DK157582B - Elektrisk kabel omfattende en leder af milliken-type sammensat af flere sektorformede ledende elementer dannet af sammensnoede metaltraade - Google Patents

Description

DK 157582 B

i

Den foreliggende opfindelse angår et elektrisk kabel, navnlig et papiri soleret og oliefyldt vekselstrømskabel med leder af Milliken-typen.

Det er kendt, at store elektriske ledere mere og mere anvendes i vekselstrømskabler for at gøre det muligt at forøge effektoverføringen. Det er imidlertid også kendt, at disse ledere har alvorlige ulemper på grund af den såkaldte overfladeeffekt og den såkaldte zoneeffekt, der forøger ledernes virkelige resistans og i mange tilfælde eliminerer fordelen ved den forøgede lederstørrelse.

For at formindske indvirkningen af disse fænomener anvender man i almindelighed en leder af Milliken-typen, der på kendt måde består af fire eller flere sektorformede ledende elementer i separate strenge, der er sammensat til en leder med cirkulært tværsnit. Hver sektor består i almindelighed af snoede kobbertråde. Herved modvirkes overfladeeffekten og zoneeffekten, eftersom anordningen tilnærmelsesvis udbalancerer det induktive spændingsfald i hver tråd, men det bør iagttages, at når der går strøm fra én tråd til en anden, formindskes effekten af anordningen betydeligt. Følgelig er det af stor betydning, at ledende elementer af denne type udføres på en sådan måde, at overgang af strøm fra én tråd til en anden modvirkes.

Det er kendt, at man for at opnå en høj kontaktmodstand mellem op til hinanden stødende ledningstråde skal belægge trådene med et lag af passende isolationsmateriale, der navnlig i betragtning af den maksimale mulige størrelsesreduktion skal have en minimal tykkelse af størrelsesordenen 1-10 jtim. Isolationsmaterialet for denne belægning skal imidlertid opfylde så mange tekniske krav, at man endnu ikke har fundet en hensigtsmæssig løsning. Den isolerende belægning må ikke påvirkes af kontakt med papiret og med den olie, hvormed kablet er imprægneret, så at olien ikke forurenes af sønderdelings-produkter fra belægningen. Endvidere skal belægningen hæfte permanent på den ledende tråd og mekanisk modstå de betydelige påvirkninger, som lederne udsættes for under håndtering og snoning, for at god isolering af ledernes hele kontaktflade skal opnås. Endelig kræver muligheden for at sammenføje kabler af denne type et belægningsmateriale, som ikke skaber problemer ved svejsningen, dvs. som

2 DK 157582 B

let kan fjernes eller helt forkulles uden at forurene olien.

Eftersom isolationsbelægninger med minimal tykkelse tilstræbes, er såkaldte "isoleringsemaljelakker", dvs. termoplasti ske eller termo-hærdende plaster, egnede, hvilke plaster kan danne hinder og allerede er almindeligt anvendt på ledere til fremstilling af viklinger i elektriske motorer eller transformatorer.

Det skal dog bemærkes, at indenfor dette område er tykkelsen af isolationsemaljen ved tråddiametre, som svarer til tråde af Milliken-typen, af størrelsesordenen 80-100 pi, dvs. betydeligt større end de, som bør anvendes på ledere af Milliken-typen. Følgelig kan en del af de ovennævnte vanskeligheder, såsom problemerne med belægningens vedhæftning og dens mekaniske modstand, let overvindes ved anbringelse af flere lag af to eller flere plaster med forskellige fysiske og mekaniske egenskaber.

Hvad angår anvendelse af emaljerede ledere i transformatorer, hvor isoleringsolien ikke må forurenes, skal det bemærkes, at miljøet i dette tilfælde er mindre aggressivt end i et kraftkabel. Følgelig er det uhensigtsmæssigt på ledere af Milliken-typen at anvende en emaljelak, selv om denne er tilfredsstillende til ledere i transformatorer.

Forsøg har vist, at kendte emaljelakker til lederne i viklinger i elektriske motorer og i transformatorer ikke ligeså godt kan anbringes på ledere af Milliken-typen på grund af, at en eller flere nødvendige egenskaber savnes. Således har polyurethanemaljelakker lav mekanisk bestandighed og en utilladelig tilbøjelighed til sønderdeling i kontakt med papiret og isoleringsolien under drift, så at olien forurenes. Ligeså forurenende er polyesteremaljelakker, eftersom de er let hydrolyserbare. Polyamid-imidemaljelakkerne har svag vedhæftning på metaltråden, medens polyamid-emaljelakkerne har lav mekanisk bestandighed. Endelig kan epoxyemaljelakkerne næppe anbringes på en metaltråd i så tynde lag, som kræves ved ledere af Milliken-typen, når de danner meget uregel bundne overflader.

Den foreliggende opfindelse angår en isoleringsemalje, hvis fysiske og mekaniske egenskaber er således, at når den er anbragt som et lag 3

DK 157532 B

med minimal tykkelse på de ledningstråde, som udgør ledere af Milliken-typen i et kraftkabel, tilgodeses samtlige ovennævnte krav.

Opfindelsen angår således et elektrisk kabel omfattende en leder af Milliken-typen sammensat af flere sektorformede ledende elementer dannet af sammensnoede metaltråde, hvor hver tråd har en isolerende belægning, som frembyder radial kontaktmodstand, der er høj i forhold til den langsgående modstand, og består af en tværbunden plast, og det for kablet ifølge opfindelsen ejendommelige er, at plastbelægningen består af polyvinylacetal tværbundet med i det mindste én phenol-aldehyd- og melaminharpiks, at belægningens tykkelse er 4-10 μηι, at plasten har en termisk klassificering på mindst 120°C, dvs. den modstår nedbrydning i mindst 20.000 timer ved en temperatur på 120°C, en bestandighed mod tværrettet afslidning i det mindste lig med 50 cykler ifølge normen 50.1 fra Comitato Elettrotecnico Italiano, en varmetrykværdi over 170°C ifølge normen 55.1 fra Comitato Elettrotecnico Italiano og en forureningseffekt mod olie på i hovedsagen nul samt i hovedsagen fuldstændig fordampning ved svejsetemperaturen.

Det har vist sig, at en plast med de ovennævnte fysiske og mekaniske egenskaber giver en isolerende belægning, som imødekommer de forskellige krav ved fremstilling, sammenkobling og drift af et kabel med en leder af Milliken-typen.

Nærmere bestemt defineres plasten med hensyn til fysiske og mekaniske egenskaber som nævnt ved sin varmeklasse (dvs. den temperatur ved hvilken plasten er bestandig i en tid på 20.000 timer), sin bestandighed mod tværrettet afslidning og mod varmetryk. Bestandigheden mod tværrettet afslidning måles ifølge normen CEI 55.1 ved hjælp af en passende stålnål, der anbringes vinkelret på længdeaksen af en ledende tråd, som er belagt med et lag af forudbestemt tykkelse af forsøgsplasten, og giver en slidende indvirkning på plasten ved at føres skiftevis langs den ledende tråds akse under en stadigt voksende belastning. Antallet af forskydningscykler for nålen, indtil kortslutning opstår ved, at nålen kommer i kontakt med den ledende tråd, giver indekset for plastens mekaniske bestandighed.

Bedømmelsen af varmetrykket ifølge CEI 55.1 udføres på kendt måde

4 DK 157582 B

ved, at to ledningstråde, som er belagt med forsøgsplasten, anbringes retvinklet over kors og udsættes for varmekonditionering ved 170°C i en bestemt tid (i det foreliggende tilfælde 2 minutter), hvorpå de belastes med en forudbestemt tyngde i en bestemt tid (1 minut), og det iagttages, at en kortslutning ikke har fundet sted.

Hvad angår forureningsfaktoren for olien efter ældning af ledningstråd belagt med den foreliggende plast skal det bemærkes, at denne egenskab er af stor betydning med hensyn til driftstiden for et kabel med en leder af Milliken-typen.

Med hensyn til den foreliggende opfindelse bedømmes denne faktor efter to slags ældningsforsøg, der begge udføres ved, at ledende kobbertråd, som er belagt med et plastlag med en tykkelse af 4-10 /im, anbringes i et lukket rum med både papiret og olien til kabel -isoleri ngen. I et forsøg udsættes systemet for varmebehandling ved en temperatur af 140°C i 30 dage, og i det andet forsøg udsættes systemet for samme varmebehandling i 7 dage med efterfølgende varmebehandling ved 200°C i to timer.

Ved begge typer måles oliens tabsfaktor i systemet, efter at forsøget er afsluttet.

Som allerede nævnt har den foreliggende tværbundne plast til belægning af tråde i en leder af Milliken-typen en forureningsfaktor for olien i henhold til den ovenfor beskrevne definition, som er praktisk taget nul.

Fortrinsvis udgøres plasten med ovennævnte fysiske og mekaniske egenskaber af en polyvinyl acetal pi ast, såsom en polyvinyl-formal -plast, hvis tværbinding fås i det mindste med en phenol pi ast og en melaminplast i andelene 10-80 dele henholdsvis 0-15 dele pr. 100 dele polyvinylacetal pi ast.

Hensigtsmæssigt tværbindes polyvinylacetal pi asten foruden med ovennævnte plaster også med et blokeret isocyanat i en mængde på 10-75 dele pr. 100 dele polyvinylacetal pi ast.

Hensigtsmæssigt består også polyvinyl acetal pi asten af en 5

DK 1 575R2B

polyvinylformalplast, der på kendt måde udgøres af et kondensationsprodukt af formaldehyd og et hydrolyseprodukt af polyvinyl acetat. Ovennævnte phenol harpiks er et kondensationsprodukt af en phenol og formaldehyd og fortrinsvis et kondensationsprodukt af kresol og formaldehyd. Melaminplasten udgøres af et kondensationsprodukt af melamin og en aldehyd, såsom formaldehyd. Det blokerede isocyanat, der anvendes som yderligere tværbindingsmiddel, udgøres fortrinsvis af toluylendiisocyanat blokeret eksempelvis med phenol.

Et eksempel på sammensætningen af den ovenfor definerede syntetiske harpiks, der kan anvendes til at danne den isolerende belægning på Milliken-lederne, er følgende: polyvinyl-formalharpiks (1) 100 dele efter vægt kresol-formaldehydharpiks 14 " " " melamin-formaldehydharpiks (2) 11 " " " blokeret isocyanat (3) 60 " " " opløsningsmiddel (xylenol) 553 " " " fortynder 368 " (1) "Formvar" plast, solgt af Monsanto (2) "Resimene 882", solgt af Monsanto (3) "Desmodur AP", solgt af Farbenfabriken Bayer A.G.

t

V

6 DK 157582 B

Den således dannede opløsning/ der har en viskositet beliggende mellem 5oo og 3.ooo centipoises, påføres de ledende kobbertråde med en diameter beliggende mellem θ/3ο og 5 mm, som er bestemt til at danne Milliken-lederen. I praksis bringes trådene til at passere gennem et bad, som indeholder den ovenfor beskrevne opløsning. De således beklædte tråde, som kommer ud fra badet, underkastes en varmebehandling for at hærde harpiksen ved passage i en ovn gennem en første zone opvarmet til en temperatur på ca. 3oo°C og derpå gennem en anden zone opvarmet til en temperatur beliggende mellem. 4oo°C og 45o°C.

Den tværbundne polyvinyl-acetalplast beskrevet i den foreliggende ansøgning som en isolerende belægning for de ledende tråde, der er bestemt til at danne strengen i Milliken-lederen, er som nævnt ovenfor den, der bedst opfylder de krav,som stilles ved fremstillingen og driften af kabler af denne art, som det er blevet konstateret ved prøverne udført på ledende tråde, der er belagt på denne måde. Den nævnte plast · har vist sig at have følgende egenskaber:

varmeklasse 12o°C

gennemslagsstyrke målt i overensstemmelse med CEI 55.1 standarder >12o kV/mm modstand mod afslidning i to retninger (CEI 55.1 standarder) 15o cykler

termisk trykværdi (CEI 55.1 standarder) > 17o°C

Virkning af forurening ved ældning af decylbenzen

Tabsfaktor

ved stuetemp. ved loo°C

ved 14o°C i 3o dage: plastbelagt tråd/ —4 —4 decylbenzen/papirsystem <l.lo 3. lo —4 -4 decylbenzen/papirsystem <l.lo l.lo ved 14o°C i 7 dage fulgt af behandling ved 2oo°C i 2 timer: plastbelågt tråd/ .

-4 -4 decylbenzen/papirsystem <l.lo 4.lo -4 -4 decylbenzen/papirsystem <1.lo 1;lo

Af det ovenstående vil det ses, at ved afslutningen af ældningsprøven udført på det lukkede system dannet af tråd belagt med den ovenfor beskrevne plast, decylbenzen og papir, er tabsfaktoren for decylbenzen praktisk taget analog med den, der fremkommer ved afslutnin-

7 · DK 157582B

gen af ældningsprøven udført på det lukkede system bestående af decyl-benzen og papir. Det kan derfor konkluderes, at forureningen af decyl-benzen hidrørende fra den undersøgte plast er i det væsentlige nul.

Det skal endvidere bemærkes, at den ovenfor angivne plast har vist sig at have en stor vedhængning til den ledende tråd. Under sammenføjningen af de ledende tråde fortrinsvist udført ved metalsvejsning under inert gas er det endvidere blevet konstateret, at plasten fordamper på praktisk taget fuldstændig måde.

Claims (7)

1. Elektrisk kabel omfattende en leder af Mill i ken-typen sammensat af flere sektorformede ledende elementer dannet af sammensnoede metaltråde, hvor hver tråd har en isolerende bel segning, som frembyder radial kontaktmodstand, der er høj i forhold til den langsgående modstand, og består af en tværbunden plast, kendetegnet ved, at plastbelægningen består af polyvinylacetal tværbundet med i det mindste én phenol-aldehyd- og melaminharpiks, at belægningens tykkelse er 4-10 μιη, at plasten har en termisk klassificering på mindst 120°C, dvs. den modstår nedbrydning i mindst 20.000 timer ved en temperatur på 120°C, en bestandighed mod tværrettet afslidning i det mindste lig med 50 cykler ifølge normen 50.1 fra Comitato Elettrotecnico Italiano, en varmetrykværdi over 170°C ifølge normen 55.1 fra Comitato Elettrotecnico Italiano og en forureningseffekt mod olie på i hovedsagen nul samt i hovedsagen fuldstændig fordampning ved svejsetemperaturen.

2. Kabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den tvær-bundne plast består af en polyvinyl acetal pi ast tværbundet i det mindste ved hjælp af en phenol-aldehydplast og en melaminplast i andele af 10-80 dele henholdsvis 0-15 dele pr. 100 vægtdele polyvi nylacetal pi ast.

3. Kabel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den tvær-bundne plast består af polyvinylacetal pi asten, som også er tværbundet ved hjælp af et blokeret isocyanat i en mængde af 10-75 dele pr. 100 dele polyvinyl acetal pi ast.

4. Kabel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at polyvinyl acetal pi asten består af et kondensationsprodukt af formaldehyd og et hydrolyseprodukt af et polyvinyl acetat.

5. Kabel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at phenol-aldehydplasten er et kondensationsprodukt af kresol og formaldehyd.

6. Kabel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at melaminplasten er et kondensationsprodukt af melamin og formaldehyd. DK 157582 B

7. Kabel ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det blokerede isocyanat udgøres af et phenol bl okeret toluylendiisocyanat.