FI118870B - Suurjännitekaapeli - Google Patents

Description

x 118870

Suurjännitekaapeli - Högspänningskabel

Esillä oleva keksintö liittyy sähkökaapeliin, joka on tarkoitettu suurille ja erittäin suurille jännitteille, ja jossa johtimet on ympäröity kerrostetulla eristeellä, joka eriste on kyllästetty eristävällä juoksevalla aineella, jolloin mainittu eriste muodostuu 5 paperi/polypropeeni/paperi-laminaatista.

Jo pitkään on tunnettu suurten tai erittäin suurten jännitteiden siirtoon tarkoitettuja kaapeleita, jotka käsittävät kerrattuja johtimia käärittyinä kerrostettuun, eristävällä juoksevalla aineella kyllästettyä paperi/polypropeeni/paperi-laminaattia olevaan eristeeseen. Tämän tyyppisessä kaapelissa johdin on edullisesti kiilatyyppiä tai “Milli-10 ken”-tyyppiä. “Milliken”-tyyppinen johdin muodostuu puolestaan ohuista johtimista, jotka on keskitetty toisistaan eristetyiksi sektoreiksi, jotta minimoidaan loisvirrat.

Edellä mainitun tyyppisellä kaapelilla on kuitenkin se puute, että polypropeeniker-roksessa eristävän juoksevan aineen osalta tapahtuu huomattavaa turpoamista sekä pituus- että poikittaissuuntaan, ja erityisesti pystysuuntaan, ja tästä aiheutuu monia 15 haittoja, jotka vaikuttavat kaapelin lopullisiin sähköisiin ominaisuuksiin.

Tämän puutteen koijaamiseksi on tehty monia yrityksiä: a) esikyllästämällä polypropeenikalvo (GB-A-1 045 527); b) valmistamalla johtimen kääre paperi/polypropeeni/paperi-laminaatin kosteassa ympäristössä, ja kuivaamalla sitten kääritty johdin niin, että kuivauksen aikana ta- : 20 pahtuva paperin kutistuminen voisi kompensoida polypropeenin turpoamisen eris- I./ tävän juoksevan aineen läsnäollessa (US-A-4 571 357, US-A-4 602 121): c) valmistamalla kaapeleita, joilla on pienempi turpoamisaste.

Φ · · • 1 · ··· 0

Esillä oleva keksintö kuuluu luokkaan c).

0 · • 1 ·

Pituussuuntaisen turpoamisen osalta tärkein haitta johtuu siitä, että toisin kuin kes- * 1 · 25 kellä olevassa polypropeenikerroksessa, laminaatin ulommat kerrokset muodostavassa paperissa ei esiinny turpoamista. Näin ollen laminaatissa tapahtuu keskinäinen v.: mittamuutos keskikerroksen ja ulkokerrosten välillä, ja tämä johtaa kosketusalueella • · · •...: voimiin, jotka pyrkivät aiheuttamaan keskinäistä liukuliikettä laminaatin kerrosten välillä.

• · • · · 30 Tästä mahdollisesti johtuvalla kerrosten toisistaan irtoamisella on erittäin vakavat • :1: vaikutukset kaapelin toimivuuteen, vaikka irtoaminen olisi vain osittaista.

M1 1 • Φ • · # 1 1: Itse asiassa kaapelin eristeenä toimivaan kerrostettuun laminaattiin syntyy liuku- 2 118870 jännityksiä taivutuksen aikana, jota kaapeliin väistämättä kohdistuu valmistuksen ja vetämisen aikana.

Sellaiset liukujännitykset eivät yleensä ole haitallisia, kun laminaatti on ehjää, mutta jos laminaatin eri kerrosten välillä syntyy keskinäisiä liikkeitä, ne aiheuttavat 5 laminaatin eri kerroksissa kiharoita, mutkia siirtymisiä ja murtumia kerrosten alkaessa irrota toisistaan.

Näiden haittojen voittamiseksi patentissa US-A-3 749 812 ehdotetaan polypropeenikalvon suulakepuristamista noin 300 °C:ssa ja sen sulkemista ennen jäähtymistä kahden kylmän (huoneenlämpötilassa olevan) paperinauhan väliin, jotka levitetään 10 paineen alaisina. Huoneenlämpötilassa ja ilman kyllästysainetta paperia olevat ulkokerrokset pitävät keskellä olevan polypropeenikerroksen joustavassa venyneessä tilassa; tämän johdosta tämän tyyppinen laminaatti myös tunnetaan “esijännitettynä” laminaattina. Kun se myöhemmin asetetaan paikalleen sopivan eristävän juoksevan aineen läsnäollessa, se turpoaa hallitulla tavalla, ja pyrkii tilaan, jossa siinä ei 15 ole jännityksiä.

Sen sijaan pystysuuntainen turpoaminen aiheuttaa tilan, jossa kerrostettuun eristeeseen muodostuu suuri paine, joka vuorostaan tekee kaapelin kokonaisuudessaan äärimmäisen jäykäksi.

Tämä puute on erityisen vakava Milliken-tyyppisissä kaapeleissa, joissa johtimen 20 alhainen mekaaninen jäykkyys (joka muodostuu ohuista langoista ja on siten erit täin taipuisaa) johtaa siihen, että eristeellä ei ole kunnollista tukea taivutuksen aikana, joka vaarantaa taivutuksen säännöllisyyden ja tekee eristeen vielä aremmaksi . . paikallisille vaurioille.

• · • · · * ·

Patentin US-A-3,775,549 mukaan turpoamista vähennetään laminaatin avulla, joka :*: 25 käsittää yhteenkasvatetun polypropeenikalvon, joka on liitetty paperiin liimalla, jo- : * ·,: ka liima käsittää sulassa tilassa suulakepuristettua polyolefiinia, jolloin mainittu • · : polyolefiini on polypropeenia tai polypropeenin kopolymeeria.

(«t · • · · : Tämän laminaatin valmistusprosessi on kuitenkin varsin mutkikas ja kallis, koska siihen sisältyy monia vaiheita. Itse asiassa on ensinnäkin suulakepuristettava poly- ·.·;*· 30 propeenikalvoa, joka sitten on suunnattava sekä konesuuntaan että poikittaissuun- : T: taan. Lopuksi tämä kalvo kytketään paperiin polypropeenin tai jonkin sen poly- . ’. meerin sulan kerroksen avulla.

• * · • · * • · * · · Tämän vuoksi on yhä voimakkaasti olemassa sellaisen paperi/polypropeeni/paperi-.·*.·. laminaatin tarve, joka pystytään kyllästämään eristävällä juoksevalla aineella, mutta . ΐ /: 35 joka ei kuitenkaan turpoa missään merkittävässä määrin, ja jota voidaan valmistaa • · · • · 3 118870 yksinkertaisella tavalla ja samalla saavuttaa sen mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien korkea pysyvyysaste.

Nyt on yllättäen havaittu, että nämä tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisesti paperi/polypropeeni/paperi-laminaatilla, jossa keskellä oleva kerros 5 käsittää lineaarisen polypropeenikalvon, jota on säteilytetty suurienergisellä ionisoivalla säteilyllä alle noin 15 %:n happipitoisuudessa.

Syytä siihen, että säteilytetyllä polypropeenilla on tällaiset ominaisuudet, ei vielä ole varmistettu.

On ajateltu, että tämä ominaisuus voidaan yhdistää muodostuneeseen suurempaan 10 kiteisyysasteeseen, koska polypropeeni kemiallisilla ytimillä lisättynä pyrkii myös voimakkaammin kiteytymään, mutta ne turpoavat vähemmän eristävien juoksevien aineiden läsnä ollessa, mutta on myös nähty, että tämä ei riitä, koska eräät niiden sähköisistä ominaisuuksista (erityisesti häviökerroin) tulevat huonommiksi.

Tämä selityksen ja patenttivaatimusten osalta termillä “suuret ja erittäin suuret 15 jännitteet” tarkoitetaan 200 kV ja sitä suurempia jännitteitä.

Termi “eristävä juokseva aine” tarkoittaa juoksevaa ainetta, edullisesti öljyistä, jolla on erittäin pieni viskositeetti (suuruusluokkaa 5-15 sentistoke) ja resistiivisyys, joka on ainakin 1016 Ω/cm, kuten mineraaliöljyillä, alkyylinaftaleeneilla, ja alkyylibentseeneillä. Tyypillisiä esimerkkejä eristävistä juoksevista aineista, joita 20 esitetään patenttijulkaisussa EP-A-0 001 494, ovat dekyylibentseeni, dodekyyli- ·. : bentseeni, bentsyylitolueeni, dibentsyylitolueeni, 1-metyylinaftaleeni, monoisopro- .··*! pyylidifenyyli, l-fenyyli-l-(3,4-dimetyylifenyyli)-etaani, 1,2-difenyylietaani, ja • · . *" näiden sekoitukset.

• · • · * • · ♦ • · t / · · Termi “laminaatti” tarkoittaa tasomaista materiaalia, jonka paksuus yleensä on : 25 välillä 70 - 300 pm, ja edullisesti 70 - 200 pm, ja joka saadaan asettamalla päällek- käin ainakin kaksi materiaalikerrosta, jotka ovat joko samaa tai eri ainetta, ja jotka on tehty samakappaleiseksi tavanomaisin menetelmin. Kolmikerroksisia laminaat-: teja pidetään edullisina, koska niillä on parempi symmetria mekaanisten rasitusten • ·φ ’·/ alaisena, jolloin ne käyttäytyvät samaan tapaan (kitka) kuin paperinauhat. Polypro- "* 30 peeni-laminaatin tapauksessa paperi muodostuu, pääasiassa tai kokonaan, selluloo- • · :.· · sasta. Paperin jokainen kerros käsittää edullisesti yhden ainoan arkin, jonka suurin paksuus on 80 pm, edullisesti mainittu paksuus on alueella 20 - 50 pm. Paperi on ;·* pienen tiheyden tyyppiä, tyypillisesti sen suurin tiheys on 0,85 g/cm3. Tyypillisesti \..φ läpäisemättömyys ilman suhteen on alueella 10x10^ - 30xl06 Emanueli-yksikköä ***** 35 (G. Trogu, “Comparison between the modified Emanueli Porosimeter and other paper air resistance testers”, Techical Association of the Pulp and Paper Industry 4 118870 (TAPPI), voi. 44, nro 10, lokakuu 1961, sivut 176-182A). Edullisena pidetty paperin tyyppi on sähkölaadun selluloosapaperia, jonka paksuus on 20 - 50 pm, tiheys 0,65 -0,75 g/cm3, ja läpäisemättömyys ilman suhteen 10 - 30x106 Emanueli yksikköä. Yleisesti ottaen polypropeenikalvon paksuus on 35 - 70 %, edullisesti 50 - 65 % 5 laminaatin kokonaispaksuudesta.

Termi “polypropeeni” tarkoittaa materiaalia, joka valitaan ryhmästä, johon kuuluvat: a) polypropeenin homopolymeerit, b) satunnaistetut kopolymeerit propeenista ja olefiinista, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää eteenin, 1-olefiineja arvolla 4 -10 C ja dieenit arvolla 4 -10 C, edellyttäen kuitenkin, että kun mainittu olefiini on eteeni, 10 sen suurin polymerisoitu osuus on noin 5 (edullisesti 4) painoprosenttia, että kun mainittu olefiini on 1-olefiini arvolla 4 -10 C, sen suurin polymerisoitu osuus on noin 20 (edullisesti 16) painoprosenttia, että kun mainittu olefiini on dieeni arvolla 4 - 10 C, sen suurin polymerisoitu osuus on noin 5 (edullisesti 4) painoprosenttia, ja c) satunnaistetut terpolymeerit propeenista ja olefiineista, jotka valitaan ryhmästä, joka 15 käsittää eteenin, 1-olefiineja arvolla 4-8, edellyttäen kuitenkin, että kun toinen mainituista olefiineista on eteeni, sen suurin polymerisoitu osuus on noin 5 (edullisesti 4) painoprosenttia, ja että mainittujen arvon 4-8 1-olefiinien suurin polymerisoitu osuus on 20 (edullisesti 16) painoprosenttia. 1-olefiinit arvolla 4-10 C käsittävät lineaarisia tai haaroitettuja 1-olefiineja arvolla 4 -10 C, kuten 20 esimerkiksi 1-buteeni, isobuteeni, 1-penteeni, 3-metyyli-l-buteeni, 1-hekseeni, 3,4-dimetyyli-l-buteeni, 1-hepteeni, 3-metyyli-1-hekseeni, ja vastaavat.

.*. : Tyypillisiä esimerkkejä dieeneistä, joilla on 4 -10 C, ovat 1,3-butadieeni, 1,4-penta- • · · .1./ dieeni, isopreeni, 1,5-heksadieeni, 2,3-metyyli-1,3-heksadieeni, ja vastaavat.

• · ·« · • · ·.· · Termi “säteilytetty polypropeeni” tarkoittaa polypropeenia, jota on säteilytetty suu- 25 rienergisellä ionisoivalla säteilyllä. Sopivan tyyppinen säteilytetty polypropeeni on • se, joka on kuvattu patentissa US-A-4 916 198. Mainitun julkaisun mukaan säteily- • · · · tetty polypropeeni valmistetaan: 1) säteilyttämällä lineaarista polypropeenia a) ympäristössä, jossa aktiivisen hapen konsentraatio muodostuu ja pidetään noin 15 ..... %:ssa mainitun ympäristön tilavuudesta, b) suurienergisellä ionisoivalla säteilyllä, 30 jonka määrä on noin 1 - noin 1x10 Megarad/minuutissa, niin kauan että mainitun * *: * * lineaarisen polypropeenin ketjussa tapahtuu riittävä määrä renkaan murtumisia, *:**: mutta kuitenkin liian vähän jotta se muodostuisi geeliksi; 2) pitämällä säteilytetty ;***: materiaali mainitussa ympäristössä riittävän kauan, jotta muodostuisi huomattava . määrä pitkiä ketjun haarautumia; ja 3) käsittelemällä sitten säteilytettyä materiaalia « « 4 **· * 35 sen ollessa mainitussa ympäristössä, niin että kaikki mainitussa säteilytetyssä mate- • · · *· *: riaalissa olevat vapaat radikaalit disaktivoitavat.

Esillä olevan keksinnön ensimmäisenä tavoitteena on siten sähkökaapeli suuria ja 5 118870 erittäin suuria jännitteitä varten, joka käsittää useita johtimia, ainakin yhden puoli-johdekerroksen, kerrostetun, eristävällä juoksevalla aineella kyllästetyn eristeen, ja ulkoisen metallivaipan, jolloin mainittu eriste muodostuu paperi/polypropeeni/-paperi-laminaatista, ja jolle on tunnusomaista että mainitun laminaatin keskikerros 5 muodostuu säteilytetystä polypropeenista.

Lämpökäsittelyn jälkeen (infrapunasäteillä, joka tapahtuu 145 °C:ssa ainakin 15 sekunnin ajan ja häviävän pienellä kuumennus- ja jäähtymisnopeudella, tai lämmittämällä yhtä pitkän ajan paineastian tyhjössä) esillä olevan keksinnön paperi/poly-propeeni/paperi-laminaatti, jonka keskikerros muodostuu säteilytetystä polypro-10 peenikalvosta, turpoaa vähemmän kuin 5 % kun se on upotettu dekyylibentseeniin 100 °C:ssa asymptoottisissa oloissa (ainakin 3 vuorokautta).

Tyypillinen esimerkki säteilytetystä polypropeenista on Profax™ PF 611 (Himont), jolle on tunnusomaista spesifikaation ASTM D1238 mukainen sulaindeksi 40 dg/min, spesifikaation ASTM D792A-2 mukainen tiheys 0,902 g/cm3, ja Vicat 15 95-pehmenemispiste 150 °C.

Edellä olevan mukaan esillä olevan keksinnön toisena tavoitteena on siten paperi/-polypropeeni/paperi-laminaatti, jolle on tunnusomaista että sen keskikerros muodostuu säteilytettyä polypropeenia olevasta kalvosta.

Oheiset kuvat havainnollistavat esillä olevan keksinnön kaapelin suoritusmuotoa: 20 Kuva 1 esittää esillä olevan keksinnön kaapelin osuutta perspektiivikuvana, jossa osia on poistettu peräkkäin rakenteen kuvaamiseksi.

.*·,· Kuva 2 esittää laminaattinauhan poikkileikkauksen, jolla muodostetaan kuvan 1 • · . · · ·. kaapelin kerrostettu eriste.

: i Kuva 3 esittää käyrästön, joka havainnollistaa esillä olevan keksinnön mukaisen • · 25 laminaatin polypropeenikerroksen (LI) kiteisyysasteen muutosta lämpötilan funk-· tiona verrattuna tekniikan tason mukaisen laminaatin polypropeenikerrokseen (L2).

·*· • · · • · ·

Kuvassa 1 oleva kaapeli on esillä olevan keksinnön mukainen yksinapainen nes- . . te/öljy-kaapeli.

• · « • · · • · · · :T: Kaapeli käsittää sähköjohtimen 1, joka on muodostettu useasta esimerkiksi kuparis- 30 ta tehdystä johtimesta 2, ja jossa on kanava 3, joka muodostaa kanavan kaapelin I,; eristävää nestettä, edullisesti dodekyylibentseeniä varten.

• · • ♦ »«· j v. Johtimet 2 ovat kuparikiilojen muodossa, tai Milliken-tyyppisissä kaapeleissa ne muodostuvat kuparilankojen kimpuista. Johtimen 1 ympärille muodostetaan puoli- « ·« • · , 118870 o johdekenos 4, esimerkiksi puolijohdenauhakierroksin, jolloin puolijohdekerros on esimerkiksi selluloosapaperia, johon on lisätty puolijohtavaa lamppunokea.

Puolijohdekerroksen 4 ympärillä on kerrostettu eriste 5, joka on muodostettu pape-ri/polypropeeni/paperi-laminaattia olevien nauhojen 6 kierroksista, joissa keskiker-5 ros muodostuu säteilytettyä polypropeenia olevasta kalvosta.

Kerrostetun eristeen 5 päällä on puolijohdekerros 7, jonka rakenne on identtinen aiemmin esitetyn puolijohdekerroksen 4 kanssa.

Metallivaippa 8, joka on esimerkiksi tehty lyijystä, sulkee sisäänsä kaikki edellä kuvatut kaapelin elementit sekä mainitun vaipan eristävän nesteen, joka erityisesti 10 kyllästää kerrostetun eristeen 5.

Kerrostettu eriste 5 muodostetaan paperi/polypropeeni/paperi-laminaattia olevan nauhan 6 kierroksista, jonka keskikerros muodostuu säteilytettyä polypropeenia olevasta kalvosta.

Kuvassa 2 nähdään, että laminaatti käsittää paperi/polypropeeni/paperi-laminaattia 15 olevan keskikerroksen 9, jonka ylä- ja alapintaan 10 on kiinnitetty paperia, erityisesti selluloosapaperia olevat kulloisetkin kerrokset 11.

Kerrostettu eriste 5 käsittää 100 - 300 laminaatin 6 kierrosta odotettavissa olevan sähköjännitteen mukaisesti.

Ennen käärimistä laminaatti 6 esikäsitellään edullisesti ympäristössä, jonka suh-20 teellinen kosteus (UR) on alueella 10 % - 80 %.

Käärimisvaiheessa laminaatin UR on edullisesti alueella 10 % - 80 %, edullisem-:***: min alueella 10 % - 60 %.

• ψ .· \ Käärimisen jälkeen kaapeli kuivataan tyhjössä (paine: noin 0,002 - 0,01 millibar; t · · ]· ’·' lämpötila: noin 135 °C) ja kyllästetään sen jälkeen säiliössä eristävällä nesteellä, i.: *’ 25 esimerkiksi dodekyylibentseenillä.

t ·· ♦ ♦ · t « ·

Kyllästäminen tapahtuu lämpötilassa, joka vaihtelee huoneenlämpötilasta noin : .·. 100 °C:seen, tyypillisesti 1 - 2 vuorokauden ajan.

« · · ««· · • ψ * V : Esillä olevan keksinnön eräänä etuna on se, että kyllästäminen voidaan tehdä myös korkeammissa kuin 90 °C:n lämpötiloissa, sillä koska säteilytetty polypropeeni • · ·. 30 pystyy turpoamaan vähemmän kuin ei-säteilytetty polypropeeni, kyllästäminen voi- *·' daan tehdä lämpötilassa, joka on lähempänä kaapelin suurinta käyttölämpötilaa v.: (noin 90 °C) ilman että siitä koituisi haittaa liiallisesta turpoamisesta.

• · * i * • · · • « 7 118870

Itse asiassa turpoaminen lisääntyy lämpötilan noustessa, ja ei-säteilytetyn polypropeenin tapauksessa turpoaminen on aivan liian voimakasta, kun ylitetään 90 °C. Näin ollen 135 °C:ssa tapahtuvan kuivauskäsittelyn jälkeen ja ennen kyllästämistä kaapelia olisi “jäähdytettävä” muutamia päiviä, josta johtuisi vastaava kustannus-5 ten nousu.

Mutta jos toisaalta kyllästäminen voidaan tehdä lämpötilassa, joka on lähempänä käyttölämpötilaa, edellä mainittu haitta vältetään siirtämällä esillä olevan keksinnön mukainen kaapeli kuivauksen jälkeen suoraan kyllästyssäiliöön, tai joka tapauksessa jäähdyttämällä käärittyä kaapelia paljon lyhyemmän ajan.

10 Tulisi huomata, että jos kääriminen tehdään olosuhteissa, joissa on hyvin korkea suhteellinen kosteus (esimerkiksi 95 %), paperin paksuus kasvaa absorboituvan kosteuden vuoksi, joka myöhemmin menetetään käärityn kaapelin kuivausvaiheen aikana, jolloin kaapeli näin ollen pysyy löysänä.

Tätä voidaan käyttää hyväksi kompensoimaan polypropeenin turpoamista, joka 15 kyllästetään lähellä kaapelin käyttölämpötilaa, niin että lopuksi saadaan kaapeli, jossa ei ole liiallista sisäistä painetta. Sellaisia olosuhteita ei kuitenkaan voi hyväksyä henkilöstön tai käytetyn laitteiston kannalta.

Kyllästämisvaiheen jälkeen kaapeli päällystetään vedenpitävällä vaipalla 8, esimerkiksi poimutettua alumiinia tai lyijyä olevalla vaipalla, ja sen jälkeen ulommalla 20 muovivaipalla (ei esitetty), joka on esimerkiksi korkea-, keski- tai matalatiheyksistä polyeteeniä, väriltään edullisesti mustaaja UV-säteilyä kestävää.

·. ; Seuraavia esimerkkejä voidaan lisäksi käyttää esillä olevan keksinnön havainnollis-• ♦♦ tamiseksi, kuitenkaan rajoittamatta keksintöä millään tavoin.

• · ··· · Esimerkki 1, keksinnön mukaisen laminaatin (LI) valmistaminen • · * ♦ · • · · .* .* 25 Materiaalit: • · · • · · ·*· ♦ ··· v ; - säteilytetty polypropeeni Profax™ PF 611 (Himont), - sähköluokan kalanteroimatonta selluloosapaperia, jonka paksuus on 30 pm ja ti-heys 0,65 - 0,73 g/cm3, ja jonka ilman läpäisemättömyys on 10 - 30x10^ Emanueli-yksikköä.

30 Laitteisto: 9 » * · · • · • · *.’* Laitteisto käsittää laakakanta-suulakepuristimen ja kaksi paperinsyöttölinjaa maini- • · : tun suulakepuristimen sivuilla.

• · • · · • ♦· • · 8 118870

Molemmat paperinsyöttölinjat on varustettu kuvauslaitteella (esimerkiksi kuumennetuin sylinterein) ja laitteella, joka pystyy muodostamaan kuperuutta (US-patentti nro 4,994,632). Mainittu laite käsittää tyypillisesti kaksi elektrodia, joiden yli johdetaan 18 kV vaihtojännite taajuudella 10 kHz.

5 Lisäksi laitteisto on varustettu jäähdytystelalla ja kumipinnoitetulla painetelalla, joka sijaitsee ennen mainittua jäähdytystelaa. Jäähdytystelaa jäähdytetään jäähdysai-neen, tyypillisesti noin 15 °C-asteisen veden sisäisellä kierrolla.

Prosessi käsittää oleellisesti sulan säteilytetyn polypropeenin sulkemisen kahden paperikerroksen väliin.

10 Säteilytetty polypropeeni, joka on suulakepuristettu noin 250 - 320 °C:ssa, liikkuu alaspäin kohti jähdytystelaa, joka sijaitsee suulakepuristimen pään alapuolella, muutaman senttimetrin päässä siitä. Ennen kuin se asetetaan jäähdytystelalle, säteilytetyn polypropeenin sula kerros suljetaan kahden paperikerroksen väliin huoneenlämpötilassa. Siihen kohdistetun käsittelyn ansiosta mainittujen paperikerrosten 15 pinnassa on olennainen määrä ulkonevia selluloosafibrillejä, jotka ulottuvat sulaan massaan ja mahdollistavat paperin kiinnittymisen säteilytettyyn polypropeenikalvoon.

Jatkaen tiellään, laminaatti liikkuu alaspäin jäähdytystelalle ja kulkee tämän jäähdy-tystelan ja puristustelan välistä. Viimeksimainitun aiheuttama paine täydentää pa-20 perin tunkeutumisen ja kiinnittymisen säteilytettyyn polypropeeniin. Lopuksi tällä :\j tavalla saatu laminaatti (LI) siirretään rullaustelalle.

• · * • ·

Laminaatin paksuus on 125 pm, ja paperikerrosten paksuudesta noin 10 % on j uponnut säteilytettyyn polypropeeniin, jonka paksuus on 75 pm.

• · · • · · • · : :*: Esimerkki 2, vertailulaminaatti (L2) • M · »·* • « · 25 Toinen laminaatti valmistettiin samalla tavalla, paitsi että Profax™ PF 611 :n sijasta käytettiin ei-säteilytettyä ja isotaktista polypropeenin homopolymeeria (H30S, Hi- :.v mont).

··* • · * * ··· * . Kokeet laminaateilla • · Tällä tavalla valmistettujen laminaattien (LI ja L2) ominaisuuksia verrattiin seu- . |.t 30 raaviin kaupallisiin paperi/polypropeeni/paperi-laminaatteihin: • · ··· · • · L3: CPC-B-125, (Sumimoto electric Industries Ltd.):

Kokonaispaksuus: 125 pm

Keskikerros käsitti säteilyttämätöntä polypropeenin homopolymeerikalvoa, jonka 9 118870 paksuus oli noin 75 pm, ja jossa polypropeenia oli noin 60 painoprosenttia.

IA: Kaupallista laminaattia, jonka kokonaispaksuus oli 125 \im, polypropeenia 60 painoprosenttia (BICC):

Kokonaispaksuus: 125 pm; 5 Keskikerros käsitti säteilyttämätöntä polypropeenin homopolymeerikalvoa, jonka paksuus oli noin 75 pm.

A) TURPOAMINEN

Valmistettiin neljä näytettä (joissa oli nippu kaistoja, joiden leveys oli 15 mm, pituus 100 mm, ja kokonaispaksuus noin 0,8 mm) jokaisesta laminaatista LI, L2, L3 10 ja IA.

Laminaatteja LI ja L2 oli edeltä käsin lämmitetty 16 tuntia 135 °C:ssa.

Jokaisen näytteen paksuus mitattiin paksuusmittarilla, jonka tuottama paine oli 0,2 kg/cm2.

Sen jälkeen näytteet upotettiin dodekyylibentseeniin eri lämpötiloissa. 30 vuoro-15 kauden jälkeen näytteet poistettiin nesteestä, kuivattiin kahden suodatinpaperiker-roksen välissä, ja niiden paksuus mitattiin edellä mainitulla paksuusmittarilla.

Paksuuden kasvu (turpoaminen) ilmaistiin prosentteina.

Taulukko 1: Turpoaminen prosentteina (30 vuorokauden jälkeen)

Laminaatti Dodekyylibentseenin lämpötila

50 °C 90 °C 100 °C

LI 3,8 4,3 4,4 L2 5,5 7,5 8,6 .·*. : L3 5,5 7,0 7,4 :*.·! L4 6,8*) >10**) >10**) φ · φ *) 1 vuorokauden jälkeen **) 6 vuorokauden jälkeen • · · 20 L4-laminaatin tapauksessa koe keskeytettiin 6 vuorokauden jälkeen, koska paperi- : kerrokset olivat irronneet polypropeenikerroksesta ja siten vaarantaneet laminaatin :*·*: eheyden.

0.: B) HÄVIÖKERROIN

• · · • · • · *"p Laminaatteja LI ja L2 oli edeltä käsin lämmitetty 16 tuntia 135 °C:ssa.

• · · • · · • · 25 Häviökerroin määritettiin spesifikaation ASTM D 150-92 mukaan, lukuunottamatta • · 118870 ίο alla selitettäviä muunnelmia.

Ll-laminaatista tehtiin neljä pyöreätä näytettä. Näistä neljästä Ll-näytteestä tehtiin sitten pino (Pl), jonka paksuus oli noin 0,5 mm (asettamalla laminaattikiekot päällekkäin mainitun paksuisen pinon aikaansaamiseksi).

5 Pino (Pl) sijoitettiin tavanomaista tyyppiä olevan testikennon elektrodien alle, ja sitä kuivattiin uunissa 24 tunnin ajan 135 °C:ssa tyhjössä (noin 0,01 millibar). Kui-vausvaiheen lopuksi uuni avattiin, ja kennon annettiin jäähtyä noin 100 °C:seen.

Tällä välin valmistettiin dodekyylibentseeniä (600 ml), josta kaasu poistettiin (4 tuntia, 60 °C, 0,01 millibar).

10 Pl kyllästettiin tyhjössä (0,01 millibar) ja kenno pidettiin 100 °C:ssa 24 tuntia.

Uuni avattiin, ja kennon annettiin jäähtyä huoneenlämpötilaan.

Ilmankehän paineen annettiin palata kennoon, ja deltasivuajan mittaus aloitettiin (arvolla 20 kV/mm) ensin huoneenlämpötilassa, sitten lämpötiloissa 50 °C, 80 °C, 100 °C ja 120 °C, jolloin huolehdittiin siitä että kenno oli lukeman ottamisen läm-15 pötilassa ainakin 2 tuntia.

Samalla tavalla jatkaen määritettiin sitten deltasivuaja laminaateille L2, L3 ja L4. Tulokset esitetään alla olevassa taulukossa 2.

Taulukko 2: Häviökerroin (20 kV/m)

Laminaatti Lämpötila (°C) .*.··*: 19 50 80 100 120 LI 0,6 0,6 0,6 0,7 1,0 , L2 0,6 0,6 0,6 0,8 1,3 L3 0,5 0,5 0,6 0,8 1,3 :*.·! L4 0,6 0,6 0,7 0,9 1,4 • · · ··· ·

0 : C) KITEISYYS

: 20 Käytettiin yhtä LI- ja yhtä L2-näytettä. Polypropeeni keskellä oleva kalvo irrotet- ’··,·, tiin mekaanisesti kahdesta paperia olevasta ulkokerroksesta, tarvittaessa helpottaen • · * irrottamista vedellä kostuttamalla.

• · • · • ♦ · • · .· * *. LI -polypropeenikalvosta tehtiin neljä näytettä. Ensimmäinen niistä lämmitettiin 130 °C:seen, toinen 140 °C:seen, kolmas 150 °C:seen ja neljäs 160 °C:seen.

• · · φ « · • « : ‘ . i 25 L2-polypropeenikalvosta tehtiin vuorostaan viisi näytettä. Ensimmäinen niistä 11 118870 lämmitettiin 1230 °C:seen, toinen 130 °C:seen, kolmas 140 °C:seen, neljäs 150 °C:seen ja viides 160 °C:seen.

Kaikkien yhdeksän näytteen kiteisyys määritettiin Philipsin diffraktometrillä malli P. W. 1050 P. W. 1732, jolloin näytteet jäljestettiin amorfisen piidioksidin kaistalle.

5 Käytetty menetelmä perustuu siihen hypoteesiin, että materiaali on kaksoisfaasista, jolloin kiteisen alueet ovat jakaantuneet amorfiseen matriisiin.

Materiaalin diffraktogrammi (taipunut voimakkuus verrattuna Bragg 28 -kulmaan) voidaan tällöin tulkita niin, että se muodostuu amorfisesta osasta johtuvasta diffuusista tyypistä ja kulman suhteen paikallisista osuuksista eli taipumispiikeistä, jotka 10 j ohtuvat kiteisestä osasta.

Koska jokaisen faasin aiheuttama taipuman voimakkuus (joka voidaan määrittää määrällisesti ja erikseen diffraktogrammin pinta-alan perusteella) on verrannollinen testattavana olevan näytteen vastaavaan keskimääräiseen osuuteen, jolloin kiteisyyden xc aste lasketaan kiteisen faasin aiheuttaman voimakkuuden Ie ja kokonaisvoi-15 makkuuden (kiteistä faasia vastaavan voimakkuuden Ie ja amorfisen faasin voimak kuutta Ia vastaavien voimakkuuksien summa) suhteena: xc = Ic/(Ic + Ia) Säteilyn aallonpituus oli 1,54 Ä.

Saadut tulokset on esitetty oheisen kuvion 3 käyrästössä.

* · " 20 Esimerkki 3: Vertailukaapeli (C2) • · • · ··· • ;*; Lämmitettiin uunissa noin 135 °C:n lämpötilassa ja tyhjössä (noin 0,01 millibar) • · * · : riittävä määrä L2-laminaatin keloja 15 tunnin ajan.

* · • · • · ί·ϊ : Sitten kelat leikattiin, jolloin saatiin nauharullia, joiden leveys soveltui kaapelin ♦ · · .

v : käärimiseen, jonka johtimen poikkiala oli noin 2500 mm .

25 Nauharullat pidettiin sitten 4 vuorokautta ympäristössä, jonka suhteellinen kosteus · · t!.!( (UR) oli noin 10%. Tämän käsittelyn jälkeen nauharullia käytettiin käärittäessä • · Λ * I * Milliken-tyyppistä kaapelia, jonka poikkiala oli noin 2500 mm . Kokonaisuudes- saan L2-kääre käsitti 180 kerrosta ja sen paksuus oli 19,9 mm.

it» • · t · Tällä tavalla kääritty kaapeli sijoitettiin paineastiaan 135 °C:n lämpötilaan ja tyh-i.: : 30 jöön (noin 0,01 millibar) neljäksi vuorokaudeksi. Sen jälkeen kaapelin annettiin :; j äähtyä 50 °C: seen, j ossa lämpötilassa se pidettiin upotettuna dodekyylibentseeniin 3 vuorokautta.

12 118870

Lopuksi levitettiin poimutettua alumiinia oleva vaippa, ja sen päälle polyeteeni-vaippa.

Esimerkki 4: Keksinnön mukainen kaapeli (Cl)

Se tehtiin samaan tapaan kuin esimerkissä 3, paitsi että: 5 - L2-laminaatin sijasta käytettiin Ll-laminaattia; - Ll-laminaattia lämmitettiin infrapunasäteillä 15 s ajan sen sijasta että sitä olisi pidetty uunissa 16 tuntia 135 °C:ssa ja tyhjössä (noin 0,01 millibar); - kaapelin kyllästäminen dodekyylibentseenillä tehtiin 90 °C:ssa eikä 50 °C:ssa.

Laminaatin IR-lämmitys tehtiin vaiheessa, jossa nauha kelattiin uudelleen rullalle, 10 ennen käärimistä.

HUOM: laminaatin lämmittäminen voidaan myös tehdä muilla menetelmillä, kaapelin valmistukseen käytetyn laitteiston ja menetelmän suhteen, sekä laminaatin valmistamisen suhteen.

Sellainen käsittely tehdään niin että tavoitteena on välttää tai rajoittaa laminaatti-15 nauhan kutistumista käärityssä kaapelissa, jota voi tapahtua tämän jälkeisissä kaa pelin valmistusvaiheissa, erityisesti sen kuivauksen aikana, ja joka voi muuttaa sen ominaisuuksia.

Uskotaan, että sellaiset ilmiöt liittyvät laminaatin polymeerimateriaalin rakenteen muunnoksiin, kuten kiteytymiseen ja vastaavaan, ja niiden laajuus riippuu sekä 20 lämpötilasta jossa lämpökäsittely tehdään (joka missään tapauksessa ei voi ylittää /. t\ arvoja, joilla paperikerrokselle tapahtuu vaurioita, erityisesti 140-150 °C:ssa), ja • « . · · ·, käytetyn polymeerin tyypistä.

··· ' : : Esillä olevan keksinnön tarkoituksiin on ajateltu, että lämpökäsittely uunissa 135 - φ « :.**i 140 °C:ssa 10 - 20 tunnin ajan ja infrapunakäsittely 135 °C:ssa 10 - 20 sekunnin : 25 ajan tuottavat yhtäläiset tulokset. Alan ammattilainen pystyy käytetyn kääreen omi- : Y: naisuuksien perusteella löytämään sopivimman käsittelyn, niin että saadaan halutut ominaisuudet.

• · • · · : Lämpökäsittely voi esimerkiksi tapahtua laminaatin tuotantolinjalla, pape- :·’ * ri/polypropeeni/paperi-kytkennästä alavirtaan päin, ja tässä tapauksessa tuntuu siltä, ; *: *: 30 että infrapunakäsittely on edullisin.

t · • t • * * *: * ’ Vaihtoehtoisesti lämpökäsittely voidaan tehdä valmiin laminaatin keloilla, edulli- : Y: sesti ennen kuin se leikataan nauhoiksi. Sellainen käsittely voidaan tällöin tehdä paineastiassa tyhjiön vallitessa, tai “uunissa”, 135 -140 °C:ssa niin pitkän ajan, jo- 13 118870 ka riittää että koko kela saavuttaa halutun lämpötilan (useita tunteja), tai käärimällä laminaatti kelalta ja johtamalla se kulkemaan IR-lamppujoukon alta, muuttamisen sekuntien valotusajaksi (koska tässä tapauksessa termiset siirtymät muutokset tapahtuvat häviävän lyhyessä ajassa).

5 KOKEET KAAPELEILLA

C) TAIVUTETTA VUUS

Kaapeleiden Cl ja C2 taivutusjäykkyys mitattiin kaapelipätkällä, jonka pituus oli 1,8 m, ja joka sijoitettiin vaakasuoraan kahden tuen päälle, joiden välinen etäisyys oli 1,5 m. Näiden kahden tuen välissä keskellä oli asteikolla varustettu sauva, joka 10 sopi mittaamaan.

Kaapelin keskikohtaan kohdistettiin tasaisesti kasvava kuorma, ja mitattiin kaapelin laskeutuman määrä. Tulokset esitetään alla olevissa taulukoissa 3 ja 4.

Taulukko 3: Kaapelin C2 taivutusjäykkyys

Kuorma (kN) 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Laskeutuma (mm) 2,1 5,1 (11,6) (32,0) (50) Näyttää siltä että kuormaa 0,6 kN tai sitä suurempaa kuormaa vastaavat arvot joh-15 tuvat kaapelirakenteen vaurioista.

Taulukko 4: Kaapelin Cl taivutusjäykkyys Λ.: Kuorma (kN) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 . Laskeutuma (mm) 6,8 21,0 35,8 53,0 70,5 • · • ·

:·**· D) KAAPELIN KERROSTEN VÄLINEN SISÄINEN PAINE

• ♦ · • · » ··· · :**: Näytteen valmistaminen:

Johdinpätkä, pituudeltaan 1,3 m, käärittiin samaa menettelyä noudattaen jolla oikea • m · !·· : 20 kaapeli kääritään, paitsi että keskialueelle (0,65 m päistä) asetettiin 9 laminaattia V * (pituus 180 mm, leveys 5 mm, paksuus 0,03 mm). Näistä 9 laminaatista 3 asetettiin •Y · lähelle johdinta, 3 kääreen puoliväliin, ja 3 ulkopinnalle.

• « • · · • · *··* Menetelmä: m « * * · * • * · y. Näytettä kuivattiin uunissa 140 °C:ssa 48 tunnin ajan tyhjössä (0,01 millibar), ja • ·· • · 14 1 1 8870 sitten se jäähdytettiin toivottuun kyllästyslämpötilaan ja kyllästettiin eristävällä nesteellä. Kun kyllästäminen oli valmis, mitattiin voima, joka tarvitaan erottamaan laminaatit eristeestä.

Kokeet: 5 Kokeet tehtiin kaapeleiden C1 ja C2 kahden näytteen osalta, joita alempana on merkitty P-Cl ja P-C2.

Kyllästyslämpötila oli 90 °C. Eristysneste oli dodekyylibentseeniä. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa.

Taulukko 5: P-Cl P-C2

Sisäinen paine (kg/cm1) 0,4 - 0,7 1,2-1,4

10 E) HÄ VIÖKERROIN

Häviökerroin mitattiin IEC (International Electrotechnical Commission) -standardin “Tests on oil-filled and gas pressure cables and their accessories”, Publication 141-1, second edition (1976).

Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa 6.

15 Taulukko 6: Häviökerroin

Lämpötila °C

‘.j Kaapeli 19 50 80 100 120

Cl (5 kV/mm) 0,05 0,05 0,05 0,07 0,10

Cl (10 kV/mm) 0,05 0,05 0,05 0,07 0,10 / : Cl (15 kV/mm) 0,05 0,05 0,07 0,07 0,15

Cl (20 kV/mm) 0,05 0,05 0,07 0,07 0,15 -j : C2 (5 kV/mm) 0,05 0,05 0,05 0,10 0,30 0: C2 (10 kV/mm) 0,05 0,05 0,05 0,30 0,80 C2 (15 kV/mm) 0,05 0,05 0,10 0,80 1,80 C2 (20 kV/mm) 0,05 0,05 0,30 1,50 >3 ♦ ·· • ♦ · 14»

Claims (12)

118870

1. Sähkökaapeli suuria ja erittäin suuria jännitteitä varten, joka käsittää useita johtimia, ainakin yhden puolijohdekerroksen, kerrostetun, eristävällä juoksevalla aineella kyllästetyn kerroksen, ja ulkoisen metallivaipan, jolloin mainittu eriste muo- 5 dostuu paperi/polypropeeni/paperi-laminaatista, tunnettu siitä, että mainitun laminaatin keskikerros muodostuu säteilytetystä polypropeenikalvosta, jota on säteilytet-ty ympäristössä, jossa aktiivisen hapen konsentraatio muodostuu ja pidetään alle noin 15 %:ssa ympäristön tilavuudesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyn jäl-10 keen, joka tapahtuu 135 °C:ssa infrapunasätein ainakin 15 sekunnin ajan, paperi/ polypropeeni/paperi-laminaatti turpoaa vähemmän kuin 5 % kun se on ollut upotettuna dekyylibentseeniin 100 °C:ssa ainakin 3 päivän ajan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että mainittu sätei-lytetty polypropeeni on Himonkin Profax™ PF 611.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että mainitun säteilytetyn polypropeenin sulaindeksi spesifikaation ASTM D1238 mukaan on 40 dg/min. • · # * t

• ·· !./ 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että mainitun säteilyte- ,*"* tyn polypropeenin tiheys spesifikaation ASTM D792A-2 mukaan on 0,902 g/cm3. • · ! • M · :\j 20

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että mainitun säteilyte- ;Vi tyn polypropeenin Vicat 95 pehmenemispiste on 150 °C. ··· • · ·

7. Paperi/polypropeeni/paperi-laminaatti, tunnettu siitä, että mainitun laminaatin keskikerros muodostuu säteilytettyä polypropeenia olevasta kalvosta, jota on V.: säteilytetty ympäristössä, jossa aktiivisen hapen konsentraatio muodostuu ja 5...· 25 pidetään alle noin 15 %:ssa mainitun ympäristön tilavuudesta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyn *···* jälkeen, joka tapahtuu infrapunasäteiden avulla 135 °C:ssa ainakin 15 sekunnin • ·*· ajan, paperi/polypropeeni/paperi-laminaatti turpoaa vähemmän kuin 5 %, kun se on ··· · .‘. j upotettu dekyylibentseeniin 100 °C:ssa ainakin 3 vuorokauden ajan. • · 118870

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että mainittu säteilytetty polypropeeni on Himont:in Profax™ PF 611.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että mainitun säteilytetyn polypropeenin sulaindeksi spesifikaation ASTM Dl238 5 mukaan on 40 dg/min.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että mainitun säteilytetyn polypropeenin tiheys spesifikaation ASTM D792A-2 mukaan on 0. 902.g/cm3.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että mainitun 10 säteilytetyn polypropeenin Vicat 95 pehmenemispiste on 150 °C.