NO311597B1 - Oljefylt likeströmskabel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en oljefylt (forkortet til OF) likestrøms- (forkortet til DC) kabel som brukes som en lang kraftkabel, spesielt en undersjøisk Langdistanse-kraftkabel for overføring av høy elektrisk effekt.

Hittil har oljeinnsatte effektkabler av faststoff, eller masseimpregnerte ikke-drenerende (MIND) og oljefylte kabler blitt tilpasset som likestrømskabler. I tilfellet med oljefylte likestrømskabler blir det ofte brukt kraftpapir med høy impermeabilitet som er utmerket med hensyn til gjennomslags-styrke, fordi slike dielektriske karakteristika som permitti-vitet eller dielektrisk tangens i motsetning til vekselstrøm-(forkortet til AC) -kabler ikke er av betydning for DC-kabler. De er ellers ikke mye forskjellige fra AC-kabler når det gjelder grunnstruktur.

Likestrømskabler må ha (1) tilstrekkelige DC-bestandighetsegenskaper, (2) tilstrekkelige bestandighetsegenskaper mot slike unormale spenninger som lyntransienter og lignende, og (3) tilstrekkelig bestandighetsegenskaper mot polaritets-reversering og dessuten tilfredsstille den nødvendige over-føringskapasitet. Den mekaniske spenningsfordelingen i isolasjonen på grunn av likestrømmen blir bestemt av isolasjon-ens p-karakteristikk. Denne p-karakteristikken varierer igjen med temperatur og mekanisk spenning. Den gjennomgår en kompleks endring når temperaturfordelingen i isolasjonen for-andrer seg. Når det gjelder konvensjonelle likestrømskabler som er i bruk med kraftpapir-isolasjon, er den mekaniske spenningsfordeling på grunn av likestrøm som bestemmes av den nevnte p-karakteristikken, ikke noen fremherskende konstruk-sjonsfaktor, men disse kablene er blitt konstruert på grunnlag av pulskonstruksjon som med AC-kabler, mer spesielt på grunnlag av den elektriske påkjenning som vil utvikle seg når en puls med motsatt polaritet overlagret på likestrømmen blir påtrykt lederen.

Når det gjelder likestrømskabler for stor elektrisk effektoverføring er det ikke bare nødvendig med pulsstyrke som i vekselstrømkabler, men også bestandighetsstyrke mot likespenning.

Vurdering av den nødvendige tykkelsen av isolasjonen ville vanligvis i dette tilfellet resultere i stor tykkelse, noe som forringer den nødvendige overføringskapasiteten. Som en forholdsregel kan lederresistansen reduseres ved å øke lederdimensjonen for å skjære ned på strømtapet, for derved å sikre overføringskapasiteten. Men denne løsningen ville med-føre produktivitetsreduksjon, økning av kabeldimensjonen, stigende omkostninger og forskjellige andre problemer. På denne bakgrunn tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en oljefylt likestrømskabel hvor de ovennevnte problemer er blitt løst. Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebrakt en likestrømskabel som omfatter en leder, og rundt lederen en hovedisolasjon som omfatter et sammensatt bånd dannet ved å laminere en plastfilm med lavt dielektrisk tap og kraftpapir.

Likestrømskabelen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at den også innbefatter en karbonpapir-vikling som omfatter: et viklingslag med 3 til 5 ark karbonpapir anordnet på innsiden og/eller utsiden av hovedisolasjonen. Fordelaktige utførel-sesformer av likestrømskabelen ifølge oppfinnelsen fremgår av de vedføyde uselvstendige patentkravene 2-6.

Likestrømskabelen ifølge oppfinnelsen omfatter således visse viktige trekk: dens første viktige trekk ligger i at dens hovedisolasjon utgjøres av et sammensatt isolasjonsbånd (forkortet til PPLP) dannet ved å laminere en plastfilm med lavt dielektrisitetstap og kraftpapir, at p-gradering blir påført ved å kombinere denne med en eller flere andre sammensatte isolasjonsbånd med andre plastfilm-forhold etter behov, og 1-10 ark eller lag med kraftpapir er viklet på den foran nevnte PPLP-hovedisolasjon for å anordne dens ene eller flere lag på innsiden og/eller utsiden.

Kabelens annet viktige trekk er at dens hovedisolasjon er sammensatt av PPLP, at p-gradering er påført ved å kombinere den med ett eller flere andre sammensatte isolasjonsbånd med forskjellige plastfilm-forhold etter behov, og ved at 3-5 ark eller lag med karbonpapir er viklet på den foran nevnte PPLP-hovedisolasjon for å anordne dens lag på innsiden og/eller utsiden. Dens tredje viktige trekk ligger videre i at dens hovedisolasjon er sammensatt av PPLP, at p-graderingen er påført ved å kombinere den med ett eller flere andre PPLP-lag med forskjellig plastfilm-forhold etter behov, ved at 3-5 ark eller lag med karbonpapir er viklet id et minste rett på lederen, og ved at 1-10 ark eller lag med kraftpapir er viklet på PPLP-isolasjonen for å anordne dens lag på innsiden og/eller utsiden.

Det vises til de vedføyde tegninger hvor:

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en isolasjonsform for en

oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen;

Fig. 2 viser et tverrsnitt av en isolasjon for en annen

oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen;

Fig. 3 viser et tverrsnitt av en isolasjon for nok en annen oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen;

og

Fig. 4 er en sammenligning av DC-karakteristikken for PPLP

og konvensjonelt kraftpapir.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en oljefylt likestrømskabel hvor dens hovedisolasjon utgjøres av et sammensatt bånd dannet ved å laminere en plastfilm med lavt dielektrisk tap og kraftpapir, og 1-10 ark med kraftpapir er viklet på den foran nevnte hovedisolasjon av sammensatt bånd for å anordne dens ene eller flere lag på innsiden og/eller utsiden.

Den PPLP-isolasjon som vanligvis anvendes for AC-kabler, er en sammensatt isolasjon dannet ved integral laminering av polyolefinfilm med lavt dielektrisk tap, for eksempel, poly-propylenfilm (betegnet som PP) og kraftpapir, noe som gir lavt dielektrisk tap såvel som høy dielektrisk styrke og som har overlegen pulskarakteristikk i forhold til kraftpapir.

DC-karakteristikken til denne PPLP-isolasjonen er be-kreftet å være utmerket, som vist på figur 4. Som et mål for forbedring i DC-karakteristikken til kraftpapir, er nevnt øk-ningen av ugjennomtrengeligheten eller impermiabiliteten. PPLP har en slik ugjennomtrengelighet som er ekvivalent med uendelig. Ettersom PP-forholdet i PPLP blir større, blir dens puls- og DC-karakteristikker forsterket, det blir mulig å danne en optimal p-fordeling (p-gradering) ved optimalise- ring av p-fordelingen og mekanisk spenning i hver del av isolasjonen ved å kombinere passende PPLP-lag som er sammensatt av PPLP med forskjellige PP-forhold.

Anvendelseseksempler er som følger: Målet er ikke all-tid ett når det gjelder lederdimensjon og kabelbelastning (overføringsstrøm). Likestrømspåkjenningen er høy på ledersiden ved vanlig temperatur, men den er høy på kappesiden ved høye temperaturer. Av denne grunn er PPLP-isolasjon med høy dielektrisk styrke, slik som en med et PP-forhold på omkring 60%, anordnet på ledersiden og kappesiden hvor påkjenningen er høy, og en PPLP-isolasjon med et PP-forhold på omkring 40 % er anordnet mellom disse. I det tilfellet hvor jevnt fordelt påkjenning er optimal, er en PPLP-isolasjon med et PP-forhold på omkring 4 0%, anordnet på ledersiden og kappesiden, og PPLP-isolasjon med et PP-forhold på omkring 60% mellom disse.

Når det gjelder DC-påkjenningsfordelingen, er som nevnt påkjenningen høy på ledersiden ved vanlig temperatur, men på kappesiden ved høye temperaturer. Når det gjelder styrken til en isolasjon, gjelder vanligvis at jo tynnere isolasjons-båndet er, jo høyere er dets spenningsstyrke-bestandighet. Ved følgelig å anordne tynne isolerende bånd på ledersiden og kappesiden, er det mulig å reagere på den påkjennings f orde-lingen som er spesiell for DC-kabler som nevnt ovenfor, og konstruere en kabel som er i stand til å motstå AC-transi-enter .

Når det gjelder pulskarakteristikken for PPLP-isolasjon som vist i tabell 1, gir PPLP en ganske stor polaritetsdifferanse mellom (+) og (-). Dette kan ansees å stamme fra PP-filmen i PPLP-isolasjonen.

Som et resultat av iherdig forskning er det oppdaget et meget nyttig faktum, nemlig at når noen få ark med kraftpapir er anordnet på (+)-polaritetssiden til PPLP, vil forbedring bli bevirket i retning av minskende polaritetsdifferanse. Forbedringen ble videre funnet å bli oppnådd ved å anordne 3-5 ark med karbonpapir der med omkring 10 3 - 10 6 ohmcm.

Det ble funnet ut at som et resultat av vurderinger av en rekke konstruksjoner som bruker 3 eller flere ark, eller fortrinnsvis 7-10 ark av omkring 100 mikrometer kraftpapir med en impermeabilitet på 1000 Gurley sekund eller høyere og 3-5 ark med karbonpapir med omkring 10<3->10<6>ohm cm blir anbe-falt, og at en konfigurasjon med leder - ett eller flere karbonpapir - ett eller flere kraftpapir - ett eller flere PPLP ett eller flere kraftpapir - ett eller flere karbonpapir - metallkappe vanligvis er mest å foretrekke for oljefylte likestrømskabler. Bruk av enda flere ark karbonpapir og kraftpapir vil imidlertid resultere i tykkere isolasjon, noe som øker problemene med å sikre tillatt strøm og økonomi. Større antall ark bør derfor unngås.

I forbindelse med forholdsregelen mot (+) -polaritets-puls-problemet er det også praktisk, siden påkjenningen på ledersiden blir alvorligere med økende lederdimensjon (for eksempel opp til 600 mm eller større) og isolasjonstykkelse (for eksempel opp til 10 mm eller større), med en konfigurasjon med leder - ett eller flere karbonpapir - ett eller flere kraftpapir - ett eller flere PPLP - metallkappe, dvs. den foran nevnte konfigurasjon med ett eller flere kraftpapir og/eller ett eller flere karbonpapir utelatt på kappesiden hvor det forekommer mindre påkjenninger. Figur 1 viser et tverrsnitt av et konkret eksempel på isolasjonskonfigurasjonen til en oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen. På denne figuren betegner henvisningstall 1 en kabelleder med en oljepassasje i sitt indre; 2 et vanlig indre skjermingslag dannet ved å omvikle lederen med omkring 1-2 ark med karbonpapir; 3, et lag med 1-10 ark med kraftpapir viklet omkring dette; 4, et PPLP-isolasjonslag som for eksempel har en PPLP med et PP-forhold på omkring 60 % viklet på kabelleder-siden 43 og kappesiden 41 og en annen PPLP med et PP-forhold på omkring 40% viklet ved en mellomliggende del 42 mellom disse, for derved å tilveiebringe en p-gradering. Henvisningstall 5 betegner 1-10 ark med kraftpapir viklet på utsiden av PPLP-isolasjonslaget 4 for å danne sitt lag på dette, og 6 står for et vanlig ytre skjermingslag dannet på det sistnevnte laget ved å omvikle det med omkring 1-2 ark med karbonpapir. Figur 2 er et tverrsnitt av et annet konkret eksempel på isolasjonen til en oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen. På denne figuren representeres de samme henvisningstall de samme deler. I dette konkrete eksempelet er det i stedet for det vanlige indre skjermingslaget på lederen 1 viklet 3-5 ark med karbonpapir omkring denne for å anordne et karbonpapir-viklingslag 7; så et PPLP-isolasjonslag 4 på hvilket en p-gradering maken til den på figur 1, er påført, og videre er et vanlig ytre skjermingslag 6 anordnet på toppen av dette. I stedet for et ytre skjermingslag kan i dette tilfellet 3-5 ark med karbonpapir være viklet omkring for å anordne et karbonpapir-viklingslag. Figur 3 er et tverrsnitt av nok en isolasjonsform for den oljefylte likestrømskabelen ifølge oppfinnelsen. På denne figuren betegner de samme henvisningstall som på

figur 1 og 2, de samme deler.

I dette konkrete eksempelet er det på en kabelleder 1 viklet 3-5 ark med karbonpapir for å danne et karbonpapir-viklingslag 7; 1-10 ark med kraftpapir er viklet omkring dette for å anordne et kraftpapir-viklingslag 3; og så et PPLP-isolasjonslag 4 på hvilket en liten p-gradering er på-ført akkurat som beskrevet ovenfor. På toppen av det er det viklet 1-10 ark med kraftpapir for å anordne et kraftpapir-viklingslag 5 og ytterligere 3-5 ark med karbonpapir er viklet omkring dette for å anordne et karbonpapir-viklingslag 8.

I stedet for karbonpapir-viklingslaget 8 kan i dette tilfellet for eksempel 1-2 ark med karbonpapir være viklet omkring for å tilveiebringe et ytre skjermingslag. Når overførings-kabler med stor kapasitet anordnet for bruk ved + 500 kV og 2800 A er konstruert ved bruk av en oljefylt likestrømskabel ifølge oppfinnelsen som vist på figur 3 og en tidligere kjent oljefylt likestrømskabel konstruert ved bruk av kraftpapir, blir de sammenlignet som i tabell 2. Tabell 2 indikerer at i den førstnevnte kan kabelens ytre diameter og vekt reduseres, lederdimensjonen minskes, kabelkostnadene reduseres og dessuten kan utgifter til installasjonsarbeid skjæres ned. Virk-ningene er følgelig svært store når den blir anvendt som und-ersjøisk langdistanse-kraftkabel for stor elektrisk kraft-overføring .

Claims (6)

1. Likestrømskabel som omfatter en leder (1), og rundt lederen en hovedisolasjon (4) som omfatter et sammensatt bånd dannet ved å laminere en plastfilm med lavt dielektrisk tap og kraftpapir, karakterisert vedat kabelen også innbefatter en karbonpapir-vikling som omfatter: et viklingslag med 3 til 5 ark (7, 8) karbonpapir anordnet på innsiden og/eller utsiden av hovedisolasjonen.

2. Likestrømskabel ifølge krav 1,karakterisert vedat kraftpapirviklingen omfatter et viklingslag (3, 5) med 1 til 10 ark kraftpapir anordnet mellom lederen og hovedisolasjonen og rundt hovedisola-sjonens utside.

3. Likestrømskabel ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det sammensatte båndets (4) plastfilm er en polyolefin-film.

4. Likestrømskabel ifølge krav 3,karakterisert vedat polyolefin-filmen er en polypropylen-f ilm.

5. Likestrømskabel ifølge krav 4,karakterisert vedat hovedisolasjonen (4) omfatter radialt ytre og indre deler (41, 43) med polypropy-lenfilminnhold på omtrent 60%, og en mellomliggende del (42), radialt mellom de indre og ytre deler, med polypropylen-film-innhold på omtrent 4 0%.

6. Likestrømskabel ifølge krav 4,karakterisert vedat hovedisolasjonen (4) omfatter radialt indre og ytre deler (41, 43) med polypropy-lenfilminnhold på omtrent 40%, og en mellomliggende del (42), radialt mellom de indre og ytre delene, med polypropylenfilm-innhold på omtrent 60%.