DE2219511A1

DE2219511A1 - Papier zur Abschirmung von elektrischen Kabeln

Info

Publication number: DE2219511A1
Application number: DE19722219511
Authority: DE
Inventors: Gabriele Monza Maschio (Italien); Miranda, Frederick John, Chandlers Ford, Hampshire (Großbritannien)
Original assignee: Pirelli General Cable Works Ltd
Current assignee: Prysmian Cables and Systems Ltd
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FI57191B; NL7205029A; DE2219511C3; NL172897C; NO134175B; ZA722563B; DK145898C; DK145898B; AU4133972A; NO134175C; FR2133830B1; IT953680B; SE396155B; BR7202388D0; CH558071A; DE2219511B2; ES402780A1; AU464664B2; GB1329636A; CA947827A

Description

PIRELLI GENERAL CABLE WORKS LTD., 343/5 Euston Rod, London NW 1 (England)

Papier zur Abschirmung von elektrischen Kabeln

Die Erfindung betrifft elektrische Kabel, insbesondere Papier zur Bildung von Abschirmschichten in elektrischen Kabeln.

Bei der bekannten Herstellung von elektrischen Kabeln wird üblicherweise Papier in Bandform mit Halbleitereigenschaften überlappend um den Kabelleiter gewickelt, um eine mit dem Leiter in Berührung stehende elektrisch abschirmende Schicht zu bilden. Ferner wird überlicherweise in einer späteren Fertigungsstufe, nachdem die Isolierung auf den abgeschirmten Leiter aufgebracht worden ist, nochmals ein Halbleiterpapierband in überlappender Art um die Isolierung gewickelt, um eine weitere mit einer anschließend aufgebrachten Metallhülle in Berührung stehende elektrisch abschirmende Schicht zu bilden.

Ein ursprünglich zur Bildung solcher Abschirmungen vorgeschlagenes Papier besteht aus normalem mit Gasruß beschichteten Papier. Der Gasruß verleiht dem sonst isolie-

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renden normalen Papier Halbleitereigenschaften. Der Nachteil dieses Papieres ist, daß bei Kabeln mit Abschirmungen aus diesem Papier nennenswerte Energieverluste in dem isolierenden Dielektrikum auftreten, insbesondere in an den Abschirmungen anliegenden flüssigkeitsimprägenierten Filmen.

Vor einiger Zeit wurde ein zweischichtiges Papier vorgeschlagen, das diesen Nachteil erfolgreich eliminiert. Das zweischichtige Papier besteht aus einer mit Gasruß beschichteten Halbleiter-Papierschicht und einer zweiten Schicht aus normalem isolierenden Papier« Kabel mit Abschirmungen aus diesem Papier zeigten eine wesentliche Reduktion der in dem isolierenden Dielektrikum auftretenden Energieverluste. Ein solches zweischichtiges Papier ist im britischen Patent 815.394 beschrieben.

Bisher war es üblich, daß die beiden Schichten in dem Abschirmungspapier ungefähr gleich große Impermeabilitätswerte besaßen, da bis vor kurzem bei dem Stand der Technik gemäßen Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Papiersorten Papierschichten gleicher Eigenschaften, einschließlich der Dichte und der Impermeabilität, verwendet wurden, um die Papierherstellung einfach zu gestalten.

Die "Impermeabilität" von Papier ist ein Maß für den Widerstand des Papieres für eine Flüssigkeits- oder Gas-Strömung durch dieses Papier. In der vorliegenden Beschreibung werden später spezifische Impermeabilitätswerte genannt, diese werden in Emanueli-Einheiten (E.E.) angegeben. Eine Definition der Emanueli-Einheit ist in der TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry)-Veröffentlichung, Volume 44, Wo 10, Oktober 1961, Seite 176 A - 182 A zu finden. An dieser Stelle ist auch eine Beschreibung eines modifizierten Emanueli-

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Porosimeter zur Messung der Luft-Impermeabilität von Papier in Emanueli-Einheiten zu finden.

Mit dem Ausdruck "Dichte" von Papier ist in dieser Beschreibung die scheinbare Dichte von Papier gemeint, d.h. die sich aus der Division der Masse eines gegebenen Papiervolumens durch das Gesamtvolumen ergibt; das Gesamtvolumen beinhaltet sowohl das Volumen der Papierfasern als auch das Volumen der eingeschlossenen Luft.

Die Entwicklung der elektrischen Energieübertragung zu hohen Spannungen bis zu 500 kW stellt hohe Anforderungen an die dielektrischen Eigenschaften des für die Isolierung dieser Kabel verwendeten Papieres. Das Isolierpapier muß wesentlich größere Potentialgradienten aushalten und wesentlich niedrigere Verlustfaktoren besitzen als bisher, als elektrische Energie noch mit wesentlich niedrigeren Spannungen übertragen wurde. Diese Anforderungen haben zu der Einführung von mehrschichtigem Isolierpapier geführt, dessen bevorzugte Ausführungsformen aus mehreren Schichten mit nennenswert voneinander abweichenden Eigenschaften bestehen. Die bevorzugten Ausführungsformen dieses Isolierpapieres bestehen aus mindestens einer Schicht mit einer relativ hohen Impermeabilität und mindestens einer Schicht mit einer relativ niedrigen Impermeabilität. Im Allgemeinen besitzt ein Papier einer relativ hohen Impermeabilität eine hohe Durchschlagfestigkeit, aber ebenfalls einen hohen Verlustfaktor, während ein Papier einer relativ niedrigen Impermeabilität einen niedrigen Verlustfaktor aber dafür auch eine niedrige Durchschlagfestigkeit besitzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das mehrschichtige Isolierpapier insgesamt sehr gute dielektrische Eigenschaften besitzt,d.h. eine hohe Durchschlagfestigkeit (fast so hoclj wie diejenige der Schicht hoher Imper-

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meabilität) und einen niedrigen Verlustfaktor (fast so niedrig wie derjenige der Schicht mit niedriger Impermeabilität). Im allgemeinen besitzt in diesem Papier die Schicht hoher Impermeabilität eine höhere Dichte als die andere Schicht.

Die Herstellung dieser mehrschichtigen Isolierpapiere, deren verschiedene Schichten stark voneinander abweichende Charakteristiken besitzen, wurde durch verbesserte Papierherstellungsverfahren ermöglicht, die nach der Einführung des oben beschriebenen zweischichtigen Abschirjnungspapieres zur Verfügung standen. Solche mehrschichtigen Isolierpapiere sind im britischen Patent I.I90962 beschrieben.

Bei entweder mit diesem mehrschichtigen Isolierpapier oder mit Standardpapier isolierten Kabeln sind die dielektrischen Eigenschaften der Abschirmungen, insbesondere der den Leiter berührenden Abschirmung von größtem Einfluß; es hat sich gezeigt, daß eine Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften durch das zweischichtige Abschirmungspapier wünschenswert ist, um eine höhere Durchschlagsfestigkeit der gesamten Kabelisolierung zu erreichen, insbesondere dann, wenn das Kabel bei Spannungen im Bereich von 500 kW eingesetzt werden soll. Es ist zu beachten, daß die den Leiter berührende Abschirmung und beim Einsatz von einem zweischichtigen Abschirmungspapier insbesondere die Isolierschicht des Abschirmungspapiers in der Kabelisolierung der höchsten elektrischen Spannung ausgesetzt ist und daher der kritischste Teil dieser Isolierung ist.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Papier zur Bildung von Abschirmungsschichten in elektrischen Kabeln vorzuschlagen, durch dessen Einsatz in der Isolierung von Kabeln sich eine höhere Durchschlagfestigkeit der Isolierung

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erzielen läßt, als durch den Einsatz von dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Abschirmungspapier.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein zweischichtiges Papier zur Bildung von Abschirmungsschichten in elektrischen Kabeln vorgeschlagen, dessen eine Schicht aus Halbleiterpapier und dessen andere Schicht aus Isolierpapier mit einer Impermeabilität von mindestens 20 χ 10⁶ E.E. besteht.

Die Halbleiterpapierschicht kann aus normalem, mit Gasruß beschichtetem Papier bestehen; der Gasruß verleiht dem sonst isolierenden normalen Papier Halbleitereigenschaften. Die Halbleiterpapierschicht kann z.B. die üblichen Dichte- und Impermeabilitätswerte des in der Kabelindustrie üblicherweise verwendeten Papieres besitzen; typische dichte Werte liegen im Bereich von 0,84 bis 0,90 g/cm-5 und typische Impermeabilitätswerte liegen im Bereich von 1 χ 10^& bis 2 χ ΙΟ⁶ E.E.

Es hat sich gezeigt, daß sich beträchtlich höhere Impulsdurchschlagfestigkeiten in Isolierungen für elektrische Kabel erzielen lassen, wenn die Abschirmungen aus den erfindungsgemäßen Abschirmungspapier anstelle des dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Abschirmuhgspapier bestehen. Beim Einsatz von einem erfindungsgemäßen Abschirmungspapier ist z.B. in der Isolierung eines ölgefüllten Kabels eine maximale elektrische Belastung von 115 MV/m erzielt worden, während beim Einsatz einer Abschirmung aus dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Papier nur eine maximale elektrische Belastung von 100 MV/m möglich war.Ähnliche Verbesserungen zeigten sich bei der Frequenzdurchschlagfestigkeit, z.B. eine Erhöhung von 43 MV/m auf 52 MV/m.

Es hat sich jedoch noch eine weitere den Leistungsfaktor 20984W1M8

betreffende Verbesserung gezeigt. Eine wichtige Prüfung, der jedes ölgefüllte Kabel nach seiner Herstellung unterworfen wird, ist ein Vergleich der bei halber, voller und doppelter Betriebsspannung gemessenen Leistungsfaktoren; der Leistungsfaktor sollte mit wachsender Spannung so wenig wie möglich ansteigen. Bei Kabeln mit Abschirmungen aus dem erfindungsgemäßen Abschirmungspapier ist der Leistungsfaktor bei halber Betriebsspannung nur geringfügig niedriger und steigt bei einer Erhöhung der Spannung auf die doppelte Betriebsspannung wesentlich weniger an, als bei Kabel mit Abschirmungen aus dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Papier. An ölgefüllten 66 kV-Kabeln wurden bei Raumtemperatur für halbe, volle und doppelte

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Betriebsspannung z.B. Leistungsfaktoren von 23 χ 10 , 27 x 10" bzw. 32 χ 10" geraessen, wenn die Isolierung dem Stand der Technik gemäßes zweischichtiges Abschirmpapier enthielt, während Leistungsfaktoren von 21 χ 10 , 22 χ 10" bzw. 24 χ 10~ an identischen Kabeln erzielt wurden, wenn die Isolierung erfindungsgemäßes Abschirmpapier enthielt.

Es hat sich gezeigt, daß die oben genannten Verbesserungen günstiger werden, wenn die Dichte der Isolierpapierschicht ^ 1,0 g/cnr ist. Typische Werte der Dichte der Isolierschicht von experimentell getesteten Papieren lagen z.B. im Bereich von 1,1 bis 1,2 g/cnr, während die normale Dichte der Halbleiterschicht, wie bereits angegeben im Bereich von 0,84 bis 0,90 g/cnr lag.

Typische Impermeabilitätbswerte der Isolierungsschioht der experimentell getesteten Papiere lagen z.B. im Bereich von 200 χ 10 bis 750 χ 10 E.E.; Impermeabilitätswerte von 2000 χ 10 E.E. sind möglich, in diesem Fall kann die Dichte bis zu 1,31 g/cm betragen. Typische Dichte- und Impermeabilitäts-Werte des kompletten Abschirmungspapieres der experimentell getesteten Papierarten

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liegen im Bereich von 1,0 bis 1,15 g/cnr und im Bereich von 100 χ 10 bis 300 χ 10 E.E., während Werte von 1,25 g/cm^ und 1000 χ 10 E.E. auftreten, wenn die Isolierschicht die o.g. höchste Dichte- und Impermeabilitäts-Werte besitzt; ferner sind auch niedrige Impermeabilitätswerte von bis zu 5 x 10 E.E. möglich, wenn beide Schicht ten niedrige Impermeabilitätswerte besitzen. Die experimentell getesteten Papierarten besitzen Schichten mit ei-' ner Dicke von mindestens 0,025 mm, wobei die Gesamtdicke des kompletten Papieres 0,20 mm nicht überschreitet; das Verhältnis der beiden Schichtdicken überschreitet 1 : 3 (in jeder Richtung) nicht. Für die Dicke jeder Schicht werden Werte im Bereich von 0,030 bis 0,080 mm bevorzugt; für die Gesamtdicke des kompletten Papieres werden Werte im Bereich von 0,050 bis 0,140 mm bevorzugt. Das Verhältnis der Dicke der Halbleiterschicht zur Dicke der Isolierschicat liqgt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß die beiden Schichten oft stark voneinander abweichende Charakteristiken, sowohl in ihrer Dichte als auch .ihrer Impermeabilität, besitzen; wie bereits erwähnt, ist die Herstellung solcher mehrschichtigen Papierarten heutzutage infolge der verbesserten Papierherstellungsverfahren möglich. Ferner besitzt die Isolierpapierschicht oft eine sehr hohe Dichte, die sich typischer Weise durch eine Hochglanzkalendrierung des komplitierten Papieres erzielen läßt.

Zur Bildung von Abschirmungen in elektrischen Kabeln wird das erfindungsgemäße Papier in Bandform überlappend derart um den Kabeleiter gewickelt, daß die Halbleiterschicht in Berührung mit dem Leiter kommt, während es zur Bildung der äußeren Abschirmung mit der Isolierschicht nach innen um die Isolierung gewickelt wird.

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Claims

Ansprüche

ΐΛ Papier zur Bildung von Abschirmungsschichten in elek- y trischen Kabeln mit zwei Schichten, einer Halbleiterpapierschicht und einer Isolierpapierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabilität der Isolierpapierschicht mindestens 20 χ 10 E.E. beträgt.
2. Papier nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Isolierpapierschicht >. 1,0 g/cnor ist.
3. Papier nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Isolierpapierschicht im Bereich von 1,1 bis 1,2 g/cm⁵ liegt.
4. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabilität der Isolierpapierschicht im Bereich von 20 χ 10 bis 2000 χ 10 E.E. liegt.
5. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabilität der Isolierpapierschicht im Bereich von 200 χ 10 bis 750 χ 10 E.E. liegt.
6. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet ,daß seine Gesamtdichte im Bereich von 1,0 bis 1,15 g/cm⁵ liegt.
7. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß seine Gesamtimpermeabilität im Bereich von 100 χ 10⁶ bis 300 χ 10° E.E. liegt. .

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8. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht mindestens 0,025 mm dick ist.
9. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke Jeder Schicht im Bereich von 0,030 bis 0,080 mm liegt.
10. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß seine Gesamtdicke 0,20 mm nicht überschreitet.
11. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch ge·?· kennzeichnet, daß seine Dicke im Bereich von 0,050 bis 0,0140 mm liegt.
12. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis beider Schichten in jeder Richtung 1 : 3 nicht überschreitet.
13. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der Halbleiterschicht zur Dicke der Isolierschicht im Bereich von 0,5 bis 2 liegt.

Elektrisches Kabel mit mindestens einer Abschirmungsschicht dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungsschicht aus Papier gemäß einem der Ansprüche 1 bis derart hergestellt ist, daß das Papier in Bandform mit der Isolierschicht nach innen überlappend um die Isolation des Kabels gewickelt ist.

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