DE2051562C3

DE2051562C3 - High voltage cables

Info

Publication number: DE2051562C3
Application number: DE2051562A
Authority: DE
Inventors: D R Edwards; E H Reynolds
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1980-10-23
Also published as: GB1311867A; NO133386C; IT1019007B; CH523580A; DE2051562B2; US3749812A; SE376814B; DE2051562A1; FR2065473B1; ZA707101B; NO133386B; CA922000A; FR2065473A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Hochspannungskabel mit einem zentralen starkstromführenden Leiter, einer aus mit Isolieröl getränkten Bändern gewickelten Isolierung und einer strömungsmitteldichten Gesamthülle, wobei in mindestens dem radial inneren Teil der Isolierung diese Bänder aus einem Schichtwerkstoff gebildet sind, der eine mittlere Schicht aus Polypropylen und zwei dünne äußere Schichten aus Zellulosepapier von geringer Dichte und hoher Undurchlässigkeit aufweist.The invention relates to high voltage electrical cables with a central high-voltage conductor, one made of strips soaked with insulating oil wrapped insulation and a fluid-tight overall envelope, with at least the radially inner part of the insulation these strips are formed from a layered material, which has a middle Layer of polypropylene and two thin outer layers of low density cellulose paper and has high impermeability.

Eine solche geschichtete Isolierung wird allgemein mit überlappten Windungen aus Papierband aufgebaut, wenn auch Vorschläge gemacht worden sind, einen Kunststoffilm allein oder im Schichtverband mit Papier zu verwenden, und in der britischen Patentschrift 894498 wurde vorgeschlagen, einen Kunststoffilm zu verwenden, der auf einer oder auf beiden Seiten eine anhaftende Schicht aus faserigem Material aufweist.Such layered insulation is generally built up with overlapped turns of paper tape, even if suggestions have been made, use a plastic film alone or in a layered structure Paper and in British Patent 894498 it has been suggested to use a plastic film to use, on one or both sides, an adhesive layer of fibrous material having.

Ein Nachteil der Verwendung von Kunststoffilm in einer imprägnierten geschichteten Isolierung, entweder allein oder zwischen Papier gelegt, besteht darin, daß es schwieriger wird, die aus Schichten zusammengesetzte Isolierung zu trocknen und zu imprägnieren, und ein weiterer Nachteil der Verwendung von Kunststoffilm allein ist der, daß eine Ionisation in den Stoßräumen das Kunststoffmaterial, welches die Begrenzungen der Stoßräume bildet, unmittelbar degradieren kann, was zu einem vorzeitigen elektrischen Zusammenbruch führt.One disadvantage of using plastic film in impregnated layered insulation, either alone or placed between paper, consists in that it becomes more difficult, the one composed of layers Insulation to dry and impregnate, and another disadvantage of using Plastic film alone is that ionization in the impact spaces is the plastic material that defines the boundaries which forms shock spaces, can degrade immediately, leading to a premature electrical Collapse leads.

Die Vorteile der Verwendung von Kunststoff und Papier in Kombination bestehen darin, daß im Vergleich zu imprägniertem Papier die Impulsfestigkeit erhöht werden kann, die dielektrische Konstante verringert werden kann, z. B. 3,4 auf 2,6 bis 2,8, der Leistungsfaktor verringert werden kann, z. B. von 0,002 auf 0,001 oder weniger, und in einigen Fällsn die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung erhöht werden kann.The advantages of using plastic and paper in combination are that in comparison Impregnated paper increases the pulse resistance and decreases the dielectric constant can be, e.g. 3.4 to 2.6 to 2.8, the power factor can be reduced, e.g. B. of 0.002 to 0.001 or less and, in some cases, increase the thermal conductivity of the insulation can.

ι ο In der britischen Patentschrift 105 7 744 ist ein Verfahren zur Überwindung der Schwierigkeit-des Trocknens und Imprägnierens einer geschichteten Isolierung, welche aus zusammengesetzten Bändern aus Polyolefinfilm und Zellulosepapier aufgebaut ist, beschrieben, wobei der Kunststoffilm perforiert wird, bevor er mit Papier schichtweise zusammengebracht wird, um ein sandwichartiges Gebilde zu bilden, welches einen Kunststnffilm aufweist, auf dessen beiden Oberflächen Papier haftet.ι ο In British patent specification 105 7 744 is a method to overcome the difficulty of drying and impregnating layered insulation, which is made up of composite tapes of polyolefin film and cellulose paper, is described, whereby the plastic film is perforated before it is layered with paper is to form a sandwich-like structure having a synthetic film on both of them Surface paper sticks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombination von Imprägniermittel und Papier-Kunststofflaminat auszuwählen, das es möglich macht, ein Hochspannungskabel der genannten Gattung herzustellen, von dem ein Teil der Isolierung oder auch die gesamte Isolierung aus imprägnierten Bändern aus Papier aufgebaut ist, welches an einem nicht-perforierten Kunststoffilm haftet und verbesserte elektrische Eigenschaften und/oder kleinere Abmessungen aufweist als ein ähnliches Kabel, bei welchem die gesamte Isolierung aus imprägniertem Papier aufgebaut ist.The invention is based on the object of a combination of impregnating agent and paper-plastic laminate select one that makes it possible to manufacture a high-voltage cable of the type mentioned, from which part or all of the insulation made of impregnated tapes Paper is constructed which adheres to a non-perforated plastic film and has improved electrical properties Features and / or smaller dimensions than a similar cable, in which the entire Insulation is made up of impregnated paper.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in claim 1.

Das Polypropylen wird normalerweise zu einem ge-The polypropylene is normally used to

wissen Grad durch Absorbieren des Öls aufgedunsen bzw. angeschwollen, und diese Schwellung wird zum Teil durch den Widerstand der Papierbänder gegen Längung kontrolliert. Diese Funktion ist von größerer Wichtijjikeit in äußeren Teilen des Dielektrikums, da innere Teile außerdem durch die übereinanderliegenden Bänder der äußeren Teile zurückgehalten bzw. festgehalten werden. Andererseits ist die Präsenz eines hohen Anteils von Kunststoffmaterial höchst vorteilhaft im mittleren Teil des Dielektrikums, wo die elektrische Beanspruchung am größten ist. Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß die Isolierung aus einer Anzahl unterschiedlicher zusammengesetzter Bänder gebildet, so daß derjenige Anteil der Isolierung, welcher durch Polypropylen gebildet wird, mit zunehmender Entfernung vom Kabelleiter abnimmt. Die Zahl von Schritten oder Stufen, die erwünscht ist, erhöht sich mit der Dicke der Isolierung und daher mit der Betriebsspannung des Kabels. Wird beispielsweise ein normales Kabelöl geringer Viskosität als Imprägniermittel verwendet, wobei die Isolierung eine Wanddicke von 10 mm aufweist, so ergeben sich dementsprechend zwei Schritte oder Stufen, und wenn die Wanddicke der Isolierung 25 mm beträgt, so werden drei Schritte oder Stufen erwünscht sein.know degree puffy or swollen by absorbing the oil, and this swelling becomes the Partly controlled by the resistance of the paper tapes to elongation. This function is of greater importance Wichtijjikeit in outer parts of the dielectric, there inner parts are also retained or retained by the superimposed bands of the outer parts. be held. On the other hand, the presence of a high proportion of plastic material is highly advantageous in the middle part of the dielectric, where the electrical stress is greatest. Preferably therefore, according to the invention, the insulation is made up of a number of different compounds Tapes formed so that that portion of the insulation, which is formed by polypropylene, with decreases with increasing distance from the cable ladder. The number of steps or levels desired increases with the thickness of the insulation and therefore with the operating voltage of the cable. For example A normal cable oil of low viscosity is used as the impregnating agent, the insulation has a wall thickness of 10 mm, there are accordingly two steps or stages, and if so the insulation wall thickness is 25mm, three steps or stages will be desirable.

bo Das bevorzugte Papier ist ein unkalandriertes Papier elektrischen Gütegrades von Zwischenfaserlänge und einer Dichte von 0,7 g/cm³ und einer Gurley-Undurchlässigkeit von mehr als 10000 Sekunden. Ein solches Papier ist ein Kraft-Spulenwickelpapier, weife= ches allgemein nach der britischen Norm BS o98:1956, Klasse IA, bis zu dem sehr hohen Stand von chemischer Reinheit hergestellt wird, welche normalerweise zu Kondensatorfolien gehört.The preferred paper is an uncalendered electrical grade paper of interfiber length and a density of 0.7 g / cm ³ and a Gurley impermeability of greater than 10,000 seconds. One such paper is a Kraft bobbin winding paper, which is generally manufactured in accordance with British Standard BS o98: 1956, Class IA, up to the very high level of chemical purity which normally belongs to capacitor foils.

Die Papierschichten können mit einem aktiven Material derjenigen Gattung, welche in der britischen Patentschrit 1185474 beschrieben ist, beladen bzw. beschickt werden, d. h. mit Aluminiumoxid oder einem anderen aktiven Metalloxid, hydriertem Metalloxid, Hydroxid, Carbonat oder einem basischen Carbonat, welches sorptive Fähigkeiten im Vergleich zu denen des Aluminiumoxids hat, um die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften infolge Verunreinigung des Imprägniermittels durch Rückstände aus dem Polypropylen auf ein Mindestmaß herabzusetzen.The paper layers can be coated with an active material of the type described in British Patent Specification 1185474 is described, loaded or charged be, d. H. with aluminum oxide or another active metal oxide, hydrogenated metal oxide, Hydroxide, carbonate or a basic carbonate, which sorptive abilities compared to those of alumina has to reduce the deterioration in electrical properties due to contamination of the impregnating agent by residues from the polypropylene to a minimum.

Das Imprägniermittel ist vorzugsweise ein herkömmliches OI für ölgefüllte Kabel.The impregnating agent is preferably a conventional OI for oil-filled cables.

Überraschend war festzustellen, daß der dielektrische Verlustwinkel der kompletten Isolierung mit der Dicke der einzelnen Bänder variiert, selbst wenn der Anteil an Kunststoff konstant bleibt. Im Falle einer Isolierung, welche aus Bändern mit je einem Polypropylenfilm, auf dessen beide Flächen ein Papier von der Hälfte seiner Dicke und mit einem herkömmlichen öl für ölgefüllte Kabel imprägniert ist (mit einer Viskosität im Bereich von 12,5 bis 15 X 10"⁶ m²/s bei 20° C), aufgebaut ist, mittelt sich der Leistungsfaktor bei 85° C auf 0,0007, wenn die Gesamtdicke jedes Bandes 0,1 mm beträgt, aber nur auf 0,0005, wenn sie 0,16 mm beträgt. Es kann daher erwünscht sein, die dicksten zusammengesetzten Bänder zu verwenden, die aus mechanischen Erwägungen vertretbar sind.It was surprising to find that the dielectric loss angle of the complete insulation varies with the thickness of the individual strips, even if the proportion of plastic remains constant. In the case of insulation, which consists of tapes each with a polypropylene film, on both surfaces of which a paper half its thickness and with a conventional oil for oil-filled cables is impregnated (with a viscosity in the range from 12.5 to 15 X 10 " ⁶ m ² / s at 20 ° C), the power factor at 85 ° C averages to 0.0007 if the total thickness of each band is 0.1 mm, but only to 0.0005 if it is 0.16 mm It may therefore be desirable to use the thickest composite tapes that are mechanically acceptable.

Wenn es auch allgemein vorzuziehen ist, zumindest bei niedrigen Spannungen die gesamte Isolierung aus den genannten zusammengesetzten Bändern aufzubauen, kann es vorteilhaft sein, nur einen Teil derselben aus derartigen Bändern zu bilden, wobei der Rest in solchen Fällen vorzugsweise aus Papierbändern aufgebaut wird. So kann bei einem Ausführungsbeispiel die Isolierung über ihre gesamte Länge hinweg einen Innenteil aus dem zusammengesetzten Band und einen Außtnteil aus Papier aufweisen; und bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das zusammengesetzte Band nur bei der Wiederherstellung der Isolierung an Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet werden. Es wird gewöhnlich vorzuziehen sein, das zusammengesetzte Band in Verbindungsstellen oder Endanschlüssen stets zu verwenden, ob nun die gesamte ursprüngliche Isolierung oder ein Teil derselben aus dem zusammengesetzten Band besteht, aber die optimalen Schichtstärken der Kunststoff- und Papierschichtendes zusammengesetzten Bandes, welches in den Verbindungsstellen und Endanschlüssen verwendet wird, können von den optimalen Schichtstärken der entsprechenden Schichten im Kabel infolge der unterschiedlichen Beanspruchungsverteilung voneinander abweichen.Although it is generally preferable, at least at low voltages, remove all insulation To build up said composite bands, it may be advantageous to only use part of them from such tapes, the remainder in such cases preferably from paper tapes is being built. Thus, in one embodiment, the insulation can be over its entire length having an inner portion of the composite tape and an outer portion of paper; and at In another embodiment, the composite tape can only be used when restoring the Insulation can be used at junctions and end connections. It usually becomes preferable be to always use the composite tape in joints or end connections, whether now all or part of the original insulation consists of the composite tape, but the optimal layer thicknesses of the plastic and paper layers of the composite tape, which Used in the joints and end connections can be of the optimal layer thicknesses the corresponding layers in the cable due to the different stress distribution differ from each other.

Die Leiterabschirmung und/oder dielektrische Abschirmung des Kabels nach der Erfindung werden vorzugsweise aus Einzel- oder Mehrschichten des geschichteten Bandes gebildet, ähnlich demjenigen, welches dazu verwendet wird, die gesamte Isolierung oder einen Teil derselben zu bilden, welche entsprechend metallisiert und/oder uv< Kohlenstoff oder einem anderen leitenden Material beschickt ist. Vorzugsweise werden alle drei Schichten des Schichtwerkstoffes mit leitendem Material beschickt, doch in einigen Fällen, beispielsweise für die äußere Schicht einer Leiterabschirmung oder die innere Schicht einer dielektrischen Abschirmung, kann ein Dreifach-Schichtwerkstoff mit einer nicht-beschickten Papierschicht verwendet werden, d. h. die Papierschichten, welche an die Isolierung angrenzen. Das nicht mit leitendem Material beschickte Papier wird vorzugsweise mit Aluminiumoxid oder einem anderen aktiven Material der oben bereits erwähnten Gattung beschickt bzw. beladen.The conductor shielding and / or dielectric shielding of the cable according to the invention are preferably formed from single or multiple layers of the layered tape, similar to that which is used to form all or part of the insulation, which is accordingly metallized and / or uv < Carbon or other conductive material is charged. Preferably all three layers of the laminate are loaded with conductive material, but in some cases, for example for the outer layer of a conductor shield or the inner layer of a dielectric shield, a triple-layer material with an unloaded paper layer can be used, i.e. the paper layers, which are adjacent to the insulation. The paper not loaded with conductive material is preferably loaded or loaded with aluminum oxide or another active material of the type already mentioned above.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für einThe invention will now be based on an embodiment shown in the drawing for a

ίο einadriges ölgefülltes Kabel beschrieben.ίο single-core oil-filled cable described.

In der Zeichnung ist 1 ein Stahlband-Schraubenwickel, welcher eine zentrale Ölleitung innerhalb des metallischen Leiters 2 bildet. Auf den Leiter sind eine Leiterabschirmung 3, eine Isolierung 4, welche unten ausführlicher beschrieben wird, sowie eine dielektrische Abschirmung 5 aufgebracht, wobei die Abschirmungen 3 und 5 aus metallisierten Bändern oder aus Bändern gebildet werden, die mit leitendem Material, wie bereits erwähnt, beladen bzw. beschickt sind. Das Kabel wird vervollständigt durch einen Bleimantel 6, ein Bronzeband oder eine andere druckbeständige Armierung 7 und einen Kunststoff-Außenmantel 8. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des dargestellten Kabeis, welches ein 132-kV-Kabel ist, beträgt die radiale Schichtstärke der Isolierung 4 5,5 mm, entsprechend einer Nennbeanspruchung von 16 MV/m. Die gesamte Isolierung ist aus zusammengesetzten Bändern aufgebaut, welche 0,05 mm Polypropylen aufweisen, das sandwichartig zwischen zwei Papierschichten mit je einer Dicke von 0,025 mm eingelegt ist.In the drawing, 1 is a steel band screw coil which has a central oil line within the metallic conductor 2 forms. On the conductor are a conductor shield 3, an insulation 4, which below is described in more detail, and a dielectric shield 5 is applied, the shields 3 and 5 are formed from metallized strips or from strips covered with conductive material, as already mentioned, are loaded or loaded. The cable is completed by a lead sheath 6, a bronze band or some other pressure-resistant reinforcement 7 and a plastic outer jacket 8. In a first embodiment of the cable shown, which is a 132 kV cable, is the radial layer thickness of the insulation 4 5.5 mm, corresponding to a nominal load of 16 MV / m. All insulation is made up of composite tapes, which are 0.05mm polypropylene have, sandwiched between two layers of paper, each with a thickness of 0.025 mm is.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, welches ein 220 kV-Kabel ist, weist die Isolierung drei konzentrische Teile auf, die je eine radiale Schichtstärke von annähernd 3,5 mm aufweisen, wobei jeder Teil aus zusammengesetzten Bändern besteht, die eine Schicht aus Polypropylen aufweisen, welche sandwichartig zwischen zwei Papierschichten liegt. Bei den Bändern des inneren Teils ist die Polypropylenschicht 0,08 mm dick und jede Papierschicht 0,01 mm dick; bei den Bändern des Zwischenteils ist die Polypropylenschicht 0,05 mm dick und jede Papierschicht 0,025 mm dick; und bei den Bändern des äußeren Teils ist die Polypropylenschicht nur 0,02 mm und jede Papierschient 0,04 mm dick.In the second embodiment, which is a 220 kV cable, the insulation has three concentric Parts that each have a radial layer thickness of approximately 3.5 mm, each part from composite tapes, which have a layer of polypropylene, which is sandwiched lies between two layers of paper. For the ribbons of the inner part, the polypropylene layer is 0.08 mm thick and each paper layer 0.01 mm thick; with the bands of the intermediate part is the polypropylene layer 0.05 mm thick and each paper layer 0.025 mm thick; and in the case of the tapes of the outer part is the polypropylene layer only 0.02 mm and each paper rail 0.04 mm thick.

Beim dritten Ausführungsbeispiel, welches ein 400-kV-Kabel ist, weist die Isolierung vier konzentrische Teile auf, die je eine radiale Schichtstärke von annähernd 6,25 mm haben. Die drei inneren Teile bestehen je aus zusammengesetztem Band, bei welchem die zentralen Polypropylenschichten Schichtstärken von 0,06, 0,04 bzw. 0,02 mm, beginnend mit der innersten Schicht, haben und jede der Papierschichten eine Schichtstärke von jeweils 0,02, 0,04 und 0,07 5 mm haben. Der äußere Teil ist aus Bändern von gewöhnlichem Kabel-Isolierpapier mit einer Dicke von 0,25 mm gebildet.In the third embodiment, which is a 400 kV cable, the insulation has four concentric ones Parts that each have a radial layer thickness of approximately 6.25 mm. The three inner parts exist each made of composite tape in which the central polypropylene layers are thick of 0.06, 0.04 and 0.02 mm respectively starting with the innermost layer and each of the paper layers have a layer thickness of 0.02, 0.04 and 0.07 5 mm respectively. The outer part is made of ribbons of ordinary cable insulation paper with a thickness formed by 0.25 mm.

Bei jedem der drei Ausführungsbeispiele ist das Papier, welches in dem zusammengesetzten Band verwendet wird, das bevorzugte unkalandrierte Papier von elektrischem Gütegrad, welches oben erwähnt ist, und der zusammengesetzte Schichtwerkstoff wird vorgespannt, indem er in der oben beschriebenen Weu2 hergestellt wird. Das Imprägniermittel ist in jedem Falle ein herkömmliches Kabelöl für ölgefüllte Kabel auf Petroleumbasis mit einer Viskosität von 12,5 bis 15 X 10'⁶ nrVs bei 20° C.In each of the three embodiments, the paper used in the composite belt is the preferred uncalendered electrical grade paper mentioned above, and the composite sheet material is prestressed by being made in the manner described above. The impregnating agent is in any case a conventional cable oil for oil-filled cables based on petroleum with a viscosity of 12.5 to 15 X 10 ' ⁶ nrVs at 20 ° C.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. High-voltage cable with a central high-voltage conductor, one made of insulating oil soaked tapes, wrapped insulation and a fluid-tight overall envelope, wherein in at least the radially inner part of the insulation, these strips are made of a layered material are formed of a middle layer made of polypropylene and two thin outer layers made of cellulosic paper of low density and high impermeability by combining the following features:

a) The fluid
with a viscosity
57 x 1 (T ⁶ nvVs at 20 '
llxlO- ⁶ nv7s at 60 °

b) the belts are pretensioned by extrusion bonding; and

c) have the paper layers

1) a thickness of 0.02-0.075mm,

2) a density of less than 9.8 g / cm ³ and

3) a Gurley impermeability of at least 10,000 seconds.

2. Cable according to claim 1, characterized in that the layered insulation at least has two different composite tapes, such that the portion of insulation which is formed by polypropylene, decreases with increasing distance from the cable conductor.

is a mineral oil

of less than

'C and less than

C;