FI68477C - Hoegspaenningskabel med syntetisk isolering och halvledande skkt - Google Patents

Description

TRI Ml KUULUTUSJULKAISU 68477 l J ' utlAggningsskrift C MSI f’atenttl oyonnctty 10 09 1985 Patent neddelat ^ ^ ' \ (51) Kv.lk.*/lnt.CI.* H 01 B 9/02 SUOMI — FINLAND (21) P*tenttlh*kemus — Patentin sökning 750213 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 2δ 01 75 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 28,01 .75 (41) Tullut julkiseksi — Bllvit offentlig Q1 gg

Patentti- ja rekisterihallitus /44) Nähtäväkslpanon ja kuuLjulkaisun pvm. — ,. ης ος

Patent- och registerstyrelsen ’ Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad ^ . up.op (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prioritet 31 *01 . 74

Ruotsi-Sverige(SE) 7^*01244-4 (71) 0/Y L M Ericsson A/B, 02420 Jorvas, Suomi-Fin 1 and (FI) (72) Mats Gunnar 01 sson, Stockholm, Carl Ove Tollerz, Stockholm,

Sven Gunnar Wretemark, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (74) Oy Kolster Ab (54) Högspänningskabel med syntetisk isolering och halvledande skikt -

Suu rjänn i tekaapel i , jossa on synteettinen eriste ja puol i johtava kerros FÖreliggande uppfinning avser en högspänningskabel med syn-tetisk Isolering ocb med ett utanpd denna anbringat halvledande skikt. Närmare bestämt avses en högspänningskabel, i vilken detta s.k. ytt-re halvledande skikt givits en bestämd ledningsförmäga, I en typisk högspänningskabe1 lindas eller pdsprutas ett in-re halvledande band eller skikt runt metalledaren, och ett isolerings-skikt pdsprutas över detta inre skikt. Ett ,i ordavskärmande element anbringas därpä koncentriskt över isoleringen, vilket element vanlig-en bestdr av ett halvledande skikt och en metal 1isk dterlednings-skärm, varigenom en jämn ekvipotentialyta runt isoleringen har bildats Närmare studium av strömförhdllandena i skikten visar att det yttre halvledande skiktet leder en kapacitiv ström tvärs genom skiktet i radiell led frdn ledaren tili den omgivande skärmen, Vjdare uppträd er i sliktet en resistiv ström, soin utjämnar spänningar som pd grund av eventaell olikformig fältfÖrdelning uppträder i periferiell led Pd den metalliska skärmen närmait intill det yttre halvledande skiktet kan den omgivande kabelmanteln vara anbringad.

Vid syntetiska kablar, dvs. kablar med ndgon form av extrude- 68477 rad plast- eller gummiisolering, anbringas vanligen den inre halv-ledaren i samma operation som isoleringen. Det har visat sig fdr-delaktigt att även anbringa den yttre halvledaren i samma operation, varvid man talar om trippeleactrudering. Halvledarskikt och isoler-material faster härvid väl samman och ger en mekaniskt och elektriskt pälitlig produkt. Trippelextrudering har främst kömmit till använd-ning vid de högsta spänningarna och i övrigt dä specialutbildad mon-tagepersonal användes. Ett problem vid högspänningskablar av tidigare känt utförande är att ti1lfori it1igt kunna preparera kabeln vid montage, arbeten. Prepareringen innebär att man avlägsnar delar av kabelman-teln, de skärmade skikten samt isoleringen för att kunna ansluta ledaren. Vid förut kända kabelkonstruktioner har man, för att underlätta kabelns preparering tillverkat den yttre halvledaren som band direkt lagda p& isoleringen eller som skikt mälat eller sprayat utanpä isoleringen samt haivledande band utanpä det mälade skiktet. Det är även känt att pÄ isoleringen spruta en slang av t.ex. halvledande gummi, som smiter At kring isoleringen. Nackdelen med dessa kända ätgärder är främst att glimning kan uppstÄ i de luftspalter som bildas vid de haivledande bandens överlappning. Släppningar kan uppträda mellan löst anbringat hai v?l edande skikt och isoleringen vid mekaniska och termiska päkänningar. Den halvledande färgen kan vara svär att avlägs-na, i synnerhet om den brants fast vid underlaget i samband med över-hettning. Vid kabelns ändar, där halvledaren enligt använda metoder mäste avlägsnas pä viss sträcka frän anslutningsstället, uppträder vid den sälunda uppkomma skärmkanten höga 1 ongitudine11 a fältstyrkor, Det är känt att minska fältstyrkan vid en tvärt avslutad skärm genom att anordaafäkikt med viss^resistititet utanpä isoleringen, vilka skikt sträcker sig ett stycke frän skärmkanten mot ledaren. Härvid flyter en del av kabelns kapacitiva jördslutningsström genom det resistive skiktet och ästadkommer en utbredd potentialafcstring, som sänker fältstyrkan och förhindrar glimning i luften. Andra fältstyrke-ut^ämnade metoder är även kända. Använda metoder kräver speciel.lt material eller speciella tillbehör, yrkesskicklighet hos montören och tidskrävande arbete. Speciellt besvärlig är avlägsnandet av alla res -ter av det halvledande skiktet, i synnerhet dä detta mer eller mindre häftar vid isolerytan. Strävan har därför värit att framställa halvledande skikt, som enkelt kan skiljas frän isolerytan utan att läm-na rester kvar. Ju lättare skalbar halvledaren är, desto större blir dock risken för skador vid päkänningar.

Ändamdlet med föreliggande uppfinning är att ästadkomma en kabel,Jbe attend e av en eller vid f1erledarkabe1 flera kabelparter, 3 68477 var och en innefattande ett yttre halvledande skikt med en god elek-trisk och mekanisk stabilitet, som även eliminerar nuvarande olägen-heter vid anslutning av kabeln. Uppfinningen är därvid kännetecknad säsom det framgär av kännetecknen hos efterföljande patentkrav.

Uppfinningen och dess fördelar skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, i vilken figur 1 visar utseendet av en kabel enligt föreliggande uppfinning. Figur 2 visar i diagram spänningsgradienten vid en avslutning hos en kabel enligt uppfinningen. Beskrivningen av uppfinningen i det följande avser enledarkabel men är i allt väsentligt tillämpbar pä enskild part i flerledarkabel.

I kabeln enligt figur 1 betecknas med 1 innerledaren, bestäen- de av exempelvis tvinnade och sammanpackade trddar. Utanpä denna är ett inre halvledande skikt 2 anbringat i form av halvledande band eller p&sprutat halvledande material för utjämning av spänningspäkänningar frän de individuella trädarna hos innerledaren. Med 3 betecknas iso- leringen, vilken bestär av t.ex. polyetenmaterial och med en tjock- lek som är bestämd av kabelns märkspänning. Utanpä. isoleringen 3 är ett yttre halvledande skikt k anbringat, vanligtvis genom päsprutning och efterföljande vulkanisering. I kablar av känt slag är ytresistivi- teten, mätt longitudinellt längs kabelpartens ytteryta, hos detta läg och högst omkring 10 ohm/kvadrat. Härigenom erhälles en fältbild i kabeln, vilken uppvisar smä. spänningsgrädienter i tangentiell led även vid frekvenser högre än nätfrekvensen, exempelvis vid transienta förlopp (äsknedslag och dylikt). Beräkningar visar emellertid att skiktets ytresistivitet kan ökas avsevärt utöver de i praktiken van-2 h , liga värdena 10 - 10 ohm/kvadrat med bibehlllen driftssäkerhet. En ligt uppfinningen väljes ett värde större än 10^ ohm/kvadrat, exempel- 7 vis 10' ohm/kvadrat. Härigenom bibehälles väsentligen fördelarna hos skiktet som ffiltutjämnade resistans, men vissa ytterligare fördelar kommer att uppnäs vid avslutning av kabeln säsom det skall närmare beskrivas i samband med figur 2.

Det högohmiga halvledande skiktet kan liksoin vid kända kabel-konstruktioner bestä av exempelvis ett skikt av polyetenmaterial inne-h&llande tillsatser av koi, exempelvis kimrök, för att erhälla önskad resistivitet. Skiktet anbringas därvid lämpligen genom extrudering och dä företrädesvis trippelextrudering, vilket ger bästa elektriska och mekaniska stabilitet. Man kan även anbringa den yttre halvledaren medelst kontinuerlig lackering med ett högohmigt lackskikt pä i prin-cip samma sätt som i dag tillämpas pä lägohmiga skikt. Exempelvis kan skiktet anbringas genom sprayning, doppning eller genom elektrostat.isk p&mälning. Härigenom kan god vidhäftning mot det under 1 iggandr' isoler- 1» 68477 skiktet uppnis. Den extruderade y.^re halvledaren enligt uppfinning-en kan vara av typen elast, tern’op.la&u eller tvärbunden plast, (vulkaniserad) , vilka samtlicga i tillverkningsprocessen kan fis att fullständigt häfta fast vid isolerytan, varigenom risk för eventuell glimning undvikes. I vissa fall kan det högohmiga halvledande skiktet ^ kompletteras med ett utanpi detta anbringat lager 5 av ledande plast, papper* textil, syntetfiber eller liknande resistivitetsvärden av konventionel1 storleksordning. Ändamilet med uppfinningen har häri-genom ej fringitts, eftersom detta yttre material mycket enkelt kan avlägsnas vid prepareringen i samband med att kabeln avslutas.

I figur 2 är visad spänningsfördelningen längs en kabelav-slutning för att illustrera fördelen med uppfinningen. Kabelavslut-ningen är visad i ett längssnitt, ocb liksom i figur 1 betecknas med 1 innerledaren, pä vilken det inre halvledande skiktet 2 är anbringat. Pi isoleringen 3 ligger det yttre halvledande skiktet h, och för att avleda fältströmmarna till jord är pi känt sätt en jordad metallisk skärm 6, exempelvis av koppartrid, anbringad. Under denna kan som nämnts ett extra halvledande lager 5 ligga, Med UQ betecknas ledarens potential, exempelvis 12/|/3~ eller 24/|/3kV, varvid skärmen har potentia-len 0. Vid kabelens avslutning borttages den jordade skärmen samt det halvledande lagret 5» si att en ändpartilängd 1 av det yttre halvledande skiktet ^ är frilagd. Vidare har en del av det inre halvlodan-de skiktet och isoleringen borttagits si att ledaren 1 är frilagd i kabeländen. Det yttre halvledande skiktet bringas i elektrisk kontakt med ledaren vid kabelns fria ände, exempelvis genom piläggning av nigra lager halvledande tape 8. Av intresse är den spänningsfördelningen som uppträder i det yttre halvledande skiktet pi sträckan mellan skärmen 6 och innerledaren 1. Vid alltför hög spänningsgradient uppstir icke önskvärd glimning vid de spänningsprov som normerna före-skriver. Sidan glimning uppstir vid konventionella kabelkonstruktioner vid skärmkanten, dvs. den kant som bildas di kabelns isolering fri-lagts frin ledande ytbeläggning, om ej speciella itgarder vidtages.

Med en kabelkonstruktion enligt föreliggande uppfinning avlägsnar man ej denna ytbeläggning, dvs. det yttre halvledande skiktet k, utan detta bibehilles och fyller därigenom sin funktion att utjämna det longitudinella fältet mellan yttre skärmen 6 och innerledaren 1. Av diagrammet framgir att medelst ett halvledande skikt vars resistivitet valts enligt uppfinningstanken erhillea en jämn spänningsfördelning längs den frilagda kabelsträckan med längden l. Kurvorna i diagrammet är visade för olika värden pi resistiviteten hos det yttre halv- n ledande skiktet, och för ett visst värde <\ = 10' ohm/kvadrat kan en 5 68477 approximativt linjär spänningsförde1ning erhällas. Mad ett skikt av lägre resistivitet, dvs. kring värdena 10^ - 10 ohm/kvadrat akulle man erhälla alltför stor effektutveckling i det halvledande skiktet med brand som följd. I praktiken uppstär koncentrerade krypströms-sträckor och ytöverslag tili föl.id av att ett s&dant halvledande skikt ej är belt homogent.

Claims (3)

6 Patentkrav: 68477

1. Elektrisk kabel, innefattande en ledare (1) och en den-na ledare omslutande isolering (3) av syntetmaterial jämte ett pä isoleringens yta anordnat yttre skikt (4) av halvledande material, varvid det yttre halvledande skiktet utgörs av företrädesvis syn-tetiskt material och att skiktets elektriska ytresistivitet mätt längs dess ytteryta är väsentligen spänningsoberoende och över- g stiger värdet 10 ohm/kvadrat, kännetecknad därav, att det ovannämnda halvledande skiktet (4) är avsett för att i skarv-punkter av kabeln lämnas pä det isolerande skiktet (3) för att hindra glimning vid kanten av den frän närheten av skarvpunkten avskalade jordade metalliska skärmen.

2. Kabel enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att det halvledande skiktet (4) pä isoleringens (3) yta anbringats genom kontinuerlig extrudering.

3. Kabel enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att det halvledande skiktet (4) pä isoleringens (3) yta anbringats genom kontinuerlig lackering, exempelvis genom spray-ning, doppning eller elektrostatisk pämälning.