NO122079B - - Google Patents

Description

Isolasjonspapir for elektriske kabler.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret papirtype egnet for isolasjon av elektriske kabler som har en lagdelt og impregnert isolasjon og som er beregnet på å overfore elektrisk energi véd meget hoye spenninger.

Den for tiden rådende tendens til å overfore elektrisk energi

ved stadig okende spenninger, over 500 kV, nødvendiggjor behovet for tilveiebringelsen av kabel-linjer passende for dette formål.

Et av hovedproblemene som reiser seg i forbindelse med fremstillingen.

av kabler for meget hoye spenninger er valget av material anvend-bart for den elektriske isolasjon av kablene. Ut fra dette synspunkt må slike materialer hovedsakelig besitte: a) en hoy dielektrisk fasthet for å kunne motstå hoye elektriske gradienter og dermed muliggjore tillatelige radiale dimensjoner av kablen,

b) en lav tapsfaktor for dermed å holde kraft-tapene i isolasjonen innenfor tolererbare grenser, idet hvis tapsfaktoren skal holdes

konstant, må isolasjonen okes proporsjonalt med kvadratet av spenningen.

I det spesielle tilfelle hvor slikt isolasjonsmaterial er . impregnert papir, må papiret for å tilfredsstille ovennevnte krav besitte fastlagte fysikalske egenskaper, f.eks. må dets ugjennomtrengbarhet ikke være så hoy at den hindrer papiret i å

bli fullstendig impregnert ved hjelp av de mest vanlig brukte impregneringsfluida, som mineraloljer, syntetiske fluida eller deres blandinger.

Det er nodvendig å erindre at med uttrykket "papirets ugjennomtrengbarhet" menes papirets motstand mot passasje av væsker eller gassformede fluida. I det folgende vil papirets ugjennomtrengbarhet blir angitt i Emanueli-enheter (E.U).

Papir brukt for kabelisolasjon må dessuten besitte en slik kombinasjon av mekaniske trekk at det er istand til å sikre at omviklingen av lederen kan bli utfort på den mest noyaktige tekniske måte.

For å muliggjore at en elektrisk isolasjon laget av impregnert papir kan motstå hoye elektriske gradienter, kunne det være en mulig losning å bruke papir av meget redusert tykkelse for å utnytte den vanlige egenskap ved impregnert papir i henhold til hvilken gjennomslagsspenningen okes ved reduksjon av dets tykkelse mens de andre egenskaper holdes konstant. For i dette tilfelle å oppnå en merkbar okning av gjennomslagsspenningen, bor imidlertid papiret være ytterst tynt og folgelig vil detsmekanlske egenskaper bli utilstrekkelige til at omviklingsarbeidet kan utfores på en riktig måte.

En mulig losning for å kunne unngå denne ulempe er beskrevet i fransk patent nr. lAO^.209, i henhold til hvilket tynt papir er brukt og de enkelte ark er forbundet med hverandre i visse punkter. På denne måte er det mulig å nå en total tykkelsesverdi lik med den til normalt anvendt papir og samtidig meddele det således oppnådde papir mekaniske egenskaper tilstrekkelige til å sikre en riktig omviklingsoperasjon. Et papir av denne type vil , ved siden av at det krever en komplisert fremstillings-prosess, ikke lose problemet med å redusere tapsfaktoren i den elektriske isolasjon, hvilken faktor ikke påvirkes av variasjoner i papirets tykkelse.

For å oppnå hoye elektriske gradienter ville en annen mulig

losning være å utnytte trekkene i henhold til hvilke papirets elektriske gjennomslagsspenning varierer i forhold til dets.-ugjennomtreng-barhet. Imidlertid har også en slik losning sine begrensninger ved dens praktiske anvendelse.

Et papir som har en meget hoy ugjennomtrengbarhets^grad vil i virkeligheten ha en så hoy tapsfaktor at dets anvendbarhet for kabler for meget hoye spenninger ville være praktisk umulig. På grunn av dets betraktelig hoye ugjennomtrengbarhetsgrad ville dessuten et slikt papir ikke kunne bli fullstendig impregnert når det ble viklet om en kabel-leder på en kompakt måte.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe isolasjonspapir for bruk i kabler for meget hoye elektriske spenninger og hvori opprettholdes en meget hoy gjennomslagsfasthet, ;lik med/eller hoyere enn den i papir som normalt brukes for isolasjon av elektriske kabler samtidig med at tapsfaktoren blir betraktelig redusert.

Gjenstanden i henhold til foreliggende oppfinnelse er et isolasjonspapir av flerlagstypen, for bruk i elektriske kabler som har en lagdelt og impregnert isolasjon, og som har en total tykkelse lik med den til de mest vanlig brukte isolasjonspapirer for elektriske kabler, hvilket papir utmerker seg ved at det består av minst ett lag med lav egenvekt, ikke overskridende 0,7 g/cm3 fortrinnsvis ikke overskridende 0,6 g/cm^, og av minst ett lag som har en hoy ugjennomtrengbarhet, ikke lavere enn 10.10 E.U. og fortrinnsvis ikke lavere enn 50.10 E.U., idet forholdet mellom den totale tykkelse av papirlagene som har en hoy ugjennomtrengbarhe^, og den totale tykkelse av lagene som har en lav egenvekt, ikke er hoyere enn 1 og fortrinnsvis ikke hoyere enn

I det forannevnte og i det folgende refererer uttrykket "egenvekt" seg til den tilsynelatende egenvekt, nemlig den som oppnås ved å dividere vekten av et visst papirvolum med selve volumet, slik at det tas. i betraktning luftgapene mellom cellulosefibrene.

Bedre verdier for tapsfaktoren oppnås ved gradvis minsking av egenvekten til papiret som utgjor lagene med lav egenvekt, samt forholdet mellom den totale tykkelse av papiret med hoy ugjennomtrengbarhet og den totale tykkelse av papiret med lav egenvekt.

Meget gode resultater oppnås med egenvektsverdier omkring 0,5 g/cm^ og tykkelsesforhold lavere enn 1/3»

Skjdnt det som ovenfor nevnt, ved fremstillingen av kabler for meget hoye spenninger er nodvendig å sorge for isolasjonspapir med så lave tapsfaktorer som muliig når det kreves hoye ^verdier for gjennomslagsfastheten, er papiret i henhold til foreliggende oppfinnelse istand til å tilveiebringe meget hoye verdier for gjennoms^agsfasthet uten å overskride tapsfaktorverdiene for vanlig papir brukt for isolasjon av kabler beregnet på meget hoye spenninger.

Dette resultat oppnås ved å meddele lagene med hoy ugjennomtrengbarhet ytterst hoye ugjennomtrengbarhetsverdier, f.eks. over 200.10<6> E.U. og fortrinnsvis over 500.10<6> E.U.

Til tross for at papiret i henhold til oppfinnelsen er karakterisert ved gjennomslagsfasthet i likhet med den til papir med hoy ugjennomtrengbarhet^ kan det lett impregneres når det er viklet på en leder på en kompakt måte. For dette formål er det tilstrek-kelig å gi lagene,.med lav egenvekt en ugjennomtrengbarhetsverdi lavere enn 1.10 fi E.U. og fortrinnsvis lavere enn 0,5.10 fE.U.

Papiret i henhold til oppfinnelsen kan bestå av to lag, nemlig

ett lag med hoy ugjennomtrengbarhet og ett lag med lav egenvekt, eller av tre lag, nemlig ett lag med lav egenvekt og to lag ved siden av dette med hoy ugjennomtrengbarhet. I det forste tilfelle er det fordelaktig å plassere papiret på en slik måte at laget som har en hoy gjennomslagsfasthet er rettet mot lederen. Bruken av papir bestående av tre lag er fordelaktig når det kreves en ennå bedre ytelse med hensyn til elektrisk gradient som skal motstås når papiret er viklet på kabelen.

I dette tilfelle er summen av tykkelsen av de to lag med hoy ugjennomtrengbarhet lik eller omtrent lik tykkelsen av det enkle lag med hoy ugjennomtrengbarhet som brukes i papir bestående av to lag.

På denne måte blir det altså med fordel mulig at papiret^blir symmetrisk på begge sider, slik at omviklingsoperasjonen lettes.

Endelig anbefales det å visLe papirbåndene på lederen på en slik måte at stigningen på vindingene blir storre enn bredden av selve båndet for dermed å etter late et åpent gap mellom vindingene.

Oppfinnelsen vil nå bli mer detaljert beskrevet under, henvisning

til den medfolgende tegning, som viser eksempler.

Fig. 1.viser en utforelsesform av papiret i henhold til oppfinnelsen Fig. 2 viser en annen utforelsesform av papiret i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 er et lengdesnitt av papiret i henhold til fig. 1 viklet på en leder. Fig. >+ er et lengdesnitt av papiret i henhold til fig. 2 viklet på. en leder. Fig. 1 representerer et papir i henhold tj.1 _ oppfinnelsen av den type som består av to lag. Bokstaven A angir det hbyt ugjennomtrengbare lag, bokstaven B laget med lav egenvekt og bokstavene s og S angir de respektive tykkelsene av de to lag. Fig. 2 representerer et papir dannet av tre lag med hoyt ugjennomtrengbare lag på hver side av laget med lav egenvekt.

Bokstavene A og B angir henhv. lag med hoy ugjennomtrengbarhet og lag med lav egenvekt, mens s og S angir de respektive tykkelser.

Utforte forsbk viser at papiret i henhold til oppfinnelsen har:

a) isolasjonsstyrke meget nær den for homogent papir som har en lik totaltykkelse og en ugjennomtrengbarhet lik den for det hoyt

ugjennomtrengbare lag,

b) dielektrisk tap praktisk talt lik det for homogent papir som har en lik tykkelse og en egenvekt lik den,for laget med lav

egenvekt,

c) en impregneringskapasitet lik den man ville få om det var dannet av bare lag med lav egenvekt.

Det er antatt at dette siste trekk kan gjores avhengig av plasseringen av papirlagene i vindingene. Spesielt.fremgår dette av fig. 3 hvori papiret er viklet i vindirg er om en leder 1 med

et intervall 2 mellom hver vinding og hvor impregnerings-midlets bane under impregneringsprosessen blir den som antydet med piler.

Denne bane i lagene med lav egenvekt folger delvis en langsgående retning og delvis en retning perpendikulær i forhold til nevnte lag. I den langsgående retning yter papiret, som i og for seg lett kan impregneres, en meget liten motstand mot, passasjen av impregneringsmidlet, idet cellulosefibrene som danner papiret, for det meste ligger i flater parallelle med kabelens leder og derved skaper langsgående kanaler hvori oljen kan stromme. Idet impregneringsmidlet folger banen antydet med piler, vil det på kort tid nå lagene nærmest lederen selv om laget A er temmelig ugjennomtrengbart.

Passasjen av den isolerende væsken finner imidlertid også sted gjennpm laget A, .hvilket til tross for aij det har en meget hoy spesifikk ugjennomtrengbarhet, endog overskridende 500. 10^- E.U., har en meget redusert tykkelse (< 1/3 av laget B) slik at dets motstand mot passasje av olje-, hvilken er direkte proporsjonal med tykkelsen, blir sterkt redusert. Dette muliggjor bruken av papir inneholdende et hoyt ugjennom^rengbart lag på begge sider av laget B, som vist i fig. <>>+, hvor henvisningene A og B, 1 og 2, har den samme betydning som i fig. 3. I dette tilfelle og i betraktning av papirets gjennomslagsfasthet kan laget A ha en tykkelse lik halvparten av tykkelsen i forhold til tilfellet i fig. 3, og vil dermed ytterligere lette passasje av oljen.

En slik plassering letter dessuten den regulære vikling av papir-vindingene på grunn av at papirbåndene blir symmetrisk på begge sider, slik at det ikke blir nodvendig åta hensyn tii passeringen av det hoyt ugjennomtrengbare lag. Det mest fordelaktige trekk ved dette arrangement er imidlertid isolasjonens evne til å motstå meget hoye elektriske gradienter når kabelen er i bruk.

Det er et kjent faktum at de svakeste punkter i kabler som har en lagdelt og impregnert isolasjon, er de tversgående rom 2 mellom isolasjonens vindinger, hvilke rom også kalles 11 olje-gap" da de

er totalt fylt med impregneringsfluidum.

Jo storre den radiale utstrekning av disse oljegap er, desto lavere blir den maksimale elektriske gradient som kan motstås av en elektrisk kåbels lagdelte og impregnerte isolasjon.

Den kjensgjerning at man har et hoyt ugjennomtrengbart lag på hver av de to motstående sider (i radial retning) av oljegapene 2, muliggjor en bedre definisjon av den radiale utstrekning av sistnevnte og oker dermed den maksimale elektriske gradient som kan motstås av nevnte isolasjon. Det skal faktisk bemerkes at i tilfellet av fig. 3, er oljegapene 2 begrenset på en side av laget med lav egenvekt (lett gjennomtrengbart lag) som kan betraktes som en utvidelse i radial retning av oljegapet.

Som ovenfor nevnt har papiret i henhold til oppfinnelsen en isolasjonsstyrke praktisk talt lik den til papiret som utgjor det hoyt ugjennomtrengbare lag, dvs. uavhengig av verdien av gjennomslagsfastheten til papiret med lav egenvekt. Ved å redusere egenvekten til papiret som utgjor lagene med lav egenvekt, og tykkelsesforholdet mellom lagene med hoy ugjennomtrengbarhet og lagene med lav egenvekt, blir det på denne måte mulig å oppnå et papir hvis gjennomslagsfasthet forblir uforandret og lik med den til papiret med hoy ugjennomtrengbarhet, men som nesten i sin helhet er dannet av papir med lav egenvekt.

Et slikt papir har folgelig en lav dielektrisk effektfaktor og en lav dielektrisk konstant ( som tilsammen definerer tapsfaktoren) hvilke som- bekjent er mindre jo lavere papirets egenvekt er.

Disse trekk er spesielt fordelaktige da, i henhold til formelen

som gir de dielektriske tap ved vekselstrom:

hvori:K er en konstant uavhengig av isolasjonens format

V er den anvendte spenning zf er isolasjonens karakteristiske tapsvinkel £. er den dielektriske konstant

det er klart at den eneste vei til å imotegå: den sterke okning i tapene ved okende spenning er å redusere tapsf aktoren ( £, x t^ n<a>^).

For å illustrere de betraktelige fordeler ved papiret i henhold til oppfinnelsen er det nedenfor gitt en del eksempler som sammenligner resultatene av effektfaktor*- og gjennomslagsfasthetsforsok utfort av oppfinnerne på kondensatorer fullstendig impregnert og frem-stilt ved hjelp av: 1) papir i henhold til oppfinnelsen, angitt med bokstaven G og dannet av et lag A med hoy ugjennomtrengbarhet og et lag B med lav egenvekt,

2) papir dannet av et lag av type A eller B,

3) papir som vanlig brukes for isolasjon av kabler som har en lagdelt og impregnert,isolasjon.

Eksempel 1

Eksempel 2

B = 1 Eksempel 3

Resultater:

Eksempel h

Resultater:

Forsok utfort på papir som har en tykkelse meget nær 0,135 mm og

valgt fra typer som mest vanlig brukes for isolasjon av elektriske kabler, har gitt fblgende resultater:

Fra eksemplene er det klart at papiret i henhold til oppfinnelsen har: a) en gjennomslagsfasthet meget nær den til meget hoyt ugjennomtrengbart papir, b) en dielektrisk effektfaktor lik med den til papir av lav egenvekt.

Intet papir av det som for tiden er i bruk viser en kombinasjon av verdier for hoy gjennomslagsfasthet og lav effektfaktor sammen-lignet med den til papiret i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Papiret i henhold til oppfinnelsen kan lages på hvilken som helst måte, spesielt er det ved fremstillingen fordelaktig å folge den teknikk som allerede er i bruk for vanlig fler-lagspapir, nemlig å bruke papirmaskiner av fler-wire-typen, enten utstyrt med Fourdrinier- eller sylinderformede anordninger.

Disse maskiner sorger for, foruten den samtidige fremstilling av de individuelle lag, sammenbindingen av disse lag, hvilke monentant forener seg med hverandre, resulterende i et fullkomment kompakt ferdig produkt.

Det skal imidlertid forstås at mens det ved fremstilling av

vanlig flerlagspapir generelt tilfores wiren ett enkelt pulprå-stoff, må ved fremstillingen av papiret i henhold til oppfinnelsen wirene mates med forskjellige pulpråstoffer bestemt for tilveiebringelsen av de onskede egenskaper med hensyn til ugjennomtrengbarhet og/eller egenvekt i de individuelle lag og folgelig i det ferdige produkt.

Den foregående beskrivelse inneholder noen eksempler på utforelses-former for oppfinnelsen.

Claims (3)

1. Isolasjonspapir av fler-lagstypen for bruk i elektriske hoyspenningskabler som har en lagdelt og impregnert isolasjon, og som har en total tykkelse lik den til de mest vanligbrukte isolasjonspapir for elektriske kabler, karakterisert ved at det består av minst ett lag med lav egenvekt, ikke overskridende 0,7 g/cm og fortrinnsvis ikke overskridende 0,6 g/cm^, og av minst ett lag som har en hoy ugjennomtrengbarhet, ikke lavere enn 10.10^E.U. og fortrinnsvis ikke lavere enn 50.10^E.U., idet forholdet mellom den totale tykkelse av papirlagene som har en hoy ugjennomtrengbarhet, og den totale tykkelse av lagene som har en lav egenvekt, ikke er hdyere enn 1 og fortrinnsvis ikke hdyere enn

2. Isolasjonspapir som angitt i krav 1 , karakterisert ved at ugjennomtrengbarheten i lagene med lav egenvekt har en verdi ikke hoyere enn 1.10^E.U. og fortrinnsvis ikke hdyere enn 0,5»10^E.U.

3. Isolasjonspapir som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det består av ett mellom-liggende lag med lav egenvekt og to lag med hoy ugjennomtrengbarhet liggende inntil dette.