SE429074B - Isolering for elektriska kablar, forfarande for framstellning herav samt anvendning - Google Patents

Description

7713643-o Pâ grund av inskränkningarna vid användningen av strängsprutad po- lymer som isolering isolerar man för närvarande undervattenskablar med användning av tejp på ovan beskrivet sätt, varvid tejpen lindas på ledaren i en atmosfär av olja eller gas under tryck. Pâ grund av den inneslutna oljan eller gasen föreligger dock betydande inskränk- ningar beträffande det djup, till vilket en sådan kabel kan sänkas ned och längden på en sådan kabel. I allmänhet kan en sådan kabel an- vändas på djup ned till 500 m och kvaliteten på isoleringen är sådan att spänningen ej får överstiga 250-300 kW och kabelns maximala effekt- kapacitet ligger vid 300 MW.

Uppfinningen avser en oimpregnerad isolerande struktur av inlednings- vis nämnt slag och som kännetecknas av att den lindade tejpen är gjord av en-stereoreguljär isotaktisk polymer med en viktmedelmole- kylvikt mellan 200 000 och 700 000, en kristallinitet mellan 40 och 90%, ett polymolekylaritetsindex mellan 2 och 10, att tejpen blivit biorienterad genom plan biaxiell sträckningsprocess mellan dess mjuk- nings- och smältpunkter vid ett sträckningsförhållande mellan 3 och _7 under bibringande av en elasticitetsmodul mellan 175-450_daN/mmz, enkonstant tjocklek och líkformigt yttillstånd, varvid tejpen lindats i flera skikt runt kabelns kärna under överlappning under sträckning ej understigande 0,4 daN/mmz, varigenom den oimpregnerade tejpen är självlimmande utan att glida.

Enligt en föredragen utföringsform är tejpen krympt. Enligt en annan föredragen utföringsform består tejpen av isotaktisk polypropen.

Tejpen har vidare företrädesvis en tjocklek av mellan 10-50 pm. Ut- rymmena mellan tejpskíkten i de längsgående kanterna av den lindade tejpen är företrädesvis utfyllda med en dielektrisk gas.

Uppfinningen avser även ett förfarande för framställning av en struk- tur av nämnt slag, som kännetecknas av att tejpen, som är av en ste- reoreguljär isotaktisk polymer med en viktmedelmolekylvikt mellan 200 000 och 700 000, en kristallinitet mellan 40 och 90%, ett poly- molekylaritetsindex mellan 2 och 10, att tejpen blivit biorienterad genom plan biaxiell sträckningsprocess mellan dess mjuknings- och smältpunkter vid ett sträckningsförhållande mellan 3 och 7 under bi- bringande av en elasticitetsmodul mellan-175-450 daN/mm2, en konstant tjocklek och likformigt yttillstånd, lindas i flera skikt kohesivt utan att tejpen glider omkring kärnan på kabeln som skall isoleras. 7713643-0 För att förbättra tejpens vidhäftningsegenskaper har den film, var- av den är tillverkad, företrädesvis konstant tjocklek och likformiga ytegenskaper. Företrädesvis har filmen en tjocklek mellan 10 och 50 pm och helst mellan 10 och 25 pm.

På grund av en dragstyrka högre än 5 daN/mmz och hög elasticitetsmo- dul av mellan 175 och 450 daN/mm2 kan tejpen viras kompakt runt krop- pen så att det resulterande isoleringsskiktet blir kohesivt. Vidare kommer tejpskikten ej att glida i förhållande till varandra, när krop- pen utsätts för deformationer, t.ex. när kroppen är en kabel och lin- das omkring en trumma.

Tejpen är företrädesvis biaxiellt orienterad och kan krympa vid upp- hettning. Om man behöver komprimera det isolerande skiktet, kan denna tejp upphettas under eller efter appliceringen på den strömförande kroppen, så att den krymper på kroppen, varigenom skiktets kompakthet ökar. Den temperatur, vartill tejpen upphettas, ligger under mjuk- ningspunkten för tejpmaterialet och företrädesvis mellan 5 och 40°C under mjukningspunkten.

När filmen, varav tejpen är tillverkad, är biaxiellt orienterad, sker tillverkningen företrädesvis på konventionell väg genom ett förfaran- de, som inkluderar plan axiell sträckning av filmen, varvid filmen eventuellt sträcks axiellt vid en temperatur mellan mjukningspunkten och smältpunkten och under alla omständigheter mellan T och T-100°C, där T är smältpunkten för den använda polymeren, och förhållandet mel- lan längden av filmen i osträckt tillstånd och sträckt tillstånd lig- ger mellan 3 och 7.

Medan man lindar på tejpen är det oundvikligt att luft, en dielekt- risk gas, inneslutes mellan tejpskikten i de mycket små, spiralfor- made utrymmen, som uppstår mellan tejpskikten vid de längsgående kan- terna av tejpen. Dessa utrymmen inskränks i det isolerande skiktets radiella riktning till tejpens tjocklek. Det är oundvikligt att man innesluter en dielektrisk gas vid det isolerande skiktet men det är inte nödvändigt för de dielektriska egenskaperna hos isoleringen åstadkommen av tejpen. De isolerandeegenskaperna hos tejpskiktet kan emellertid ytterligare förbättras genom en medveten tillförsel av en dielektrisk gas vid de längsgående kanterna av varje tejpskikt under eller efter själva tejplindningen. En sådan gas kan vara en eller en blandning av följande, nämligen: 7713643-0 luft, N2, sfs, cc13P, cc12P2, cH3I, cclu, cHc13, cnaçocl, csz, cclzcocl, cnclzr, cHc1cc12, cH2c12, cH2c1cHc12, cH3c1, cnscno, cH2c1r, co,.cnc12cHc12, cH3Br, cnu, cnzclcnzcl, cH3No2, cH2c1cH2oH, czrs, cflscosn, cH2cn2c(cH3)cH, CHZOH, c2c13P3, BC13, soz, PC13, soc12, sozclz, c12, c2H5oNo2, snz, cars, cars, cznu, Ticlu, HcoocH3, N20, Pocla, cznz, CZHSNHZ, (cH3>2NH, s2c12, CGHSNO2, (C H ) O, C H OH, CFR, C2H5Cl, CsH5COCl, (CH3)2C=CH2, 2 5 2 2 5 H2, C02, 02, CHCIF2, C2ClP5, C2Cl2Fu.

Tejpen kan vara av en lämplig homopolymer, sampolymer eller terpoly- mer .

Filmen kan vara av en stereoreguljär homopolymer av isotaktisk karak- tär och med den allmänna formeln (-CH2-CHR)n. Exempelvis kan R vara någon av följande atomer eller atomgrupper: CH 3 H, CH3, CH2-CH3, CH2 = CH2, CH2-CH2-CH3, CH2-CH.\\CH ' 3 CH3 CH3 /,cH3 en -cfl -en ca _ _ _ oz 2 \\_CH3, _\_CH3, c\§§ 3 , c(cH3l2 CHZ CH3, en 3 cfls cfla ©~1H2©, E» Ö» , ,l CH3 F r ~~<- - ~ -----1-P.-_._._.._.__.___..:_..V 7713643-0 , Cl, F, OH, 0-C-CH -, -C~O-CH , 8 2 “ 3 , cN, co=NH O C \ / Exempel på andra homopolymerer, som kan användas för filmen, 8I' poly-(4,4'-dífenylenpropankarbonat) i gruppen av polykarbonater, poly-(etylentereftalat) i gruppen av polyestrar, poly~(hexametylenadípamid)í gruppen av polyamider, poly-(oxífenylen) i gruppen av poly(arylenoxíder).

Polysulfoner, polyvinylídenhalogenider, polyvinylhalogeníder, poly- (metylmetakrylat), poly~(tetrafluoneten), P0ly-(monoklortrífluoreten), poly-(vinylenklorid), 6-, 6.6-, 8.10-, 10- och 11-polyamider.

Föredragna sampolymerer och terpolymerer för filmen är framställda av monomererna av ovan angivna homopolymerer. Ett exempel på en terpoly- mer, som kan användas för filmen, är fluorerad etenpropenterpolymer.

Samtliga föregående polymerer har medelhög molekylvikt mellan 200 000 och 700 000 och eventuellt mellan 350 000 och 500 000 och ett polymo- lekylaritetsindex mellan 2 och 10.

Den procentuella kristalliniteten ligger mellan 40 och 90% och eventue ellt mellan 50 och 80%.

Den betydande viktmedelmolekylvikten hos polymererna och åtföljande starka kohesion hos molekylerna och frånvaron av tomrum innebär att polymererna kan överföras till filmer och filmerna sträckas utan att brista och att filmerna kan plasticeras som "oqenomträngliga", dvs felfria filmer utan något vakuum eller porer.

Den betydande graden av kristallin ordning hos dessa polymerer inne- bär att filmerna tillverkade därav har hög dragstyrka, elasticitet och dielektrisk styvhet. 7713643-0 6 Enligt en föredragen utföringsform är tejpen tillverkad av en biaxi- ellt orienterad film av isotaktisk polypropen med följande karakte- ristiska särdrag, nämligen en tjocklek av 25,um, en viktmedelmolekyl- vikt av 430 000, en dragstyrka i längdriktningen av 14'daN/mmz, en dragstyrka i tvärriktningen av 25 daN/mmz och en kristallinitet högre än 50%. En sådan film uppvisar hög dielektrisk styrka för likström, som är större än 630 kv/mm och uppvisar låg dielektrisk konstant av 2,2 och låg förlustfaktor i storleksordningen 2 x 10-4.

Filmtejpen lindas omkring kroppen som skall isoleras under dragning med en kraft, som ligger under gränserna för tejpens elasticitet.

Exempelvis kan en tejp tillverkad av en film med en tjocklek av 25 pm och med en bredd av 20 mm lindas under dragning vid 500 g. Företrädes- vis bör dragningen ej ske med en kraft under 0,4 daN/mmz. Graden av överlappning mellan på varandra följande skikt av tejpen kan variera beroende på graden av erforderlig isolering, dvs på den maximala spän- ning och ström, som skall transporteras av kroppen.

Om det är nödvändigt att ytterligare komprimera tejpskikten förutom att linda tejpen omkring kroppen under sträckning kan tejpen upphettas under eller efter appliceringen på kroppen så it den krymper. I fallet med en tejp av isotaktisk polypropen upphettas tejpen till en tempera- tur mellan ca 100 och 135°C, som ligger under mjukningspunkten för polypropen. Denna upphettning av polypropenfilmen har den ytterligare fördelen att den ökar materialetskristallina ordning.

En undervattenskabel för mycket höga spänningar för likström innefat- tar en ledande kärna av en elektriskt ledande metall, såsom aluminium eller en aluminiumlegering, aluminium med en stålkärna, eller koppar, ett vattenfritt, halvledande skikt av polyeten eller en strängsprutad eten-propensampolymer eller annat material, ett elektriskt isolerande skikt av tejp av ovan beskrivet slag, varvid tejpen exempelvis är av isotaktisk polypropenfilm, ett halvledande skikt av likartat slag som det som täcker kärnan, en högfrekvensavskärmning och ett antikorro- sivt skydd¿ Enligt uppfinningen tillhandahâlles sålunda en elektrisk isolering och ett förfarande för elektrisk isolering, varigenom ett syntetiskt isolerande skikt åstadkommas för en elkabel, varvid skiktet är av en polymer i form av en film, så att den upprätthåller de dielektriska och viskoelastiska egenskaperna hos baspolymeren. Det isolerande skik- tet är sammansatt av ett flertal över varandra lagda tejpskikt, som '?7436¿+3~0 åstadkommer ett flertal gränsytor polymer-polymer, som inhiberar ut- vecklandet av strömmar. Dessa elektriska egenskaper är kopplade med de mekaniska egenskaperna hos själva tejpen och härrör sålunda från den kompakta och sammanhängande naturen hos det isolerande skiktet, som kan erhållas på grund av filmtejpens elasticitet. Det isolerande skiktet behöver ej lita pâ inneslutning av en dielektrisk gas eller olja för att åstadkomma tillräcklig isolering och har större tillför- litlighet än någon annan strängsprutad syntetisk isolering eller kon- ventionell tejplindad isolering. Tjockleken på det isolerande skiktet kan variera alltefter graden av önskad isolering och beroende pâ den nominella driftspänningen i den strömförande kroppen. Den isolering, som åstadkommas med ovan beskrivna isoleringsskikt, kan vara tillräck- lig för mycket höga elektriska spänningar och effekter, t.ex. mellan 500 och 1000 MW vid en spänningsgradient i ledaren av 80 kV/mm. Till följd av de utmärkta mekaniska egenskaperna hos det isolerande skik- tet kan en kabel försedd med ett sådant isolerande skikt sänkas ned till djup över 500 m.

Uppfinningen har beskrivits i anslutning till isolering av elektriskt ledande kablar för användning under vatten och för transport av höga spänningar men isoleringen kan likaväl användas för isolering av kab- lar för transport av lägre spänningar, markkablar, telefonkablar etc. och för såväl likström som växelström.

Claims (10)

7713643-0 10 15 20 25 35 Patentkrav,

1. Oimpregnerad isolerande struktur för elektrisk kabel, bestående av en tejp lindad runt kärnan hos kabeln, var- vid tejnen är gjord av en biaxiellt orienterad film av en polymer, har en tjocklek understigande 50 Pm och en drag- hållfasthet överstigande 5 daN/mmz, k ä n n e t e c k- n a d av att den lindade tejpen är gjord av en stereo- reguljär isotaktisk polymer med en viktmedelmolekylvikt mellan 200 000 och 700 000, en kristallinitet mellan 40 och 90 %, ett polymolekylaritetsindex mellan 2 och 10, att tejpen blivit biorienterad genom plan biaxiell sträck- ningsprocess mellan dess mjuknings- och smältpunkter vid ett sträckningsförhållande mellan 3 och 7 under bibringan- de av en elasticitetsmodul mellan 175-450 daN/mmz, en kon- stant tjocklek och likformigt yttillstånd, varvid tejpen lindats i flera skikt runt kabelns kärna under överlapp- ning under sträckning ej understigande 0,4 daN/mmz, var- igenom den oimpregnerade tejpen är självlimmande utan att glida.

2. Struktur enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tejpen är krympt. '

3. Struktur enligt något av krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n_a d av att tejpen består av isotaktisk polypropen.

4. Struktur enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att tejpen har en tjocklek av 10-50 Pm.

5. Struktur enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att utrymmena mellan tejpskikten i de längsgående kanterna av den lindade tejpen är utfyllda med en dielektrisk gas.

6. Förfarande för framställning av en oimpregnerad isolerande struktur enligt krav 1 för elektrisk kabel, bestående av en tejp lindad runt kärnan hos kabeln, var- vid tejpen är gjord av en biaxiellt orienterad film av en i 10 15 20 25 30 7713643- 0 9 polymer, har en tjocklek understigande 50 Pm och en drag- hållfasthet överstigande 5 daN/mmz, k ä n n e t e c k n a t av att tejpen, som är av en stereoreguljär isotaktisk polymer med en viktmedelmolekylvikt mellan 200 000 och 700 000; en kristalfinitet mellan 40 och 90 %, ett poly- molekylaritetsindex mellan 2 och 10, att tejpen blivit biorienterad genom plan biaxiell sträckningsprocess mellan dess mjuknings- och smältpunkter vid ett sträckningsför- hållande mellan 3 och 7 under bibringande av en elastici- tetsmodul mellan 175-450 daN/mm2, en konstant tjocklek och likformigt yttillstånd, lindas i flera skikt kohesivt utan att tejpen glider omkring kärnan på kabeln som skall isoleras.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att lindningen utföres under sträckning.

8. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att tejpen krymps genom upphettning under eller efter lindningssteget.

9. Förfarande enligt något av krav 6-8, k ä n n e t e c k- n a t av att utrymmena mellan tejpskikten vid de längs- gående kanterna av den pålindade tejpen fylls med en di- elektrisk gas antingen genom att lindningen utföres i en sådan gasatmosfär eller genom att en sådan gas pressas in efter lindningssteget.

10. Användning av en struktur enligt något av krav 1-5 för framställning av högspännings- eller undervattenskablar.