SE505246C3 - Elektrisk anordning innefattande en elektrisk isolering som formats utifrån en isolermassa innehållande cellulosafibrer - Google Patents

Description

505 246 2 framställda genom avvattning och/eller pressning av en fibermassa, exempelvis s.k. pressboard. Bàde lindade och förformade isoleringar impregneras med en elektriskt isole- rande vätska, vanligen en organisk vätska såsom en olja, före, i samband med eller efter appliceringen. Isoleringens verksamma del är papperet vilket skyddas mot fukt av impreg- neringen samtidigt som impregneringen fyller hàlrummen mellan cellulosafibrerna, varvid den dielektriskt svaga luften i hàlrummen mellan fibrerna ersätts med olja.

Applicering av dessa cellulosaisoleringar kring eller mellan nämnda ledare sker med mycket arbets- och tidskrävande pro- cesser innefattande papperskärning, pàlindning, alternativt formning/pressning vid förformade isoleringar som press- board. Konventionella cellulosabaserade isoleringar behöver torkas och impregneras för att uppnå en hög spänningsháll- fasthet. Vid större apparater tar dessa processer mycket läng tid och dà processerna dessutom är diskontinuerliga höjs komplexiteten och därmed tidsanspráken ytterligare.

Ett ändamål med uppfinningen är att anvisa en elektrisk anordning vilken innefattar en elektriskt isolering vilken uppvisar cellulosaisoleringens goda dielektriska egenskaper och därvid är lämplig att använda i elektriska anordningar för de högsta spänningar och vilken appliceras kring ledaren medelst en snabb och tillförlitlig process. Metoden skall även vara lämplig att använda vid exempelvis kabelskarvning och andra typer av installations och reparationsarbeten i fält.

UPPFINNINGEN Detta har uppnåtts för en elektrisk anordning vilken åtmins- tone innefattar en eller flera ström- eller spänningsförande kroppar, ledare, vilka åtminstone till en del är anordnade med en elektrisk isolering som innefattar dielektriskt háll- fasta cellulosabaserade fibrer och är impregnerad med en elektriskt isolerande vätska genom att nämnda isolering har formats utifrån en isolermassa där nämnda cellulosabaserade 3 505 246 fibrer är dispergerade i nämnda elektriskt isolerande vätska och att nämnda isolermassa är formbar under de vid applice- ring och formning rådande förhållandena. Företrädesvis har isolermassan formats kring ledarna genom formsprutning eller extrusion. Isolermassan är plastiskt formbar under de vid applicering och formning rådande förhållandena dvs isolermassan kan genom yttre påverkan ges en ny bestående form och formändringen kan ske väsentligen utan att isoleringens volym ändras.

De i isolermassan ingående dielektriskt hållfasta cellulosa- baserade fibrerna är företrädesvis dispergerade i ett isole- rande medium i form av en kolvätebaserad vätska, såsom en viskös mineralolja. Vid beredningen av isolermassan har vid behov tillsatser gjorts för att uppnå en god dispergering av cellulosafibrerna i isolermediet och för att säkerställa att isolermediet väter cellulosafibrerna varigenom de eftersträ- vade mekaniska och dielektriska egenskaperna hos isolermas- san vid applicering såväl som vid användning säkerställes.

Före applicering har lämpligen isolermassan eller dess beståndsdelar torkats och avgasats för att avlägsna fukt och gaser. Fiberandelen och fibersammansättningen har optimerats för att upprätthålla såväl de dielektriska egenskaperna som den mekaniska styrkan. God dispergering av fibrerna i iso- lermediet samt att isolermediet väter fibrerna och fyller alla hålrum mellan de enskilda fibrerna krävs för att inhomogeniteter, såsom fiberanhopningar eller håligheter i isoleringen ska undvikas. Detta kan uppnås med hjälp av olika tillsatsämnen, vilka påverkar de kemiska och fysika- liska förhållandena i gränsskiktet mellan fibrer och isoler- medium, viskositeten hos isolermedium/isolermassa och eller åstadkommer en kemisk eller fysikalisk sammanbindning av fibrerna till ett nätverk. Förekomsten av inhomogeniteter i isoleringen ger upphov till störningar i den elektriska fältstyrkefördelningen vid elektrisk belastning och måste därvid undvikas för att eliminera därmed associerad nedbrytning av isoleringen exempelvis till följd av inre glimning. 505 246 4 Isoleringen enligt uppfinningen är extruderbar vid applice- ringen men uppvisar tillräcklig mekanisk fasthet och stabi- litet vid den elektriska anordningens normala användnings- betingelser.

Enligt en utföringsform uppnås denna kombination av formbar- het vid appliceringen och mekanisk styrka/formstabilitet under anordningens användningsbetingelser genom att iso- lermassan uppvisar en temperaturberoende viskositet. Varvid isolermassan extruderas vid en förhöjd temperatur där isoleringmassan är formbar medan den vid avsvalning stelnar för att vid användning under normalt rådande temperaturer utgöra en formstabil isolering med tillräcklig mekanisk hállfasthet. Temperaturberoendet hos isolermassans visko- sitet har styrts genom val av isolermedium och/eller genom tillsatsämnen vilka påverkar isolermassans viskositet. I en annan utföringsform av uppfinningen har en skjuvningsför- tunnande isolermassa använts varvid massan genom tillförsel av mekanisk energi under och i samband med applicering/- formning gjorts mer lättflytande för att efter formning formstabiliseras till en isolering med erforderlig mekanisk styrka.

En höjning av mekanisk styrka och formstabilitet hos isole- ringen efter applicering/formning har i en annan utförings- form av uppfinningen erhållits genom att isoleringen formats medelst en formningsprocess där isolermedium har avlägsnats fràn isoleringen/isolermassan under eller i samband med app- liceringen och formningen av densamma varigenom fiberandelen i isoleringen höjts relativt isolermassan och en förnätning av fibrerna erhållits genom att kontakten mellan fibrerna ökar och de binds till varandra av fysikaliska och eller kemiska bindningar. Isoleringen enligt denna utföringsform uppvisar en väsentligen icke-reversibel formstabilisering.

Isolermedium kan avlägsnas med ett antal tekniker såsom genom att pressas ur isoleringen/isolermassan eller genom att den till en del förflyktigas och avdrives genom en temperaturhöjning under eller i samband med appli- ceringen/formningen. 505 2-46.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen har en isoler- massa med temperaturberoende viskositet och en formningspro- cess där isolermedium avlägsnas ur isolermassan i eller i samband med isoleringens applicering och formning kombine- rats för att förstärka och göra den mekaniska formstabili- seringen hos isoleringen icke reversibel.

Sammanbindningen eller förnàtningen av i isoleringen ingä- ende fibrer har i en utföringsform ytterligare förstärkts genom att tillsatsmedel säsom cellulosaacetat tillförts isolermassan eller genom att ytan pà fibrerna modifierats.

Exempelvis har vid användning av cellulosafibrer hydroxid- grupperna pä ytan helt eller delvis ersatts med opolàra grupper för att öka vàtbarheten.

Som isolermedium har företrädesvis en mineralolja beskrivits men denna kan ersättas med andra medier vilka uppvisar erforderliga dielektriska egenskaper, stabilitet mot ned- brytning under aktuella användningsförhällanden och medelst vilka erforderlig flytbarhet kan ästadkommas hos isolerings- massan vid applicering och formning samtidigt som denna kan tillsammans med fibrerna och eventuella tillsatsämnen bilda en formstabil isolering med erforderliga elektriska och mekaniska egenskaper under normala användningsbetingelser.

Det är fördelaktigt om den erhällna isoleringen uppvisar en tillräcklig mekanisk flexibilitet för att elastiskt kunna följa rörelser och expansion/kontraktion hos elektriska ledare och andra i anordningen ingäende spänningsförande 505 246 6 kroppar eller skikt som den står i kontakt med under användning, exempelvis tillföljd av temperaturfluktationer.

Eventuella till isolermediet och/eller isolermassan satta eller fibrerna pàförda tillsatsämnen har till uppgift att säkerställa; - att fibrerna dispergeras i isolermedlet och att ej flockar av fibrer bildas, - att fiberytorna väts av isolermediet och att inga gasfyllda hàlrum kvarstår mellan fibrerna.

I vissa fall önskas även tillsatsämnen vilka; - modifierar fibrernas ytor kemiskt eller fysikaliskt, exempelvis för att öka sammanbindningsgraden hos fibrerna och därmed den mekaniska styrkan hos isoleringen, - påverkar isolermedlets viskositet, exempelvis för att göra den mer lättflytande under appliceringen.

Dock bör inte tillsatserna negativt påverka isoleringens di- elektriska egenskaper och ej heller dess stabilitet relativt nedbrytning tillföljd av elektrisk, termisk eller annan belastning. Isolermassan har vid behov tillförts ämnen, vilka stabiliserar den mot oxidation eller annan, frán yttre faktorer såsom elektriska eller magnetiska fält samt värme eller annan strålning, nedbrytande påverkan i form av anti- oxidationsmedel, spänningsstabilisatorer etc.

EXEMPEL Uppfinningen ska i det följande exemplifieras i form av ett antal elektriska anordningar.

Högspänningskabel En högspänningskabel enligt uppfinningen innefattar åtmins- tone en eller flera elektriska ledare samt kring och/eller mellan ledaren/ledarna applicerad isolering. Nämnda isolering utgörs, åtminstone till en del, av en fiberhaltig isolering innefattande dielektriskt hàllfasta fibrer vilka är disperge- rade i ett elektriskt isolerande medium samt eventuella till- satsämnen. Den fiberhaltiga isoleringen har pàförts kring 7 505 246 och/eller mellan ledarna 1 form av en formbar massa och under eller samband med applicering/formning omvandlats till en formstabil isolering vilken uppvisar erforderliga elektriska och mekaniska egenskaper samt stabilitet mot nedbrytning till följd av den termiska, mekaniska, elektriska eller annan pà- verkan som en högspänningskabel utsätts för vid installation och användning. I en kabelisolering ingår vanligen även ett eller flera halvledande skikt med uppgift att jämna ut den elektriska spänningsgradienten i vissa av isoleringens gränsytor. Även dessa skikt kan utgöras av ett material enligt ovan med tillsats av ett halvledande eller ledande ämne såsom sot.

Vid tillverkning av en kabel enligt uppfinningen har ett eller flera av de kring ledaren/ledarna applicerade skikten pàlagts genom extrusion av en isolermassa enligt ovan.

Före extrusionen har en isolermassa, vilken är formbar under vid extrusionen rådande förhållanden beretts. Isolermassan eller dess beståndsdelar har torkats och avgasats. Denna formbara isolermassa innefattar åtminstone - dielektriskt hállfasta fibrer, företrädesvis i form av celluslosafibrer men även andra fibrer vilka uppvisar lämpliga dielektriska och mekaniska egenskaper kan ingå liksom blandingar av två eller flera fibermaterial, - ett elektriskt isolerande medium, vilket under de vid appliceringen rådande förhållandena är flytande såsom en viskös mineralolja samt - eventuellt tillsatsämnen, vilka har tillsatts isolermediet och/eller pàförts fibrena för att säkerställa att fibrerna dispergeras i isolermediet och att ej flockar av fibrer kvarstår eller bildas och/eller att fiberytorna väts av isolermediet och att inga gasfyllda hàlrum kvarstår mellan fibrerna.

I vissa fall önskas även tillsatsämnen vilka modifierar fib- rernas ytor kemiskt eller fysikaliskt, exempelvis för att öka sammanbindningsgraden hos fibrerna och därmed den meka- niska styrkan hos isoleringen och/eller påverkar isolerme- 505 246 8 diets viskositet, exempelvis för att göra den mer lättfly- tande under appliceringen, och vilka ej har en negativ påverkan pá isoleringens dielektriska egenskaper och ej heller pà dess stabilitet relativt nedbrytning tillföljd av elektrisk, termisk eller annan belastning. Vid beredning av en formbar halvledande massa tillföres och dispergeras dessutom ett ledande/halv- ledande företrädesvis partikulärt ämne såsom sot.

En kabel för överföring av högspänd likström enligt uppfin- ningen innefattar ledare i form av en eller flera metalltrà- dar kring vilka ett trippelskikt bestående av; - ett inre halvledande skikt för att utjämna ledarens potential i gränsytan, i form av en halvledande massa i enlighet med den tidigare för högspänningskabeln beskrivna halvledande massan och med tillsats av sot eller som lindat sotpapper, - ett isolerskikt med sammansättning enligt för högspän- ningskabeln beskriven isolermassa och av erforderlig tjocklek och - ett yttre halvledande skikt med samma eller likartad sammansättning som det inre halvledande skiktet har páförts, varvid åtminstone det isolerande skiktet till en del pàförts och formats genom extrusion, och.

Kabelavslut Ett kabelavslut enligt känd teknik är uppbyggt kring en ka- belände där ledaren har avisolerats och kabeländen försetts med en isolerkropp exempelvis bestående av pàlindat papper, vars form beräknats för att optimera spridningen av det elektriska fältet, innesluten i ett hölje av exempelvis porslin och impregnerat med en isolerolja. Då ändavslutet byggts upp i fält ökar krav och kostnader för att undvika kontaminering med fukt etc.

Ett kabelavslut enligt uppfinningen är uppbyggt kring en frilagd kabelisolering kring vilken en isolering innefattan- de åtminstone dielektriskt hállfasta fibrer dispergerade i 505 246 formen för att bilda en isolering med ur elektrisk synpunkt optimal form och med erforderliga dielektriska och mekaniska egenskaper, därefter àtgardas mantel och armering. Risken för kontaminering och uppkomst av andra av yttre faktorer orsakade defekter vid uppbyggande av en kabelskarv enligt uppfinningen är kraftigt reducerade relativt en konventio- nell kabelskarv liksom tiden för uppbyggnaden av kabelskar- ven utan att avkall gjorts pà skarvens prestanda. Liksom vid uppbyggnad av kabelavslut i fält har ytterligare hanterings- och kvalitetsmässiga fördelar uppnåtts genom att isolermas- san beretts, torkats och avgasats före skeppningen till installationsplatsen.

Lindning för strömtransformator I vissa typer av strömtransformatorer bestàr primärlindningen av en kraftig strömledare som har formen av en hàrnål med utvidgad ögla i vilken transformatorkärnan ligger. Ledaren bildar därigenom ett halvt varv runt transformatorkärnan.

Runt denna ledare har en isolationslindning av papper applicerats. Pàlindningen av pappret är tidskrävande pà grund av ledarens form; En lindning för en strömtransformator enligt uppfinningen appliceras genom att en pressform med för ändamålet lämplig utformning läggs runt ledaren varpå mellan- rummet mellan pressformen och ledaren under övertryck utfylls med en formbar fiberhaltig isolermassa. Isolermassan bildar dá en en ur elektrisk synpunkt optimal isoleringskropp.

Isolermassan har före formningen beretts under kontrollerade förhållanden och ingående beståndsdelar har torkats och avgasats, företrädesvis i en för ändamålet lämplig lokal.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 BNSÛOCID: :mas v2v4e 11 PATENTKRAV

1. Elektrisk anordning innefattande åtminstone en eller flera ström- eller spänningsförande vilka kroppar, ledare, åtminstone till en del är anordnade med en elektrisk isole- ring innefattande åtminstone dielektriskt hållfasta cellu- losabaserade fiber och impregnerad med en elektriskt isolerande vätska, kännetecknad av att nämnda isolering har formats utifrån en isolermassa där nämnda cellulosa- baserade fibrer är dispergerade i nämnda elektriskt isolerande vätska och att nämnda isolermassa är formbar under applicering och formning rådande förhållanden.

2. Elektrisk anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda impregnerade cellulosabaserade elektriska isolering formats medelst formsprutning eller extrusion av en, under applicering och formning rådande förhållanden, formbar elektriskt isolerande isolermassa vilken åtminstone innefattar dielektriskt hállfasta cellulosafibrer dispergerade i en elektriskt isolerande vätska.

3. Elektrisk anordning enligt patentkrav 1 eller patentkrav 2, kännetecknad av att viskositeten hos nämnda isolermassa är temperaturberoende och att massans viskositet i samband med eller efter applicering och formning höjts genom en tempera- turförändring av formbara isolermassan varvid den impregnerade cellulosabaserade isoleringen erhållit för användning erforderlig formstabilitet.

4. Elektrisk anordning enligt patentkrav l eller patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda cellulosabaserade isolermassa är skjuvningförtunnande varvid den i samband med applicering och formning gjorts formbar genom tillförsel av mekanisk energi.

5. Elektrisk anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att mekanisk styrka och formstabilitet hos nämnda cellulosabaserade isolering har höjts genom att fiber- andelen i den formade isoleringen ökats relativt isolermassan 505246CS l > - t 12 i samband med eller efter applicering och formning av isoler- mäSSafl .

6. Elektriskt anordning enligt något av föregående patentkrav, 5 kännetecknad av att nämnda elektriskt isolerande vätska är baserad på en viskös mineralolja.

7. Elektrisk anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att nämnda elektriskt isolerande vätska är A10 baserad på en syntetiskt framställd viskös organisk vätska.

8. Elektrisk anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att hydroxidgrupperna hos nämnda cellulosa- fibrer åtminstone till en del är utbytta 15 _

9. Elektrisk anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda cellulosafibrer är sammanbunda i ett nätverk medelst kemiska och/eller fysikalska bindningar. BNSDOCID: '