DE2219511C3 - Papier zur Abschirmung von elektrischen Kabeln - Google Patents

Papier zur Abschirmung von elektrischen Kabeln

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Description

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 halbleitenden Eigenschaften überlappend um den Kabelleiter gewickelt, um eine mit dem Leiter in Berührung stehende elektrisch abschirmende Schicht zu bilden. Ferner wird üblicherweise in einer späteren Fertigungsstufe, nachdem die Isolierung auf den abgeschirmten Leiter aufgebracht worden ist, nochmals
'> ein halbleitendes Papierband 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
in vorgeschlagenes Papier besteht aus normalem mit Gasruß beschichteten Papier. Der Gasruß verleiht dem sonst isolierenden normalen Papier halbleitende Eigenschaften. Der Nachteil dieses Papieres ist, daß bei Kabeln mit Abschirmungen aus diesem Papier nennens-
1■> werte Energieverluste in dem isolierenden Dielektrikum auftreten, insbesondere in an den Abschirmungen anliegenden flüssigkeitsimprägnierten Filmen.
Vor einiger Zeit wurde ein zweischichtiges Papier vorgeschlagen, das diesen Nachteil erfolgreich eliminiert. Das zweischichtige Papier besteht aus einer mit Gasruß beschichteten halbleitenden Papierschicht und einer zweiten Schicht aus normalem isolierendem Papier. Kabel mit Abschirmungen aus diesem Papier zeigten eine wesentliche Reduktion der in dem
2Γ) isolierenden Dielektrikum auftretenden Energieverluste. Ein solches zweischichtiges Papier ist in der GB-PS 8 15 394 beschrieben.
Bisher war es üblich, daß die beiden Schichten in dem Abschirmungspapier ungefähr gleich große Impermea-
Ki bilitätswerte 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 Papierher-
ir) Stellung einfach zu gestalten.
Die »Impermeabilität« von Papier ist ein Maß für den Widerstand des Papiers für eine Flüssigkeits- oder Gas-Strömung durch dieses Papier. In der vorliegenden Beschreibung werden später spezifische Impermeabili-
■i() tätswerte 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, NoIO, Oktober 1961, Seite 176 A—182 A zu finden. An dieser
4ri Stelle ist auch eine Beschreibung eines modifizierten Emanueli-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
1JH 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.
T) Die Entwicklung der elektrischen Energieübertragung zu hohen Spannungen bis zu 500 kV stellt hohe Anforderungen an die dielektrischen Eigenschaften des für die Isolierung dieser Kabel verwendeten Papieres. Das Isolierpapier muß wesentlich größere Potentialgra-
M) dienten 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 Impermeabiiität und mindestens einer Schicht mit einer relativ niedrigen Impermeabiiität Im allgemeinen besitzt ein Papier einer relativ hohen Impermeabiiität eine hohe Durchschlagfestigkeit, aber ebenfalls einen hohen Verlustfaktor, ·> während ein Papier einer relativ niedrigen Impermeabiiität 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 hoch wie diejenige der Schicht hoher Impermeabiiität) und einen niedrigen Verlustfaktor (fast so niedrig wie derjenige der Schicht mit niedriger Impermeabiiität). Im allgemeinen besitzt in diesem Papier die Schicht hoher ir> Impermeabiiität 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 Abschirmungspapieres zur Verfügung standen. Solche mehrschichtigen Isolierpapiere sind in der GB-PS 11 90 962 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 in 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 kV ΐϊ eingesetzt werden soll. Es ist zu beachten, daß die den Leiter berührende Abschirmung und beim Einsatz von einem zweischichtigen Abschirmungo'papier insbesondere die Isolierschicht des Abschirmungspapiers in der Kabelisolierung der höchsten elektrischen Spannung κι 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 ίγ> Kabeln sich eine höhere Durchschlagfestigkeit der Isolierung erzielen läßt, als durch den Einsatz von dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Abschirmungspapier.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein v\ zweischichtiges Papier zur Bildung von Abschirmungsschichten in elektrischen Kabeln vorgeschlagen, dessen eine Schicht aus halbleitendem Papier und dessen andere Schicht aus Isolierpapier mit einer Impermeabiiität von mindestens 20 χ 106 E.E. besteht. v>
Die halbleilende Papierschicht kann aus normalem, mit Gasruß beschichtetem Papier bestehen; der Gasruß verleiht dem sonst isolierenden normalen Papier halbleitende Eigenschaften. Die halbleitende Papierschicht kann z. B. die üblichen Dichte- und Impermeabi- wi litätswerte des in der Kabelindustrie üblicherweise verwendeten Papieres besitzen; typische Dichte-Werte liegen im Bereich von 0,84 bis 0,90 g/cm3 und typische Impermeabilitätswerte liegen im Bereich von 1 χ 106 bis 2 χ 106EE. M
Es hat sich gezeigt, daß sich beträchtlich höhere Impulsdurchschlagfestigkeiten in Isolierungen für elektrische Kabel erzielen lassen, wenn die Abschirmungen aus den erfindungsgemäßen Abschirmungspapieren anstelle des dem Stand der Technik gemäßen zweischichtigen Abschirmungspapier bestehen. Beim Einsatz von einem erfindungsgemäfien 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 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 Betriebsspannung z. B. Leistungsfaktoren von
23 χ ΙΟ-4, 27 χ 10-4 bzw. 32 χ 10-" gemessen, wenn die Isolierung dem Stand der Technik gemäßes zweischichtiges Abschirmpapier enthielt, während Leistungsfaktoren von 21 χ ΙΟ"4, 22 χ 10-" bzw.
24 χ ΙΟ-4 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/cm3 ist. Typische Werte der Dichte der Isolierschicht von experimentell getesteten Papieren lagen z.B. im Bereich von 1,1 bis 1,2 g/cm3, während die normale Dichte der Halbleiterschicht, wie bereits angegeben im Bereich von 0,84 bis 0,90 g/cm3 lag.
Typische Impermeabilitätswerte der Isoherungsschicht der experimentell getesteten Papiere lagen z. B. im Bereich von 200 χ 106 bis 750 χ 106 E.E.; Impermeabilitätswerte von 2000 χ 106 E.E. sind möglich, in diesem Fall kann die Dichte bis zu 1,31 g/cm3 betragen. Typische Dichte- und Impermeabilitäts-Werte des kompletten Abschirmungspapiers der experimentell getesteten Papierarten liegen im Bereich von 1,0 bis 1,15 g/cm3 und im Bereich von 100 χ 10b bis 300 χ 106E.E., während Werte von 1,25 g/cm3 und 1000 χ 106E.E. auftreten, wenn die Isolierschicht die o.g. höchste Dichte- und Impermeabilitäts-Werte besitzt; ferner sind auch niedrige Impermeabilitätswerte von bis zu 5 χ 106 E.E. möglich, wenn beide Schichten niedrige Impermeabilitätswerte besitzen. Die experimentell getesteten Papierarten besitzen Schichten mit einer 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 Isolierschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2.
5 6
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersieht- des komplettierten Papiers erzielen läßt.
Hch, daß die beiden Schichten oft stark voneinander Zur Bildung von Abschirmungen in elektrischen
abweichende Charakteristiken, sowohl in ihrer Dichte Kabeln wird das erfindungsgemäße Papier in Bar.dform
als auch ihrer Impermeabilität, besitzen; wie bereits überlappend derart um den Kabelleger gewickelt, daß
erwähnt, ist die Herstellung solcher mehrschichtigen 5 die halbleitende Schicht in Berührung mit dem Leiter
Papierarten heutzutage infolge der verbesserten Pa- kommt, während es zur Bildung der äußeren Abschir-
pierherstellungsverfahren möglich. Ferner besitzt die mung mit der Isolierschicht nach innen um die
Isolierpapierschicht oft eine sehr hohe Dichte, die sich Isolierung gewickelt wird,
typischer Weise durch eine Hochglanzkalerdrierung

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Papier zur Bildung von Abschirmungsschichten in elektrischen Kabeln mit zwei Schichten, einer halbleitenden Papiersc'iicht und einer Isolierpapierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabilität der Isolierpapierschicht mindestens 20 χ 106EE. beträgt
2. Papier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Isolierpapierschicht > 1,0 g/cm3 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/cm3 liegt.
4. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabilität der Isolierpapierschicht im Bereich von 20 χ ΙΟ6 bis 2000 χ 106E.E. liegt.
5. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impermeabiliiät der Isolierpapierschicht im Bereich von 200 χ 106 bis 750 χ 10bE.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/cm3 liegt
7. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine Gesamtimpermeabiütät im Bereich von 100 χ ΙΟ6 bis 300 χ 10" E.E. liegt.
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 gekennzeichnet, 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 halbleitenden Schicht zur Dicke der Isolierschicht im Bereich von 0,5 bis 2 liegt.
14. Elektrisches Kabel mit mindestens einer Abschirmungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungsschicht aus Papier gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 derart hergestellt ist, daß das Papier in Bandform mit der Isolierschicht nach innen überlappend um die Isolation des Kabels gewickelt ist.
DE2219511A 1971-04-20 1972-04-21 Papier zur Abschirmung von elektrischen Kabeln Expired DE2219511C3 (de)

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