NO134175B

NO134175B -

Info

Publication number: NO134175B
Application number: NO1276/72A
Authority: NO
Inventors: F J Miranda; G Maschio
Original assignee: Pirelli General Cable Works
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1976-05-18
Also published as: DK145898B; DE2219511A1; DK145898C; NL172897C; FI57191C; IE36298B1; ES402780A1; GB1329636A; IE36298L; SE396155B; AU4133972A; CH558071A; IT953680B; JPS5795712U; BR7202388D0; CA947827A; DE2219511C3; DE2219511B2; FR2133830B1; AT320774B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår elektriske kabler og mere spesielt papir til bruk ved fremstilling av avskjermingssjikt i elektriske kabler. The present invention relates to electric cables and, more particularly, paper for use in the production of shielding layers in electric cables.

Under kabelfremstilling vikles som vel kjent papir med halvledende egenskaper i båndform vanligvis rundt kabel-lederen på en overlappet måte for å danne et elektrisk avskjermingssjikt eller en skjerm i kontakt med lederen. Også på et senere trinn når isolasjonen er påført den belagte leder vikles det vanligvis slikt halvledende papirbånd rundt isolasjonen, igjen på overlappet måte, for å danne et ytterligere avskjermingssjikt som skal ligge i kontakt med en etterpå påført metall-hylse. During cable manufacturing, as is well known, paper with semi-conductive properties in ribbon form is usually wound around the cable conductor in an overlapped manner to form an electrical shielding layer or screen in contact with the conductor. Also at a later stage when the insulation has been applied to the coated conductor, such semi-conductive paper tape is usually wrapped around the insulation, again in an overlapped manner, to form a further shielding layer which is to lie in contact with a subsequently applied metal sleeve.

Et opprinnelig foreslått papir til bruk ved fremstilling av slike avskjermingssjikt består av vanlig papir som er belagt med kjønrøk, hvor det sistnevnte gir halvledende egenskaper til det ellers isolerende vanlige papiret. En vanskelighet ved dett-e papir er at det i kabler med avskjermingssj ikt med dette papir opptrer et vesentlig forbruk av-energi i det isolerende dielektrikum, spesielt i væskeimpregnerte filmer som ligger mot avskjermingene. An originally proposed paper for use in the production of such shielding layers consists of ordinary paper which is coated with carbon black, the latter giving semi-conducting properties to the otherwise insulating ordinary paper. A difficulty with this paper is that in cables with a shielding layer with this paper, a significant consumption of energy occurs in the insulating dielectric, especially in liquid-impregnated films that lie against the shielding.

Et papir som ble foreslått for en tid tilbake for avbøtning av denne vanskelighet, og som har vært ganske vel-lykket, er et to-sjikts laminert papir hvor et sjikt er av kjønrøkbelagte halvledende papir og det andre sjiktet av vanlig isolerende papir. I kabler med avskjerminger av slikt papir ble det funnet at det inntrådte en vesentlig reduksjon av energi-forbruket i det isolerende dielektrikum. Et slikt to-sjikts papir er beskrevet i britisk patent nr. 815-39^. A paper which was proposed some time ago to mitigate this difficulty, and which has been quite successful, is a two-layer laminated paper where one layer is carbon black coated semiconducting paper and the other layer is ordinary insulating paper. In cables with shields made of such paper, it was found that a significant reduction in the energy consumption in the insulating dielectric occurred. Such a two-layer paper is described in British Patent No. 815-39^.

Det har vært vanlig at de to sjikt i dette avskjermingspapir har hatt tilsvarende impermeabeliteter. Dette fordi det inntil den senere tid har vært vanlig praksis ved fremstilling av flersjiktspapir at sjiktene hadde like egenskaper inklud-ert tetthet og impermeabelitet da dette minimaliserer vanskelig-hetene ved papirfremstillingen. Uttrykket,"impermeabelitet" med henblikk på et papir er et mål for papirets motstandsevne overfor strømming gjennom papir av væske eller gass. Senere i beskriv-elsen vil det henvises til spesielle verdier for impermeabeliteten og disse vil angis i Emanuelienheter (E.U.). Emanuelienhetene er vel kjent i teknikkens stand, men en definisjon av denne kan finnes i publikasjonen "Tappi" (Technical Association of the Pulp and Paper Industry), bind 44, nr. 10, oktober 1961., sidene 176a til 182A, hvor det også finnes en beskrivelse av et modifi-sert Emanueli-porøsimeter for måling av luftimpermeabeliteten i papir i Emanuelienheter. It has been common for the two layers of this screening paper to have similar impermeabilities. This is because, until recently, it has been common practice in the production of multi-layer paper that the layers had the same properties, including density and impermeability, as this minimizes the difficulties in paper production. The term "impermeability" with respect to a paper is a measure of the paper's resistance to the flow of liquid or gas through the paper. Later in the description, reference will be made to special values for the impermeability and these will be indicated in Emmanuel units (E.U.). The Emanueli units are well known in the art, but a definition thereof can be found in the publication "Tappi" (Technical Association of the Pulp and Paper Industry), Volume 44, No. 10, October 1961., pages 176a to 182A, where it also there is a description of a modified Emanueli porosity meter for measuring the air impermeability of paper in Emanueli units.

Ved uttrykket "tetthet" slik det anvendes på papiret i den foreliggende beskrivelse, er ment den tilsynelatende tetthet, nemlig den som oppnås ved å dividere massen av et gitt volum av papiret med det totale volum selv, hvor det totale volum omfatter både volumet av fibrene i papiret og av luften som be-finner seg mellom disse fibre. By the expression "density" as applied to the paper in the present description, is meant the apparent density, namely that which is obtained by dividing the mass of a given volume of the paper by the total volume itself, where the total volume includes both the volume of the fibers in the paper and by the air that is between these fibres.

Den senere tendens til overføring av elektrisk kraft med spenninger opptil 500 KV har lagt store krav på de dielektriske egenskaper i papiret som benyttes i isolasjonsøyemed i kablene. Dette isolasjonspapir er pålagt å motstå meget større potensial-gradienter og å ha en meget lavere tapsfaktor enn det tidligere var nødvendig, når elektrisitet ble overført ved meget lavere spenninger. Disse krav har ført til innføring av flersjikts-isolasjons-papir hvor foretrukne former av hvilket papir besto av sjikt med i det vesentlige forskjellige egenskaper. Således er det i foretrukne former av dette isolasjonspapir minst ett sjikt med relativt høy impermeabelitet og minst et sjikt med relativt lav impermeabelitet. Vanligvis har et papir med relativt høy impermeabelitet en høy dielektrisk fasthet, men også en høy tapsfaktor, mens et papir med relativt lav impermeabelitet har en lav tapsfaktor,' men også en lav dielektrisk fasthet. Imidlertid er det funnet at flersjikts-isolasjons-papiret viser meget gode totale dielektriske egenskaper, en høy dielektrisk fasthet (nesten så høy som den i sjiktet med høy impermeabelitet) og en lav tapsfaktor (nesten så lav som den i sjiktet med lav impermeabelitet). Generelt har også i dette papir sjiktet med den høyere impermeabelitet en høyere tetthet enn de andre sjikt. The later trend towards the transmission of electrical power with voltages up to 500 KV has placed great demands on the dielectric properties of the paper used for insulation purposes in the cables. This insulating paper is required to withstand much greater potential gradients and to have a much lower loss factor than was previously necessary, when electricity was transmitted at much lower voltages. These requirements have led to the introduction of multi-layer insulation paper where preferred forms of which paper consisted of layers with essentially different properties. Thus, in preferred forms of this insulation paper, there is at least one layer with relatively high impermeability and at least one layer with relatively low impermeability. Generally, a paper with relatively high impermeability has a high dielectric strength but also a high loss factor, while a paper with relatively low impermeability has a low loss factor, but also a low dielectric strength. However, it has been found that the multilayer insulating paper exhibits very good overall dielectric properties, a high dielectric strength (almost as high as that of the high impermeability layer) and a low loss factor (almost as low as that of the low impermeability layer). In general, also in this paper, the layer with the higher impermeability has a higher density than the other layers.

Fremstillingen av disse flersjikts-isolasjons-pap-drer med slike ulike egenskaper mellom de forskjellige sjikt er muliggjordt ved forberedede papirfremstillingsteknikker som er fremkommet etter at de tidligere nevnte to-sjikts avskjermings-bånd først ble innført. Slike flersjikts-isolasjons-papirer er beskrevet i britisk patent nr. 1.190.962. The production of these multi-layer insulating papers with such different properties between the different layers is made possible by prepared paper-making techniques which have emerged after the previously mentioned two-layer shielding tapes were first introduced. Such multilayer insulation papers are described in British patent no. 1,190,962.

I kabler som er isolert enten med dette flersjikts-isolasjons-papir eller med standardpapir er det de dielektriske egenskaper i avskjermingen, spesielt avskjermingen som ligger i kontakt med lederen, som er av vesentlig betydning, og det er funnet at en viss .forbedring i de dielektriske egenskaper som ytes av det to-sjikts-avskjermingspapir er ønskelig for å oppnå er høyere dielektrisk styrke i kabelisolasjonen som helhet, spesielt når kablen benyttés for spenninger som nærmer seg 500 KV. Det skal fremheves at det sjiktet som ligger i kontakt med lederen, spesielt det isolerende sjikt av avskjermingspapiret der det benyttes to-sjikts-avskjermingspapir, underkastes de •høyeste elektriske påkjenninger i kabelisolasjonen, og de er derfor den viktigste del av denne isolasjonen. In cables insulated either with this multi-layer insulation paper or with standard paper, it is the dielectric properties of the shielding, especially the shielding that is in contact with the conductor, which is of significant importance, and it has been found that a certain improvement in the dielectric properties provided by the two-layer shielding paper are desirable in order to achieve a higher dielectric strength in the cable insulation as a whole, especially when the cable is used for voltages approaching 500 KV. It should be emphasized that the layer in contact with the conductor, especially the insulating layer of the shielding paper where two-layer shielding paper is used, is subjected to the •highest electrical stresses in the cable insulation, and they are therefore the most important part of this insulation.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er derfor The object of the present invention is therefore

å frembringe papir til bruk ved fremstilling av avskjermingssjikt i elektriske kabler som vil muliggjøre oppnåelse av en høyere dielektrisk fasthet i isolasjonen i kablene i hvilke de brukes enn det ellers ville være mulig ved bruk av de idag oppnåelige to-sjikts-avskjermingspapir i de samme kabler. to produce paper for use in the production of shielding layers in electric cables which will enable the achievement of a higher dielectric strength in the insulation in the cables in which they are used than would otherwise be possible by using the two-layer shielding papers obtainable today in the same cables .

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en elektrisk kabel omfattende en leder, et isolerende sjikt anbragt rundt lederen og minst ett avskjermingssjikt som er anbragt mellom lederen og det isolerende sjikt og/eller rundt det isolerende sjikt, der avskjermingssjiktet omfatter et bånd av papir viklet på overlappende måte, idet papirbåndet omfatter to sjikt bundet sammen, av hvilke et sjikt er halvledende og det andre er elektrisk isolerende, og hvor papirbåndet er viklet med det isolerende sjikt mot kablens isolerende sjikt, og kablen karakteriseres ved at impermeabeliteten for det isolerende sjikt i papirbåndet er minst 20 x 10^ Emanuelienheter. According to this, the present invention relates to an electric cable comprising a conductor, an insulating layer placed around the conductor and at least one shielding layer which is placed between the conductor and the insulating layer and/or around the insulating layer, where the shielding layer comprises a strip of paper wound on overlapping manner, as the paper tape comprises two layers bonded together, of which one layer is semi-conductive and the other is electrically insulating, and where the paper tape is wound with the insulating layer against the insulating layer of the cable, and the cable is characterized by the impermeability of the insulating layer in the paper tape is at least 20 x 10^ Emanueli units.

Foreliggende oppfinnelse angår videre et -papirbånd for bruk ved fremstilling av det avskjermende sjikt i den elektriske kabel ifølge krav 1, hvilket papirbånd omfatter to sjikt/ et halvledende og et elektrisk isolerende, og papirbåndet karak-teriseres ved at impermeabeliteten for det isolerende papirsjikt er minst 20 x 10^ Emanuelienheter. The present invention further relates to a paper tape for use in the production of the shielding layer in the electric cable according to claim 1, which paper tape comprises two layers/ a semi-conductive and an electrically insulating one, and the paper tape is characterized by the impermeability of the insulating paper layer being at least 20 x 10^ Emanuelian units.

Det halvledende papirsjikt kan bestå av vanlig papir belagt med kjønrøk, hvor kjønrøken gir det ellers isolerende vanlige papir halvledende egenskaper. For eksempel kan'det halvledende sjikt ha en tetthet og en impermeabelitet som begge er vanlige for slikt papir i kabelfremstillingsindustrien; typiske verdier for tetthetsområdet ligger fra 0,84 til 0,90 g/cm^ og typiske verdier for impermeabeliteten ligger i området 10^ til 2 x 106 E.U. The semi-conductive paper layer can consist of ordinary paper coated with carbon black, where the carbon black gives the otherwise insulating ordinary paper semi-conductive properties. For example, the semiconducting layer may have a density and an impermeability both common to such paper in the cable manufacturing industry; typical values for the density range are from 0.84 to 0.90 g/cm^ and typical values for the impermeability are in the range 10^ to 2 x 106 E.U.

Det.er nå funnet at det oppnås en betydelig høyere impulsdielektrisk fasthet i isolasjonen av elektriske kabler hvor avskjermingen dannes av et avskjermingspapir slik det er definert ovenfor i stedet for det to-sjikts-avskjermingspapir som tidligere er diskutert. Ved bruk av et avskjermingspapir i henhold til den ovenfor angitte definisjon er det f.eks. oppnådd en verdi på 115 MV pr. m for den maksimale elektriske påkjenning ved overslag i isolasjonen i en oljefylt kabel i hvilken det ved bruk av en avskjerming som var laget av det tidligere to-sjiktspapir kun var mulig med en verdi på 100 MV pr. m. Lign-ende forbedringer er funnet i den dielektriske fasthet for fre-kvens og spenning, og en økning på fra 43 MV pr. m til 52 MV pr. m er karakteristisk. It has now been found that a significantly higher impulse dielectric strength is achieved in the insulation of electric cables where the shielding is formed by a shielding paper as defined above instead of the two-layer shielding paper previously discussed. When using a shielding paper according to the above definition, it is e.g. achieved a value of 115 MV per m for the maximum electrical stress in case of flashover in the insulation in an oil-filled cable in which, using a shield made of the former two-layer paper, a value of 100 MV per m. Similar improvements have been found in the dielectric strength for frequency and voltage, and an increase of from 43 MV per m to 52 MV per m is characteristic.

Imidlertid er en større forbedring funnet med henblikk på kraftfaktoren. Et viktig forsøk som gjennomføres på However, a greater improvement is found with regard to the power factor. An important experiment being carried out on

en oljefylt kabel etter fremstillingen er en sammenligning av kraftfaktoren når den måles ved halv, hel eller dobbelt arbeidsspenning; helst bør kraftfaktoren stige så lite som mulig ved økning av spenningen. Ved kabler med avskjerminger som er laget av papir ifølge det ovenfor definerte, ble det funnet en meget vesentlig forbedring idet at kraftfaktoren er noe mindre ved halv arbeidsspenning og at den stiger meget mindre når spenningen økes til dobbelt arbeidsspenning, sammenlignet med kabler av det tidligere to-sjiktspapir. For eksempel oppnås på 66 KV oljefylte kabler ved halv, helt og dobbelt arbeidsspenning kraftfaktorverdier pa 23 x 10 , 27 x 10 og 32 x 10 ved rom-temperatur i kabler med de tidligere to-sjiktspapirer, mens tilsvarende verdier på 21 x 10 -4 , 22 x 10 -4 og 24 x 10 -4 oppnås i identiske kabler med avskjerminger som er laget av papir i henhold til det som er definert ovenfor. an oil-filled cable after manufacture is a comparison of the power factor when measured at half, full or double working voltage; ideally, the power factor should rise as little as possible when increasing the voltage. In the case of cables with shields made of paper as defined above, a very significant improvement was found in that the power factor is somewhat smaller at half the working voltage and that it rises much less when the voltage is increased to double the working voltage, compared to cables of the previous two - layered paper. For example, on 66 KV oil-filled cables at half, full and double working voltage, power factor values of 23 x 10 , 27 x 10 and 32 x 10 are achieved at room temperature in cables with the previous two-layer papers, while corresponding values of 21 x 10 -4 , 22 x 10 -4 and 24 x 10 -4 are obtained in identical cables with shields made of paper as defined above.

Det er nå funnet at de forbedringer som er anført ovenfor økes hvis tettheten i det isolerende sjiktpapir ikke er mindre enn 1,0 g/cm^. Por eksempel ligger typiske verdier for tettheten i papiret i det isolerende sjikt, hvilket papir er fremstillet og prøvet eksperimentelt, i området fra 1,1 til 1,2 g/cm^ sammenlignet med en vanlig tetthet på 0,84 til 0,90 g/cm^ slik det er angitt tidligere for halvledende sjikt. It has now been found that the improvements listed above are increased if the density of the insulating layer paper is not less than 1.0 g/cm 2 . For example, typical values for the density of the paper in the insulating layer, which paper has been produced and tested experimentally, are in the range from 1.1 to 1.2 g/cm^ compared to a common density of 0.84 to 0.90 g /cm^ as indicated earlier for the semiconducting layer.

Videre ligger f.eks. også typiske verdier for impermeabeliteten i det isolerende sjikt i papirer som er fremstillet og prøvet eksperimentelt innen området fra. 200 x 10 g til 750 x 10^ E.U., mens en verdi så høy som 2000 x lO^E.U. er mulig (i hvilket tilfelle tettheten bør være så høy som 1,31 g/cm^). Typiske verdier for tettheten og impermeabeliteten i det ferdige avskjermingspapir i slike papir som er laget og prøvet eksperimentelt ligger i området fra 1,0 ti 1,15 g/cm^ og fra 100 x 10^ til 300 x 10^ E.U., mens verdier på 1,25 g/cm^ henholdsvis 1000 x 10 6 E.U. er mest fremherskende hvor det isolerende sjikt har de høyeste tetthets- og impermeabelitetsverdier som er angitt ovenfor, selvom en impermeabelitet så lav som 5 x 10^ E.U. også er mulig'der de to sjikt er av lavere impermeabelitet. Typisk for papirer som er fremstillet og prøvet eksperimentelt er en tykkelse på minst 0,025 mm i hvert sjikt og med en totalt tykkelse i det ferdige papir som ikke overskrider 0,20 mm og et forhold mellom tykkelsene i de to sjikt som ikke overskrider 1 til 3 (uansett oppstilling). Foretrukne verdiområder er fra 0,030-0,080 mm for tykkelsen i hvert sjikt og fra 0,050-0,140 mm for den totale tykkelse i det ferdige par, samt fra 0,5 til 2 for forholdet mellom tykkelsene i det halvledende og det isolerende sjikt. Furthermore, e.g. also typical values for the impermeability of the insulating layer in papers that have been produced and tested experimentally in the area from. 200 x 10 g to 750 x 10^ E.U., while a value as high as 2000 x 10^ E.U. is possible (in which case the density should be as high as 1.31 g/cm^). Typical values for the density and impermeability of the finished screening paper in such papers that have been made and tested experimentally lie in the range from 1.0 to 1.15 g/cm^ and from 100 x 10^ to 300 x 10^ E.U., while values of 1.25 g/cm^ respectively 1000 x 10 6 E.U. is most prevalent where the insulating layer has the highest density and impermeability values indicated above, although an impermeability as low as 5 x 10^ E.U. is also possible where the two layers are of lower impermeability. Typical for papers that have been produced and tested experimentally is a thickness of at least 0.025 mm in each layer and with a total thickness in the finished paper that does not exceed 0.20 mm and a ratio between the thicknesses in the two layers that does not exceed 1 to 3 (regardless of arrangement). Preferred value ranges are from 0.030-0.080 mm for the thickness in each layer and from 0.050-0.140 mm for the total thickness in the finished pair, as well as from 0.5 to 2 for the ratio between the thicknesses in the semi-conducting and insulating layers.

Det er åpenbart fra de forskjellige tall som er angitt ovenfor at de to sjikt, har meget ulike egenskaper både med henblikk på tetthet og impermeabelitet, men slik de er nevnt ovenfor, er dette idag mulig på grunn av. de forbedrede papirfremstillingsteknikker som kan anvendes. Videre har det isolerende papirsjikt ofte en meget høy tetthet, og dette oppnås karakteristisk ved superkalandering av det ferdige produkt. It is obvious from the different numbers stated above that the two layers have very different properties both in terms of tightness and impermeability, but as mentioned above, this is possible today because. the improved papermaking techniques that can be used. Furthermore, the insulating paper layer often has a very high density, and this is characteristically achieved by super calendering the finished product.

Ved fremstilling av avskjerminger i elektriske kabler, vikles det ovenfor angitte papir i båndform rundt led- When producing shielding in electrical cables, the above-mentioned paper is wound in ribbon form around the

eren på overlappet måte med det halvledende sjikt mot og i kon- er in an overlapped manner with the semiconducting layer towards and in con-

takt med lederen eller, for den ytre avskjerming, rundt isola- in step with the conductor or, for the external shielding, around the insulation

sjonen med det isolerende sjikt mot isolasjonen. the connection with the insulating layer against the insulation.

Claims

1. Electric cable comprising a conductor, an insulating

end layer placed around the conductor and at least one shielding layer that is placed between the conductor and the insulating layer and/or around the insulating layer, where the shielding layer comprises a strip of paper wound in an overlapping manner, the paper strip comprising two layers bound together, of which a layer is semi-conductive and the other is electrically insulating, and where the paper tape is wound with the insulating layer against the cable's insulating layer, characterized in that the impermeability of the insulating layer in the paper tape is at least 20 x 10^ Emanueli units.

2. Paper tape for use in the production of the shielding layer in the electric cable according to claim 1, which paper tape comprises two layers, one semi-conductive and the other electrically insulating, characterized in that the impermeability of the insulating paper layer is at least 20 x 10g Emanueli units.

3. Paper tape according to claim 2, characterized in that the density of the insulating paper is not less than 1.0 g/cm^.

4. Paper tape according to claims 2 and 3, characterized in that the impermeability of the insulating paper layer is in the range 200 x 10^ to 750 x 10^ Emmanuel units.

5. Paper tape according to any one of claims 2-4, characterized in that the total density lies within the range 1.0 to 1.15 g/cm.

6. Paper tape according to any one of claims 2-5, characterized in that the total impermeability lies within the range of 100 x 10 6 to 300 x 10 6 Emmanuel units.

7. Paper tape according to claim 2, characterized in that the thickness of each of the layers lies within the range 0.030 to 0.080 mm.

8. Paper tape according to claim 75, characterized in that the ratio between the thickness of the semi-conductive layer and the insulating layer lies within the range 0.5 to 2.