NO158274B - Anordning ved elektrisk kabelinstallasjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved elektrisk kabelinstallasjon av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Det er velkjent (se f.eks. boken "Power Cables - Their Design and Installation" av CC. Barnes, andre opplag, publisert av Chapman & Hall Ltd. i 1966) at enkjernede kraftkabler er foretrukket fremfor trekjernekabler for slike høye spenninger som 132 kV og må bli benyttet for spenninger i størrelses-orden 200 kV og over på grunn av at det er upraktisk å fremstille trekjernede kraftkabler for slike høye spenninger. Foreliggende oppfinnelse angår enkjernede kraftkabler og deres installasjon og ikke trekjernekabler.

Det har i en tid vært vanlig praksis i Storbritannia, i det minste når det benyttes enkjernekabler for å danne enfaset eller trefaset transmisjonssystem, og jorde metallmantelen til slike kabler ved. flere enn et punkt, vanligvis ved motsatte ender av kabelløpet for å kortslutte induserte mantelspenninger som ellers ville fremkomme som følge av transformatorvirkningen mellom kabellederen og dens mantel. Når kabelmantelen således blir jordet blir de induserte spenningene kortsluttet, men strømmen i mantelen sprer energien som varme, og for å eliminere eller i det minste i betydelig grad redusere denne virkningen har det vært standard praksis å benytte en såkalt kryssbindingsteknikk hvor trefasegrupper med enkelkjernede kabler blir anvendt. Kryssbindingsteknikken (jfr. ovenfor nevnte bok side 238) sørger for brudd i mantelens metalliske uavbrutthet mellom tilliggende kabelseksjoner av lik lengde, fast binding og jording av kabelmantelen ved enden av hver tredje kabelseksjon og revolvering av mellomliggende kabelseksjoner med kryssforbindelser mellom mantlene til mellomliggende kabelseksjoner for å muliggjøre at vektorsummen av induserte spenninger blir null for hver tredje kabelseksjon.

For å unngå varmetap ut fra sirkulerende mantelstrømmer i enkjernekabler har det således blitt praksis å benytte en enpunktsbinding eller kryssbindingsteknikk. Denne metoden av spesiell binding medfører bruk av mantelseksjonsmessige isolatorer som muliggjør diskrete lengder med mantel, vanligvis enkle kabellengder, til å bli kryssforbundet som nødvendig for således å annullere indusert mantelspenning. Mens disse teknikkene er heller akseptable og effektive når installasjonen fører 50 Hz trefasestrømmer og ikke medfører særlige problemer i løpet av 50 Hz feilstrømmer medfører de imidlertid problemer i løpet av transienter som forekommer f.eks. på grunn av koplingsoperasjoner eller lynnedslag. En transient spenning i den koaksiale utbredelsesmodusen langs kabelmantelen vil ved ankomsten ved en mantelseksjonsisolator gi opphav til svært store mantelspenninger som vil ødelegge mantelisolasjonen. For å unngå dette problemet er det vanlig praksis ved høyspenningskabelinstallasjoner å benytte mantelspenningsbegrensere ved spesielle bindingspunkter. Mantelspenningsbegrenseren består vanligvis av en ikke-lineær spenningsavhengig motstand eller overspenningsavleder. Anbringelsen av slike mantelspenningsbegrensere ved spesielt bundne enkeltkjernekabelinstallasjoner medfører ytterligere kostnader og kompleksitet ved installasjonen.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved elektrisk kabelinstallasjon innbefattende en enkjernet elektrisk kabel med en sentral lederkjerne og en ytre omhylling elektrisk isolert fra kjernen, av den art som angitt i f.eks.

FR-A-I 340 870.

De karakteristiske trekkene ved anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse fremgår av krav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Foreliggende oppfinnelse foreslår en spesiell form for enkjernekraftkabel tilpasset for spesiell sammenbinding uten behov for overspenningsbegrensere. Oppfinnelsen ligger i tilveiebringelse ved en enkjernet kraftkabel av en ytterligere indre mantel (heretter henvist til som en skjerm for å unngå forvirring med den ytre kabelmantelen) isolert fra kabelmantelen og ment å bli opprettholdt kontinuerlig gjennom kabelløpet, idet kabelomhyllingen er spesielt forbundet slik at fordelene med en spesielt forbundet installasjon blir opprettholdt, idet resistansen til den indre skjermen er tilstrekkelig høy at betydelig varmetap (slik som vanligvis forekommer i enkjernekabelomhyllinger som ikke er spesielt bundet og som er en funksjon av resistansen til omhyll ingen blir unngått. Ved å forme den indre skjermen slik at den får en relativt høy resistans for å unngå betydelig varmetap og ved å forme kabelomhyllingen riktig for således å fullføre dens normale funksjoner, nemlig tilveiebringelse av en bane for Jordfeilstrømmer og en fuktighets ugjennomtrengelighet og vannbarriere er kabelinstallasjoner, som anvender spesielle bindinger av kabelomhyl1ingen, men opprettholder den indre skjermen kontinuerlig, ikke følsom for svært høye overspen-ningsstigninger med vanlige kabelinstallasjoner. Dette er på grunn av at ved en installasjon ifølge foreliggende oppfinnelse har vandrebølgen tilknyttet en bryteroverspenning eller et lynnedslag en uavbrutt bane langs den indre skjermen, og så oppstår ikke noen refleksjons- eller brytningsvirkninger slik som gir opphav til svært høye spenninger vanligvis møtt ved vanlige installasjoner. Ved foreliggende oppfinnelse er det således blitt mulig å sløyfe spenningsbegrensere.

Kraftkabelen ifølge foreliggende oppfinnelse kan f.eks. være av en vanlig konstruksjon bortsett fra med hensyn til anbringelse av den indre resistive skjermen. Ved en typisk 400 kV oljefylt kabelkonstruksjon ville en indre skjermresis-tans i størrelsesorden av 0,02 ohm/m f.eks. unngå betydelig varmetap, og dette kan bli tilveiebragt f.eks. ved bruk av et skruelinjepåført metallbånd eller ved bruk av skruelinje-påførte fine kobber- eller aluminiumstråder fortrinnsvis lagvls mellom lagene til metallisert papir. Et lag med isolerende papir f.eks. i størrelsesorden av 1,5 mm til 2,0 mm i tykkelse kan så bli påført over denne indre skjermen fulgt av et metallisert papir og kobbervevet båndlag f.eks. og den vanlige ledningen eller aluminiumsmantelen.

Som nevnt ovenfor må kabelskjermen være elektrisk isolert fra den ytre mantelen, og slik isolasjon må kunne motstå spenninger som oppstår ved følgende driftsbetingelser: (i) ved 50Hz balansert belastning, den indre skjermen ved Jordpotensial og den ytre mantelen ved en spenning

opptil i størrelsesorden av 100 volt,

(ii) ved 50Hz kortslutningsforhold, den indre skjermen ved jordpotensial og den ytre mantelen ved en spenning

som stiger typisk til størrelsesorden av 4kV, og (lii) ved tilkopling eller overspenninger, den ytre mantelen ved eller nær jordpotensial og den indre skjermen stigende til et potensial mellom jord-punktene til et nivå i størrelsesorden av 100kV avhengig av skjermresistansen, avstanden til jord-punktene og størrelsen av den innkommende overspen-ningen.

Isolasjonsnivået må bli valgt til å passe betingelsen (ili) ovenfor, men må være slik at den blir lett gjennomslått ved tilfelle av kabelfeil slik at Jordfeilstrømmen kan bli overført til den ytre mantelen tilstrekkelig hurtig for å forhindre ødeleggelse på den indre skjermen over en vesentlig lengde av kabelen.

Siden den ytre mantelen er skjermet av den indre skjermen fra virkningen av transientspenningene kan kryssforbindelser mellom de forskjellige mantelseksjonene til et kryssbundet system blir gjort uten spesielle hensyn til å minimalisere induktansen ved bruk av konsentriske bindlngsledninger og ingen mantelspenningsbegrensere er nødvendig. For å gjøre det totale systemet billig sammenlignet med vanlig kryssbundet system er det praktisk ved en kryssbundet kabelinstallasjon i samsvar med foreliggende oppfinnelse å anvende koplingsbokser kun ved hvert tredje skjøtefelt for systemet og for å foreta de ytre mantelkryssforbindelsene ved mellomliggende skjøter under Jorden. På denne måten kunne isolasjonen til den ytre mantelen mot Jord bli undersøkt ved hvert tredje skjøtefelt. Den indre skjermen ville bli Jordet også ved samme koplings-boks. Et slikt system ville vise seg økonomisk spesielt for lange kabelforløp ved at det ikke er nødvendig mantelspenningsbegrensere og antall skjøtebokser reduseres og har dessuten betydelige fordeler med hensyn til dets enkelhet og reduserte vedlikeholdskrav sammenlignet med vanlige installasjoner .

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en vanlig kryssbundet, trefaset, enkj ernet kraftkabel installasjon. Fig. 2 viser en enpunkts jordet kabelinstallasjon i samsvar med oppfinnelsen som anvender kabler konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser en kryssbundet kabelinstallasjon i samsvar med foreliggende oppfinnelse som anvender kabler konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser skjematisk konstruksjonen av en enkjernet kraftkabel konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser et typisk vanlig kryssbundet system hvor kablene er lagt flatt og revolvert i forhold til hverandre ved hver skjøt mellom tilliggende kabe1seksJoner. Som skjematisk vist er de ytre kabelmantlene 1 fast bundet og Jordet etter hver tredje kabelseksjon, og ved hvert mellomliggende kryssbin-dlngssted er der spenningsbegrensere 2 som, som tidligere

beskrevet, tjener til å beskytte mantel isolasjonen ved transientforhold. Når kablene er kryssbundet som vist, bevirker den resulterende manteldiskontinuiteten refleksjon og brytning for vandrebølgen oppstått av en overflatespen-ning, og påfølgende refleksjoner og brytninger av start-vandrebølgen bevirker store spenninger over mantelseksjons-lsolatorene (ikke vist på fig. 1) og mellom jord- og kabelmantlene og det er disse store spenningene som nødvendiggjør bruk av overspenningsbegrensere vanligvis i form av spen-ningsavhengige ikke-lineære resistorer og kopling av mantelen til jord.

Oppfinnelsen består i at det tilveiebringes kabel med en Indre skjerm isolert fra hovedkabelmantelen og kontinuerlig gjennom hele lengden av kabelsystemet, idet vandrebølger som kommer fra et lynnedslag eller koplingsoverspenninger har en uavbrutt bane og lider ikke under refleksjon eller brytning. Dette fjerner eller i det minste hovedsakelig reduserer virkningen av overspenninger og fjerner behovet for overspenningsbegrensere og tilveiebringer derfor et billigere og mindre komplisert system enn nødvendig ved dens installasjon og reduserer vedlikeholdet.

Fig. 2 viser en enpunktjordet installasjon i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Tegningen viser en trefaset installasjon, men enfaset installasjon ville være lignende konstruert. Som vist innbefatter hver kabel en ytre mantel 1 og en indre skjerm 3 isolert fra den ytre mantelen 1 og sentrallederen 4 isolert fra den indre skjermen 3. Andre komponenter for kabelkonstruksjon er ikke vist på fig. 2. Som vist er den ytre kabelmantelen 1 til hver av de tre fasene jordet ved et enkelt (sentralt) punkt til det viste kabel-forløpet, og den indre skjermen 3 til hver kabel er jordet ved dens ende og er uavbrutt derimellom. Anordningen av enpunktsjordingen av de ytre kabelomhyllingene 1 vist på figuren tilveiebringer en effektiv jordingskontinuitetsleder 5, 6 for føring av feilstrømmer. Kabelomhyllingene 1 kunne alternativt være jordet ved alle punktene (enden) av kabel-forløpet og en separat jordkontinuitetsleder anordnet som strekker seg fra jordforbindelsen ved ene enden av den indre skjermen 3 til Jordforbindelsen ved den andre enden. Fig. 3 viser en kryssbundet installasjon i samsvar med foreliggende oppfinnelse, idet samme henvisningstall er benyttet på fig. 3 som benyttet på fig. 2 for samme del av punktet. Som vist er de ytre kabelmantelseksjonene 1 fast bundet og Jordet ved enden av hver tredje kabelseksjon med mellomliggende kabelseksjoner revolvert som vist og kryssbundet. De indre kabelskjermene 3 er kontinuerlige gjennom hver kabellengde og er jordet ved hver ende av kabelløpet som vist. En gjennomgående jordleder 7 kan om ønskelig være anordnet mellom to ender av kabelløpet, selv om dette strengt tatt ikke er nødvendig. Fig. 4 viser et eksempel på en kraftkabel konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Kabelen innbefatter en sentral leder 10 som kan være kanalformet for passasje av olje, en ledende skjerm 11 som omhyller lederen 10 og formet f.eks. av karbonpapir, en omhylling av papirisolasjon 12, en ytterligere skjerm av karbonimpregnert papir 13, en indre skjerm 14 i samsvar med foreliggende oppfinnelse innbefattende med avstand anordnede fine kobbertråder skruelinjeformet viklet med et lag med relativt stor stigning for således å tilveiebringe en resistanse som beskrevet tidligere, et ytterligere lag av karbonimpregnert papir 15 viklet over den indre skjermen 14, et papirisolasjonslag 16, en metallisert papirskjerm 17, den ytre metalliske mantelen 18 til kabelen og til slutt et eller flere egnede ytre beskyttende lag 19.

Valget av elektrisk resistans for den indre skjermen 14 er kritisk med hensyn til foreliggende oppfinnelse og er et kompromissvalg mellom et krav om at den skal være høy nok til å bevirke kun en liten nedgradering av systemet og den skal være lav nok til å føre normal kapasitiv strøm og overspen-nlngsstrømmer uten betydelige spenningsfall. Nivået for isolasjonen tilveiebragt mellom den indre skjermen og den ytre mantelen er likeledes kritisk, den må kunne tåle normale lastbetingelser, lyn- og koplingsoverspenninger og kortslut-ningsbetingelser, men bryte sammen ved indre kabelfeil. Et dårlig konstruert system utsatt for en indre feil tilstand kunne bevirke at den kontinuerlige skjermen blir ødelagt gjennom hele kabellengden uten å kunne repareres dersom isolasjonen ikke bryter sammen lokalt, og dette ville øke reparasjonskostnaden for systemet som følge av kabelfeil.

En alternativ konstruksjon av den indre skjermen 14 til kabelen vist på fig. 4 hvor fine tråder er viklet skruelinjet om kabelen kunne den indre skjermen innbefatte overlappede metallfolier eller andre ledende bånd som kan være perforert for å lette tørkingen og impregneringstrinnene vanligvis anvendt ved fremstilling av en slik kabel. Isolasjonslaget 16 kunne dessuten alternativt være halvledende f.eks. i form av papir belagt med karbon eller med et materiale slik som silisiumkarbid for å tilveiebringe en ikke-lineær resistivi-tetskarakteristikk. Ved en slik alternativ konstruksjon ville kabelen tendere til å fremvise en øket overspenningsenergi-absorbsjon med påfølgende reduksjon i overspenningene.

Mens oppfinnelsen til nå har blitt beskrevet og forklart med henvisning til kraftkabler av den oljefylte typen skal det bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til installasjoner som anvender oljefylte kraftkabler og at den kunne bli realisert med såkalte elastomere kabler hvor kabelisolasjonen består primært av elastomermateriale. En slik elastomer kabelkonstruksjon kan feks. innbefatte en sentral lederkjerne på hvilken der er ekstrudert i en enkel operasjon et første lag med halvledende elastomer bestående av en leder(kjerne)-skjerm, et andre lag av kryssbundet polyetylen f.eks. bestående av isolasjon og et tredje lag av halvledende elastomer, idet den indre skjermen ifølge oppfinnelsen da er sammensatt av fine tråder viklet skruelinjeformet på kabelens ekstruderte elastomer eller ved tilsvarende overlappende metallfolie eller andre ledende bånd som tilveiebringer den nødvendige elektriske resistansen, idet isolasjonslaget så er anordnet over den således sammensatte skjermen, og den ytre mantelen til kabelen er sammensatt f.eks. av kobbertråder viklet skruelinjeformet om kabelen og dekket med. et beskyttende ekstrudert isolasjonslag. Ved en alternativ konstruksjon kunne det polymeriske isolasjonssjiktet over den indre skjermen være halvledende som ovenfor beskrevet i forbindelse med den oljefylte kabeltypen.

Det er således blitt beskrevet en forbedret kraftkabel og forbedrede kraftkabelinstallasjoner i samsvar med foreliggende oppfinnelse som tillater en reduksjon ved kostnadene og som forenkler de spesielt bundne kraftkabelinstallasjonene og det nødvendige vedlikeholdsnivået.

Claims (12)

1. Anordning ved elektrisk kraftkabelinstallasjon Innbefattende en kjernekabel med en sentral lederkjerne (4, 10) og en ytre mantel (1, 18) elektrisk isolert fra kjernen (4, 10), karakterisert ved at kabelen har en indre skjerm (3, 14) anbragt mellom og Isolert fra den sentrale kjernelederen (10) og den ytre mantelen (1, 18), at den indre skjermen (3, 14) er kontinuerlig over lengden av kabelløpet til installasjonen og forbundet med jord ved hver ende av kabelløpet, at den elektriske motstanden til den indre skjermen (3, 14) er høy 1 forhold til motstanden i den ytre mantelen (1, 18), og at isolasjonen mellom den indre kabelskjermen (3, 14) og den ytre kabelmantelen (1, 18) er tilstrekkelig til å motstå strøm- eller spenningsstøt, men slik at den bryter sammen ved indre kabelfeil.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at kabelløpet i installasjonen innbefatter flere seriekoblede kabel seks j oner, at den ytre kabelmantelen (1, 18) til hver seksjon er elektrisk isolert fra den ytre kabelmantelen (1, 18) til tilliggende seksjoner og er forbundet med jord, og at den indre kabelskjermen (3, 14) til hver seksjon er forbundet med kabelskjermene (3, 14) til tilliggende seksjoner og er forbundet med jord ved hver ende til respektive seksjoner.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at en gjennomgående jordleder strekker seg langs kabelen og er jordet ved de jordede punktene til kabelen.

4. Anordning ved elektrisk kraftkabelinstallasjon med tre seg sammen strekkende installasjoner ifølge krav 1, en for hver fase, karakterisert ved at ved steder med avstand langs kabelløpet er de ytre mantlene (1, 18) til alle tre kablene i lengderetningen avbrutt, og en Jordforbindelse er tilvelebragt til den Indre skjermen (3, 14) til alle tre kablene, og at den ytre mantel (1, 18) til hver av kabel-seksjonene som strekker seg mellom nevnte steder er jordet ved ett eller flere punkter.

5. Anordning ved elektrisk kraftkabellnstallasjon med tre seg sammen strekkende installasjoner ifølge krav 1, en for hver fase, karakterisert ved at kabelløpet gjennom hele installasjonen er delt i seksjoner, hver innbefattende tre lengder av tre kabler, idet den ytre kabelmantelen (1, 18) til hver av kabellengdene er avbrutt ved hver seksjonsende i lengderetningen, at kabelmantelens (1, 18) ender og de indre kabel skjermene (3, 14) ved hver ende av seksjonen er forbundet med jord, og at den ytre kabelmantelens (1, 18) ender er ved begge seksjonsendene anordnede steder, ved krysset anordning av tilsvarende kabellengder, forbundet ledende med hverandre for hver fase ved slike mellomsteder.

6. En-kjernet elektrisk kabel for bruk ved anordningen ved den elektriske kraftkabel installasjonen ifølge et hvilket som helst av de foregående krav og innbefattende en sentral lederkjerne (4, 10) og en ytre mantel (1, 18) elektrisk isolert fra kjernen (4, 10), karakterisert ved en indre skjerm (3, 14) anbragt mellom, og elektrisk isolert fra den sentrale lederen (10) og den ytre mantelen (1, 18), idet skjermen (3, 14) er tilpasset og anordnet for å være forbundet med jord ved hver ende av kabelen, idet den elektriske motstanden til den indre mantelen (3, 14) er relativt høy i forhold til den ytre mantelen (1, 18), og Isolasjonen mellom den Indre kabelskjermen (3, 14) og den ytre kabelskjermen (1, 18) er tilstrekkelig til å motstå strøm- eller spenningsstøt, men bryter sammen ved indre kabelfeil.

7. En-kjernet elektrisk kabel ifølge krav 6, karakterisert ved at den indre skjermen (3, 14) innbefatter med avstand anordnede tråder (14) viklet om kabelkjerneisolasjonen (12) i lag med relativt stor stigning.

8. En-kjernet elektrisk kabel ifølge krav 7, karakterisert ved at trådene (14) er lagt mellom karbonimpregnert papirlag (13, 15).

9. En-kjernet elektrisk kabel ifølge krav 6, karakterisert ved at den indre skjermen (3, 14) innbefatter et seg overlappende anordnet metallisk bånd.

10. En-kjernet elektrisk kabel Ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 9, karakterisert ved at et halvledende lag er anordnet tilliggende den indre skjermen (3, 14), slik at kabelen tenderer mot å fremvise en forbedret absorpsjon av strøm- eller spenningsstøt med påfølgende reduksjon av støtspenning (overspenning).

11. En-kjernet elektrisk kraftkabel ifølge krav 10, karakterisert ved at det halvledende laget innbefatter et materiale som har en ikke-lineær resistivitetskarak-teristikk.

12. En-kjernet elektrisk kraftkabel ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 11, karakterisert ved at resistansen til den indre skjermen (3, 14) er i størrelses-orden av 0,02 ohm/m.