NO321192B1

NO321192B1 - Fremgangsmate ved fremstilling av elektrisk isolerende laminert papir og fremgangsmate ved fremstilling av en oljeimpregnert kraftkabel ved bruk av dette

Info

Publication number: NO321192B1
Application number: NO19975283A
Authority: NO
Inventors: Ryosuke Hata; Hidemitsu Kuwabara; Katsuhiko Katayama; Toru Tsujioka; Hiroshi Takigawa; Jun Yorita
Original assignee: Sumitomo Electric Industries; Tomoegawa Paper Co Ltd
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2006-04-03
Also published as: US6207261B1; EP0843320A2; DK0843320T3; JPH10199338A; JP3437750B2; EP0843320B1; EP0843320A3; NO975283D0; NO975283L

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte ved fremstilling av et elektrisk isolerende laminert papir og en fremgangsmåte ved fremstilling av en oljeimpregnert kraftkabel, som omfatter trinn hvor det elektrisk isolerende laminerte papir vikles omkring en leder for å utgjøre et isolasjonslag.

I de senere år er det blitt en vanlig praksis å installere kraftkabler for 275 - 500 kV-nivået på grunn av den økende effektetterspørsel. Eksempler på kraftkabler som er blitt satt inn i praktisk bruk omfatter kabler av typen OF eller POF med vanlig isolerende kraftpapir, OF- eller POF-kabler for ekstra høye spenninger isolert med såkalt halvsyntetisk papir (laminert papir), slik som OF-kabler isolert med laminert silisiumpodet polyetylen/- papir (SIOLAP - silicongrafted polyethylen laminated paper), OF-kabler isolert med polypropylenlaminert papir (PPLP), PPLP-isolerte POF-kabler, OF-kabler isolert med biaksialt orientert polypropylenlaminert papir (OPPL), OPPL-isolerte POF-kabler og OF-kabler isolert med etylen tetrafluorid/polypropylenheksafluorid-laminert papir (FEP) samt CV-kabler isolert med tverrbundet polyetylen. I praksis er det blitt bekreftet at OF-kabler isolert med polypropylenlaminert papir kan settes inn i praktisk bruk som OF-kabel for 800 kV.

Dessuten er isolasjonsmaterialer for faststoff- eller masseimpregnerte kabler nå gjenstand for omfattende granskning.

Tendensen for fremtidige fordringer med hensyn til kraftkabler gjelder større overførings-kapasitet, høyere påført spenning og lengre avstander ved effektoverføringen. For å imøtekomme disse behov er det nødvendig at andelen av plastfilmlaget i et ark av halvsyntetisk papir heves slik at sperreegenskapene mot elektrisk påkjenning i det halvsyntetiske papir kan forbedres for å kompansere for vanskeligheten ved å forbedre den dielektriske styrke, som skyldes papirets porøsitet og derved frembringe høy dielektrisk styrke. For å oppnå dette er det nødvendig å fremskaffe en sandwich-struktur som oppnås ved å lime et kraftpapir til begge overflater av et plastsjikt, eller en ensidig struktur oppnådd ved å laminere et sjikt av et plastark og et sjikt av et kraftpapir i den hensikt å minske den samlede tykkelse av et sjikt av det halvsyntetiske papir, og for derved å redusere tykkelsen av det isolerende lag i kabelen og således oppnå en kompakt kabel, slik at lengden av kabelen som inneholder det viklede laminerte papir, øker. En av de store vanskeligheter med hensyn til å forberede eller preparere sådanne laminerte papirer er hvordan man fysisk limer det isolerende kraftpapir til polymerlaget med tilstrekkelig klebestyrke.

Siden cellulosefibrene som utgjør de isolerende kraftpapir ikke er smeltbare ved opp-varming kan de ikke bli smeltet eller kjemisk bundet eller limt til polyolefinharpiksfilmlaget ved den temperatur hvor polyolefinharpiks som skal lamineres med dem, smelteekstruderes til en film. Den generelle mekanisme for å binde cellulosefibrene som utgjør kraftpapiret til den smelteekstruderte film av polyolefinharpiks er med andre ord en såkalt forankringsvirkning som innebærer at en polyolefinharpiks smeltet ved høy temperatur bringes inn i fine porøse rom på overflaten av det isolerende kraftpapir frembragt ved sammenfiltringen av cellulosefibrene.

Den konvensjonelle prosess for å preparere et laminert papir og som innebærer at en polyolefinharpiks ganske enkelt smelteekstruderes oppå et isolerende kraftpapir for å bevirke klebing eller vedhefting ved å oppvarme en sådan polyolefinharpiks til den smelter, er imidlertid ufordelaktig ved at kraftpapiret lett skreller av polyolefinharpiks-filmen i et trinn hvor det laminerte papir som er forberedt på denne måte påføres en kraftkabel som et isolasjonslag og det laminerte papir oppnådd på denne måte er også tilbøyelig til å skrelles av selv etter at det er viklet på en leder og impregnert med en isolerende olje. Den resulterende kabel får derved forringede egenskaper og mangler således pålitelighet sett ut fra isolasjonens langtidsstabilitet.

For å hindre det isolerende papir fra å bli skrellet av polyolefinharpiks-filmen kan det foreslås å bruke en teknikk hvor overflaten av det isolerende kraftpapir belegges med et forankringsdekkmiddel, slik som isocyanat, eller en korona-behandlingsteknikk som er blitt satt inn i praktisk bruk på emballasjematerialområdet. Et sådant forankringsdekkmiddel er imidlertid et polært material og har derfor en ulempe ved at det forringer det elektrisk isolerende laminerte papirs dielektriske egenskaper. Videre er korona-behandlingsteknikken ufordelaktig ved at den lager knappenålshull i det isolerende kraftpapir eller forårsaker generering av funksjonsgrupper (polære grupper), slik som karbonylgrupper, karboksylgrupper og aminogrupper på overflaten av det isolerende kraftpapir, som så forringer de dielektriske egenskaper ved det elektrisk isolerende laminerte papir. Korona-behandlingsteknikken er derfor uegnet for isolasjonsmaterialer beregnet på høyspenningsapparatur som fordrer en lav dielektrisk tapsfaktor.

Som en løsning på å forbedre den dielektriske styrke ved å heve andelen av plastfilmlaget i et sjikt av et halvsyntetisk papir, er det blitt foreslått å redusere tykkelsen av det isolerende kraftpapir som danner det laminerte papir (se JP-B 61-45328 (uttrykket "JP-B" som er brukt her, betyr en "gransket japansk patentpublikasjon")). En lett måte å fremskaffe et tynt laminert papir på er generelt å velge et tynt kraftpapir. Med hensyn til tidligere kjent teknikk vises det også til publikasjonene JP 55 057 209, JP 56 130 015 og JP 54 101 887.

Et kondensatorpapir tilhører gruppen av tynne kraftpapir. Det sies at den nedre tykkelsesgrense for kondensatorpapir er fra 6 til 7 um. Generelt prepareres et tynt kondensatorpapir ved hjelp av en prosess som innebærer at en tremasses formalings-grad heves og det fremstilles et basispapir fra tremassen som så utsettes for en sekundær behandling, dvs. kalandrering eller satinering, som er enda mer effektiv med hensyn til å frembringe overflatejevnhet (glitning). Det således oppnådde produkt er et papir som har tilsynelatende liten uregelmessighet og stor overflatejevnhet. Med hensyn til egenskaper har dette papir høy densitet og høy luftgjennomtrengelighet.

Som nevnt ovenfor er den mekanisme som binder det isolerende kraftpapir til det smeltede polyolefinfilmlag bare en forankringsvirkning. Under produksjonen av det tynne kondensatorpapir er imidlertid kalandrering eller satinering uunnværlig, slik som beskrevet ovenfor, og det således preparerte tynne kondensatorpapir har ikke tilstrekkelig overflateuregelmessighet. Når så smeltet polyolefinharpiks lamineres med det tynne kondensatorpapir kan derfor forankringsvirkningen ikke utøves, siden det foreligger ekstremt få porøse groper som den smeltede harpiks kan komme inn i. Følgelig kan det bare oppnås et laminert papir som har liten vedheftende styrke. Den tidligere kjente teknikk har med andre ord en ulempe ved at bruken av et tynt isolerende kraftpapir gir en utilstrekkelig klebestyrke til plastfilmlaget som skal lamineres med det.

Ved hjelp av de etterfølgende aspekter av foreliggende oppfinnelse kan disse problemer løses.

Det første aspekt av foreliggende oppfinnelse bringer tilveie en fremgangsmåte ved fremstilling av et elektrisk isolerende laminert papir, som har som særtrekk at den omfatter trinn hvor: - et polyolefinfilmlag smelteekstruderes som bindemiddel på et eller to ark av et isolerende kraftpapir ved hjelp av en ekstruderer for å oppnå et laminert papir, og - det laminerte papir kalandreres eller satineres slik at dets totale tykkelse blir på 30 - 200 um, mens andelen av et plastfilmlag som inneholder polyolefinharpiksen, utgjør mellom 40 og 90 %.

Polyolefinharpiksen velges fortrinnsvis blant polyetylen, polypropylen, en etylenpropylenkopolymer eller polybuten. Kalandreringen eller satineringen kan utføres enten i en maskin (on-machine) eller utenfor en maskin (off-machine).

Det andre aspekt av foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte ved fremstilling av en oljeimpregnert kraftkabel og som omfatter trinn hvor et elektrisk isolerende laminert papir fremstilles ifølge fremgangsmåten i henhold til det første aspekt av oppfinnelsen og det laminerte papir vikles omkring en leder for å utgjøre et isolasjonslag, hvoretter det laminerte papir impregneres med en isolerende olje. Det foretrekkes at isolasjonslaget utsettes for varmebehandling under eller etter behandlngen med isolerende olje.

Den oljeimpregnerte kraftkabel vil bli nærmere beskrevet nedenfor hovedsakelig med henvisning til en OF-kabel. Eksempler på OF-kabler innbefatter alle oljeimpregnerte kraftkabler (både for likestrøm og for vekselstrøm), slik som OF-kabler (eller selvstendige OF-kabler) impregnert med en isolerende olje som har en forholdsvis lav viskositet og som alltid tilføres fra en oljematingsapparatur anordnet ved den ene eller begge ender av kabellinjen slik at isolasjonslaget holdes under et positivt trykk ved hjelp av den isolerende olje, POF-kabler (dvs. høytrykks OF-kabler av rørtype) fremstilt ved å føre en kabelkjerne (en sammenstilling av kabelens bestanddeler uten den metalliske plast-skjermkappe) inn i et stålrør som er blitt installert på forhånd, og hvor stålrøret evakueres for så å fylle stålrøret med en isolerende olje som har en noe høyere viskositet enn den for isoiasjonsoljen beregnet på OF-kabler, massive kabler (masseimpregnerte kabler eller Ml-kabler) som er blitt impregnert med en isolerende olje som har en høyere viskositet enn den for isoiasjonsoljen beregnet på POF-kabler, og belagt med en metallskjerm, og ikke-drenerende kabler uten oljemater (masseimpregnerte, ikke-drenerende kabler eller MIND-kabler) impregnert med en isolerende olje som er blitt blandet med en voks eller lignende for å ha en høyere viskositet enn den for isoiasjonsoljen beregnet på massive kabler. I noen tilfeller betegner uttrykket massiv kabel både Ml-kabler og MIND-kabler.

Som et eksempel og for å gjøre beskrivelsen klarere, henvises det til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er en skisse av et snitt som anskueliggjør strukturen for laminert papir

oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 (a) er en forstørret skisse av et snitt som anskueliggjør tilstanden av et ukaland-rert laminert papir fremstilt i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 (b) er en forstørret skisse av et snitt som anskueliggjør tilstanden av et kalandrert

laminert papir fremstilt i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 (c) er en forstørret skisse av et snitt som anskueliggjør strukturen for et laminert

papir oppnådd i henhold til en konvensjonell prosess,

fig. 3 er en skisse av et snitt som anskueliggjør en avskrellingsprøve,

fig. 4 er en skisse av et snitt som anskueliggjør en utførelsesform av en OF-kabel

fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, og

fig. 5 er en skisse av et snitt som anskueliggjør strukturen og de elektriske egenskaper ved det laminerte papir oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I fig. 5 angir henvisningstallet 1 et isolerende kraftpapir, henvisningstallet 2 angir et smelteekstrudert poleolefinfilmlag, henvisningstallet 3 angir et kalandrert eller satinert isolerende kraftpapir, henvisningstallet 4 angir et forhåndssatinert isolerende kraftpapir, henvisningstallet 11 angir en understøttelse , henvisningstallet 12 angir en øvre gripeinnretning, henvisningstallet 13 angir resten av laminatet, henvisningsbetegnelsen A-1 angir den indre overflate av det usatinerte eller satinerte isolerende kraftpapir i det laminerte papir i henhold til foreliggende oppfinnelse, henvisningsbetegnelsen A-2 angir den indre overflate av et isolerende kraftpapir oppnådd ifølge en konvensjonell prosess, henvisningstallet 20 angir en oljepassasje, henvisningstallet 21 angir en repslått leder, henvisningstallet 22 angir et indre skjermlag, henvisningstallet 23 angir et isolasjonslag, henvisningstallet 24 angir et ytre skjermlag, henvisningstallet 25 angir en metallkappe, henvisningstallet 26 angir et korrosjonsbestandig lag, henvisningstallet 27 angir et isolerende kraftpapir som har en dielektrisitetskonstant lik ek og en dielektrisk tapsfaktor lik tan 5k og henvisningstallet 28 angir et polyolefinfilmlag som har en dielektrisitetskonstant lik ep og en dielektrisk tapsfaktor lik tan 8p.

Med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan det oppnås et elektrisk isolerende laminert papir som oppviser de grunnleggende egenskaper ved et tynt kondensatorpapir samtidig som det opprettholder en utmerket vedheftende styrke. Med henvisning til strukturen av det elektrisk isolerende laminerte papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse blir et isolerende kraftpapir 1 og en polyolefinharpiks 2 fast bundet til hverandre, slik som vist i fig. 1. Som vist i fig. 1, kan to ark isolerende kraftpapir 1 benyttes. Alternativt kan et ark isolerende kraftpapir 1 anvendes.

Det laminerte papir oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse og det laminerte papir oppnådd ved hjelp av den konvensjonelle metode vil nedenfor bli nærmere beskrevet i sammenheng med fig. 2 (a) - 2 (c).

I henhold til foreliggende oppfinnelse blir et laminert papir som har en tykkelse på Ta og som omfatter et smelteekstrudert poleolefinfilmlag 2 plassert innlagt mellom to ark lavdensitets, isolerende kraftpapir 1 som har en kopparret uregelmessig overflate A-1, slik som vist i fig. 2 (a), og satinert for å oppnå et laminert papir som har en tykkelse på Tb slik som vist i fig. 2 (b). Som et resultat får det isolerende kraftpapir 1, slik som vist i fig. 2 (b) en glatt ytre overflate samtidig som en kopparret uregelmessig overflate A-1 beholdes på innsiden. Dessuten er tykkelsen Tb mindre enn tykkelsen Ta.

Skjønt tykkelsen av det usatinerte isolerende kraftpapir 1, vist i fig. 2 (a), er større enn den for det satinerte isolerende kraftpapir 3, forblir tykkelsen av polyolefinfilmlaget anordnet innlagt mellom dem, den samme.

Ifølge tidligere kjent teknikk prepareres det laminerte papir som har den forutgående tykkelse på Tb ved å laminere et tynt isolerende kraftpapir 4 med høy densitet og som har en overflate A-2 som er blitt satinert på forhånd, med et smelteekstrudert polyolefinfilmlag 2, slik som vist i fig. 2 (c).

Som en følge av dette blir jevnheten (glitningen) for det isolerende kraftpapir med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse på den side av denne (A-1) som kommer i kontakt med det smelteekstruderte poleolefinfilmlag 2, lavere enn den for det isolerende kraftpapir i henhold til tidligere kjent teknikk (A-2). Således får det isolerende kraftpapir med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse utmerket ved heft-ing ved grensesnittet med polyolefinharpikslaget fordi det har en ru overflate A-1.

Utførelsesformer av det laminerte papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet.

Andelen av plastfilmlaget (heretter betegnet "den prosentvise filmlagandel"), dvs. den andel poleolefinfilmlag som er innlemmet i laminatet, kan beregnes ved hjelp av den etterfølgende ligning:

Prosentvis filmlagandel = T-\ fT2 * 100 %,

hvor

T.,: tykkelsen av filmlaget (T1 = W/D), hvor W er vekten av filmlaget (g/m<2>) og D er

filmlagets densitet (g/cm<3>),

T2: det laminerte papirs samlede tykkelse.

Vanligvis er polypropylens densitet omtrent 0,9 (g/cm<3>).

Klebe- eller vedheftingsstyrken ble målt ved hjelp av den etterfølgende metode.

Som vist i fig. 3 ble et prøvestykke 10 festet til en understøttelse 11 fremstilt fra en metallplate. Deretter trekkes et papirlag 1 delvis av laminatet for å bli festet til den nedre gripeinnretning for en universell spenningsprøvemaskin av Tensilon-type. Resten 13 av laminatet (det smelteekstruderte lag 2 + papirlaget 1) festes til spenningsprøve-maskinens øvre gripeinnretning. Den nedre gripeinnretning trekkes så nedover ved en hastighet på 100 mm/min og med en avskrellingsvinkel som holdes ved 180° slik papiret skrelles av det smelteekstruderte lag 2. For å beregne klebestyrken ut fra målinger av 100 mm avskrellet areal tegnet på figuren, beregnes gjennomsnittet for den styrke som fordres for å skrelle av et 50 mm midtområde. Gjennomsnittsverdien reduseres så til en bredde på 15 mm.

En utførelsesform av den oljeimpregnerte kraftkabel som omfatter det elektrisk isolerende laminerte papir oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor med hensyn til en enkjernet OF-kabel i sammenheng med fig. 4. Fig. 4 er en skisse av et snitt gjennom et eksempel på en enkjernet OF-kabel. Ved kjernen av den enkjernede OF-kabel er det anordnet en oljepassasje 20 omkring hvilken det er anordnet en repslått leder 21, slik som en koppertråd, et indre skjermlag 22, et isolerende lag 23 og et ytre skjermlag 24, i nevnte rekkefølge. På den ytre omkrets er det i rekkefølge anordnet en metallkappe 25 og et korrosjonsbestandig lag 26. I det minste en del av isolasjonslaget 23 består av det elektrisk isolerende laminerte papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, viklet omkring kraftkabelens kjerne. Fig 2 (b) er en forstørret skisse av et snitt gjennom det elektrisk isolerende laminerte papir som er oppnådd i henhold til foreliggende oppfinnelse. I midten av laminatet er det anordnet et polyolefinlag 2 mellom et øvre og et nedre kraftpapirlag 1. Isolasjonslaget 23 er impregnert med en isolerende olje som trykksettes inn i dette fra oljepassasjen 20.

Fremgangsmåten for å preparere det laminerte papir vil bli beskrevet nedenfor t de etterfølgende eksempler og sammenlignende eksempler.

EKSEMPEL 1

To isolerende kraftpapirark som har en tykkelse på 20 um, en densitet av 0,70 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 2500 sek/100 m(, ble laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel i henhold til den etterfølgende polypropylenekstruderings-prosess for å frembringe et laminert papir (PPLP) med en samlet tykkelse på 115 pm, en prosentvis filmlagandel (polypropylenfilmlagandel) på 65 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet som på denne måte oppnås, tilføres vann fra en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette når 14 %. PPLP-laminatet ble så satinert (en 16-trinns satinerer bestående av metallvalser og elastiske valser) for således å gi en samlet tykkelse på 100 um og en prosentvis filmlagandel lik 74 %. Således ble det oppnådd et elektrisk isolerende laminert papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for papiret med det smelteekstruderte lag før og etter satineringen (heretter betegnet "klebestyrke for tørt papir") ble målt og klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var henholdsvis 100 g/15 mm og 115 g/15 mm. Deretter ble klebestyrken for det oljeimpregnerte papir målt etter at PPLP-laminatet var utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på 100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 95 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsforhold.

EKSEMPEL 2

To isolerende kraftpapirark som har en tykkelse på 20 um, en densitet av 0,70 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 2500 sek/100 m(, ble laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel i henhold til den etterfølgende prosess for ekstrudering av polypropylen for å forberede et PPLP med en tykkelse på 139 um, en prosentvis filmlagandel lik 79 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet oppnådd på denne måte ble tilført vann ved hjelp av en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette nådde 14 %. PPLP-laminatet ble så satinert på samme måte som i eksempel 1 for å gi en samlet tykkelse på 129 um og en prosentvis filmlagandel lik 86 %. Således ble det oppnådd et tynt PPLP-laminat i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var henholdsvis 105 g/15 mm og 105 g/15 mm. PPLP-laminatet ble også utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på 100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 100 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsbetingelser.

EKSEMPEL 3

To isolerende kraftpapirark med en tykkelse på 20 pm, en densitet av 0,70 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 2500 sek/100 ml, ble laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel i samsvar med den etterfølgende prosess for ekstrudering av polypropylen for å fremstille et PPLP-laminat med en samlet tykkelse på 161 pm, en prosentvis filmlagandel lik 84 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet oppnådd på denne måte ble tilført vann ved hjelp av en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette nådde 14 %. PPLP-laminatet ble så satinert på samme måte som i eksempel 1 for å få en samlet tykkelse på 157 pm og en prosentvis filmlagandel lik 86 %. Således ble det oppnådd et tynt PPLP i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var begge lik 110 g/15 mm. PPLP-laminatet ble også utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på

100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 105 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsbetingelser.

EKSEMPEL 4

To isolerende kraftpapirark med en tykkelse på 25 pm, en densitet av 0,72 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 3000 sek/100 ml, ble laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel i samsvar med den etterfølgende prosedyre for å ekstrudere polypropylen for å frembringe et PPLP med en samlet tykkelse på 113 pm, en prosentvis filmlagandel lik 59 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet oppnådd på denne måte ble tilført vann ved hjelp av en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette nådde 14 %. PPLP-laminatet ble så satinert på samme måte som i eksempel 1 for å gi en samlet tykkelse på 105 pm og en prosentvis filmlagandel lik 64 %. Således ble det oppnådd et tynt PPLP i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var begge 90 g/15 mm. PPLP-laminatet ble også utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på

100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 80 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsbetingelser.

EKSEMPEL 5

To isolerende kraftpapirark med en tykkelse på 25 pm, en densitet av 0,72 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 3000 sek/100 ml, ble laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel i samsvar med den etterfølgende prosess for å ekstrudere polypropylen for å tilberede et PPLP med en samlet tykkelse på 136 pm, en prosentvis filmlagandel lik 66 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet oppnådd på denne måte ble tilført vann ved hjelp av en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette nådde 14 %. PPLP-laminatet ble så satinert på samme måte som i eksempel 1 for å gi en samlet tykkelse på 129 pm og en prosentvis filmlagandel lik 68 %. Således ble det oppnådd et tynt PPLP i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var begge 95 g/15 mm. PPLP-laminatet ble så utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på 100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 80 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsbetingelser.

EKSEMPEL 6

To isolerende kraftpapirark med en tykkelse på 25 pm, en densitet av 0,72 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet på 3000 sek/100 ml, ble laminert med en smeltet polypropylen i samsvar med den etterfølgende prosess for å ekstrudere polypropylen for å forberede et laminert papir (PPLP) med en samlet tykkelse på 168 pm, en prosentvis filmlagandel lik 71 % og et vanninnhold på 6 %.

Papirlaget i PPLP-laminatet oppnådd på denne måte ble tilført vann ved hjelp av en dampeapparatur utenfor maskineringen inntil vanninnholdet i dette nådde 14 %. PPLP-laminatet ble satinert (ved hjelp av en 16-trinns superkalander bestående av metallvalser og elastiske valser) for å gi en samlet tykkelse på 159 pm og en prosentvis filmlagandel lik 75 %. Således ble det oppnådd et tynt PPLP i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Klebestyrken for tørt papir før og etter satineringen var henholdsvis 110 g/15 mm og 105 g/15 mm. PPLP-laminatet ble så utsatt for en aldringsprøve over 24 timer ved en temperatur på 100° C i en alkylbenzenolje som brukes i OF-kabler. Det oljeimpregnerte PPLP oppviste en klebestyrke på 95 g/15 mm. Disse verdier viser at det laminerte papir ikke forårsaker noen problemer under faktiske arbeidsforhold.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 1

To ark av et tynt kondensatorpapir som har en tykkelse på 15 pm, en densitet på

1,09 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet som ikke er mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble kalandrert og deretter laminert med en smeltet polypropylen som et bindemiddel ved hjelp av en polypropylen ekstruderingsprosess for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP med en samlet tykkelse på 100 pm og en prosentvis filmlagandel på 74 %.

Klebestyrken for det tørre papir i PPLP-laminatet som således ble oppnådd, var bare

14 g/15 mm. Det resulterende PPLP gjennomgikk fullstendig avskrelling under eller etter å ha blitt dyppet i alkylbenzenolje.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 2

To ark av et tynt kondensatorpapir med en tykkelse på 15 pm, en densitet på 1,09 g/cm<3 >og en luftgjennomtrengelighet som ikke er mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble laminert med et smeltet polypropylen som et bindemiddel på samme måte som i sammenligningseksempel 1 for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP-laminat med en samlet tykkelse på 128 pm og en prosentvis filmlagandel på 75 %.

15 g/15 mm. PPLP-laminatet oppviste en klebestyrke av bare 1 g/15 mm under og etter å ha vært dyppet i en alkylbenzenolje.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 3

To sjikt av et tynt kondensatorpapir med en tykkelse på 15 pm, en densitet på

1,09 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet som ikke er mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble laminert med et smeltet polypropylen som et bindemiddel på samme måte som i sammenligningseksempel 1 for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP-laminat med en samlet tykkelse på 155 pm og en prosentvis filmlagandel på 81 %.

Klebestyrken for det tørre papir i PPLP-laminatet var bare 17 g/15 mm. PPLP-laminatet oppviste en klebestyrke av bare 2 g/15 mm under og etter å ha vært dyppet i en alkylbenzenolje.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 4

To sjikt av et tynt kondensatorpapir med en tykkelse på 20 pm, en densitet på

1,13 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet som ikke var mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble laminert med et smeltet polypropylen som et bindemiddel på samme måte som i sammenligningseksempel 1 for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP-laminat med en samlet tykkelse på 98 pm og en prosentvis filmlagandel på 64 %.

Klebestyrken for det tørre papir i PPLP-laminatet var bare 7 g/15 mm. PPLP-laminatet gjennomgikk fullstendig avskrelling under eller etter å ha vært dyppet i en alkylbenzenolje.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 5

To sjikt av et tynt kondensatorpapir med en tykkelse på 20 pm, en densitet på

1,13 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet som ikke var mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble laminert med et smeltet polypropylen som et bindemiddel på samme måte som i sammenligningseksempel 1 for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP-laminat med en samlet tykkelse på 122 pm og en prosentvis filmlagandel på 72 %.

Klebestyrken for det tørre papir i PPLP-laminatet var bare 6 g/15 mm. PPLP-laminatet gjennomgikk fullstendig avskrelling under eller etter å ha vært dyppet i en alkylbenzenolje.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 6

To sjikt av et tynt kondensatorpapir med en tykkelse på 20 um, en densitet på

1,13 g/cm<3> og en luftgjennomtrengelighet som ikke var mindre enn 100 000 sek/100 ml, ble laminert med et smeltet polypropylen som et bindemiddel på samme måte som i sammenligningseksempel 1 for å oppnå et forholdsvis tynt PPLP-laminat med en tykkelse på 152 um og en prosentvis filmlagandel på 77 %.

Som det kan sees av resultatene fra de forutgående eksempler og sammenligningseksemplene, innebærer prepareringsprosessen i henhold til foreliggende oppfinnelse at et tynt PPLP-laminat forberedes på forhånd fra et tynt papir med lav densitet for så å satinere det således preparerte PPLP-laminat slik at papirets rue overflate flates ut og reduksjonen i klebestyrke kan dramatisk hindres. Sett ut fra synspunktet av mekaniske egenskaper er således prepareringsprosessen i henhold til foreliggende oppfinnelse meget ønskelig.

Resultatene fra de forutgående eksempler og sammenligningseksemplene, er angitt i tabell 1. I det laminerte papir oppviser poleolefinfilmlaget en høyere dielektrisk sammenbruddsspenning overfor vekselstrøm, impulser og likestrøm og en lavere dielektrisitetskonstant (e) og dielektrisk tapsfaktor (tan 5) enn det isolerende kraftpapir i form av en bestand-del i det laminerte papir. Den høye sammenbruddsspenning er ønskelig uavhengig av om den tilføres en kraftkabel for vekselstrøm eller for likestrøm. Bruk av det elektrisk isolerende laminerte papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse er fordelaktig for å realisere en kompakt og økonomisk kraftkabel som kan tilføres en høyere spenning.

I vekselsstrømskabler øker på den annen side det dielektriske tap, som har stor innvirk-ning på en kabels overføringskapasitet og overføringstap, proporsjonalt med produktet av kvadratet av den tilførte spenning og e x tan 8. Derfor bør fortrinnsvis både dielektrisitetskonstanten og det dielektriske tap være små. Denne tilbøyelighet blir merkbar når den tilførte spenning er ekstra høy (EHV) eller ultrahøy (UHV). Følgelig er anvendelse av det elektrisk isolerende laminerte papir fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse i vekselsstrømskabler meget effektiv.

Forskjellige forsøk er blitt gjort på å utvikle et elektrisk isolerende laminert papir som har en høyere prosentvis polyolefinfilmlagandel enn noen sinne. Slik det også er blitt nevnt her, er imidlertid laminerte papir som har en tilstrekkelig klebestyrke aldri blitt oppnådd og satt i praktisk bruk så langt.

Nærmere bestemt er en av de faktorer som bestemmer en kraftkabels isolerende ytelse, uavhengig av om den er beregnet på vekselsstrøm eller likestrøm, om den i stor grad er i stand til å motstå impulsspenninger. Et laminert papirarks struktur, dielektrisitetskonstant og dielektrisk tap vil nå bli beskrevet i sammenheng med fig. 5. Fig. 5 anskueliggjør de elektriske egenskaper (dielektrisitetskonstant og den dielektriske tapsfaktor) for polyolefinfilmlaget 28, som henholdsvis ep og tan 8p, og for det isolerende kraftpapir 27, som henholdsvis ek og tan 5k.

Generelt er det elektriske felt E (angitt i kV/mm, dvs. størrelsen av spenningen tilført per mm isolasjonslag) omvendt proporsjonal med dielektrisitetskonstanten (e). I den hensikt å redusere det elektriske felt i det svake kraftpapir samtidig som det elektriske felt økes i det sterke polyolefinfilmlag, foretrekkes det derfor at dielektrisitetskonstanten (ek) for kraftpapirlaget, økes. Det laminerte papir som oppnås i samsvar med prepareringsprosessen i henhold til foreliggende oppfinnelse har kraftpapirlag som hvert enkelt får redusert tykkelse ved kalandrering av laminatet og følgelig sammenpressing av kraftpapirlaget. Som et resultat heves kraftpapirlagets densitet og således heves også kraftpapirlagets dielektrisitetskonstant. Siden den tilbøyelighet som kraftpapirlagets dielektriske styrke har til å bli senket ved å redusere tykkelsen av kraftpapirlaget så mye som mulig kompanseres ved en stigning i dielektrisitetskonstanten, kan det laminerte isolasjonspapir som ved fremstilling i henhold til foreliggende oppfinnelse har en prosentvis høy polyolefinfilmiagandel, gi en enda bedre ytelse.

Det ble forberedt en modellkabel som omfattet PPLP-laminatet oppnådd i eksempel 1. Den således forberedte modellkabel ble så utsatt for elektriske prøver. Resultatene av disse er angitt i tabell 2.

Papirene som ble brukt for sammenligningene er et konvensjonelt papir B, (med en tykkelse på 115 pm og en prosentvis filmlagandel på 64 %) og et papir A ifølge den nye prosess (med tykkelse 100 pm og en prosentvis filmlagandel på 74 %) oppnådd ved satinering av et konvensjonelt papir. Som leder ble det benyttet et rustfritt stålrør med en diameter på 20 mm. Lederen ble så laminert med et PPLP-isolasjonslag som fikk en tykkelse på omtrent 1,5 mm. Laminatet ble så impregnert med en fast olje (2000 cSt ved vanlig temperatur, 30 cSt ved 100° C).

Den forutnevnte modellkabel var så gjenstand for prøver med hensyn til sammenbrudd ved likestrøm og impulser under de etterfølgende betingelser: - likestrømssammenbrudd (DC • BD): begynte ved 100 kV, og trappet opp ved en rate på 5 kV/5 min. - impulssammenbrudd (Imp • BD): begynte ved 100 kV, og trappet opp ved en rate på 5 kV/3 timer

Som et resultat oppviste papiret A i henhold til den nye prosess en økning på 23 % med hensyn til likestrømssammenbruddverdien og en økning på 6 % med hensyn til impuls-sammenbruddverdien. Dette kan tilskrives det etterfølgende forhold.

Når likespenning tilføres over PPLP-laminatet fordeles likestrømspåkjenningen i forhold til hver komponents resistivitet (nærmere bestemt komponentens "motstand") og påføres derved nesten bare PP-partiet. En kabel forberedt fra papiret A i samsvar med den nye prosess i henhold til foreliggende oppfinnelse har en prosentvis PP-andel på 74 %, hvilket er en økning på 16 % fra den for det konvensjonelle papir B. Det kan således forventes at kabelen fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse oppviser en økning med hensyn til sammenbruddsverdi for likestrøm som nærmest tilsvarer dette forhold. De således oppnådde data kan fullt godtgjøre denne forventning.

Når en impulsspenning påføres over PPLP-laminatet fordeles påkjenningen hver for seg på PP-filmlagandelen og kraftpapirandelen, til forskjell fra likestrømstilfellet. Dersom PPLP-laminatet satineres blir bare tykkelsen av kraftpapiret komprimert, hvilket øker kraftpapirets densitet, og som et resultat heves ugjennomtrengeligheten for luft. Siden kraftpapirlagandelen har en redusert tykkelse og økt ugjennomtrengelighet for luft, heves dets impulssammenbruddpåkjenning (kV/mm). Reduksjonen i tykkelsen av kraftpapirlagandelen og økningen i impulssammenbruddspenningen kompanserer imidlertid hverandre. Økningen i impulssammenbruddspenning kan ventes å være omtrent fra 0 til noen få prosent. Således oppnådde data kan fullt ut godtgjøre denne forventning.

Som nevnt ovenfor gjør bruken av papiret A i samsvar med den nye prosess i henhold til foreliggende oppfinnelse det mulig å forbedre kraftkabelens elektriske sammenbrudds-karakteristikker. Det kan således realiseres en kompakt kraftkabel med tynnere isolasjon, som har høy pålitelighet.

Det laminerte papir oppnådd ved fremstilling i henhold til foreliggende oppfinnelse kan innlemmes som et isolasjonslag i en kraftkabel, i tørr form, for så å bli impregnert med en isolerende olje. I trinnet som innebærer impregnering av det isolerende lag med en isolerende olje, kan kabelkjernen oppvarmes til en temperatur av for eksempel 100 - 120° C for så å tillate den å bli stående ved den oppvarmede temperatur i omtrent 1 uke. Som en følge opptrer et fenomen som ikke iakttas ved en temperatur som er lavere enn den høyeste tillatte temperatur for kabler (vanligvis omtrent 90° C, eller lavere). Det ble med andre ord funnet at tykkelsen av kraftpapirlaget i det laminerte papir og som var blitt redusert ved kalandrering eller satinering, ble delvis gjenopprettet. Det ble således funnet at den faktiske bruk av denne virkning gjør det mulig med hensikt å sørge for gjennopprettelse fra løshet ved kjernen og fallet i dielektrisk styrke. Noe mer detaljert fjernes vanninnholdet som inneholdes i kraftpapiret på det tidspunkt hvor det laminerte papir påvikles, i tørketrinnet for å redusere tykkelsen av kraftpapirlaget. Som en følge blir isolasjonslaget løst og tykkelsen av oljelaget øker, hvilket reduserer kabelens dielektriske styrke. Ved å behandle kabelen ved en tilstrekkelig høy temperatur i et tilstrekkelig langt tidsrom (den egnede temperatur og den anvendte tidsperiode avhenger til en viss grad av isolasjonsoljetypen), kan tykkelsen av kraftpapirlaget som ble redusert ved kalandrering eller satinering gjenopprettes, hvilket gjør det mulig med hensikt å sørge for gjenopprettelse fra løshet ved kjernen så vel som fallet i dielektrisk styrke.

Det ble bekreftet at dette fenomen opptrer selv om kabelen som er blitt impregnert med en isolerende olje, oppvarmes. Dette viser at en lignende virkning kan utøves selv når varmebehandlingen utføres ved et hvilket som helst trinn etter impregneringen med en isolerende olje.

Denne virkning gir en teknikk som kan utnyttes særlig med hensyn til laminerte isola-sjonspapirer forberedt ved hjelp av prosessene i henhold til foreliggende oppfinnelse og utgjør således et stort bidrag til å forbedre ytelsen ved oljeimpregnerte kraftkabler.

Med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan det oppnås et laminert papir som omfatter et forholdsvis tykt plastfilmlag sammenklemt mellom isolerende kraftpapirlag, som ikke kan oppnås ved hjelp av konvensjonelle metoder, men ved hjelp av en enkel prosess som omfatter kalandrering eller satinering av laminatet. I samsvar med denne prosess kan også en uregelmessig struktur opprettholdes ved grensesnittet mellom papiret og plastfilmlaget og som utøver en forankringsvirkning som tillater papiret å bli fast bundet til polymeren. Dessuten gjør økningen i den prosentvise plastfilmlag-andel det mulig å forbedre laminatets dielektriske styrke. Videre reduseres den samlede tykkelse av et ark av det laminerte papir slik at tykkelsen av isolasjonslaget i kabelen reduseres, hvilket gjør det mulig å redusere kabelens størrelse og vekt. Endelig kan den økte lenge av en kabel som har det laminerte papir viklet i seg, realiseres.

Ved å anordne det laminerte isolasjonspapir fremstilit i henhold til foreliggende oppfinnelse i i det minste en del av isolasjonslaget i oljeimpregnerte kraftkabler, kan dessuten en kraftkabel som har en høy dielektrisk styrke realiseres uavhengig av om den er beregnet på vekselsstrøms- eller likestrømsbruk. Følgelig kan det realiseres en mer kompakt og økonomisk kraftkabel.

I tilfellet av en vekselsstrømskabel og jo høyere den tilførte spenning er, desto mer merkbar blir virkningen av det lavere dielektriske tap som oppnås med kraftkabelen. Følgelig kan det realiseres en større transmisjonskapasitet og et mindre overføringstap som i merkbar grad forbedrer økonomien.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et elektrisk isolerende laminert papir, karakterisert ved at den omfatter trinn hvor: - et polyolefinfilmlag smelteekstruderes som bindemiddel på et eller to ark av et isolerende kraftpapir ved hjelp av en ekstruderer for å oppnå et laminert papir, og - det laminerte papir kalandreres eller satineres slik at dets totale tykkelse blir på 30 - 200 pm, mens andelen av et plastfilmlag som inneholder polyolefinharpiksen, utgjør mellom 40 og 90 %.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor polyolefinharpiksen som utgjør et plastfilmlag velges blant polyetylen, polypropylen, en etylenpropylenkopolymer eller polybuten.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor kalandreringen eller satineringen utføres enten i en maskin (on-machine) eller utenfor en maskin (off-machine).

4.. Fremgangsmåte ved fremstilling av en oljeimpregnert kraftkabel, som omfatter trinn hvor det ifølge fremgangsmåten angitt i krav 1 fremstilles et elektrisk isolerende laminert papir og det laminerte papir vikles omkring en leder for å utgjøre et isolasjonslag, hvoretter det laminerte papir impregneres med en isolerende olje.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, og hvor polyolefinharpiksen som utgjør plastfilmlaget velges blant polyetylen, polypropylen, en etylenpropylenkopolymer eller polybuten.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, og hvor kalandreringen eller satineringen utføres enten i en maskin (on-machine) eller utenfor en maskin (off-machine).