found (Elektrizitatswirtschaft p. 79 no. 26/1980) that the electrical strength of the crosslinked polyethylene cable with stranded core cables is halved after two to three thousand hours if there is water in the stranded core of the cable and the cable is connected to alternating voltage.

Voda, ktorá do kábelovej izolácie sa mdže dostat cez jádro, je podstatné nebezpečnajšia ako voda, ktorá sa do izolácie dostává cez káblový plášť alebo voda, ktorá v izolácii zostáva po technologickom procese. NebezpeČnejšia je z toho dSvodu, že sa z jadra dostává bezprostředné do miest najvyššieho gradientu elektrického poTa kábla.Water that can enter the cable insulation through the core is significantly more dangerous than the water that enters the insulation through the cable sheath or the water that remains in the insulation after the technological process. It is more dangerous because the core gets out of the core immediately to the points of the highest electric cable gradient.

V súčasnósti sa zamedzuje prenikaniu vody do izolácie z prostredia, v ktorom je kábel uložený, t. j. prenikaniu vody cez pléšt kábla, používáním vodu nepriepustných pláštov, ktoré sú celokovové, alebo kombinované s kovových fólií a polymérnych materiálov. Axiálnemu éíreniu vody pod pláéťom sa zabraňuje vyplněním priestoru medzi pláštom a tienením nad izoláciou vhodnými výplňovými materiálmi.At present, water is prevented from entering the insulation from the environment in which the cable is stored, i. j. water penetration through the sheath of the cable, using waterproof sheaths that are all-metal or combined with metal foils and polymeric materials. Axial disturbance of the water under the sheath is prevented by filling the space between the sheath and the shade above the insulation with suitable filler materials.

Prenikaniu vody z jadra do izolácie sa zabraňuje tak, že jadrá káblov sa robia jednodrAtové. Toto riešenie je ale vhodné len pre malé prierezy jadier a z dAvodov dilatécie jadier sa pře vn a vvn kéble neodporůša.Penetration of water from the core to the insulation is prevented by making the core of the cables one-wire. However, this solution is only suitable for small core cross-sections and due to the dilatation of the core, the high and high voltage cables are not recommended.

Do viacdrAtového lanovaného jadra mAže voda vniknúť počas výrobného procesu, počas skladovania ak jeho konce nie sú dostatočne utěsněné, v priebehu montáže, pri ppruche kábla zaprlčinenej či už elektrickým prierazom izolécie alebo mechanickým porušením kábla vonkajším zásahem. Voda sa v jadre šíři axiálně do poměrně velkých dížok a cez polovodivú vrstvu vniké do izolácie. Pri poruche kábla zapríčinenej vodou v jadre je potom potřebné vymeniť celú dížku kábla, v ktorej sa nachádza voda.Water may enter the multi-wire stranded core during the manufacturing process, during storage, and if its ends are not sealed sufficiently, during assembly, during cable breaks due to electrical breakdown of the insulation or mechanical breakdown of the cable by external interference. The water in the core extends axially into relatively large lengths and penetrates the insulation through the semiconducting layer. In the event of a cable failure caused by water in the core, it is then necessary to replace the entire length of the cable containing the water.

Uvedené nedostatky odstraňuje riešenie podTa vynálezu, ktorého podstata je v tom, že medzi jadrom a vnútornou polovodivou vrstvou vysokonapaťového kébla je vytvořená z kovověj pásky vodotěsná medzivrstva v tvare súvislej rúrky tesne obopínajúcej vonkajší obvod jadra tak, že okraje kovověj pásky sa pozitivně překrývájú minimálně dva milimetre a v mieste prekrytia sú přeložené tesniaoou páskou polymérneho materiálu, výhodné polytetrafluóretylénu o hrúbke od 0,0? až 0,08 mm a šírke vačšej, ako je šířka prekrytia. Vodotěsná medzivrstva je vytvořená z kovověj pásky ako Spirálovitá súvislá rúrka alebo ako axiélna súvislá rúrka. V případe hliníkového jadra je kovové páska z hliníka, o hrúbke 0,05 až 0,15 mm a v případe měděného jadra je kovová páska z médi o hrúbke 0,02 až 0,1 mm.The above-mentioned drawbacks are overcome by a solution according to the invention, characterized in that between the core and the inner semiconductive layer of the high-voltage cord is formed from a metal tape a watertight interlayer in the shape of a continuous tube tightly enclosing the outer periphery and, preferably, polytetrafluoroethylene having a thickness of from 0.0 to 0.2 is folded over the overlapping area with a polymeric tape; up to 0.08 mm and a width greater than the overlap width. The watertight intermediate layer is formed from a metallic tape as a spiral continuous tube or as an axial continuous tube. In the case of an aluminum core, the metal tape is of aluminum, 0.05 to 0.15 mm thick, and in the case of a copper core, the metal tape of media is 0.02 to 0.1 mm thick.

Výhodou riešenie podTa vynálezu je to, že kovová páska vodotěsně obaluje jádro vysokonapaťového kábla po celom jeho povrchu, okraje pásky sa prekrývajú a v mieste prekrytia je uložené tesniaca páska, pričom obalovanie alebo ovíjanie jadra kovovou páskou sa uskutočňuje v jednej operácii s vytláčením polovodivej a izolačnej vrstvy kábla. Pri vytlačovaní polovodivej vrstvy nad jádro pAsobí na kovovú pásku tlak o veTkosti niekoTko desiatok MPa, čím je zabezpečené dAkladné utesnenie miesta prekrytia kovověj pésky. Na polovodivú vrstvu nad jadrom sa súčasne vytléča aj izolačně vrstva, čím sa na miesto prekrytia pAsobiaoi tlak ešte zvýši. Tým vznikne dAkladné utesnenie miesta prekrytia pésky a zabránenie prenikania vody z jadra do izolácie. Ďalšou výhodou riešenia je, že ovinutím jadra kovovou páskou sa docieli aj zmenšenie zatekania polovodivého materiálu medzi drOty lanovaného jadra, ku ktorému dochádza při vytlačovaní polovodivej vrstvy. Ekonomický přínos vynálezu je vo zvýšení životnosti a prevádzkovej spolehlivosti vn a vvn káblov, v znížení ich poruchovosti zamedzením vzniku vodných stromčekov. V prípadoch, kedy voda do jadra vnikla a dAjde k prierazu kébla, nie je potřebné vymienať celu dížku kébla, v ktorého jadre sa voda nachádza, ale len dížku potrebnú na vyhotovenie spojky. Tým vznikájú úspory na kábli, na výkopových a montážnych prácach.The advantage of the solution according to the invention is that the metal tape watertightly encapsulates the core of the high voltage cable over its entire surface, the edges of the tape overlap and a sealing tape is placed in the overlap where the core is wrapped or wrapped with metal tape in one operation by extruding the cable. When the semiconductive layer is extruded over the core, a pressure of several tens of MPa is applied to the metal strip, thereby ensuring a thorough sealing of the metal overlapping site. At the same time, an insulating layer is extruded onto the semiconducting layer above the core, thereby increasing the pressure at the point of overlap. This results in a thorough sealing of the overlap area and preventing water from penetrating the core into the insulation. A further advantage of the solution is that by wrapping the core with a metal tape, the leakage of the semiconductive material between the wires of the stranded core, which occurs during the extrusion of the semiconductive layer, is also reduced. The economic benefit of the invention is to increase the lifetime and operational reliability of MV and HV cables, reducing their failure rate by avoiding the formation of water trees. In cases where water has penetrated into the core and the cone breaks through, it is not necessary to replace the entire length of the cone in which the water is located, but only the length necessary to make the coupling. This results in savings on cable, excavation and assembly work.

Kábel podl’a vynálezu je možné vyrébať s menšou zmetkovitosťou, pretože nie je potřebné vyřadit dížky káblov, do ktorých sa připadne voda do jadra dostala pri technolog!ckom procese. U kábla podTa vynálezu je zároveň množstvo polovodivého materiálu zatečeného medzi drAty jadra menšie v porovnaní s káblámi, ktorých jádro nie je obalené kovovou páskou.The cable according to the invention can be manufactured with less scrap, since there is no need to discard the cable lengths into which the water enters the core during the technological process. At the same time, in the cable according to the invention, the amount of semiconducting material flowed between the core wires is smaller compared to cables whose core is not wrapped with metal tape.

Na priloženom obr. 1 je znázorněný rez vysokonapaťovým káblom podl’a vynálezu a na obr.FIG. 1 is a cross-sectional view of a high voltage cable according to the invention, and FIG.

je detail miesta prekrytia okrajov kovověj pásky v rozvinutom stave.is a detail of the point of overlap of the edges of the metal strip in the deployed state.

Lanové jádro g je obalené v pozdlžnom smere alebo Spirálovité ovinuté kovovou páskou 2, ktorá vytvára vodotesnú medzivrstvu a tesne obopína lanované jádro g. V mieste prekrytia 6 okrajov kovověj pásky g je přeložená tesniaoou páskou g například z polytetrafluóretylénu. Nad kovovou' páskou g je extrúderom vytlačená polovodivá vrstva g a izolačná vrstva g, ktoré zatesnia kovovú pásku 2 na profile jadra g, čím zároveň dAkladné utesnia miesto prekrytia 6 okrajov kovověj pésky 2. Tým mAže vnikať voda z jadra g len připadne cez miesto 6 prekrytia kovověj pásky 2, zatialčo u káblov bežnej konštrukcie preniká voda do izolácie po celom obvode lanovaného jadra g.The rope core g is wrapped in the longitudinal direction or spiral wrapped with a metal tape 2 which forms a waterproof interlayer and tightly wraps the rope core g. At the overlapping point 6 of the edges of the metal band g, it is folded with a sealing tape g of, for example, polytetrafluoroethylene. Above the metal tape g, the semiconductive layer g and the insulating layer g are extruded through the extruder and seal the metal strip 2 on the core profile g, thereby simultaneously sealing the overlapping point 6 of the metal nozzle 2. whereas, in the case of cables of conventional construction, water penetrates the insulation along the entire circumference of the stranded core g.

Množstvo vody a rýchlosť prenikania vody z jadra J. u doteraz používaných konštrukcii je možné matematicky vyjadriť vzťahmi:The amount of water and the rate of penetration of water from the core J. in the structures used up to now can be mathematically expressed by:

Množstvo vody: Q = p₁ . G . t (A)Amount of water: Q = p ₁ . G. t (A)

Tlak vody: ^p2(t) ⁼ · O - e“ ” ' θ ‘ ^) (B) kdeWater pressure: ^p 2 (t) ⁼ · O - e """θ'^) (B) where

Q je množstvo vody preniknutej do izolácie p, je tlak vody v jadre t je doba prenikania vodyQ is the amount of water penetrated into the insulation p, is the water pressure in the core t is the water penetration time

Pj(t) je tlak vody v polovodivej vrstvě, ktorý je funkciou času kde _Λ ji · aPj (t) is the water pressure in the semiconducting layer, which is a function of time where _Λ ji · a

G = b . - (C)G = b. - (C)

LL

273 + T 1 = - . - (D)273 + T 1 = -. - (D)

273 V b = D . S (E) kde273V b = D. S (E) where

D je difdzne konstantaD is the diffusion constant

S je konštanta rozpustnosti podTa Fickovho a Henryho zákona d je stredný priemer polovodivej vrstvy nad jadromS is the solubility constant according to Fick's and Henry's law d is the mean diameter of the semiconductive layer above the core

T je teplota v °C je objem polovodivej vrstvyT is the temperature in ° C is the volume of the semiconducting layer

L je hrúbka polovodivej vrstvy.L is the thickness of the semiconductive layer.

Pre případ, že jádro vysokonapaťového kábla je obalené kovovou páskou podTa vynálezu, budú platit vztahy:In case the core of the high voltage cable is wrapped with a metal tape according to the invention, the following relations will apply:

Q' = pí · «' · t ’ ^p2(t) = P, · <’ “ ® ° ¹ ) kde hQ '= pi ·' · t ^{p p} 2 (t) = P · <° ° ¹ ) where h

G' = b . i + L h je hrúbka tesniacej pásky i je dlžka prekrytia.G '= b. i + L h is the thickness of the sealing tape i is the length of the overlap.

Z porovnania vzťahov pre množstvo vody preniknutej do izolácie Q a Q' a rýchlosťou prenikania vody Pj(t) ^{8 p}2(t) ^P¹^⁷⁰⁵ ť_ G ₌ i + L n.d t G' h LComparing the relations for the amount of water penetrated into the insulation Q and Q 'and the water penetration rate Pj (t) ^{8 p} 2 (t) ^ P ¹ ^ ⁷⁰⁵ »G ₌ i + L nd t G' h L

Q'_ G'_ h . LQ'_ G'_ hours L

Q G (i + L) π . dQ G (i + L) π. D

V našom příklade při priemere jadra d = 20 mm, hrúbke polovodivej vrstvy L = 0,8 mm, dížke prekrytia i = 5 mm a hrúbke tesniacej vrstvy h = 0,05 mm vychádza, že ť/t = 9110 a Q'/Q =1,1. 10^-4.In our example, for a core diameter d = 20 mm, a semiconductive layer thickness L = 0.8 mm, an overlap length i = 5 mm and a sealing layer thickness h = 0.05 mm, it is assumed that t / t = 9110 and Q '/ Q = 1.1. 10 ^-4 .

Znamená to, že rýchlosť prenikania vody z jadra do izolácie v případe konštrukcie kábla podTa vynálezu bude 10 000-krát menšia ako u doteraz používanéj konštrukcie a za rovnaký čas prenikne do izolácie 10 000-násobne menej vody.This means that the penetration rate of water from the core to the insulation in the case of the cable construction according to the invention will be 10,000 times less than the structure used to date and 10,000 times less water will penetrate the insulation in the same time.

Claims

A high voltage cable consisting of a multi-stranded stranded core with extruded insulated polymeric material and an inner and outer semiconductive layer, characterized in that a water-tight intermediate layer is formed between the core (1) and the inner semiconductive layer (4) between the core (1) and inner core (4). in the form of a continuous tube tightly wrapped around the outer periphery of the core (1) such that the edges of the metal strip (2) overlap positively with at least 2 mm and overlapped (6) with a sealing tape (3) of polymeric material, preferably polytetrafluoroethylene. 0.02 to 0.08 mm and a width (i) greater than the overlap width.

High-voltage cable, characterized in that the watertight intermediate layer is formed of a metal strip (2) as a spiral continuous tube.

High-voltage cable according to Claim 1, characterized in that the watertight intermediate layer is formed of a metal strip (2) as an axially continuous tube.

High-voltage cable according to claim 1, characterized in that, in the case of an aluminum core (1), the metal strip (2) is made of aluminum with a thickness of 0.05 to 0.15 mm.

High-voltage cable according to Claim 1, characterized in that, in the case of a copper core (1), the metal strip (2) is of a medium thickness of 0.02 to 0.1 mm.