SE461430B

SE461430B - Method of producing a cable joint and cable joint

Info

Publication number: SE461430B
Application number: SE8502158A
Authority: SE
Inventors: G M Koumas
Original assignee: Alcatel Nv
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1990-02-12
Also published as: NO841980L; NO154650C; SE8502158L; SE8502158D0; NO154650B

Abstract

The invention concerns a method of producing a joint between two similar or identical high-voltage power cables. When a high-voltage cable 2 with an inner semiconductor layer 5 encased in a cross-ply PE insulation 4 is to be joined according to conventional procedures the curing process is fairly time-consuming. According to conventional methods there is only a single route through which air which is trapped in the PE insulation and gases which are formed internally in the PE insulation during curing can escape, namely outwards through the outer surface of the insulation. By introducing a gas-permeable inner semiconductor layer at the location of the joint this invention provides an alternative escape route, namely inwards - radially through the semiconductor layer 6 at the site of the joint - and later in a longitudinal direction through the core of the cable 3. The curing time can thereby be reduced significantly. Various types of gas-permeable inner semiconductor layers 6 are described. <IMAGE>

Description

461 450 2 Försök har därför gjorts med att öka härdningstiden så att en större andel gas och luft får undkomma från isolationsmas- san under härdnings- eller tvärbindningsförloppet. 461 450 2 Attempts have therefore been made to increase the curing time so that a larger proportion of gas and air can escape from the insulating compound during the curing or crosslinking process.

Dessa försök har visat ganska goda resultat. En del rest- gas och -luft kvarstår emellertid alltid i isoleringen, och en ökad härdningstid är under alla förhållanden en dyrbar lösning. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att ut- veckla ett nytt sätt att framställa en kabelskarv mellan två högspänningskraftkabeländar som är försedda med en härdad el- ler tvärbunden isolering som omsluter en inre halvledarmantel som är anordnad intill strömledaren (strömledarna), vilken skarv, trots en betydligt reducerad framställningstid, tål höga spänningar utan risk för genomslag. Ändamålet med uppfinningen är således att framställa ka- belskarvar under bibehållande av framställningstiden samtidigt som nivån för arbetsspänningen ökas i betydande grad.These experiments have shown quite good results. However, some residual gas and air always remain in the insulation, and an increased curing time is in any case an expensive solution. The object of the present invention is thus to develop a new method of manufacturing a cable joint between two high-voltage power cable ends which are provided with a hardened or cross-linked insulation which encloses an inner semiconductor sheath which is arranged next to the conductor (s), which joint, despite a significantly reduced production time, withstands high voltages without risk of breakthrough. The object of the invention is thus to produce cable joints while maintaining the manufacturing time while at the same time increasing the level of the working voltage to a significant degree.

Det uppställda målet nås genom att man använder sig av ett sätt eller framställer en skarv i enlighet med de nedan angiv- na patentkraven.The set goal is achieved by using a method or producing a joint in accordance with the claims set out below.

För att en klar och otvetydig uppfattning om uppfinningen skall ges hänvisas till detaljbeskrivningen som avser en före- dragen utföringsform och vissa alternativ till denna samt till bifogade ritningar, på vilka figur l visar de centrala delarna hos en kabelskarv under ett skarvningsförfarande i enlighet med föreliggande uppfinning, figur 2 visar en del detaljer i två något olika utföringsformer av en kabelskarv, fortfarande enligt föreliggande uppfinning, och figur 3 visar ytterligare detaljer i en skarv enligt uppfinningen.For a clear and unambiguous view of the invention, reference is made to the detailed description relating to a preferred embodiment and certain alternatives thereto and to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows the central parts of a cable splice during a splicing process in accordance with the present invention. Figure 2 shows some details in two slightly different embodiments of a cable joint, still according to the present invention, and Figure 3 shows further details in a joint according to the invention.

I figur 1 är de båda kabeländarna 2 med halvledarskikt 5 och tvärbunden isolering 4 visade. Dessa kabeländar, vilka är avsedda att skarvas, är visade med delvis avskalad isole- ring, varvid de är redo för skarvningsförloppet. Eventuella yttre skyddsmantlar har avlägsnats (inte visat, eftersom hanteringen av dylika mantlar inte ingår i denna uppfinning).Figure 1 shows the two cable ends 2 with semiconductor layer 5 and cross-linked insulation 4. These cable ends, which are intended to be spliced, are shown with partially stripped insulation, whereby they are ready for the splicing process. Any outer protective jackets have been removed (not shown, as the handling of such jackets is not included in this invention).

Det antas att kärnan har en enkelledare 3 från vilken isole- ringen har avskalats helt, varjämte nämnda ledare har rengjorts nära skarvstället 7. 461 430 3 Under skarvningsförloppet bör en skarv l byggas upp, vil- ken är likartad eller (såsom en ideallösning) identisk med ka- beländarna i geometriskt, elektriskt, mekaniskt, kemiskt och fysikaliskt hänseende. Varje skikt och mantel i skarven åter- införs därför i regel på så sätt att skarven blir ganska lik- artad det korresponderande kabelskiktet. Till att börja med skarvas strömledaren (strömledarna) 3 medelst en känd skarv- ningsmetod. Därpå skall det inre halvledarskiktet 5 återin- föras.It is assumed that the core has a single conductor 3 from which the insulation has been completely stripped, and said conductor has been cleaned near the splice point 7. 461 430 3 During the splicing process a splice 1 should be built up, which is similar or (as an ideal solution) identical with the cable ends in geometric, electrical, mechanical, chemical and physical terms. Each layer and sheath in the joint is therefore usually reintroduced in such a way that the joint becomes quite similar to the corresponding cable layer. To begin with, the current conductor (s) 3 are spliced by means of a known splicing method. Then the inner semiconductor layer 5 must be re-inserted.

Det uppfinningsmässiga särdraget hos denna uppfinning är att det inre halvledarskiktet 6 har vid skarvstället på ett eller annat sätt gjorts genomträngligt för gaser som bildas och luft som innesluts i skarven så att en del av denna gas/ luft kan tvingas radiellt in i strömledaren och kan avgå i båda axiella riktningarna utefter kabelkärnans 3 längdsträck- ning. Det inre halvledarskiktet 6 måste hållas i genomträng- ligt tillstånd åtminstone under större delen av härdnings-/ tvärbindningsförloppet.The inventive feature of this invention is that the inner semiconductor layer 6 has at one point or another been made permeable to gases formed and air trapped in the joint so that a part of this gas / air can be forced radially into the conductor and can escape in both axial directions along the longitudinal length of the cable core 3. The inner semiconductor layer 6 must be kept in a permeable state at least for most of the curing / crosslinking process.

En del av den i skarvisoleringen inneslutna luften och en viss mängd av gasen som bildas i isoleringen under härdnings- förloppet kan absorberas i den isolerande massans mikrostruk- tur utan att detta medför några problem. Det anses emellertid vara fördelaktigt att så mycket som möjligt av luften/gasen får undkomma, eftersom kvarvarande fria gasmolekyler i isole- ringen kan representera kärnor för bildandet av vattenträd.Some of the air enclosed in the joint insulation and a certain amount of the gas formed in the insulation during the curing process can be absorbed in the microstructure of the insulating mass without this causing any problems. However, it is considered advantageous that as much of the air / gas as possible must escape, since the remaining free gas molecules in the insulation can represent nuclei for the formation of water trees.

Tack vare den ytterligare, inåtriktade frigöringskanalen enligt denna uppfinning avlägsnas gasen mycket snabbare och/ eller mycket mera fullständigt från det isolerande materialet.Thanks to the additional, inwardly directed release channel according to this invention, the gas is removed much faster and / or much more completely from the insulating material.

I praktiken är denna inre frigöringskanal ännu mera effektiv än den befintliga yttre kanalen genom den yttre ytan. Anled- ningen till detta är att värmen som förekommer vid härdnings- eller tvärbindningsförloppet i regel tillförs från utsidan.In practice, this inner release channel is even more effective than the existing outer channel through the outer surface. The reason for this is that the heat that occurs during the curing or crosslinking process is usually supplied from the outside.

De yttersta zonerna i isoleringen kommer därför att tvärbin- das först, och dessa tvärbindningszoner kommer att bli myc- ket mera ogenomträngliga än de fortfarande "råa" ohärdade innerzonerna. Efter hand som tvärbindnings- eller härdnings- förloppet fortskrider inåt kommer den inspärrade luften och de bildade gaserna att tvingas in i den beskrivna inre frigörings- kanalen. 461 430 4 Det finns många alternativa sätt och utformningar, vil~ ka alla.resulterar i en önskad, genomtränglig halvledarmantel.The outermost zones of the insulation will therefore be crosslinked first, and these crosslinking zones will be much more impermeable than the still "raw" uncured inner zones. As the crosslinking or curing process proceeds inwardly, the trapped air and gases formed will be forced into the described internal release channel. 461 430 4 There are many alternative ways and designs, all of which result in a desired, permeable semiconductor sheath.

Halvledarmanteln 6 vid skarvstället 7 kan upprättas genom att man lindar en härdbar eller tvärbindbar halvledartape i ett eller flera skikt och/eller genom att man påför en halv- ledarmassa medelst någon påmålnings-, påsprutnings- eller påsmetningsmetod. Den erhållna halvledarmanteln 6 kan då per- foreras innan, under tiden eller efter den har härdats. me- delst mekaniska organ, strålningsorgan (t.ex. en laserstrâle), kemiska organ (t.ex. syrakorrosions- eller blåsmedel som ingår i en förening) eller bränningsorgan. Perforeríngarna 8, 9 bör sträcka sig rakt igenom hela halvledarmanteln 6 så att gasen lätt kan finna sin väg till kärnan 3. Geometriskt sett kan perforeringarna bestå av hål 9 som efter nålar eller smala slitsar 8 i axiell och/eller periferiell riktning eller annars kan de representeras av ett tätt, porliknande mönster. Givet- vis kan en kombination av dylika mönster också användas inom uppfinningens ram. En del av dessa lösningar är visade i fig. 2.The semiconductor sheath 6 at the splice point 7 can be established by winding a curable or crosslinkable semiconductor tape in one or more layers and / or by applying a semiconductor mass by means of any painting, spraying or smearing method. The obtained semiconductor sheath 6 can then be perforated before, during or after it has hardened. by mechanical means, radiating means (eg a laser beam), chemical means (eg acid corrosion or blowing agents contained in a compound) or combustion means. The perforations 8, 9 should extend straight through the entire semiconductor sheath 6 so that the gas can easily find its way to the core 3. Geometrically, the perforations may consist of holes 9 which after needles or narrow slits 8 in the axial and / or peripheral direction or otherwise they represented by a dense, pore-like pattern. Of course, a combination of such patterns can also be used within the scope of the invention. Some of these solutions are shown in Fig. 2.

Ytterligare en lösning är att linda på en på förhand per- forerad tape. Detta kan ske medelst en syntetisk textiltape 10, fig. 3, vilken tape är behandlad med eller består av ett halv- ledarmaterial. (En hygroskopisk texiltape är emellertid inte önskvärd tillsammans med den mest tilltalande av de för närva- rande använda isolatorerna, såsom tvärbunden PE). Metoderna för att förperforera dylika slag av tape kan vara likartade metoderna som har nämnts ovan i samband med perforering av ett fullbordat skikt i skarven, eller annars kan tapen ha en porös struktur såsom de flesta vävda, stickade eller perforerade tapeslagen. Enligt föreliggande uppfinning är det också möjligt att kombinera åtminstone en halvledartape 10 av syntetisk väv med minst ett genomträngligt och eventuellt halvledande poly- merskikt 15 som har öppningar 8 eller 9 på sätt som är åskåd- liggjort i fig. 3.Another solution is to wrap on a pre-perforated tape. This can be done by means of a synthetic textile tape 10, Fig. 3, which tape is treated with or consists of a semiconductor material. (However, a hygroscopic textile tape is not desirable in conjunction with the most attractive of the insulators currently used, such as crosslinked PE). The methods for pre-perforating such types of tape may be similar to the methods mentioned above in connection with perforating a finished layer in the joint, or else the tape may have a porous structure such as most woven, knitted or perforated types of tape. According to the present invention, it is also possible to combine at least one semiconductor tape 10 of synthetic fabric with at least one permeable and optionally semiconductive polymer layer 15 having openings 8 or 9 in the manner illustrated in Fig. 3.

Det bör slutligen nämnas att halvledarskiktet kan byggas upp av växelvis liggande skikt av syntetisk väv och överlappan- de lindningsvarv av en pålindad PE-tape. rf 461 430 5 Den detaljerade utformningen av en laminerad struktur är visad i fig. 3, varvid laminatet antingen kan vara framställt på platsen genom att man växelvis lindar på skikt av°väv- och PE-tape, eller annars kan det vara framställt på förhand i ett separat lamineringsförfarande för att möjliggöra att halvle- darskiktet senare kan tillverkas i en enda operation. Eftersom tvärbindning av denna lindning på förhand också kan utelämnas såsom har nämnts ovan kan denna utföringsform vara särskilt givande då det gäller tidsbesparande tillverkning.Finally, it should be mentioned that the semiconductor layer can be built up of alternating layers of synthetic fabric and overlapping winding turns of a wound-up PE tape. rf 461 430 The detailed design of a laminated structure is shown in Fig. 3, whereby the laminate can either be made on site by alternately wound on layers of ° fabric and PE tape, or else it can be made in advance in a separate lamination process to enable the semiconductor layer to be manufactured later in a single operation. Since crosslinking of this winding can also be omitted in advance as has been mentioned above, this embodiment can be particularly rewarding when it comes to time-saving manufacturing.

Den fortsatta tillämpningen och återinföringen av de åter- stående skikten kan följa konventionella metoder och kommer därför endast att omnämnas i korthet.The continued application and reintroduction of the remaining layers can follow conventional methods and will therefore only be mentioned briefly.

Den återinförda isoleringen ll kan påföras genom att man lindar på en PE-tape eller genom att man fyller i en PE-massa.The reinserted insulation II can be applied by winding on a PE tape or by filling in a PE mass.

Under tvärbindningsförloppet kan PE-manteln omslutas av en hårt åtsittande slang 12, varjämte värme och tryck appliceras från utsidan medelst konventionella metoder. I fig. 1 är ett värmeelement 13 föreslaget, medan tryckmediet endast är svagt markerat medelst pilar 14.During the crosslinking process, the PE jacket can be enclosed by a tight-fitting hose 12, and heat and pressure are applied from the outside by conventional methods. In Fig. 1 a heating element 13 is proposed, while the pressure medium is only weakly marked by means of arrows 14.

I en föredragen utföringsform iordningställdes det inre halvledarskiktet 6 på skarvplatsen genom att ett tunt, halv- ledande nylontyg lindades kring den strömledande kärnan.In a preferred embodiment, the inner semiconductor layer 6 was prepared at the splice site by wrapping a thin, semiconducting nylon fabric around the current conducting core.

Tygets tjocklek var 0,09 mm, och det lindades i ett enda skikt med överlappning. Därefter påfördes en halvledartape av tvärbindbart polymermaterial i en skruvlinjeformig lindning omfattande flera skikt. Denna tvärbindbara tape hade tjockle- ken 0,3 mm och påfördes till en total tjocklek av ca 2-3 mm.The thickness of the fabric was 0.09 mm, and it was wrapped in a single layer of overlap. Then, a semiconductor tape of crosslinkable polymeric material was applied in a helical winding comprising several layers. This crosslinkable tape had a thickness of 0.3 mm and was applied to a total thickness of about 2-3 mm.

Det påförda skiktet tvärbands därpå och perforerades sedan manuellt medelst axiella, smala slitsar som skars ut medelst en kniv. Ca 5-20 slitsar, vilka hade en längd av 15-20 mm, anordnades per dmz.The applied layer was cross-banded thereon and then perforated manually by means of axial, narrow slits cut out by means of a knife. About 5-20 slits, which had a length of 15-20 mm, were provided per dmz.

Isoleringen var utformad på konventionellt sätt av tvärbindbara polyetentapeslag, och de yttre skyddsskikten var också av en vanlig typ, varför de inte är beskrivna i detalj här.The insulation was formed in a conventional manner of crosslinkable polyethylene tapes, and the outer protective layers were also of a common type, so they are not described in detail here.

Det är av en viss betydelse att man vidtar följande för- siktighetsåtgärder vid framställning av perforeringarna i halv- ledarskiktet:It is of some importance to take the following precautions when making the perforations in the semiconductor layer:

Claims

461 430 6 - no particles should be removed, and - no sharp edges or axes should be inserted, as this may result in a local increase in voltage gradients. The inventive features mentioned above can be combined and varied within the scope of the following claims. As a definite modification, it can be mentioned that the invention is not limited to cable splices for single conductors but can equally be applied when it comes to cables with several current conductors. PÄÄWWISÉ

A method of manufacturing a cable splice (1) between two high voltage power cables (2), both of these cables having at least one center conductor (3) enclosed by a cross-linked insulation (4) and a smooth semiconductor layer (5) arranged between each center conductor (3) and the cross-linked insulation (4) and the center conductor (center conductors) of the partially stripped cables are first spliced, whereupon a semiconductor layer and a crosslinkable insulation layer are reinserted at the splice point and cross-linked before any external protective sheaths are applied. k ä n n e t e c k n a t thereof. that the semiconductor layer (6) is made gas-permeable at the splice point (7).

2. A method according to claim 1, characterized in that the semiconductor layer (6) is produced at least in part by building up a layer of crosslinkable material which is provided with crosslinks together with the crosslinkable insulation (4) or in a separate process and by perforating the crosslinked semiconductor layer (6) by means of mechanical (such as cutting or piercing), chemical (such as etching or blowing), burning or radiating means (such as a laser) so that it becomes gas permeable.

3. A method according to claim 2, characterized in that the perforations are formed without any material being removed as solid particles. 'lv 461 430 7

4. A method according to claim 2 or 3, characterized in that at least a part of the perforations is in the form of long, narrow slits (8), preferably with an axial orientation.

5. A method according to claim 2, 3 or 4, characterized in that at least a part of the perforations has the shape of holes (9) as after pins.

6. A method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the semiconductor layer (6) is at the joint site at least partially built up of a porous material or made porous during the process, e.g. by means of an added blowing agent which results in a material having a structure with open pores.

7. A method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the semiconductor layer (6) is at least partially produced by winding a semiconductor tape (10) in at least one layer, wherein said tape is originally gas permeable.

8. A method according to claim 7, characterized in that said tape is self-adhesive and is applied in a helical manner.

9. A method according to claim 7 or 8, characterized in that at least the innermost tape layer is made of a tape of synthetic fabric, e.g. of nylon, which is treated or provided with graphite or some similar current-carrying material and which is possibly enclosed by a gas-permeable polymer layer.

Cable joint between two high-voltage power cable ends, both of which have at least one center conductor (3) enclosed by a cross-linked insulation (4) and a smooth semiconductor sheath (5) arranged between the center conductor (3) and the cross-linked insulation (4), the center conductor (4) the center conductors) of the partially stripped cable ends are spliced, and a semiconductor layer and a cross-linked insulating layer enclose the current conductor (s) at the splice point within any external protective sheaths, characterized in that the semiconductor layer (6) is gas permeable at the gas permeation. over its entire surface or at local, perforated points (8, 9), said layer (6) comprising one or more layers of one or more gas-permeable materials.