SE462067B - Flamsaeker elektrisk kabel som aer impregnerad med en isolerande fluid innehaallande polydimetylsiloxan samt isolationsfluid foer impregnering av elektriska kablar - Google Patents

Description

b) 462 067 AV dsnna anledning är endast ett fåtal substanser f n kända och använda eller rekommenderade för användning som fluid för impregnering av elektriska kablar.

Bland de få substanserna, som är föreslagna som iso- lerande isolationsfluider 1 elektriska kablar, kan poly- dimetylsiloxaner omnämnas.

Dessa polydimetylsiloxaner, som representerar den mest kända typen av oljor som benämnes "silikoner", är intres- santa med avseende pà sina flamsäkra egenskaper, sin för- màga att förbli flytande vid mycket lag temperatur, sin viskositet, som praktiskt taget är konstant inom ett till- räckligt stort temperaturintervall, sin förhållandevis laga kostnad och sina goda värden med avseende pá den dielektriska förlustfaktorn eller tg 6.

Olägenheten med polydimetylsiloxaner är emellertid den, att de har en relativt lag dielektrisk resistivitet och framför allt dálig förmåga att absorbera gaser i ett elektriskt fält och speciellt de gaser, som med tiden alstras på grund av nedbrytningen, som sker i det fasta, i skikt omkring ledaren anbragta isolationsmaterialet, vilka gaser vanligen innefattar väte, kolmonoxid, kol- dioxid och vattenånga.

För övervinning av de angivna nackdelarna med poly- dimetylsiloxaner har föreslagits användning av tillsatser, vilka kan tillsättas för bildning och förbättring av kom- positioner och av deras otillfredsställande egenskaper.

Genom tillsats av kända additiv till polydimetyl- siloxan, dvs kända blandningar baserade pà polydimetyl- siloxaner, har problemet med gasabsorption i det elektriska fältet lösts. Emellertid har tillsatsen av de kända addi- tiven lett till andra nackdelar, t.ex. instabilitet av den kemiska sammansättningen av blandningen vid lag tem- peratur och/eller försämring av den dielektriska förlust- faktorn eller tg 6, så att de redan kända polydimetyl- siloxan innehållande blandningarna för närvarande inte tycks ha någon praktisk tillämpning. 462 067 Föreliggande uppfinning syftar till att förbättra egen- skaperna hos elektriska kablar, som är impregnerade med polydimetylsiloxan innehållande vätskor liksom att för- bättra de polydimetylsiloxan innehållande vätskorna, så att de kan användas med gott resultat och laga kostnader för impregnering av elektriska kablar och liknande.

Följaktligen är syftet med föreliggande uppfinning en flamsäker elektrisk kabel, som är impregnerad med en isolationsfluid som innehåller minst en ledare, en i skikt omkring ledaren anbragd fast isolation av skikt framställda av cellulosamaterial och impregnerad med en isolationsfluid och ett omgivande, med isolationsfluid fyllt hölje. Denna kabel kännetecknas av att isolationsfluiden innefattar en blandning av en polydimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 25°C och isopropylbifenyl, varvid den senare finns närvarande i blandningen i en mängd av högst 10 vikt- procent med avseende pá blandningens totala vikt.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är en isolationsfluid för impregnering av elektriska kablar och liknande, vilken fluid kännetecknas av att den innefattar en blandning av en polydimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 25°O och isopropylbifenyl, varvid den senare finns närvarande i blandningen i en mängd av högst 10 vikt- procent med avseende pá blandningens totala vikt.

Föreliggande uppfinning framgår tydligare av den följande detaljerade beskrivningen av ett icke-begräns- ande exempel med hänvisning till ritningen, på vilken fig. 1 är en perspektivvy, där vissa delar är bort- tagna för att visa uppbyggnaden av en elektrisk kabel, som är impregnerad med en isolationsfluid, av den typ, som vanligen betecknas “oljefylld" kabel; fig. 2 är en perspektivvy, där vissa delar är bort- tagna för att visa uppbyggnaden av en elektrisk kabel, som är impregnerad med en isolationsfluid, för system, som van- ligen betecknas "rör"-system.

Såsom framgår av fig. 1 innefattar den elektriska kabeln en ledare 1 med en koaxiell kanal 2, som är fylld med iso- 462 067 lationsfluiden och anordnad för fluidens strömming utefter kabeln.

Omkring den elektriska ledaren 1 finns en första halv- ledande skärm 3, som är omgiven av en skiktad isolation 4, som är anbringad 1 lager och bildad av ett flertal lind- ningar av isolationstejp, som helt är framställd av cellu- losamaterial.

Den fasta skiktade isolationen 4 är impregnerad med en isolationsfluid och omgiven av en halvledande skärm 5. Det av de angivna komponenterna bildade aggregatet är innesluten i ett slätt eller vagformat hölje 6 av exempelvis ett me- talliskt material, t ex bly eller aluminium.

Fig. 2 visar en elektrisk kabel, som är impregnerad med isolationsfluid, för kabelsystem med "rör"-form.

Enligt fig. 2 innefattar den elektriska kabeln en grupp av tre ledare 7. Omkring var och en av dessa är en halvledande skärm 8 anordnad, vilken är omgiven av en fast, skiktad isolation 9, som är anbragd 1 lager och bildad av ett flertal lindningar av isolerande tejp, som helt består av cellulosamaterial.

Den skiktade isolationen 9 omkring varje ledare 7 är impregnerad med en isolationsfluid. över isolationen finns en halvledande skärm 10.

Gruppen av tre ledare 7, vilka alla är försedda med de angivna komponenterna, är innesluten i ett stelt rör, som är fyllt med en isolationsfluid.

I föreliggande beskrivning kommer bade höljet och ka- beln i fig. 1 och det stela röret i fig. 2 att betecknas med "omgivande mantel".

Den mest allmänna lösningen enligt föreliggande upp- finning är användning - som isolationsfluid för en kabel - av en blandning av en polydimetylsiloxan med formeln: CEH: _ Si _ O ' ån.. 462 067 och isopropylbifenyl med formeln CH: CH de »i i vilken man astadkommer en blandning innehållande en poly- dimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 25°C och isopropylbifenyl i vilken den senare är närvarande i en mängd av mindre än 10 viktprocent av blandningens totala vikt och i vilken den senare föreningen företrädesvis finns närvarande i en mängd av 3 - 7 viktprocent av blandningens vikt.

Isopropyldifenylen kan i detta fall vara paramonoiso- propyldifenyl eller metamonoisopropyldifenyl eller en bland- ning av dessa isomerer.

Monoisopropyldifenyl har god resistens mot åldring i närvaro av metaller, t.ex. koppar som bildar kabelledare.

Därför kan man erhålla en betydande stabilitet under läng tid med avseende pà blandningen, som är den isolerande fluiden och bestàr av en blandning av polydimetylsiloxan och isopropyldifenyl.

Ett flertal experimentella försök utfördes med en iso- lerande fluid enligt uppfinningen, dvs en fluid som inne- fattar en blandning av polydimetylsiloxan och isopropyl- difenyl, för att visa, att det med användning av bland- ningen är möjligt att uppnä de i det föregående uppställda syften. Analoga jämförande försök utfördes med enbart poly- dimetylsiloxan.

En första serie av försök utfördes för att visa isola- tionsfluidens flamsäkra egenskaper och analoga försök ut- fördes med polydimetylsiloxan, med monoisopropyldifenyl och med en isolationsfluid av kolväte, som i stor utsträck- 462 067 ning användes som isolationsmedel för elektriska kablar, decilbensen.

För utvärdering av fluidens flamsäkra egenskaper genomfördes experimentella försök. Dessa är definierade av uttrycken “Flash Point" (flampunkt) och "Fire Point" (antändningspunkt) och utfördes enligt ASTM D-93-79 STANDARDS.

Uttrycket "Flash Point" avser en fluids temperatur, vid vilken en liten låga, som placeras på fluidens yta, ger upphov till en flamma, som slocknar av sig själv.

Uttrycket "Fire Point" avser däremot temperaturen av en fluid, vid vilken förbränningen av de av fluiden av- givna ångorna genom den lilla lågans verkan varar åtminstone i fem minuter.

De experimentella försöken 1 den första serien utfördes på polydimetylsiloxan, som säljes av Dow Corning Corp, spe- ciellt på polydimetylsiloxan, som finns i handeln under varubeteckningarna DO 200/5, DC 200/10, DV 200/20, DC 200/50, och på polydimetylsiloxan, som säljes av Rhöne Poulenc och finns i handeln under varubeteckningarna 47V/10, 47V/20 och 47V/50.

Den första serien av försök innefattar dessutom försök utförda på isolationsfluider enligt uppfinningen och vilka består av blandningar av polydimetylsiloxan och isopropyl- difenyl, varvid den senare föreningen ingick i olika mängder.

Blandningarna erhölls speciellt genom att man satte de i det föregående angivna polydimetylsiloxanerna från Dow Corning Corp och Rhöne Poulenc till olika mängder av iso- propyldifenyl, som säljes av Sun Petroleum Products Company under handelsnamnet Suresol 250, i de mängder som framgår av den följande tabellen, som visar resultaten av den första försöksserien. 4 6 2 O 6 7 Is-olauonsfluld F1a DC 200/5 148 162 DC 200/10 182 222 DO 200/20 235 310 DC 200/50 280 >350 47 V/10 162 205 47 v/20 _2211 aoo 47 V/50 280 >350 DC 200/20 + 3 2 Suresol 250 190 286 DC 200/20 + 5 2 Suresol 250 180 248 DC 200/20 + 7 Z Suresol 250 175 235 47 V/20 + 3 2 Suresol 250 178 278 47 V/20 + 5 X Suresol 250 168 255 Suresol 250 144 164 Decilbensen 120 126 Av resultaten 1 den föregående tabellen framgår speci- ellt, att man för att àstadkomma flamsäkra isolationsvätskor för_impregnering av elektriska kablar enligt uppfinningen, maste eliminera polydimetylsiloxaner, sàsom DC 200/5, dvs de med en lägre viskositet än 5 cts, eftersom de med avse- ende pà flamsäkerhet har egenskaper, som är jämförbara med de för kolväten, t.ex. decilbensen, som anses vara lätt- antändlig.

Med det i det föregående angivna undantaget kan man notera, att en isolerande fluid för impregnering av elekt- riska kablar enligt uppfinningen, vilken innefattar en bland- ning av polydimetylsiloxan och isopropyldifenyl, behåller de mycket goda flamsäkra egenskaperna av polydimetylsiloxan, vilket framgár av de höga temperaturvärdena med avseende pà både flampunkt och antändningspunkt, trots det faktum att isopropyldifenyl är en lättantändlig substans.

En andra serie av experimentella försök utfördes för att visa de fysikaliska egenskaperna av de isolerande fluid- erna enligt uppfinningen och av polydimetylsiloxaner (dvs deras permanent vätskeformiga tillstànd). 462 067 Den andra serien av tester innefattar speciellt tester för utvärdering av fluidernas viskositet vid rumstemperatur, deras modifieringstemperatur, som framgår av egenskaper, som av fackmannen benämnes hällpunkt ("Pour Point") och är definierad genom ASTM D 97-66 STANDARDS och initialtempe- raturen för separation av homogena kompositioner, vilken bestäms genom observation av bildning av en grumlig vätska.

Den andra serien av experimentella försök utfördes pá samma isolationsfluider enligt uppfinningen och an- vändes för impregnering av elektriska kablar, som har tes- tats i den första serien, med undantag av de som eliminera- des på grund av sin lättantändlighet.

Resultaten frán den andra serien av experimentella försök framgår av den följande tabellen: Isolationsfluid viskositet Hällpunkt Initial sepa- vid 25°C i cts rationstempå DO 200/10 10 < -50°C - DC 200/20 20 < -50°C - Do zoo/so a a so" < -so°c i' - 47 V/10 10 < -50°C - 47 V/20 20 < -50°C - 47 V/50 50 ( -50°C - DO 200/20 + 3% Suresol 250 19,5 < -50°O < -50°C DO 200/20 + 5% Suresol 250 18,8 < -50°C < -50°C Do zoo/zo +' 7: suresoi zso 1a < -so-c -zs-c 47 V/20 + 3% Suresol 250 19,8 < -50°C < -50°C 47 V/20 + 52 Suresol 250 19,5 < -50°O < -50°C Fran en granskning av resultaten i den ovanstående tabellen är följande värt att notera: - viskositetsvärdena för en isolerande fluid för impregne- ring av kablar enligt uppfinningen är lägre än de för mot- svarande polydimetylsiloxan; detta betyder att föreligg- ande isolerande fluider lättare kan rinna utefter kabeln; - värden för separationstemperatur kan naturligtvis endast erhållas för blandningar och ej för rena substanser såsom 462 067 polydimetylsiloxan; med avseende pá isolationsfluider för impregnering av kablar enligt uppfinningen är de extremt laga, dvs de skiljer sig mycket fràn de temperaturer, för vilka kabeln under bruk utsattes, förutsatt, att mängden isopropyldifenyl är lägre än 10 viktprocent av komposi- tionens totala vikt.

Dessutom är temperaturvärdena, vid vilka begynnande stel- ning kan inträffa i en isolationsfluid för elektriska kab- lar enligt föreliggande uppfinning - liksom för polydi- metylsiloxan - lägre än de, som erfordras för varje möjlig betingelse.

Detta betyder att en isolationsfluid för impregnering av elektriska kablar enligt uppfinningen i detta hänseende har samma positiva egenskaper som polydimetylsiloxan, vil- ket framgår av värdena under kolumnen hällpunkt.

En tredje serie av experimentella försök utfördes för att visa de dielektriska egenskaperna av en fluid för impregnering av kablar enligt uppfinningen, vilka fluider anses sásom mycket goda efter de_föregàende testserierna.

Experimentella försök utfördes för att visa den di- elektriska förlustfaktorn eller tg 6 och den dielektriska nàllfastheten pâ flata prover.

Bestämningen av den dielektriska förlustfaktorn eller tg 6 utfördes enligt IEC 247 (1978) STANDARDS.

Bestämningen av den dielektriska hàllfastheten ut- fördes pá nedan beskrivet sätt.

Tre ark cellulosahaltigt papper, som användes som skikt för kabelisolationen och med en tjocklek av 80 um, lades samman dubbelt och lämnade i det innersta arket en cirkulär hylsa med en diameter av 4 mm.

Den erhållna enheten placerades mellan tvâ plana cirku- lära elektroder med en diameter av 3 cm och pappersarken torkades; sedan impregnerades den med redan avgasad isola- tionsfluid och dielektrikumet underkastades mekaniskt tryck av 0,2 kg/cm” av elektroderna.

Vid denna tidpunkt anbringades spänning mellan elektrod- erna och värdet av spänningen som orsakar perforering av dielektrikumet, uppmättes. 10 462 067 De angivna försöken utfördes pa de isolerande fluid- erna för impregnering av elektriska kablar enligt uppfin- ningen, vilka betraktades som mycket goda enligt uppfin- ningen, liksom pa polydimetylsiloxaner, som bildar grund- komponenten av de isolerande fluiderna enligt uppfinningen.

Resultaten frán den tredje serien av experimentella försök är àtergivna i den följande tabellen: Isolationsfluid tg 6 vid Dielektrisk hállfasthet i 100°C växelström av cellulosa- isolation, som är impreg- nerad DC 200/20 0,3 0/00 48 kV/mm 47 V/20 0,5 o/oo 48-50 kV/mm DC 200/20+3% Suresol 250 0,2 o/oo 50 kV/mm DC 200/20+5% Suresol 250 0,1 o/oo 53 kv/mm 47 V/20 + 3% Suresol 250 0,3 o/oo 58 kV/mm 47 V/20 + 5% Suresol 250 0,3 o/oo 57 kV/mm Fran granskning av resultaten i den ovanstående tabellen framgàr, att en med föreliggande isolationsfluid impregnerad elektrisk kabel har väsentligt förbättrade egenskaper Jäm- fört med elektriska kablar impregnerade med polydimetyl- siloxan enbart.

En fjärde serie av experimentella försök utfördes för att förutsäga uppförandet av föreliggande elektriska kablar och föreliggande isolationsfluid i närvaro av ett elektriskt fält, speciellt ett växelströmsfält, för att uppskatta upp- omfattningen av de 1 den elektriska kabeln vid bruk alstrade gasernas absorption.

Gaser kan finnas närvarande i en kabel av tvà anled- ningar: - bristfällig avgasning av isolationsfluiden under kabelns framställning; 11 462 067 - bildning av gas genom nedbrytning, pà grund av åldring. av skikt av fast material, som bildar kabelisolationen, speciellt vid bög temperatur.

De i kabeln närvarande gaserna bildas huvudsakligen av väte, kolmonoxid, koldioxid, vattenángor; deras närvaro är en negativ faktor, eftersom perforationer i kabelisola- tionen kan uppstå och gör att den inte fyller sin funktion, när gaserna inte absorberas kemiskt av isolationsfluiden.

Av gaserna, som kan alstras i en kabel, är väte den som ger bästa index för bestämning av gasabsorptionens omfattning av isolationsfluiden.

Följaktligen utfördes experimentella försök för be- stämning av väteabsorptionens omfattning av föreliggande isolationsfluid och av motsvarande polydimetylsiloxaner; de erhållna resultaten är átergivna i den följande tabellen.

Dessa försök, kända som "gasningsförsök" utfördes en- ligt IEC 528-1978 STANDARDS.

Isolationsfluid Medelvärde för väteabsorption eller -glstring vid 140°C i gl/min DC 200/20 62 - alstrad 47 V/20 40 - alstrad DC 200/20 + 3 2 Suresol 250 13 - alstrad DC 200/20 + 5 X Suresol 250 41 - absorberad DC 200/20 + 7 X Suresol 250 60 - absorberad 47 V/20 + 3 2 Suresol 250 125 - absorberad 47 V/20 + 5 X Suresol 250 100 - absorberad Analoga tester pà andra gaser, som kan alstras i en kabel, dvs kolmonoxid, koldioxid och vattenángor, utfördes med avseende pà tva av föreliggande isolationsfluider, vilka anses vara de bästa; de är DC 200/20 + 5 viktprocent Suresol 250, räknat pà kompositionens totala vikt, och 47 V/20 + 5 viktprocent Suresol 250, räknat pá kompositionens totala Vikt.

Resultaten frän dessa experimentella försök är äter- givna i den följande tabellen: 12 462 067 I50l8tl0nSflUld Mfldëlvärdé för g&S&bSOrptlOn eller -aistring vid 14o=c i ui/min Kfllmflnßålfl BQLQLQÄLQ* Xâllšnânflåt DC 200/20+5% Suresol 250 30 absorb. B absorb. 26 absorb. 47 V/20 + 5% Suresol 250 30 absorb. 8 absorb. 25 absorb.

* Med avseende pá koldioxid inträffande en icke linjär alstring/absorption under försöket; först alstrades denna gas och sedan efter en tid, absorberades den av isolations- fluiden; absorbtionsvärdena är átergivna i tabellen.

Av resultaten frán de tva senast relaterade försöken framgår, att föreliggande isolationsfluider har förmåga att absorbera de gaser, som kan alstras under kabelns livs- tid. Därigenom elimineras varje risk för perforering av isolationen och följaktligen att göra kabeln obrukbar.

Resultaten frán alla försök visar, att en med före- liggande isolationsfluid impregnerad kabel liksom förelig- gande isolationsfluider för impregnering av oljefyllda kab- lar och kablar av typen rörsystem uppfyller alla de upp- ställda fordringarna.

Claims (6)

10 15 20 25 30 13 462 067 PÅTENTKRAV

1. Flamsäker med en isolationsfluid impregnerad elekt- risk kabel, som innefattar minst en ledare, en skiktad fast isolation av skikt helt framställda av cellulosamaterial, som är lindad omkring ledaren och impregnerad med en isola- tionsfluid, och en omslutande, med isolationsfluid fylld mantel, k ä n n e t e c k n a d 'av att den isolerande fluiden innefattar en blandning av en polydimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 2500 och isopropylbifenyl, varvid.den senare finns närvarande i blandningen i en mängd av högst 10 viktprocent, räknat på blandningens totala vikt.

2. Kabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d endast en elektrisk ledare är innesluten i höljet, att en med ledaren koaxiell kanal i ledaren är fylld med isolationsfluiden, som impregnerar den i skikt av det cellulosahaltiga materialet av att den omslutande manteln är ett hölje och att anbringade fasta isolationen, som är lindad omkring den elekt- riska ledaren, att isolationsfluiden innefattar en blandning av en polydimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 2500 och isopropylbifenyl, varvid den senare finns närvar- ande i blandningen i en mängd av högst 10 viktprocent, räknat på blandningens totala vikt.

3. Kabel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att den omgivande manteln är ettstelt metallrör och att en grupp av tre elektriska ledare är inneslutna i metallröret, att metallröret är fyllt med isolationsfluid och att isolationsfluiden innefattaren blandning av en poly- dimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 2500 och isopropylbifenyl, varvid den senare finns närvarande i bland- ningen i en mängd av högst 1Û viktprocent, räknat på bland- ningens totala vikt.

4. Kabel enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e- t e c k n a d av att isopropylbifenyl finns närvarande i en mängd av 3 - 7 viktprocent, räknat på blandningens totala vikt. 14 462 067

5. Isolationsfluid för impregnering av elektriska kablar och liknande, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en blandning av en polydimetylsiloxan med större viskositet än 5 cts vid 250C och isopropylbifenyl, varvid den senare 5 finns närvarande i blandningen i en mängd av högst 10 vikt- procent, räknat på blandningens totala vikt.

6. Fluid enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a d av att isopropylbifenyl finns närvarande i bland- ningen i en mängd av 3 - 7 viktprocent, räknat på blandningens 10 totala vikt.