NO156468B - Elektrisk kabel som er beskyttet mot fuktighet. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk kabel som er beskyttet mot fuktighet og isolert med plast, spesielt for overføring av høye spenninger, med en leder eller ledertau som er bygget opp av gjennomgående enkeltelementer.

I nyere tid er det blitt utført tallrike undersøkelser innen teknikken med det mål å kunne forklare skader i isolasjonen for elektriske plastkabler som åpenbart er forårsaket av vannansamlinger ("water trees") og å kunne treffe forholdsregler for å unngå disse kabelskader. Det finnes også et til-svarende antall publikasjoner som beskriver veksten av disse små "vanntrær" og fremsetter forslag angående eventuelt hvorledes slike forekomster som virker forringende på kabelens levealder, skal kunne unngås.

Alle hittidige undersøkelser forutsetter at fuktighet først kommer inn i isolasjonen. En diffusjon av fuktighet kan av og til finne sted allerede under ferdigfremstillingen av kabelen, f.eks. ved fornettingen ved innvirkning av vanndamp ved kontinuerlig fremføring gjennom en kjedelinje (CV-anlegg), eller under bruk, f.eks. ved beskadigelse av en metallmantel eller ved diffusjon av vanndamp gjennom den ubeskadigede plastmantel. Under innvirkning av de elektriske feltstyrkersom hersker under bruk, vil da de kjente vanntrær kunne dannes hvis stadige vekst til slutt kan føre til elektrisk gjennomslag og helt til slutt til ødeleggelse av kabelen. En ødeleggelse av kabelen kan imidlertid også opp-stå ved at fuktighet, som vann, som befinner seg i kabelledningen eller som under bruk kan komme inn i kabelledningen, fører til korrosjon på grunn av en elementdannelse mellom ledermaterialet og lederutglattingen,dvs. det indre ledende skikt. Aluminiumledere som er omgitt av sotholdige, ledende skikt er spesielt utsatt.

For å løse problemet med å hindre inntrengning av fuktighet utenifra og inn i isolasjonen er det allerede blitt fremsatt tallrike forslag. Således er metalliske avskjermninger i form av metallbånd som er lagt rundt kabelkjernen kjent (US patentskrift 4145567) så vel som isolasjoner med diffu-sjonsfeller som er rettet innenfra og utad (vest-tysk tilgjengeliggjort patentsøknad 2754336), eller vannabsorberende skikt over isolasjonen (vest-tysk tilgjengeliggjort patent-søknad 2737108). Selv om den ene eller den annen løsning også i virkeligheten hindrer en diffusjon av vann eller i det minste sterkt hemmer denne, er det imidlertid her ikke tatt hensyn til at fuktighet også kan komme inn i isolasjonen innenifra, dvs. via lederen som sådan, og der føre til de nevnte skader.

På den annen side er det allerede blitt tenkt på at spesielt ledertau for elektriske kabler og som er bygget opp av enkelttråder, kan tjene som "vannledninger", dvs. at de kan gjøres ansvarlige for transport av fuktighet over den samlede kabellengde. For å avhjelpe dette problem, dvs. å begrense vanntransporten, er de fra kommunikas.jonskabél-teknikken kjente forseglingsmetoder blitt tilgrepet og tilpasset for en avsnittsvis forsegling av energioverførings-kabler.

I denne forbindelse skal det vises til en kjent frem-gangsmåte (vest-tysk utlegningsskrift 2154749), hvor en høy-spenningskabels innvendige leder som er utformet som en snorleder, med jevne avstander er forsynt med et lukket tverrsnitt av et metallisk materiale. En annen kjent skottinn-deling av lederen er basert på å anordne korker av et for-nettet, gummielastisk materiale i avstand langs ledertauet, hvorved den aksiale lengde er liten i forhold til den aksiale avstand til korkene som er anordnet efter hverandre langs ledertauets lengde (vest-tysk tilgjengeliggjort patent-søknad 2808438) . Disse forholdsregler gjør det praktisk talt umulig for fuktighet å vandre langs kabelen, men fuktighet som befinner seg i lederen og som skriver seg fra fremstillingen av denne, f.eks. også kondensasjonsvann, kan fremdeles komme inn mellom stoppestedene i det indre lederskikt og til slutt inn i isolasjonen, hvorved svake steder som preferensielt dannes på grunn av de høye felt-styrker i lederens nærhet, vil befordre vekst av tr#r i isolasjonen og lederskiktet.

Det tas derfor ved oppfinnelsen først og fremst sikte på å tilveiebringe en mulighet for å redusere risikoen for at Vanntrær"skal kunne dannes. Det skal samtidig sørges for at mulige elementdannelser på grunn av forskjellige materialkombinasjoner ved oppbygningen av kabelen skal kunne

unngås.

Denne oppgave løses ved hjelp av kabelen ifølge oppfinnelsen som er av den type som er angitt i krav l's ingress og er særpreget ved de i krav lfs karakteriserende det angitte trekk.

Den over kabelkjernen nedtrukkede hylse hindrer en opp-kuvning av enkelttrådene for f.eks. et ledertau under frem-stillingsprosessen og sørger samtidig for at fuktigheten ikke lenger kan trenge inn i isolasjonen hhv. i det indre lederskikt fra lederen. Denne er forseglet over sin samlede lengde, og ved monteringen behøver ytterligere arbeidsinnsats, som ved fjernelse av forseglingsmidler på tilkoblings-eller forbindelsesstedene, ikke lenger å utføres. Hylsen er trukket ned slik at den hviler på ledertauet og lederen virker derfor fordelaktig som en støtte for et rør.

Det er riktignok i og for seg kjent (vest-tysk patent-søknad p 53697D av 2. september 1949) å fremstille lederen for en trykkgasskabel slik at den består av en taukjerne av aluminiumtråder med en sømløs aluminiumhylse, men dette har til formål å utjevne det elektriske felt for å unngå corona-utladninger på overflaten av og korrosjon på taukjernen. En ytterligere kjent metode (britisk patentskrift 757745), hvor .frittledningstau påføres en lukket hylse av et sveiset metallbånd, tjener i det vesentlige det samme formål.

Til sammenligning hermed angår den foreliggende oppfinnelse slike energioverføringskabler som over lederen er forsynt med ekstruderte skikt for å utjevne det elektriske felt (lederskikt) overfor isolasjonen og som ifølge nyere er-kjennelse er ømfintligeoverfor innvirkning av fuktighet og derfor må beskyttes for å sikre den forventede driftssikker-het, spesielt når høye driftsspenninger er beregnet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er materialet for den lukkede hylse det samme som materialet for lederen eller ledertauet. Således er kobber eller en egnet kobber-legering det anvendte materiale for om-hyllingen dersom enkeltelementene, f.eks. enkelttrådene for et ledertau, består av kobber. På den annen side vil det anvendes en hylse av aluminium dersom ledertauet er frem-stilt av aluminium eller en aluminiumlegering. Selvfølgelig er også belagte tråder eller hylser egnede, f.eks. av aluminium og kobber, dersom det foreligger spesielle behov for dette, som materialbesparelsesbehov eller vektreduksjons-behov.

Spesielle fordeler, og spesielt også hva gjelder leder-tverrsnittets stabilitet og lignende, fås ifølge oppfinnelsen når hylsen er presset slik at den ligger meget tett an mot flertrådsledertauet. Derved utelukkes risikoen for at den

stengte hylse skal kunne knekke ved fremstilling av kabelen og ved de dermed forbundne viklingsoperasjoner. Dette gjelder spesielt fordi hylsen som sådan utgjør en del av lederen eller ledertauet. Den lukkede hylse fører da samtidig til en utjevning av det elektriske felt. I denne forbindelse er det spesielt gunstig at hylsen i det minste erstatter det øverste lag av lederen eller ledertauet. Derved fås et kompakt, mekanisk stabilt ledertau med gode bøye-og monteringsegenskaper og som tillater transport av vann i lengderetningen, men som ute-lukker beskadigelse- av isolasjonen.

Det skal også nevnes at anvendelsen av den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til konsentrisk oppbyggede ledertau, men at også formledere som sammen danner et tau, kan være omgitt av den lukkede metallhylse. Det er fordelaktig f.eks. å anvende aluminiumsektorer med større tverrsnitt og som sammen danner et tau, sammen med metallhylsen.

Ifølge en ytterligere fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er lederens diameter mindre enn diameteren for en leder med sanme ;motstand i et flertrådstau. Derved sikres det at den spesielle skiktoppbygning for den angjeldende kabel, dvs. lederskikt, isolasjon, avskjermning og mantel,

kan opprettholdes og at kabelens diameter blir mindre.

Forholdet mellom taukjernens diameter d og veggtykkelsen s for det over denne sveisede rør er av avgjørende betydning for oppbygningen av kabelen ifølge oppfinnelsen. Jo større forholdet d:s er, desto mer er hylsen (røret) tilbøyelig til å danne knekk når lederen bøyes over slike diametre som er vanlige i de enkelte fremstillingstrinn og dessuten ved legging av kabelen og monteringen av denne. Da hylsen på den annen side, f.eks. av korrosjonsgrunner, består av det samme materiale som den tauformige lederkjerne, er den oven-nevnte oppbygning av ledertauet fordelaktig, dvs. at her gjelder relasjonen

hvori F står for den nødvendige samlede tverrsnittsflate for lederen,

F står for kjernens tverrsnittsflate, og

F^ står for hylsens tverrsnittsflate.

For det ledende materiale kobber fås et spesielt egnet ledertau når d:s = 25. Beregningen av veggtykkelsen kan da ifølge oppfinnelsen gjøres ved hjelp av formelen

Dersom ikke kobber, men aluminium, anvendes som leder-materiale, gjelder forholdet d:s = 18, og i overensstemmelse hermed blir veggtykkelsen s

For kabler for høyere spenninger og med vanlig oppbygning av lederen er som regel et ledende skikt, f.eks. ekstrudert eller i. form av bånd, påført på lederens overflate for å utjevne det elektriske felt. Ved den foreliggende oppfinnelse er det mulig å gi fullstendig avkall på et slikt ledende skikt i spesielle tilfeller, slik at arbeidsinnsats og materiale kan spares.

For de tilfeller hvor imidlertid et ekstrudert, ledende skikt skal anordnes over hylsen eller isoalasjonen skal ekstru-deres direkte på hylsen, kan det være gunstig at hylsen er forsynt med ujevnheter, f.eks. i form av forhøyninger eller fordypninger, slik at vedheftningen øker.

Oppfinnelsen er nærmere forklart ved hjelp av de på

Fig. 1 og 2 viste utførelseseksempler.

Ifølge Fig. 1 består for en énåret høyspenningskabel ledertauet l^av kjernén 2 av til tau formede enkelttråder, f..'eks. av kobber, og hylsen 3 består likeledes av kobber. Det nød-vendige samlede tverrsnitt for overføring av en viss energi dannes således av kjernen 2 og hylsen 3, idet hylsen 3 be-

står av et kobberbånd som i lengderetning er blitt bøyet innad slik at det danner et rør og som langs kantene er forsynt med en langsgående sveisesøm, og efter at røret er blitt formet er blitt presset tett mot kjernen 2.

Det innvendige ledende skikt 4 er anordnet over hylsen

og er dekket av isolasjonen 5. Skiktene 4 og 5 er således sikkert beskyttet mot fuktighetsinnvirikning innenfra ved hjelp av den fuktighetstette leder. Det utvendige ledende skikt er betegnet med 6, 7 betegner den vanlige skjerm som her bare er skjematisk antydet, og 8 betegner den utvendige mantel eller kappe som sikrer mekanisk beskyttelse og som består f.eks. av et materiale på basis av polyvinylklorid eller kautsjuk og dessuten er flammemotstandsdyktig.

På Fig. 2 er vist en spesielt rimelig løsning for

f.eks. sektorformige aluminiumledertverrsnitt. De med 9 betegnede massive, formpressede aluminiumsektorledere som i flere år har kunnet anvendes som ledere for lavspennings-kabler uten problemer, danner sammen et tau. Over de taudannende ledere som også kan være oppbygget av taudannende enkelttråder, er den lukkede metalhylse 10 anordnet. Over denne lederkonstruksjon bygges derefter en kabel opp som tilfredsstiller det beregnede anvendelsesformål.

Formlederne som sådanne kan også danne et tau rundt et såkalt støtterør eller en støttespiral når det for store ledertverrsnitt må regnes med strømfortrengning og lederens kjerne ikke bidrar til energitransporten.

Den lukkede hylse som anvendes ifølge oppfinnelsen, byr f.eks. ved anvendelse av tauformige segmentledere som er rimelige å fremstille, også på den fordel at det unngås at det ledende skikt trykkes inn i rommet mellom lederelementene når f.eks. fornettbart polyethylen påføres som isolasjons-

Claims (5)

1. Elektrisk kabel med en over kabelkjernen nedtrukket fuktighetstett hylse (3;10) av et lengdesømsveiset metallbånd , karakterisert ved at kabelkjernen er lederen eller ledertauet (1;9) for en elektrisk energikabel, og den fuktighetstette hylse (3;10) såvel som lederen eller ledertauet (1;9) består av det samme materiale idet hylsen (3;10) samtidig erstatter i det minste det øverste lag av lederen eller ledertauet (1;9) som består av enkeltelementer.

2. Kabel ifølge krav 1 med en hylse (3;10) og lederelementer av kobber, karakterisert ved at hylsens (3;10) veggtykkelse tilnærmet kan uttrykkes ved formelen hvori s betegner hylsens veggtykkelse i mm og F den samlede tverrsnittsflate for lederen i mm2.

3. Kabel ifølge krav 1 med en hylse (3;10) og lederelementer av aluminium, karakterisert ved at hylsens (3;10) veggtykkelse tilnærmet kan uttrykkes ved formelen

4. Kabel ifølge krav 1-3, karakterisert ved at hylsen (3;10) er forsynt med overflateujevnheter for å øke vedheftningen til hylsen av på denne ekstruderte, ledende eller isolerende polymermaterialer.

5. Kabel ifølge krav 1-4, karakterisert ved at ledertauet (1;9) som befinner seg inne i den metalliske hylse (3;10), består av 3-6 metalliske formstrenger som sammen danner et tau.