FI69732C - Foerfarande foer skarvning av kabel - Google Patents

Description

6 9 7 3 2

Menetelmä kaapelin liittämiseksi

Esiteltävä keksintö kohdistuu menetelmään ristisil-loitetun polymeerin liitoksen suorittamiseksi ja erikoi-5 sesti sähkövoimakaapelin eristykseen käytetyn ristisilloite-tun polymeerin liitoksen suorittamiseksi. Menetelmä soveltuu erikoisesti ristisilloitettua polyetyleeniä (PEX tai XPLE) varten, jota käytetään suurjännitekaapelien eristykseen .

10 Ennestään tunnetaan useita menetelmiä vastavien kaapelien liittämiseksi. Liitettävä kaapelirakenne muodostuu monilankaisesta (tai joissakin tapauksissa yksilankaisesta) johtimesta, jonka ympärille on peräkkäin muodostettu sisempi puolijohtava kerros, ristisilloitettua polyety-15 leeniä oleva eristekerros ja ulompi puolijohtava kerros.

Näiden kerrosten päälle on tavallisesti sijoitettuja vaippoja ja lujitteita, jotka antavat mekaanisen suojan ja sähköisen suojauksen ja haluttaessa vesitiiviitä vaippoja.

Kun tämän tyyppisiä kaapeleita täytyy liittää yhteen, 20 poistetaan ensin eristekerros ja puolijohtavat kerrokset kaapelista riittävän pitkältä matkaa niin, että saadaan tila lankojen päiden hitsauksen tai juottamisen suorittamiseksi. Tämän jälkeen muodostetaan uudestaan puolijohtava kerros yhteenliitetyille langoille ja muodostunut eris-25 teaukko täytetään eristemateriaalilla, joka on yhteensopivaa kaapelin ristisilloitetun eristemateriaalin kanssa ja tämä liitosmateriaali voi myös olla materiaalia, joka voidaan ristiliittää.

On kuitenkin hyvin tunnettua, että ristisilloitetun 30 eristyksen saamiseksi koko liitosalueelle ja siten täydellistä eristystä varten, jossa ei ole aukkoja tai rakoja ja joka muodostaa homogeenisen kerroksen liitoksen päälle ja yhdistyy kaapelieristykseen, täytyy liitokselle suorittaa etukäteen määrätty lämpö/paine-käsittely. Vaadittava 35 paine on alueella 3-15 kp/cm ja lämpötilan täytyy olla suuruusluokkaa 200°C ja tätä lämpötilaa täytyy ylläpitää noin tunti tai kauemmin suuria kaapeleita varten. Lämpöti- 2 69732 la ei luonnollisestikaan saa olla niin korkea, että se vahingoittaa eristemateriaalia, mutta kokeet ovat osoittaneet, että mitä korkeampi lämpötila on, sitä lyhyempi on tarvittava aika, kuitenkin määrätyissä rajoissa. Aika riip-5 puu myös eristyksen paksuudesta.

Tarvittava paine voidaan muodostaa sulkemalla liitos suljettuun kammioon, joka täytetään paineenalaisella kaasulla tai nesteellä. Tällainen toteutus on esitetty norjalaisessa patenttianomuksessa nro 74 2515. Vaihtoehtoi-10 sesti voidaan paine muodostaa norjalaisen patentin nro 139 370 esittämällä tavalla sijoittamalla puristussukka liitoksen ympärille. Erään aikaisemman valmistusmenetelmän mukaan, jota on kokeiltu vähäisellä menestyksellä, peitetään liitoskohta kuminauhalla, jota kierretään useita ker-15 roksia liitoksen ympärille, etukäteen määrätyn paineen saamiseksi liitokseen. Vaikka nämä nauhat varustettiin erikoisella kuvioinnilla nauhan venymän säätämistä varten kierrettäessä sitä liitoksen ympärille, oli käytännöllisesti katsoen mahdotonta saavuttaa samaa ja etukäteen 20 määrättävää painetta kaikkiin kohtiin. Edelleen on norjalasessa patenttianomuksessa nro 74.1338 esitetty painetta tasaavien osien käyttöä kimmoisen painesiteen alapuolella.

Tarvittava lämpö muodostetaan tavallisesti käämimällä tai sjoittamalla sähköisiä lämmityselementtejä tai 25 kuumennuskaapeleita paineenmuodostavan rakenteen sisäpuolelle.

Kaikkia edellä mainittuja, aikaisemmin tunnettuja valmistusmenetelmiä käytettäessä polyetyleenieristeisten voimakaapelien yhteenliittämiseksi ja ristisilloittamiseksi 30 on havaittu, että esiintyy huomattavia vaikeuksia halutun paineen muodostamiseksi. Laitteiden, joita on esitetty aikaisemmin tunnettujen valmistusmenetelmien yhteydessä, käyttö on myös verrattain monimutkaista.

Esiteltävän keksinnön kohteena on aikaansaada val-35 mistusmenetelmä, jonka käyttö on yksinkertaista ja jossa 3 69732 ei tarvita monimutkaisia laitteita. Tämä saavutetaan käyttämällä esiteltävän keksinnön mukaista menetelmää, joka on määritelty mukaanliitetyissä patenttivaatimuksissa.

Käytettäessä esiteltävän keksinnön mukaista val-5 mistusmenetelmää saadaan liitosmenetelmä, joka on yksinkertaisempi kuin aikaisemmin tunnetut menetelmät ja joka antaa yhtä hyviä ellei parempia tuloksia. Menetelmää voidaan soveltaa tehtaassa sekä myös kentällä erinomaisin tuloksin.

Esiteltävän keksinnön ymmärtämiseksi paremmin vii-10 tataan seuraavaan yksityiskohtaiseen toteutusesimerkin esitykseen sekä mukaaniiitettyyn piirrokseen.

Kuviossa on esitetty ristisilloitetulla polyetyleenil-lä eristetyn voimakaapelin 1 kahden pään välinen liitos. Kaapeli muodostuu johtimesta 2 varustettuna puolijohta-15 vaa materiaalia olevalla kerroksella 3, polyetyleenieris-tekerroksella 4 ja ulommalla puolijohtavalla materiaali-kerroksella sekä uloimmalla suojavaipalla, jota kuitenkaan piirroksessa ei ole esitetty.

Ulkopuoliset vaipat ja kerrokset poistetaan ja 20 liitos esivalmistellaan tavanomaisella tavalla, minkä jälkeen johtimet 1 liitetään yhteen hitsaamalla tai juottamalla. Sisempi puolijohtava kerros 2 muodostetaan sitten uudestaan johdinliitoksen päälle tunnetulla tavalla merkittynä numerolla 5 ja kahden eristepään välinen aukko täytetään 25 eristemateriaalilla 6, joka on yhteensopivaa johdineris-teen kanssa, esimerkiksi kiertämällä polyetyleeninauhaa, joka voidaan ristisilloittaa, tiukasti liitoksen ympärille siten, että saadaan kuvassa esitetty eristysrakenne.

Ideaalisesti katsottuna on suotavaa saada eristys, 30 joka täydellisen ristiliittämisprosessin jälkeen on samassa tasossa kaapelieristyksen yläpainnan kanssa. Kokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että minkä tahansa edellä esitetyn menetelmän mukaan se ei ole mahdollista. Vaaraa, että eristemateriaalin läpimitta liitoksessa tulee pienem-35 mäksi kuin kaapelin eristeen, ei voida hyväksyä jä käytännössä huolehditaan aina siitä, että eristemateriaalin 6 9 7 3 2 läpimitta liitoksen kohdalla on suurempi kuin kaapelieris-teen ulkoläpimitta. Ennen ulomman puolijchtavan kerroksen ja suojaavan ulkovaipan muodostamista, voidaan sen sijaan poistaa ylimääräinen eristemateriaali mekaanisten menetel-5 mien avulla, kuten hiomalla ja kiillottamalla.

Liitoskohdassa olevan eristemateriaalin 6 ja mahdollisesti myös sisäpuolisen puolijohtavan kerroksen 5 ristisilloittamiseksi käytetään lämmitysasennusta 7, esimerkiksi käämityn lämpökaapelikierukan tai sähkövastuelemen-10 tin muodossa eristemateriaalikerroksen 6 päällä, minkä jälkeen liitos suljetaan liitoshylsyyn 8. Liitoshylsyssä on ulompi rajakerros 9, joka muodostuu paineenkestävästä sukasta, kuten piirroksessa on esitetty tai voidaan käyttää saranoitua metallikourujärjestelyä. Ulkoinen rajaker-15 ros 9 on varustettu yhdistetyllä syöttö- ja varmuusventtiilillä 10. Luonnollisesti voidaan käyttää eri venttiilejä näitä toimintoja varten, mutta koska tarkoituksena on syöttää pieni määrä nestettä, esimerkiksi vettä, suoja-hylsyn sisälle, jossa lämmitys ja painekeitto tapahtuu, 20 voidaan näitä kahta toimintaa varten käyttää erillisiä venttiilejä. Nesteen höyrynpaineen valvomiseksi koko lämmitys- ja painevaiheen ajan, on venttiiliin liitetty myös painemittari 11.

Jos ulomman suojakerroksen 9 muodostaa sukka, voi 25 sisäpuolisen suojakerroksen muodostaa itse liitoskohta, mutta edullisesti peitetään liitoskohta paine- ja höy-rytiiviillä sukalla 12 tai vastaavalla välittömästi liitoksen ympärillä. Koska vettä tai vesihöyryä käytetään paineaineena, on aivan välttämätöntä, että vesi, vesihöyry 30 tai kosteus estetään joutumasta kosketukseen eristeaineen kanssa. Läpäisemättömän kumisukan oletetaan olevan sopivan, mutta voidaan myös käyttää metalloitua nauhakaamiä ja muovi/metalli-laminaattia olevaa käämitystä tai näiden tiivistysmenetelmien yhdistelmää. Sen takaamiseksi, 35 että liitoshylsy on painetiiviisti suljettu molemmista päistään, ovat ne varustetut ryhmällä kiristysrenkaita 13.

5 69732

Kuten voidaan havaita, käytetään myös ryhmää kauluksia 14, jotka on varustettu aukoilla tai ahtai-lla kanavilla (ei esitetty kuviossa) niin, että liitoksessa fi-sti siilo itus-vaiheiden aikana muodostuneet kaasut voivat vapaasti siir-5 tyä näiden aukkojen lävitse ulkoilmaan kaasutiiviin kapseloinnin sisällä muodostuvan paineen estämättä. Voi myös olla välttämätöntä sijoittaa käämi tai verkkosukka tai vastaava (15) paine- ja kaasutiiviin sukan 12 alle risti-silloitusprosesseissa muodostuvien kaasujen poistumisen 10 sallimiseksi liitoksesta.

Sopivimmaksi paineväliaineeksi 16 osoittautuu kyllästetty vesihöyry, mutta on otettava huomioon, että mitä tahansa nestettä 17 voidaan käyttää, mikäli sen höyryn-paine on riittävän korkea ristisilloituslämpötilassa. Ma-15 talamman kiehumislämpötilan kuin vesi omaavaa nestettä voidaan käyttää suuremman paineen saamiseksi jäähtymisen aikana. Tämä voi olla edullista ristisilloitettaessa paksuhkon eristyksen omaavia liitoksia, esimerkiksi liitettäessä voimakaapeleita korkeampia kuin 145 kV jännitteitä 20 varten.

On edullista, jos vesihöyry säilyy kyllästyneessä tilassaan koko ristisilloitusprosessin ajan, vaikka hieman vesihöyryä voi päästä ulkopuolelle halutun paineen ylläpitämiseksi ja tämä tarkoittaa, että edullisesti höyrystymä-25 töntä nestettä 17 on liitoshylsyn sisällä koko prosessin aikana.

Prosessi aloitetaan syöttämällä energiaa lämmitys-asennukseen 7, minkä jälkeen lämpö/paine-vaihetta säädetään lämpötilatunnistimen avulla (ei esitetty piirroksessa) si-30 joitettuna lähelle eristemateriaalin 6 yläpintaa. Kuten ilmenee, keskittyy lämpö sen alueen ympärille, joka sisältää ristisilloitettavan eristemateriaalin niin, että vältytään eristyksen ylikuumenemiselta kaapelin päissä. 3en ympäristön lämpötilasta riippuen, jossa liittäminen suo-35 ritetaan, voi olla edullista peittää liitoskohta ja lii-toshylsy kokonaan tai osittain eristematoilla (ei esitetty kuviossa) esimerkiksi mineraalivillalla. Tällöin voidaan säästää lämmitysenergiaa.

6 69732 Lämmityksen ja jäähdytyksen päätyttyä poistetaan kiristysrenkaat 13. Kuten edellä on mainittu, poistetaan ylimääräinen eristemateriaali, pinta kiilloitetaan ja ulompi puolijohtava kerros levitetään uudestaan liitoksen 5 päälle. Lopuksi levitetään uloimmat suojavaipat.

Esimerkki 1

Ristisilloitetulla polyetyleenillä eristetyn 24 kV voimakaapelin liitoskohta valmistettiin liitoskohdan ristisilloittamista varten esitetyllä tavalla. Itse kaa- 2 10 peli käsitti alumiinia olevan 95 mm poikkileikkauksen käsittävän monilankaisen johtimen. Liitoshylsyn sisälle johdettiin 150 g vettä. Ensimmäisessä prosessivaiheessa nostettiin lämpötilaan nopeudelle 240°C/'h lopulliseen 200°C olevaan ristisilloittamislämpötilaan. Tämä lämpö-15 tila ylläpidettiin prosessin toisessa vaiheessa tunnin ajan, minkä jälkeen liitos jäähdytettiin kolmannessa prosessivaiheessa nopeudella noin 120°C/h. Noin kahden tunnin ja 45 minuutin käsittelyäjän jälkeen sai liitos jäähtyä luonnollisella tavalla, minkä jälkeen liitoshylsy ja 20 lämmitysrakennelma poistettiin. Paine, joka saavutettiin ensimmäisen vaiheen aikana oli noin 7,5 baaria 200°C:ssa ja tämä paine säilyi käytännöllisesti katsoen vakiona koko tämän ajan. Lopuksi paine laski vähitellen prosessin kolmannen vaiheen aikana.

25 Ristisilloittamisprosessin päätyttyä täydennettiin liitos poistamalla kaikki välineet, joita käytettiin liit-tämistapahtuman aikana, minkä jälkeen liitoskohdan ulkopuolella oleva ylimääräinen eristemateriaali poistettiin mekaanisten menetelmien avulla ja ulkoinen puolijohtava 30 kerros muodostettiin uudestaan esimerkiksi nauhan tai lakan avulla ja lopuksi sijoitettiin päällimmäiseksi ulkoinen suojavaippa. Vaatimus osittaispurkausten suhteen / 18 kV jännitteellä on = 5 pikocoulombia, mutta saavutetut tulokset olivat paremmat kuin 0,4 pikocoulombia. Varaus-35 jännite mitattiin olevan vähintään 26,5 kV vaihtojännitettä purkausjännitteen ollessa 26 kV vaihtojännitettä. Liitoskohtaa testattiin 51 kV vaihtojännitteellä 4 tuntia ilman 7 . 69732 - läpilyöntejä". ,'KCih· vaatimukset syöksy jännitteen suhteen . ' . ·· 24 kV’·k-äapeleili-O· ovat lö·'positiivista ja 10 negatiivis- - - ta 1.2-5 kV jjälmitfepulssia kestoltaan 1,2/4 5 ps, testattiin tämä liitos positiivisilla ja negatiivisilla jännitehui-5 puilla, 10 molempia, aina 170 kV jännitteeseen ilman ylilyöntejä. Ylilyönti päätekohdissa tapahtui 180 kV jännitteellä .

Esimerkki 2

Vastaavassa 24 kV PEX-kaapeliliitoksessa esiintyi 10 pienempi kuin 0,3 pikocoulombin osittaispurkaus 18 kilovoltilla, varausjännite 27 kV ja purkausjännite ei ollut pienempi kuin 26,5 kV.

Esimerkki 3

Vastaavassa kolmannessa 24 kV PEX-kaapeliliitokses-15 sa saatiin koetulos, jossa osittaispurkaus oli pienempi 'kirin 0,2 pikocoulombia 18 kilovoltilla, varaus jännite 30 kV ja purkausjännite ei ollut pienempi kuin 29 kV.

Valmistettiin useita liitoksia ja ne testattiin korkeammilla käyttöjännitteillä erinomaisin tuloksin.

Claims (7)

8 69732

1. Menetelmä ristisilloitetulla polymeerillä, erityisesti polyetyleenillä eristetyn voimakaapelin jatka-5 miseksi, mikä menetelmä käsittää vaiheet ulkovaipan sekä puolijohtavan ja eristävän kerroksen poistamiseksi johtimien päiden liittämistä varten hitsaamalla tai jonkun muun sopivan menetelmän avulla, sisemmän puolijohtavan kerroksen uudistamiseksi jatkoksen ympärille ja eristeen raon 10 täyttämiseksi eristemateriaalilla, joka on yhteensopivaa kaapelin eristemateriaalin kanssa ja joka voidaan risti-silloittaa, jolloin liitokselle suoritetaan etukäteen määrätty lämpö- ja painekäsittely eristemateriaalin täydellisen ristisilloittamisen suorittamiseksi ja mahdolli-15 sesti levitetyn sisäpuolisen materiaalin ristisilloitta- miseksi, tunnettu siitä, että paine, joka vaaditaan polymeerisen eristemateriaalin (6) halutun ristisilloituk-sen suorittamiseen, muodostetaan johtamalla etukäteen määrätty määrä nestettä (17) jatkoshylsyyn (8), joka tunnetul-20 la tavalla on sijoitettu jatkoksen ympärille ja kuumentamalla neste etukäteen määrättyyn lämpötilaan niin, että kyllästetty höyry (16), joka täyttää jatkoshylsyn (8) läsnäolevan nesteen yläpuolella, muodostaa jatkokseen etukäteen määrätyn paineen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että neste on vesi ja kyllästetty höyry on vesihöyryä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että etukäteen määrätty paine sää- 30 detään antamalla ylimääräisen höyryn poistua jatkoshylsyyn (8) sijoitetun varmuusventtiilin (10) lävitse.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste (17) ja kyllästetty höyry (16) estetään joutumasta kosketukseen polymeerisen 35 eristemateriaalin (6) kanssa sijoittamalla kaasu- ja dif-fuusiotiivis sukka (12) tai vastaava suoja välittömästi jatkoksen ympärille niin, että se muodostaa jatkoshylsyn (8) sisäpuolisen rajapinnan. 9 69732

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jatkoshylsyn (8) ollessa tiivistetty jatkoksen molemmista päistä, voidaan mahdollisen kaasun, jota muodostuu polymeerisessä eriste- 5 materiaalissa (6) ristisilloittumisvaiheen aikana, sallia siirtyä ulkoilmaan ahtaiden kulkuteiden tai kanavien kautta sisäpuolisen rajoittavan sukan (12) ja liitoksen yläpinnan välistä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että jatkoshylsyn (8) ulkopuolisen rajapinnan muodostaa painetiivis sukka (9), jonka sisäläpimitta on huomattavasti suurempi kuin jatkoksen ulkoläpimitta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että etukäteen määrätty höyrystys-lämpötila muodostetaan lämmityselementtien (7) avulla, jotka on sijoitettu jatkoksen päälle ja jotka lämmitys-elementit lisäksi muodostavat sen lämmön, joka vaaditaan halutun ristisilloitusprosessin suorittamiseksi. 69732