FI72618B - Mot fukt skyddad elektrisk kabel. - Google Patents

Description

7261 8

Kosteudelta suojattu sähkökaapeli

Nyt selostettava keksintö koskee kosteudelta suojattua, muovilla eristettyä kaapelia, joka on tarkoitettu ni-5 menoinaan suuria jännitteitä varten ja jossa on sen läpi menevistä erillisosista muodostettu johdin tai vaihejohto.

Viime aikoina on suoritettu lukuisia tutkimuksia niiden vahinkojen selvittämiseksi, jotka johtuvat veden kerääntymisestä (ns.'vesipuu', "Wasserbäumchen", "water trees") 10 sähkökaapelien muovieristykseen,niin että tällaiset kaapeli-vahingot voitaisiin ao. toimenpiteitten avulla välttää. 'Vesipuun' kasvamista koskevia julkaisuja on myös paljon ja niissä ehdotetaan toimenpiteitä tällaisten, kaapelin käyttöikää lyhentävien ilmiöiden eliminoimiseksi.

15 Kaikki tähänastiset tutkimukset perustuvat siihen, että eristykseen pääsee lähinnä kosteutta.Kosteuden leviäminen kaapeliin voi tapahtua jo sen valmistusvaiheessa, esimerkiksi verkkoutumisprosessin aikana vesihöyryn muodossa, kaapelin mennessä jatkuvana toimintona ketjulinjan (CV-laitteis-20 to)läpi, tai kaapelin ollessa käytössä, jos sen metallivaippa vahingoittuu tai vesihöyry pääsee leviämään kaapeliin sen ehjän muovivaipan kautta. Käytettävistä sähkökenttävoi-makkuuksista johtuen kaapeliin muodostuu tällöin em.'vesi-puita', joiden jatkuva kasvaminen voi aiheuttaa läpilyöntejä 25 ja tehdä kaapelin lopulta käyttökelvottomaksi. Kaapeliin voi syntyä häiriöitä kuitenkin myös siten, että sen jahtimes-sa oleva tai siihen käytön aikana tunkeutuva kosteus, esim. vesi,aiheuttaa korroosiota johdinmateriaalin ja johtimen sisemmän johtavan kerroksen väliin. Erittäin herkkiä ovat täl-30 löin nokipitoisten johtavien kerrosten ympäröimät alumiini-johtimet.

Kaapelin ulkopuolelta sen eristykseen tunkeutuvan kosteuden estämiseksi on myös tehty jo monia ehdotuksia. Tähän liittyen tunnetaan esim. kaapelin sydämen ympärille si-35 joitetut metallinauhat (US-patentti 4 145 567) sekä eristykset, joissa on sisäpuolelta ulospäin suuntautuva diffuusio-kaltevuus (saksal.patentti 27 54 336), tai eristyksen päällä 2 7261 8 vettä imevät kerrokset (saksal.patentti 27 37 108). Vaikkakin po. ratkaisut sattavat todella estää veden leviämisen kaapeliin tai ainakin vähentää sitä tuntuvasti ei niissä ole kuitenkaan otettu huomioon sitä, että vesi voi päästä 5 eristykseen sisäpuolelta, ts. johdinta pitkin ja aiheuttaa siellä em. vahinkoja.

Toisaalta on jo ajateltu myös sitä, öttä varsinkin eril-lissäikeistä muodostetut sähkökaapelin vaihejohdot toimivat 'vesijohtoina', ts. ne voivat siirtää kosteutta kaapelin ko-10 ko pituudella. Tämän eliminoimiseksi on sovellettu tieto- liikennekaapelitekniikasta tunnettuja sulkumenetelmiä voiman-siirtokaapelien osina tapahtuvaan sulkemiseen. Tässä yhteydessä viitataan erääseen tunnettuun menetelmään (saksa.pat. hak. 21 54 749), jossa punosjohtimena muodostettu suurjän-15 nitekaapelin sisäjohdin on säännöllisin välein varustettu suljetulla metallimateriaalipinnalla. Eräs toinen tunnettu menetelmä, jolla johdin jaetaan osastoihin (saks.patentti 28 08 438), lähtee siitä, että vaihejohdoon järjestetään tietyin välein tulppia, jotka on valmistettu verkkoutetusta kim-20 moisasta kuitumateriaalista, jolloin tulppien akselin suuntainen pituus on pieni verrattuna peräkkäisten tulppien väliseen etäisyyteen. Nämä toimenpiteet tekevätkin kosteuden siirtymisen kaapelia pitkin mahdottomaksi , mutta johtimessa oleva, sen valmistukseen liittyvä kosteus, esim. myös lauhde-25 vesi, pääsee edelleenkin tulppakohtien välistä kaapelin sisäkerrokseen ja lopulta eristykseen, jolloin suurista kenttä-voimakkuuksista johtuen em. johtokerrokseen ja eristykseen syntyy 'vesipuun' kasvua edistäviä heikkoja kohtia.

Tämänkertaisella keksinnöllä pyritäänkin lähinnä löytä-30 mään keino, jolla tällaisten 'vesipuiden' kasvamisvaara saadaan vielä pienemmäksi. Samanaikaisesti huolehditaan myös siitä, että kaapelin valmistukseen käytettävillä erilaisilla raaka-aineyhdistelmillä pystytään välttämään mahdolliset korroosiota aiheuttavat elementtimuodostumat.

35 Tämä on ratkaustu keksinnön mukaan siten,että johtimen tai vaihejohdon ympärille on sijoitettu suljettu, tiivis 3 7261 8 metallivaippa, joka on tehty pitkittäissaumahitsatusta, eril-liselementtien ylimmän kerroksen päälle vedetystä metallinau-hasta, joka on samaa materiaalia kuin erilliselementit ja joka siten on itse johtimen tai vaihejohdon osa ja korvaa aina-5 kin johtimen tai vaihejohdon ylimmän kerroksen. Tämä suojus, joka estää myös esim. vaihejohdon erilllissäikeiden punoutu-misen valmistuksen aikana, takaa sen, ettei kosteus pääse johtimesta käsin enää eristykseen eikä sisempään johtavaan kerrokseen. Johdin on tiivistetty koko pituudeltaan, joten asen-10 nusta suoritettaessa ei jouduta tekemään enää lisätyötä, esim. poistamaan tulppia liitoskohdista. Suojus on vedetty mieluimmin vaihejohdon päälle niin, että johdin toimii tavallaan put-kitukena.

Tosin jo ennestään tunnetaan (pat.hak. p53697D/2.9.1949) 15 menetelmä, jonka mukaan painekaasukaapelin johdin valmistetaan alumiinilangoista kierretystä sydämestä ja varustetaan saumattomalla alumiinisuojuksella. Tämän rakenteen tarkoituksena on kuitenkin vain tasoittaa sähkökenttää koronailmiöi-den estämiseksi yläpinnassa sekä estää kierretyn sydämen kor-20 roosio. Suunnilleen samaan tarkoitukseen pyritään eräällä toisella menetelmällä (engl. patentti 757 745), jossa ilmajoh-tojen monijohdinjohdot varustetaan hitsatusta metallinauhas-ta valmistetulla suljetulla suojuksella.

Nyt käsiteltävä keksintö koskee kuitenkin sellaisia 25 energiasiirtokaapeleita joissa on johtimen päälle ruiskuvalet-tuja kerroksia sähkökentän (johtavien kerrosten) tasoittamiseksi eristykseen nähden. Tällaiset kaapelit ovat uusimpien tutkimusten mukaan herkkiä kosteuden vaikutukselle, joten ne on, varsinkin suurien käyttöjännitteiden ollessa kyseessä, 30 suojattava niiden käyttövarmuuden takaamiseksi.

Suojusmateriaaliksi valitaan mieluimmin kupari tai jokin sopiva kupariseos, jos erilliset elementit, esim. vaihe-johdon erillissäikeet, ovat kuparia. Alumiinisuojusta käytetään taas silloin, kun vaihejohto on valmistettu alumii-35 nista tai alumiiniseoksesta. Po. tarkoitukseen voidaan käyttää luonnollisesti myös päällystettyjä johtimia tai suo- 4 7261 8 juksia, esim. alumiinia ja kuparia, mikäli mm . raaka-aine-säästöön liittyvät tekijät tai kaapelin paino edellyttävät tätä.

Huomattavia etuja - nimenomaan myös johtavan pinnan 5 stabiliteettiin ym. nähden - saadaan kuitenkin vasta silloin, kun keksinnön perusideaa edelleen kehittämällä suojus puristetaan hyvin tiiviisti monisäikeiseen vaihejohtoon.

Tällöin vältetään suljetun suojuksen na. nurjahtaminen kaapelia valmistettaessa ja lisäksi myös tähän liittyvät 10 puolautustoiminnot. Tämä pätee nimenomaan silloin, kun suo jus kuuluu osana johtimeen tai vaihejohtoon.Suljettu suojus tasoittaa tällöin samalla sähkökenttää. Tässä yhteydessä on hyvin edullista, että suojus korvaa ainakin johtimen tai vaihejohdon ylimmän kerroksen. Näin saadaan kompakti, me-15 kaanisesti tasapainoinen vaihejohto, jolla on hyvät taivutus- ja asennusominaisuudet ja joka päästää veden siirtymään kaapelin pituussuunnassa, mutta estää kuitenkin eristyksen vahingoittumisen.

Nyt on vielä huomattava, että keksinnön käyttö ei ra-20 joitu vain samankeskisesti valmistettuihin vaihejohtoihin, vaan että myös toisiinsa kirretyt johtimet voidaan varustaa niiden ympärille sijoitettavalla suljetulla metallisuojuksella. Esimerkiksi on edullista käyttää poikkileikkauspinnaltaan suurempia, keskenään kierrettyjä alumiinisektoreita, 25 joissa on metallisuojus.

Keksinnön eräänä edullisena piirteenä on lisäksi se, että keksinnön mukaisen johtimen halkaisija on pienempi kuin monisäikeisenä punoksena valmistetun, vastukseltaan yhtä suuren johtimen halkaisija,koska tällä varmistetaan se, että ao. 30 kaapelilta edellytettävä kerrosrakenne, ts. johtavat kerrokset, eristys, suojus ja vaippa, pystytääi pienemmästä halkaisijasta riippumatta säilyttämään.

Keksinnön mukaisen johtimen rakenteen kannalta on ratkaisevana piirteenä kierretyn sydämen halkaisijan d suhde sy-35 dämen päälle hitsatun putken seinämävahvuuteen s. Mitä suurempi suhde d:s on sitä helpommin suojus (putki) taittuu, kun johdinta taivutetaan sellaisina halkaisijoina, jotka ovat tavallisia eri valmistusvaiheissa sekä kaapelia laskettaessa 5 7261 8 ja asennettaessa. Koska toisaalta suojus on esim. korroosion estämiseksi samaa materiaalia kuin kierretty johtimen sydän, on edullista käyttää jo edellä mainittua vaihejohtorakennet- ta, ninemomaan, kun 5 F - = F. + F. , gef 1 h ' jolloin F ^ on johtimelta edellytettävä kokonaispoikki-leikkauspinta, 10 F-^ on sydämen poikkileikkauspinta, ja F^ on suojuksen poikkileikkauspinta.

Kun kuparia käytetään johtavana materiaalina, saadaan erittäin sopiva vaihejohto silloin, kun d:s = 25. Seinämä-vahvuus lasketaan keksinöä sovellettaessa tällöin kaa-15 vasta s = — \l ''gef 20 y Käytettäessä johtavana materiaalina alumiinia kuparin 20 asemesta on d:s 18 ja seinämävahvuus s vastaavasti

il—I

3 --A- f gef

Suuremmille jännitteille tarkoitetuissa kaapeleissa, 25 joissa on tavanomainen johdinrakenne, on sähkökentän tasoittamiseksi johtimen yläpintaan tehty yleensä johtava kerros esim. ruiskuvalamalla tai nauhoina. Keksinnön mukaan tällaisesta johtavasta kerroksesta voidaan joissakin tapauksissa luopua kokonaan, jolloin säästetään työtä ja materiaalia.

50 Niissä tapauksissa, jolloin suojuksen päälle on ruisku- valettava johtava kerros, tai jos eristys ruiskuvaletaan suoraan suojuksen päälle, voi olla edullista tehdä suojuoksen pintaan kohoumia ja syvennyksiä, jolloin ruiskuvalumateri-aali tarttuu siihen paremmin.

55 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin viittaamalla tällöin kuivoissa 1 ja 2 esitettyihin rakenne-esimerkkeihin.

7261 8

Kuviossa 1 näkyvä yksisäikeinen suurjännitekaapeli käsittää vaihejohdon 1, jonka sydän 2 on kierretty erillisistä johtimista 2 (esim. kuparilankaa), ja samoin kuparista valmistetun suojuksen 3. Tietyn energian siirtämiseen tar-^ vittava kaapelin kokonaispoikkileikkauspinta koostuu siis sydämestä 2 ja suojuksesta 3. Suojus 3 on tällöin pituussuunnassa putkeksi muodostettua ja reunoista pitkittäissaumahit-sattua kuparinauhaa, joka on vedetty putken muotoilun jälkeen tiiviisti sydämen 2 päälle.

Suojuksen päällä on sisempi johtava kerros 4 ja tämän päällä taas eristys 5. Kerrokset 4 ja 5 on kosteuden estävän johtimen avulla suojattu sisältäpäin tulevalta kosteudelta. Ulompi johtava kerros on merkitty viitenumerolla 6, ja nro 7 vastaa tavanomaista suojusta, joka on esitetty nyt vain kaaviona. Nro 8 on mekaanisen suojan ulospäin takaava vaippa, joka on esim. PVC- tai kautsupohjäistä materiaalia, myös syttymättömässä muodossa.

Kuviossa 2 nähdään kustannuksiltaan erittäin edullinen ratkaisu esim. sektorinmuotoisia alumiinijohtimia varten.

20 Numerolla 9 merkityt massiiviset muottipuristetut alumiini-sektori johtimet, joita on jo vuosikausia käytetty vaikeuksitta pienjännitekaapelien johtimina, on kierretty toisiinsa. Kierrettyjen johtimien päälle myös johtimet voivat koostua kierretyistä erillislangoista on sijoitettu suljettu metalli-25 hylsy 10. Tämän johdinrakenteen päälle tehdään sitten kulloinkin tarvittava kaapelirakenne.

Muottijohtimet voidaan kiertää vielä ns. tukiputken tai spiraalin ympäri, jos suurien johdinpintojen ollessa kyseessä on pelättävissä virran ahtautumista johtimen pinnalle (ns. 3° pintailmiö) eikä johtimen sydän osallistu energian siirtoon.

Keksinnön mukaiseen suljettuun suojukseen liittyy esimerkiksi kierrettyjen segmenttijohtimien ollessa kyseessä (saatavana edullisesti) vielä se etu, että johtavaa kerrosta ei tarvitse työntää johdinelementtien väliseen kiilaosaan, 35 kun esim. verkkoutuvaa polyeteeniä ruiskuvaletaan eristysmateriaaliksi.

Claims (6)

7261 8

1. Kosteudelta suojattu, muovieristetty sähkökaapeli, nimenomaan suurien jännitteiden siirtämiseen, varustettuna 5 läpimenevistä erilliselementeistä muodostetulla johtimella tai vaihejohdolla (1; 9) , tunnettu siitä, että johtimen tai vaihejohdon ympärillä on suljettu, tiivis metalli-vaippa (3;10), joka on tehty pitkittäissaumahitsatusta, erilliselementtien ylimmän kerroksen päälle vedetystä metal-10 linauhasta, joka on samaa materiaalia kuin erilliselementit ja joka siten on itse johtimen tai vaihejohdon osa ja korvaa ainakin johtimen tai vaihejohdon ylimmän kerroksen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaapeli, jossa on kuparinen vaippa (3;10) ja kupariset johdinelementit, 15 tunnettu siitä, että vaipan (3;10) seinämävahvuus vastaa suunnilleen kaavaa s = ύ f^st ' 20 jolloin s on vaipan seinämävahvuus millimetreinä ja F ^ on johtimelta edellytettävä kokonaispoikkileikkausOinta 2 . .. mm :ema.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaapeli, jossa on 25 alumiininen vaippa (3;10), ja alumiiniset johdinelementit, tunnettu siitä, että vaipan (3;10) seinämävahvuus vastaa suunilleen kaavaa s = JJ ^ · 30 ' ' 1

4. Patenttivaatimuksen 1 tai jonkin sitä seuraavan patenttivaatimuksen mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että metallivaippa (3;10) toimii samalla sisäpuoli- 35 sena johtavana kerroksena. 8 7261 8

5. Patenttivaatimuksen 1 tai jonkin sitä seuraavan patenttivaatimuksen mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että vaipan (3;10) pinnassa on epätasaisia kohtia sen ja siihen ruiskuvalettujen, johtavien tai eristävien polymeeri- 5 materiaalien välisen tarttuvuuden parantamiseksi.

6. Jonkin tai joidenkin patenttivaatimuksien 1-5 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että metallivaipassa oleva vaihejohto (1;9) käsittää 3-6 toisiinsa kierrettyä metallista muottijohtoa. 7261 8