NO142950B - Varmekrympbar, sammensatt muffe for anvendelse i hoeyspent-teknikken - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører varmekrympbare muffer for anvendelse i forbindelse med høyspente elektriske kretser, særlig kraftledninger eller kabler, transformatorer eller bryteranordninger.

Varmekrympbare plastmuffer har tidligere vært anvendt for isolasjon og beskyttelse av elektriske kabler, spesielt ved skjø-ter mellom to kabler, eller hvor en kabel forbindes med en annen komponent. I den senere tid er muffer som er egnet for anvendelse i høyspentteknikken blitt gjort varmekrympbare, se eksempelvis britisk patent 1.284.082 og US patent 3.582.457. Slike materialer kan inneholde en elastomer, en krystallinsk polymer og et antikry-pestrømsstoff, eksempelvis aluminiumoxydhydrat, jfr. britisk patent 1.303.432.

Muffer som er egnet for høyspent-teknikken må kunne anvendes i forbindelse med kabler som står under spenninger på over 1 kV. For å være egnet for slike anvendelser må muffene enten ik-ke nedbrytes under de elektriske påkjenninger, eller bare nedbrytes langsomt og på kontrollert måte. Ytterligere må muffene ha slike dimensjoner at de kan utsettes for slike påkjenninger.

Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse er en varmekrympbar, sammensatt muffe for anvendelse i høyspent-teknikken, omfattende et ytre, varmekrympbart, hylseformet element (52) på basis åv fornettet polyolefin og/eller fornettet olefin-copolymer, og et indre hylseelement (54) av elastomert materiale, hvilken muffe er kjennetegnet ved at det indre.hylseelement (54) holdes i utvidet (strukket) tilstand ved å fastholdes av det ytre element (52), idet der innvendig i muffen kan være anordnet et ytterligere hylseformet element (53) som har en viss elektrisk ledningsevne, men hvis aksiale utstrekning er mindre enn de to øvrige elementers (52 og 54) aksiale utstrekning.

Muffen kan også omfatte andre lag med egnede egenskaper, f.eks. motstandsdyktighet mot oppløsningsmidler som kan erholdes eksempelvis ved anvendelse av en fluorpolymer, en nitrilpolymer,

en acrylatpolymer, en klorholdig polymer, eksempelvis PVC eller klorert polyethylen, eller barriereegenskaper mot vanndamp som kan erholdes ved anvendelse av copolymerer av vinylidenklorid, eller en copolymer av ethylen og monoklortrifluorethylen, og/eller de to j nødvendige lag (52 og 54) kan inneholde andre tilsetningsmidler som måtte være ønsket i spesielle tilfeller.

I en kontinuerlig, isolert høyspenningskabel er det elektriske felt jevnt langs kabelens akse, og der er kun variasjon i den radielle retning. Avstanden mellom de elektriske flukslinjer og de ekvipotensiale linjer er mindre i nærheten av lederen enn andre steder ifølge formelen:

hvor Ex er den elektriske feltstyrke (electrical stress) ved punk-tet x i volt/cm

x = avstanden i cm fra kabelens sentrum

Vo = påført spenning i volt

R = kabelens radius over isolasjonen, cm

r = radius av kabelens leder, cm

Således er feltstyrken en funksjon av kabelens geometri, og i praksis må den valgte isolasjonstykkelse være tilstrekkelig til å bibeholde feltstyrker på akseptable nivåer for det aktuelle dielektrikum.

Når en slik kabel avsluttes, fjernes det beskyttende lag eller isolasjonen i slik avstand at elektrisk sammenbrudd langs overflaten av isolasjonen til skjermingen eller det omliggende beskyttende lag ikke kan finne sted. Denne fjernelse forårsaker en diskontinuitet i det elektriske felt, slik at der er en kraftig elektrisk påkjenning (et kraftig elektrisk felt) ved enden av denne skjerm eller omliggende beskyttelseslag. For å avlaste det elektriske felt og således forhindre sammenbrudd i kabelen har flere fremgangsmåter vært utviklet. Blant disse kan nevnes anvendelse av isolerende belegg og ikke lineære bånd. Av disse er anvendelse av feltreguleringsmuffer den mest populære metode. Disse forlen-ger kabelens skjerming ved anvendelse av et ledende materiale såsom metalltråd, metallfolie eiler metallbånd på endel av muffens overflate. Muffene kan være fremstilt av bånd av plast eller pa-pir, epoxyharpikser, gummi etc. De utvider kabelens diameter ved skjøten og nedsetter den elektriske påkjenning. De krever således betydelig rom over og under kabelens diameter, og krever vanligvis faglig dyktighet og tid under kabelens montering.

Forhåndsfremstilte muffer av den type som skyves på plass, kan også anvendes, men da må både kabelen og muffen lages med snever toleranse for å oppnå optimal tilpasning. Der har også vært foreslått å fremstille reguleringsmuffer ved å bygge opp lag av forskjellige lengder av varmekrympbare rør, men en slik frem-gangsmåte er meget tidkrevende,og der kan opptre hulrom mellom la-gene (jfr. DE-off.skrift 1.590.553).

Der har også vært foreslått (se US patent 3.317.655) å anvende en varmekrympbar feltreguleringsmuffe. Imidlertid oppstår der en fundamental vanskelighet ved anvendelse av kjente krympbare muffer, nemlig at de har et meget tykt tverrsnitt, ofte flere cen-timeter, og følgelig er krympetiden meget lang. Dette skyldes den dårlige varmeledningsevne hos polymeren, og som følge av dette er det vanskelig å garantere at montørene under feltarbeide vil krympe slike muffer fullstendig. Det vanskeligste sted å krympe er vanligvis midten, da denne er den tykkeste del, og da de to ender krymper raskere, vil der ofte dannes hulrom i midten, hvilket forårsaker brudd ved enden. En muffe ifølge foreliggende oppfinnelse er imidlertid meget lett å anvende.

Som elastomerer som anvendes i det indre hylseelement (54) kan eksempelvis nevnes ethylen/propylen-gummier (70 % ethylen og 30 % propylen), silicon- og fluorsilicongummier, klorsulfonert polyethylen, polyacrylatgummier, polyester/polyethergummier, natur-gummi, podede copolymerer av naturlig gummi og methylmethacrylat, og blokkcopolymerer av ABA typen, og termoplastiske polyurethaner. Der kan også nevnes oljedrøyede ethylen/propylen/dien-monomer-ter-polymerer (EPDM), spesielt av den nafthenolje-holdige type, poly-butadien, styren/butadien-gummi, klorerte polyethylener, nitril-gummier, spesielt de inneholdende 20 - 40 vekt% klor, samt mono-ethylsilicon-elastomerer, og fluor-elastomerer. Elastomeren kan inneholde fyllstoffer eller andre tilsetningsmidler, eksempelvis aluminiumoxydhydrat eller aluminiumoxydhydratovergangsmetalloxyd, slik som åpenbart i tysk utlegningsskrift nr. 2.050.581, siliciumcarbid, behandlede eller ubehandlede leirer eller kjønrøk.

Laminatet ifølge oppfinnelsen muliggjør at materialer med høyt innhold av fyllstoff, såsom siliciumcarbid, kan gjøres varmekrympbare og allikevel bibeholde gode fysikalske egenskaper, såsom forlengelse ved brudd og strekkfasthet.

Som fornettet materiale for det ytre hylse-element (52), altså polyolefiner og olefin-copolymerer, kan nevnes polyethylen, ethylencopolymerer, f.eks. ethylen/methyl- eller ethylacrylat-copolymerer og ethylen/vinylacetat-copolymerer, inneholdende mindre enn 20 % vinylacetat.

De to deler kan forbindes ved hjelp av et passende klebemiddel, som f.eks. kan bestå av 47,5 vekt% ethylen/vinylacetat/ carboxylsyre-terpolymer, 47,5 % ethylen/ethylacrylat-copolymer og 5 % kjønrøk. Egnede klebemidler kan også inneholde et organisk peroxyd såsom tertiært butylperoctoat eller dicumylperoxyd i forbindelse med en polymeriserbar, flerumettet monomer, såsom trimeth-ylolpropan-trimethacrylat, ethylenglycoldimethacrylat eller tri-allylcyanurat. Huffen kan alternativt formes på slik måte at en direkte intim binding erholdes. Hvis man støper den elastomere hylse i en passende form, kan ikke-elastomeren tilføres i smeltet tilstand til den ønskede overflate av elastomeren slik at denne effektivt varmeforsegles til elastomeren, og fornettingen (tverr-bindingen) foretas ved hjelp av kjemiske tilsetningsmidler eller bestråling under eller efter dette trinn.

I tilfelle av støpning, spesielt hvis bestanddelene for-nettes ved hjelp av organiske peroxyder, er et klebemiddel vanligvis ikke nødvendig, men adhesjonen forbedres hvis der påføres en primer på overflaten før støpningen av det neste lag. Egnede pri-mere er peroxysilaner og vinyl- og methacrylatsubstituerte silaner. Alternative behandlingsmåter er mekanisk slipning, koronautlad-ning eller kjemisk etsing.

Den mest egnede metode vil naturligvis være avhengig av arten av de to materialer som skal sammenføyes.

Muffen kan gjøres varmekrympbar ved å varmes til myk-ningspunktet eller krystallitt-smeltetemperaturen for polymeren i den ytre hylse/utvides, f.eks. over en dor, og holdes i utvidet tilstand mens den avkjøles til under den nevnte temperatur.

Muffen kan også fremstilles ved at man former et rør av den elastomere del og utvider denne over en dor ved romtemperatur. En eventuell overflatebehandling (såsom klobemiddelpåføring) ut-føres derefter, og et varmekrympbart rør (52) får delvis trekke seg sammen over den utvidede elastomere del. Kombinasjonen får avkjøle seg og løsnes derefter fra doren. Ved fornyet oppvarmning over det substrat som skal belegges, vil den varmekrympbare del både mykne, og således muliggjøre at den elastomere del trek-ker seg sammen og selv krymper tilbake til sine naturlige dimensjoner.

Et foretrukket materiale for det indre hylse-element er en oljedrøyet ethylen/propylen-gummi inneholdende et silanbehand-let leirefyllstoff.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen:

Eksempel 1

Følgende komponenter for fremstilling av en elastomer ble blandet:

Av dette støpte man et indre hylse-element med en veggtykkelse på ca. 14,7 mm i en pinneform (stiftform), og den følgen-de blanding ble støpt på den ytre overflate slik at man fikk en total veggtykkelse på 18 mm.

Den sammensatte muffe ble derefter oppvarmet og utvidet i forholdet 2:1 (indre tverrsnitt) og avkjølt i denne tilstand. Muffen beholdt sin form inntil den igjen ved oppvarmning krympet til sitt opprinnelige tverrsnitt. Det bør bemerkes at det ytre, tynne lag (3,3 mm) var tilstrekkelig til å hindre det tykke, indre lag (14,7 mm) i å gå tilbake til de opprinnelige dimensjoner. (De angitte dimensjoner henfører seg til den opprinnelige, ikke utvidede form).

Eksempel 2

En indre hylse med ikke-lineære (elektriske) egenskaper ble fremstilt fra den følgende elastomerblanding:

Blandingen ble fremstilt i en dobbeltvalse-laboratorie-mølle og støpt til et rør med en lengde på 100 mm, indre diameter 20 mm og veggtykkelse 2 mm ved herdning i en oppvarmet form ved 200°C i 10 minutter.

En krypestrønsresistent ytre hylse ble fremstilt på føl-gende måte:

Dette ble støpt til et rør med de samme dimensjoner som angitt ovenfor.

Det første rør ble utvidet ved romtemperatur ved å innføre en PTFE-dor med diameter på 40 mm. Det annet rør ble utvidet ved 150UC på tilsvarende måte, med den unntagelse at doran hadde en diameter på 50 mm. Efter utvidelsen ble røret og doren avkjølt ved å senkes i koldt vann i 5 minutter, hvorefter røret ble løsnet fra doren.

Det krypestrømresistente ytre rør ble festet til det før-ste ved krympning over dette, som først var omviklet et lag med klebende bånd. Dette bånd var fremstilt av de følgende bestandde-ler:

Krympningen ble utført i en ovn ved 150°C i 15 minutter. Efter denne operasjon ble doren med det nu laminerte rør avkjølt i koldt vann 5 minutter. Det ble tatt av doren og hadde da en diameter på ca. 36 mm. Dette sammensatte rør (hylse) ble derefter krympet under anvendelse av en propangassblåselampe på en høyspent kabel (95 mm 2, 20 kV, diameter over isolasjonen 26 mm).

Eksempel 3

Et første rør ble fremstilt som angitt for det første rør ifølge eksempel 2. Det støpte rør og en sentral kjerne (som var lengere enn r<Jret) ble derefter overført til en annen form,

og et nytt rør ble støpt over dem. De totale dimensjoner for dette ytre rør var: lengde 130 mm, veggtykkelse 3 mm (unntagen hvor det dekket det første rør, hvor veggtykkelsen var 1 mm).

Det ytre rør ble fremstilt av:

Blandingen ble foretatt i en dobbeltvalset mølle som beskrevet i eksempel 2, og ble der herdet ved 190°C i 12 minutter. Det sammensatte rør ble derefter utvidet på en "PTFE"-dor med diameter 45 mm ved 150°C. Efter avkjøling ble doren fjernet, og der ble erholdt et formstabilt rør som kunne krympes ved oppvarmning.

Eksempel 4

En skjøt for anvendelse mellom to høyspenningskabler, i det vesentlige med tilsvarende dimensjoner som angitt i fig. 7 og 8, ble fremstilt på følgende måte: Et ledende elastomert silicon-rør ble støpt av den følgende blanding :

Støpebetingelsene var 7 minutter ved 170°C. Røret var 130 mm langt med en veggtykkelse på 2 mm og indre diameter på 16 mm, og ble ikke fjernet fra støpekjernen på dette trinn.

De fysikalske egenskaper for den ledende siliconelastomer ble målt på en prøveplate fremstilt av den samme blanding:

Det indre rør ble pusset og avfettet efter støpning, og et spesialklebemiddel ble påført. Det ble derefter innført i en annen form, og et isolerende rør av en siliconelastomer ble støpt rundt det. Denne bestod av:

Støpeoperasjonen ble utført ved 170°C i 20 minutter. En varmekrympbar, elektrisk ledende hylse ble fremstilt som beskrevet senere (under henvisning til fig. 7 og 8), og utvidet. Innsiden av denne hylse samt yttersiden av det isolerende elastomere rør ble avfettet, og en 30 %'s xylenoppTØsning av et katalysert silicon-lim ble påført. Dette belegg fikk tørke ved 60°C i 12 timer. Det ledende, ytre hylseelement ble derefter krympet på de to indre lag under anvendelse av en propangassflamme. Trelagsla-minatet ble derefter innført i en form og herdet ved 200°C i 30 minutter under trykk. Det kunne da utvides ved 150°C og avkjøles til romtemperatur i denne tilstand, hvorved der ble erholdt et metastabilt, utvidet laminat. Laminatet ble krympet på en 20 kV høyspentkabel, som beskrevet i eksempel 2, ved hjelp av en gassflamme i 90 sekunder.

Eksempel 5

Et bestrålingstverrbundet poly-buten-1 rør som var 100 mm langt og hadde en indre diameter på 20 mm og en veggtykkelse på 2 mm.ble grunnat på den indre overflate. Det grunnede rør ble anbragt i en form, og et lag av ethylen/propylen-gummi med veggtykkelse på 2 mm ble stø<p>t på innsiden under dannelse av et laminat. Denne støpeblanding svarer til blandingen ifølge eksempel 2 med den unntagelse at 150 vektdeler malt talkum ble anvendt i stedet for 300 deler siliciumcarbid.

Laminatet ble herdet ved o<p>pvarmning av støpeformen til 200°C i 10 minutter. Det således fremstilte laminatrør ble tatt ut av formen og umiddelbart derefter utvidet mens det fremdeles var varmt, på en PTEE-dor med diameter på 40 mm og fikk avkjøles på doren. Efter fjerning fra doren beholdt laminatrøret (muffen) sin utvidede form ved romtemperatur. For å demonstrere effekti-viteten av denne muffe anbragte man den over en høyspentkabel (95 mm, 20 kV, diameter over isolasjon 25 mm) og krympet den under anvendelse av en gassflamme. Laminatrører krympet tett over isolasjonen .

Som vist på fig. 7 er lederne 51 og 51 og 51 i kablene (ikke vist) endeforbundet på konvensjonell måte og dekket av en muffe, indikert generelt med henvisningsnummeret 52, erholdt ved varmekrympning av en muffe ifølge foreliggende oppfinnelse, og omfattende en elektrisk ledende, elastomer hylse 53, et elektrisk isolerende, elastomert indre element 54, som i krympet tilstand generelt har rørformet konfigurasjon, men hvor de ytre veggender er avskrfmende ved hver ende 55, 55, og en elektrisk ledende, yt-re, fornettet kappe 56, med i det vesentlige konstant veggtykkelse.

Den i fig. 8 viste muffe er i det vesentlige lik den ifølge fig. 7, hvor kabelendene 51, 51 er forbundet ved hjelp av det påkrympede element 57. Muffens 52 ender er omkapslet av hyl-sene 58, 58. (Sådan krympning over endene av en muffe er kjent, se detaljene 9 og 10 i figurene i..DE-of f. skrif t 1.590.553).

Passende dimensjoner for muffen er:

Skjøten har de følgende elektriske egenskaper:

1. Dimensjonert spenning: 11,6 kV i forhold til jord

2. Minimum ekspandert indre diameter: 35 mm 3. Maksimal gjenvunnet ("recovered") indre diameter: 20 mm 4. 5pC påbegynnende (:'inception" ) utladningsspenning: 35 kV 5. Toppspenninger over 145 kV, positiv og negativ polaritet. (Sammenbrudd fant sted ved 220 kV). 6. 4 5 kV vekselspennings levetidsprøve: motstår 80 timer uten noen ødeleggelse av overslagsegenskapene.

Som foretrukne materialer kan nevnes:

Skjøten ble fremstilt ved å støpe innlegget, støpe det indre lag over innlegget og varmekrympe det på forhånd utvidede ytre lag på det indre lag under anvendelse av et bindemiddel som kan være et peroxyd eller et klebemiddel.

I fig. 9 og 10 er vist muffer ifølge foreliggende oppfinnelse, som kan anvendes ved kabelavslutninger hvor det er ønske-lig å tilknytte en kabel, spesielt høyspenningskabel, til appara-ter, såsom transformatorer eller bryteranordninger.

Som vist i fig. 9 har kabelens sentrale leder 101 en isolasjon 102 og en ytre skjerm 103, og en ytre kappe 111 er forbundet med lederen 110 som utgår fra en transformator eller et bry-terhus 104. Detaljer vedrørende forbindelsen er utelatt. Også utgående fra huset 104 er en epoxyharpiksbøssing 105 gjennom hvilken lederen 110 fører. En kappe generelt betegnet med henvisnings-nummer 106, konstruert ifølge foreliggende oppfinnelse, omfatter en isolerende elastomerkom<p>onent 107, et ledende, varmekrympbart lag 108, som når- kappen er i utvidet tilstand, holder den elastomere komponent 107 i strukket tilstand. Inne i den sentrale del av den elastomere komponent 107 er et skjøteelement 109.

I fig. 10 er kabelavslutningen og epoxybøssingen som vist i fig. 9, og tilsvarende deler er nummerert på tilsvarende måte. Den viste kappe omfatter et elastomert, spenningsreguleren-de element 112, en ytre fornettet termoplast 113 fortrinnsvis av krypestrømresistent plast. Kappen er krympet over avslutningen med elementet 112 anordnet over endene av skjermen 103 og over endel av isolasjonen 102. I det tilfelle hvor kabelen innføres langs en linje parallell med komponentens vegg, kan man anvende muffer som ellers tilsvarer fig. 9 og 11, idet de er bøyet i rett vinkel på et passende sted.

Som det kan sees, er muffen ifølge foreliggende oppfinnelse meget anvendbar for isolering og omslutning av høyspennings-avslutninger åv alle typer og former, idet den om så ønskes, utvi-ser antikrypestrømegenskaper og andre fordelaktige elektriske

egenskaper.

Claims (1)

1. Varmekrympbar, sammensatt muffe for anvendelse i høy-spentteknikken, omfattende et ytre, varmekrympbart, hylseformet

   element (52) på basis av fornettet polyolefin og/eller fornettet olefin-copolymer, og et indre hylseelement (54) av elastomert materiale, karakterisert ved at det indre hylseelement (54) holdes i utvidet (strukket) tilstand ved å fastholdes av det ytre element (52) , idet der innvendig i muffen kan være anordnet et ytterligere,, hylseformet element (53) som har en viss elektrisk ledningsevne, men hvis aksiale utstrekning er mindre enn de to øvrige elementers (52 og 54) aksiale utstrekning.