PL67987B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 30.IV.1965 Wielka Brytania Opublikowano: 4.VII.1973 67987 KI. 21c,7/52 MKP HOlb 9/06 Wlasciciel patentu: British Insulated Callender's Cables Limited, Londyn (Wielka Brytania) Sposób wytwarzania elektrycznego wysokonapieciowego kabla energoelektrycznego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elektrycznego wysokonapieciowego kabla energoelek¬ trycznego majacego warstwe izolacyjna z tworzywa sztucznego, wewnatrz której znajduje sie gaz lub mie¬ szanina gazów pod cisnieniem, bedacym dobrym die¬ lektrykiem i chemicznie obojetny wobec tej warstwy.Jako znane przyklady stosowanych gazów mozn^ wy¬ mienic: azot, szesciofluorek siarki, oraz gazy elektro- ujemne. Korzystne jest, aby warstwa izolacyjna byla uksztaltowana jako pojedyncza warstwa rurowa, lub jako kilka warstw wspólosiowych, warstw spojonych ze soba.Podczas wytwarzania takich kabli pomimo srodków ostroznosci w sciance warstwy izolacyjnej i na jej laczeniu sie z powloka kabla powstaja pecherze po¬ wietrza niewypelnione materialem dielektrycznym.Pecherze te oslabiaja wartosc dielektryczna warstwy izolacyjnej tworzac miejsca w kablu podatne na uszko¬ dzenia.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwa¬ rzania kabla energoelektrycznego nie posiadajacego wyzej wymienionych wad i niedogodnosci znanego sposobu, wedlug którego wytworzony kabel posiadalby jednakowa zdolnosc ochronna.Sposób wytwarzania elektrycznego wysokonapiecio¬ wego kabla energoelektrycznego zaopatrzonego w na¬ sycona gazami jedno lub wielowarstwowa warstwe izolacyjna ze stalego tworzywa sztucznego wedlug wy- 10 20 25 30 nalazku polega na tym, ze warstwe izolacyjna na¬ syca sie wstepnie gazem obojetnym pod cisnieniem wyzszym od cisnienia atmosferycznego i w podwyz¬ szonej temperaturze do jej calkowitego nasycenia ga¬ zem o cisnieniu 7 kg/cm2. Ponadto wstepne nasyca¬ nie warstwy izolacyjnej prowadzi sie pod cisnieniem wynoszacym 1,5 wartosci cisnienia roboczego i w tem¬ peraturze korzystnie bliskiej maksymalnej tempera¬ tury roboczej kabla. Zgodnie z wynalazkiem podczas wstepnego nasycania warstwy izolacyjnej po naloze¬ niu powloki kabla chroni sie ta powloke przezd roz¬ ruszaniem, a wstepne nasycanie warstwy izolacyjnej prowadzi sie juz po umieszczeniu rdzenia kabla w powloce. Ponadto po ulozeniu wstepnie nasyconego rdzenia kabla te czesci warstwy izolacyjnej w któ¬ rej pustych miejscach gaz jest pod cisnieniem mniej¬ szym niz 7 kg/cm2 poddaje sie dalszemu wstepnemu nasycaniu gazem.Okreslenie calkowicie nasycony oznacza, iz peche¬ rze w kazdej czesci masy stalej warstwy izolacyjnej albo pomiedzy masa warstwy izolacyjnej i spojona z nim masa przewodzaca zostaja wypelniane gazem przy cisnieniu co najmniej 7 atm, a najlepiej przy cisnieniu co najmniej równym cisnieniu gazu robo¬ czego w kablu, zazwyczaj okolo 14 atn, przy czym cisnienie gazu w warstwie izolacyjnej oznacza cisnie¬ nie jakie powinno istniec w tych pecherzach w tej czesci warstwy gdyby takie pecherze istnialy i ja¬ kie wynika z obliczenia sposobem podanym ponizej 67 9873 odniesionym do zalaczonego rysunku przedstawiaja¬ cym zaleznosc miedzy czasem i cisnieniem.Predkosc zmiany cisnienia w malym pecherzu mo¬ ze byc wyznaczona na podstawie pierwszego i dru¬ giego prawa Ficka, opisujacego predkosc zmiany ste¬ zenia (lecz odniesionego do cisnienia) w punkcie, w którym przyjmuje sie, ze w materiale istnieje przer¬ wa, chociaz istnienie jej nie jest znane. W zastoso¬ waniu do dlugiego przedmiotu o przekroju pierscie¬ niowym, stanowiacego warstwe izolacyjna kabla, moz¬ na bez wiekszej szkody dla dokladnosci obliczen za¬ stapic material pierscieniowy materialem o tej samej grubosci lecz o plaskich powierzchniach równoleglych. op o2p Z praw Ficka wynika, ze — = D ,gdzie p oz- ot ox2 nacza cisnienie, t — czas, x — wspólrzedna miejsca, i D — wspólczynnik dyfuzji.Cisnienie wewnatrz ciala plaskiego o grubosci 21 poddanego na powierzchni dzialaniu cisnienia p0 mo¬ ze byc otrzymane przez rozwiazanie tego równania z uwzglednieniem nastepujacych warunków poczatko¬ wych i brzegowych: dla t^O, p= 0 dla wszystkich x dla x= ±l, p = p0 dla to.Z rozwiazania wynika, ze czas potrzebny na to ze¬ by cisnienie wewnatrz ciala stalego osiagalo wartosc 4P p porównywalna z p0 jest w przyblizeniu równe p2D Zaleznosc miedzy p/p0 i t (w sekundach) gdy 1=0,127 cm, a D = 3 • 10-7 Cm2/sek, dla temperatury 30°C, jest przedstawiona na zalaczonym wykresie.Krzywe dla innych wartosci D' oraz Y niz Dii t' D 1" mozna otrzymacprzez zmiane skali stosunku— =—-•-— W ten sposób otrzymano nastepujace wyniki dla stalego dielektryka polietylenowego poddanego ze¬ wnetrznemu cisnieniu, przewyzszajacemu o 150% ci¬ snienie wymagane w pecherzach, a wiec dla — = — Po 3 Przyklad 1 2 3 Tempe¬ ratura nasy¬ cania °C 30 30 100 Odleglosc pe¬ cherza od po¬ wierzchni do której przylo¬ zono cisnienie (l/mm) 1,27 12,7 12,7 Czas nasycania sek. godz. 3 • 104 8,3 3 • 106 833,3 1,57 • 105 44 Wspólczynnik D dla 30°C ma wartosc podana wyzej, a dla temperatury 100°C wynosi 5,73 • 10-6 cm2/sek.Jak wynika z przykladów 2 i 3 calkowite nasycenie izolacyjnej warstwy polietylenowej o grubosci 25,4 .mm przy cisnieniu 7 atn osiaga sie przez zastosowa¬ nie cisnienia gazu 10,5 atn dzialajacego na obydwie powierzchnie w przeciagu okolo 40 godzin w tempera¬ turze 100°C, albo okolo 800 godzin w temperaturze 30°C, a calkowite nasycenie przy cisnieniu 14 atn osia¬ ga sie przez dzialanie gazem na obydwie powierzch¬ nie pod cisnieniem 21 atn dla tego samego czasu i tych samych temperatur. 57 987 4 Pozadane jest przyspieszenie procesu wstepnego na¬ sycania przez zastosowanie cisnienia gazu przewyzsza¬ jacego cisnienie robocze w kablu przynajmniej pólto¬ ra raza i podwyzszenie temperatury warstwy izola- 5 cyjnej do temperatury przynajmniej 60°C, a najlepiej do temperatury bliskiej maksymalnej temperatury ro¬ boczej kabla. Nasycanie wstepne jest najlepiej doko¬ nywane w wytwórni przed nalozeniem lub po naloze¬ niu powloki kabla, a cisnienie gazu we wszystkich io czesciach warstwy izolacyjnej najlepiej zwieksza sie ponad cisnienie robocze kabla w stopniu wystarczaja¬ cym dla zapewnienia, ze straty gazu w czasie pózniej¬ szego przekladania kabla podczas produkcji i insta¬ lowaniu nie spowoduja spadku cisnienia gazu w war- 15 stwie izolacyjnej ponizej cisnienia roboczego. Spadek cisnienia gazu do wartosci ponizej cisnienia roboczego w czesciach warstwy izolacyjnej bliskich powierzchni wewnetrznej i zewnetrznej jest dopuszczalny, ponie¬ waz moze byc latwo skompensowany przez ponowne 20 nasycanie wstepne po zainstalowaniu kabla, ale przed jego wlaczeniem do ruchu.Korzystne jest nasycanie wstepne warstwy izola¬ cyjnej przed nalozeniem powloki na przyklad przez zamkniecie nie pokrytego powloka rdzenia kablowego 25 w naczyniu cisnieniowym i poddanie go w podwyz¬ szonej temperaturze dzialaniu gazu przewyzszajacego znacznie cisnienie robocze. Na przyklad kabel z war¬ stwa izolacyjna ze stalego polietylenu, przeznaczony do pracy przy cisnieniu azotu 14 atn, moze byc podda- 30 ny cisnieniu azotu 35 atn po podgrzaniu do tempera¬ tury 80—90°C. Calkowite nasycenie warstwy izolacyj¬ nej o grubosci okolo 12 mm moze byc osiagniete w tych warunkach w przeciagu okolo 12 godzin, gdy obydwie powierzchnie wewnetrzne i zewnetrzne war- 35 stwy izolacyjnej sa wystawione na dzialanie gazu, czyli gdy rdzen stanowi przewód przenikalny dla gazu, a wszelkie materialy znajdujace sie miedzy przewod¬ nikiem i warstwa izolacyjna albo nalozone na zew¬ netrzna powierzchnie tej warstwy jako przewodnik 40 lub ekran dielektryczny sa równiez przenikanie dla gazu. Przed wyjeciem rdzenia z komory cisnieniowej w celu nalozenia powloki, dopuszczalne jest ochlodzenie jego do temperatury otoczenia, przy czym w tej tem¬ peraturze predkosc dyfuzji gazu z warstwy izolacyjnej 45 jest tak mala, ze w czasie operacji nakladania powlo¬ ki zachodza tylko male straty cisnienia gazu i tylko w niewielkiej czesci warstwy izolacyjnej cisnienie moze spasc do wartosci nizszej od cisnienia roboczego kab¬ la, czyli w czesciach warstwy izolacyjnej bezposrednio 50 przylegajacych do powierzchni wewnetrznej i zewne¬ trznej. Po nalozeniu powloki na kabel zapobiega sie dalszej stracie gazu przez uszczelnienie konców pow¬ loki i napelnienie przestrzeni miedzy rdzeniem i pow¬ loka gazem o cisnieniu roboczym lub wyzszym. Po 55 tym juz nie zachodza zadne straty cisnienia gazu, do¬ póki nie rozpoczna sie prace laczenia. Podczas lacze¬ nia spadek cisnienia gazu wchlonietego przez warst¬ we izolacyjna jest niski i zachodzi w przewazajacym stopniu tylko w poblizu wewnetrznych i zewnetrz- 60 nych powierzchni kabla i na odslonietych koncach od¬ cinka kabla. Wedlug wynalazku calkowite nasycenie warstwy izolacyjnej zostaje przywrócone przez pod¬ danie jej cisnieniu gazu o wartosci równej lub wyz¬ szej od cisnienia roboczego, zanim kabel zostanie wla- 65 czony do ruchu.5 67 987 6 Jezeli nasycenie wstepne warstwy izolacyjnej ga¬ zem odbywa sie przed nakladaniem powloki i jezeli po¬ wloka jest tego rodzaju, ze nie wytrzymuje cisnienia gazu, jakie ma byc przylozone do warstwy izolacyj¬ nej podczas nasycania wstepnego, to stosuje sie cis¬ nienie plynu z zewnatrz powloki, aby zapobiec jej rozszerzaniu. Dokonywane to jest przez zanurzenie calego kabla w naczyniu cisnieniowym i poddanie go zarówno wewnatrz jak i zewnatrz powloki cisnieniu gazu, albo przez zanurzenie powleczonego kabla w cie¬ czy pod odpowiednim cisnieniem i wprowadzenie ga¬ zu tylko do otwartych konców kabla pokrytego pow¬ loka. W tym przypadku naczynie moze stanowic rure o wiekszej srednicy niz kabel i co najmniej równej dlugosci jak odcinek kabla. Moze byc to równiez ruro¬ ciag, w którym kabel pokryty powloka ma byc zain¬ stalowany, przy czym w tym ostatnim przypadku po¬ wloka dziala jako nieprzenikalna przepona, która mo¬ ze przekazywac cisnienie miedzy gazem wewnatrz ka¬ bla i gazem lub ciecza otaczajacym kabel i wypelnia¬ jaca rurociag. Równiez gdy kabel ma byc zainstalo¬ wany w rurociagu, który sam ma byc napelniony ga¬ zem, a nie jest przewidziana zadna nieprzenikalna przepona miedzy warstwa izolacyjna a gazem wypel¬ niajacym rurociag, to cale nasycenie wstepne moze byc dokonane na miejscu po wciagnieciu kabla do ru¬ rociagu, jezeli zastosuje sie cisnienie znacznie wyzsze od roboczego cisnienia kabla, przy czym mozna przy¬ spieszyc dyfuzje gazu do warstwy izolacyjnej przez ogrzanie kabla, na przyklad przez przepuszczenie pra¬ du elektrycznego przez przewód.Gdy sposób wedlug wynalazku jest zastosowany do kabla w rurociagu albo kabla majacego wzmocniona powloke wytrzymujaca cisnienie znacznie wyzsze od cisnienia roboczego, to nasycanie wstepne warstwy izolacyjnej moze byc dokonywane po nalozeniu pow¬ lok na odcinki kabla, albo po wciagnieciu do ruro¬ ciagu albo przed, albo po wykonaniu zlacz i koncó¬ wek. Jezeli nasycanie wstepne odbywa sie przed wy¬ konaniem zlacz i koncówek, to wszelkie straty gazu podczas wykonywania zlacz i koncówek, jakie mogly¬ by spowodowac, ze cisnienie gazu w pewnej czesci warstwy izolacyjnej spadnie ponizej cisnienia robo¬ czego, to wedlug wynalazku zostaje to skompensowa¬ ne przez pózniejsze nasycanie wstepne po wykonaniu zlacz i koncówek, ale przed wlaczeniem kabla do pra¬ cy.Stale uformowane wstepnie dielektryczne ksztaltki z tworzywa sztucznego stosowane w zlaczach i kon¬ cówkach, moga byc nasycone wstepnie w wytwórni i dostarczane na miejscu w zamknietych pojemnikach, Jezeli, jak to jest pozadane, sa one nasycone wstepnie gazem o cisnieniu znacznie przewyzszajacym cisnienie 5 robocze w kablu, to wszelkie straty gazu w czasie czyn¬ nosci laczenia nie wplywaja na obnizenie cisnienia w jakiejkolwiek czesci do wartosci ponizej cisnienia ro¬ boczego, przy czym takie straty moga byc w razie potrzeby uzupelnione przed oddaniem instalacji do 10 uzytku.Sposób wedlug wynalazku stosowany jest do kabli jednordzeniowych jak i wielordzeniowych, przy czym w przypadku kabli wielordzeniowych nasycanie wste¬ pne moze byc dokonywane przed lub po ulozeniu albo 15 czesciowo przed, a czesciowo po ulozeniu.Sposób wytwarzania kabli wedlug wynalazku ma te zalete, ze kabel jest oddawany do uzytku w stanie calkowitego nasycenia i w ten sposób unika sie przed¬ wczesnego przebicia dielektryka, co mogloby byc spo- 20 wodowane w razie obecnosci pecherzy nie zawiera¬ jacych gazu o pelnym cisnieniu roboczym kabla. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elektrycznego wysokpnapie- 2 ciowego kabla energoelektrycznego zaopatrzonego w nasycona gazem jedno lub wielowarstwowa warstwe izolacyjna ze stalego tworzywa sztucznego, znamienny tym, ze warstwe izolacyjna nasyca sie wstepnie gazem obojetnym pod cisnieniem wyzszym od cisnienia atmo¬ sferycznego i w podwyzszonej temperaturze do jej calkowitego nasycenia gazem o cisnieniu 7 kg/cm2.

2. Sposób wedlug zastrz. 1. znamienny tym, ze wstep¬ ne nasycanie warstwy izolacyjnej prowadzi sie pod cisnieniem wynoszacym 1,5 wartosci cisnienia robo- 35 czego i w temperaturze korzystnie bliskiej maksymal¬ nej temperatury roboczej kabla.

3. SP°sób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze podczas wstepnego nasycania warstwy izolacyjnej po nalozeniu powloki kabla chroni sie te powloke przed rozszerzaniem.

4. Sposób wedlug zastrz. 1—2, znamienny tym, ze wstepne nasycanie warstwy izolacyjnej prowadzi sie po umieszczeniu rdzenia kabla w powloce.

5. Sposób wedlug zastrz. 1—2, znamienny tym, ze 45 po ulozeniu wstepnie nasyconego rdzenia kabla te czesci warstwy izolacyjnej, w której pustych miej¬ scach gaz jest pod cisnieniem mniejszym niz 7 kg/cm2 poddaje sie dalszemu wstepnemu nasycaniu gazem. 35 40KI. 21c,7/52 67 987 MKP HOlb 9/06 /0 ^^t^S^e^Jwtto/O* Bllk 649/73 110 szf Cena zl 10.— PL PL