NO141297B - REMOTE REPORT NETWORK. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske lederelementer. Procedure for the manufacture of electrical conductor elements.

Foreliggende oppfinnelse angår en The present invention relates to a

fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske lederelementer av den type som i det vesentlige består av metalliske lederskin-ner, fortrinnsvis av kobber eller aluminium, anordnet i en omhyllinig og innbyrdes adskilt ved isolerende betong; de blokkformede lederelementer kan hensiktsmessig være anbragt i en mantel av profil-jern. Andre omhyllingsmaterialer enn method for the production of electrical conductor elements of the type which essentially consist of metallic conductor rails, preferably of copper or aluminium, arranged in an enclosure and mutually separated by insulating concrete; the block-shaped conductor elements can conveniently be arranged in a sheath of profiled iron. Wrapping materials other than

betong har også vært foreslått, men opp-finneren har funnet at betongen,, når den blir behandlet på en spesiell måte, danner den ideelle omhyllingsmasse såvel hva angår dens tekniske og dens industrielle bruk, som dens pris. concrete has also been proposed, but the inventor has found that concrete, when treated in a special way, forms the ideal encasing mass both in terms of its technical and its industrial use, as well as its price.

Lederelementer av denne art kan anvendes til ledning av strømmen til elek-trolyseanlegg, mien anvendes fortrinnsvis som innstøpte stigeledninger i bygg, hvor de vil utgjøre en del av byggets bærende konstruksjon. Conductor elements of this kind can be used to conduct the current to electrolysis plants, but are preferably used as embedded risers in buildings, where they will form part of the building's supporting structure.

Det har selvsagt tidligere vært forsøkt It has of course been tried in the past

å gi omhylMnigsmassen en maksimal isolasjonsevne og også en så høy tørrhetsgrad som mulig, uten at man systematisk har kunnet garantere de fremstilte lederelementers egenskaper, hvilket imidlertid er nødvendig for at de skal kunne godtas i kompliserte elektriske installasjoner. to give the covering mass a maximum insulating capacity and also as high a degree of dryness as possible, without systematically being able to guarantee the properties of the manufactured conductor elements, which is, however, necessary for them to be accepted in complicated electrical installations.

Oppfinnelsen, angår en fremgangsmåte som ikke bare gjør det mulig å garantere de på forhånd bestemte egenskaper av disse lederelementer, men også, og først og fremst, å fremstille dem industrielt, dvs. å skaffe en driftssyklus, hvor hver fase er klart definert med hensyn til tid og be-handlngsbetin.gelsene og kan utføres uten risiko, således at lederelementene kan fremstilles meget hurtig og med lave om-kostninger og således at produktene blir ensartet. The invention relates to a method which not only makes it possible to guarantee the predetermined properties of these conductor elements, but also, and primarily, to produce them industrially, i.e. to obtain an operating cycle, where each phase is clearly defined with respect on time and the processing conditions and can be carried out without risk, so that the conductor elements can be manufactured very quickly and at low costs and so that the products are uniform.

Fremgangsmåten består i nøyaktig ut-velgning av omhyllingsmassens bestanddeler og disses karakter. Under en fase av fremstillingen økes elementenes temperatur over 100°C. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen utmerker seg ved at mellomrommene meliom lederne og om-hyliingen fylles med en masse som består av ca. 2 volumdeler stein, 1 volumdel sand, 1,5 volumdel sement og 1,2 volumdel vann, idet granulometrien av stein og sand velges avhengig av tverrdimensjonene av det lederelement som skal fremstilles, mens vannmengden generelt ikke overstiger 80 volumprosent av sementen, at de således fremstilte elementer i løpet av 4 til 6 timer utsettes for virkningen av fri luft, at de erholdte elementer i løpet av minst 15 timer utsettes for en fuktighetsmettet, f. eks. vannmettet atmosfære, at de således oppnådde elementer i løpet av minst 24 timer påny utsettes for fri luft og at de erholdte elementer opphetes til en temperatur over 100°C. The procedure consists in the precise selection of the components of the encasing compound and their character. During one phase of the production, the temperature of the elements is increased above 100°C. The method according to the invention is distinguished by the fact that the spaces between the conductors and the sheathing are filled with a mass consisting of approx. 2 parts by volume of stone, 1 part by volume of sand, 1.5 parts by volume of cement and 1.2 parts by volume of water, the granulometry of stone and sand being chosen depending on the transverse dimensions of the conductor element to be produced, while the amount of water generally does not exceed 80 percent by volume of the cement, so that they produced elements during 4 to 6 hours are exposed to the effect of free air, that the obtained elements are exposed during at least 15 hours to a moisture-saturated, e.g. water-saturated atmosphere, that the elements thus obtained are again exposed to free air within at least 24 hours and that the elements obtained are heated to a temperature above 100°C.

Oppfinnelsen og dens ytterligere trekk og fordeler vil fremigå klarere av følgende detaljerte beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et skjema av driftssyklusen i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; fig. 2—5 viser meget skjematisk de viktigste faser av driftssyklusen, fig. 6 et skjema av tempe-raturfordelingen som karakteriserer varmebehandlingen av lederelementene i en lukket beholder ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig. 7 skjematisk strøm-tettheter som1 kan tillates i lederelementer fremstilt ifølge oppfinnelsen. The invention and its further features and advantages will appear more clearly from the following detailed description with reference to the drawings, in which fig. 1 is a diagram of the operating cycle according to the method according to the invention; fig. 2-5 show very schematically the most important phases of the operating cycle, fig. 6 is a diagram of the temperature distribution which characterizes the heat treatment of the conductor elements in a closed container by the method according to the invention, and fig. 7 schematically shows current densities which can be allowed in conductor elements manufactured according to the invention.

Fig. 1 viser de vesentlige faser av pro-sessen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 shows the essential phases of the process according to the invention.

Som vist på fig. 2 er strømskinnene 1 anordnet ubevegelige 1 en ramme 2, hvis innvendige tverrsnitt og lengde svarer til tverrsnittet henholdsvis lengden av det blokkformede lederelement som skal fremstilles. Strømskinnene 1 kan ha rund, halv-flat eller annen form<1>; der velges en form som egner seg best for hver anvendelse. Skinnene kan på forhånd være forsynt med en isolasjon, hvis egenskaper lar seg for-ene med omhyllingsmassens egenskaper. Denne isolasjonsbehandliing — som for-øvrig er valgfri — velges således at den har høy elektrisk motstandsevne, stor mekanisk styrke, høy motstandsevne mot gjen-nomftrengning av fuktighet, en utvidelseskoeffisient som ligger nær utvidelseskoeffi-sienten for det metall som strømskinnene er fremstilt av, lav kontraksjon under herdningen, stor motstand mot tempera-turvariasjoner og endelig lav porøsitet. As shown in fig. 2, the power rails 1 are arranged immovable 1 a frame 2, whose internal cross-section and length correspond to the cross-section and the length of the block-shaped conductor element to be manufactured. The power rails 1 can have a round, half-flat or other shape<1>; a form is chosen that is best suited for each application. The rails can be provided with an insulation in advance, the properties of which can be combined with the properties of the covering material. This insulation treatment — which, by the way, is optional — is chosen so that it has high electrical resistance, high mechanical strength, high resistance to the penetration of moisture, an expansion coefficient that is close to the expansion coefficient of the metal from which the busbars are made, low contraction during curing, great resistance to temperature variations and finally low porosity.

Rammen 2 består fortrinnsvis av pro-filjern av mykt stål fremstilt ved lamine-ring, valsinig eller bøyning av flate bånd. Fortrinnsvis har den en regelmessig form og en tilstrekkelig mekanisk fasthet til å kunne tjene som form under støpingen av omhyllingsmassen for skinnene og for å gi de fremstilte lederelementer en god mekanisk styrke. The frame 2 preferably consists of profile iron of mild steel produced by lamination, rolling or bending of flat strips. Preferably, it has a regular shape and a sufficient mechanical strength to be able to serve as a mold during the casting of the covering mass for the rails and to give the produced conductor elements a good mechanical strength.

Deri annen fase består, som vist på fig. 3, i å fylle tomrommene mellom skinnene 1 og rammens 2 vegger med omhyllingsmassen 3 som må svare til de nedenfor nøyaktig angitte og strengt kontrollerte betingelser. Where the second phase consists, as shown in fig. 3, in filling the voids between the rails 1 and the walls of the frame 2 with the encasing mass 3 which must correspond to the below precisely specified and strictly controlled conditions.

Denne omhyllingsmasse består av betong med høy elektrisk isølasjonsevne, den er fullstendig fri for hydroskopiske bestanddeler og har en minimal sammen-trekking under herdningen, stor tetthet, lav porøsitet, høy motstand mot tempera-turvariasjoner, uforanderlighet ved varme-sjokk og under innvirkningen av fuktig-heten og atmosfæriske påvirkninger, og den har endelig en utvidelseskoeffisient som ligger nær utviklingskoeffisienten for metallet i strømskinnene. This encasing compound consists of concrete with high electrical insulating properties, it is completely free of hygroscopic components and has minimal contraction during curing, high density, low porosity, high resistance to temperature variations, immutability to thermal shock and under the influence of moist -ness and atmospheric influences, and it finally has a coefficient of expansion that is close to the coefficient of development of the metal in the busbars.

For å oppfylle alle disse betingelser, er omhyllingsmassen sammensatt av føl- In order to fulfill all these conditions, the enveloping mass is composed of fol-

gende nøyaktig presiserte bestanddeler: gending precisely specified components:

— bindemidiet består fortrinnsvis av smeltesement av typen «Lafarge» (frem-stiilt av Société J. et A. Pavin de Lafarge) som har en nøytral reaksjon og ikke ut-vikler kalk under herdingen; — sanden kan variere avhengig av om det gjelder lederelementer for lav og middels spenning eller for høy spenning; i første tilfelle brukes elvesand i naturlig tilstand, dvs, den bør være fri bl. a. for alle organiske materialer, for leirepartik-ler og metalliske partikler; i det annet tilfelle brukes fortrinnsvis sand fra stein-brudd med ordnet kornstørrelse og fri for alle metalliske partikler; — steinen må være av kantet form, være fri for alle fremmedlegemer og sær-lig for organiske materialer og metallpar-tikler; der kan med fordel brukes stein fra elver. Hensiktsmessig anvendes kvart-sitt på grunn av dets høye isolasjonsevne og dets stabilitet overfor syrer og baser. — the binding medium preferably consists of fusible cement of the "Lafarge" type (manufactured by Société J. et A. Pavin de Lafarge) which has a neutral reaction and does not develop lime during hardening; — the sand may vary depending on whether it concerns conductor elements for low and medium voltage or for high voltage; in the first case, river sand is used in its natural state, i.e. it should be free, among other things. a. for all organic materials, for clay particles and metallic particles; in the second case, sand from quarries with an ordered grain size and free of all metallic particles is preferably used; — the stone must be of an angular shape, be free of all foreign bodies and especially of organic materials and metal particles; stone from rivers can be advantageously used there. Quartzite is suitably used because of its high insulating capacity and its stability against acids and bases.

Blandingsforholdet er avhengig av den anvendte granulometri. På grunn av den massive form som lederelementet får, bør kornstørrelsen være lavere enn den som vanligvis kreves for konstruksjonsbetong. The mixing ratio depends on the granulometry used. Due to the massive shape of the conductor element, the grain size should be lower than that normally required for structural concrete.

En vanlig sammensetning for lederelementer med en tykkelse mellom 25 og 35 mm kan være 2 volumdeler stein av kornstørrelse 2—4 mm, én volumdel sand av kornstørrelse 0—2 mm, 1,5 volumdeler sement, 1,2 volumdeler vann; vannmengden bør ikke overskride 80 pst. av sement-volumet. A common composition for conductor elements with a thickness between 25 and 35 mm can be 2 parts by volume stone of grain size 2-4 mm, one part by volume sand of grain size 0-2 mm, 1.5 parts by volume cement, 1.2 parts by volume water; the amount of water should not exceed 80 percent of the cement volume.

Samtidig med opprettholdelsen av de nløyaktige egenskaper av blandingen for omhyllingsmlassen, er det viktig å bestem-me det relative optimale volum av strøm-skinner i forhold til omhylingsmasse. Dette relative optimale volum er avhengig av de elektriske og mekaniske egenskaper som samtidig skal gi en tilstrekkelig beskyt-telse for strømskinnene og en tilstrekkelig mekanisk styrke av lederelementene. Fore-tatte undersøkelser viser at en grunnleg-gende betingelse for utførelsen av lederelementer av denne art består i å sette sammen strømskinnene og omhyllingsmassen under sådanne betingelser at volumet av omhyllingsmassen er minst syv ganger volumet av de metalliske deler. At the same time as the maintenance of the needle-like properties of the mixture for the encasing slurry, it is important to determine the relative optimum volume of current rails in relation to encasing mass. This relatively optimal volume is dependent on the electrical and mechanical properties which must simultaneously provide sufficient protection for the busbars and a sufficient mechanical strength of the conductor elements. Investigations carried out show that a basic condition for the execution of conductor elements of this kind consists in assembling the busbars and the encasing mass under such conditions that the volume of the encasing mass is at least seven times the volume of the metallic parts.

Den tredje fase består 1 å la lederelementene ligge i fri luft for at herdepro-sessen kan foregå på normal måte. For at de etterfølgende driftsfaser skal forløpe normalt, er det nødvendig at herdingen i fri luft skjer i løpet av 4—6 timer. The third phase consists of 1 leaving the conductor elements in the open air so that the curing process can take place in the normal way. In order for the subsequent operating phases to proceed normally, it is necessary that the curing in open air takes place within 4-6 hours.

Den fjerde fase består, som vist på fig. 4, i å anbringe lederelementene i en med fuktighet mettet atmosfære. I henhold til oppfinnelsen består en enkel, hurtig og systematisk måte i å dykke lederblokkene ned i vann 4 i en beholder 5. The fourth phase consists, as shown in fig. 4, in placing the conductor elements in a moisture-saturated atmosphere. According to the invention, a simple, quick and systematic method consists in immersing the conductor blocks in water 4 in a container 5.

Det har vist seg at en for hurtig ned-dykking etter begynnelsen av herdingen ville bevirke en fortynning av agglomera-tet og frata det dets fasthet, mens en for langvarig tørking i luft før neddykkingen ville forårsake en pulverisering av bindemidiet ved fordampning av vannet som følge av den under herdingen utviklede varme. It has been found that too rapid immersion after the start of curing would cause a dilution of the agglomerate and deprive it of its firmness, while too long a drying in air before immersion would cause a pulverization of the binder by evaporation of the water as a result of the heat developed during curing.

Neddykkingen skal vare minst 15 timer. Opprettholdes denne betingelse, vil omhyllingsmassen alltid være tilstrekkelig herdet. Det har imidlertid vist seg at herdingen av omhyllingsmassen kan økes ytterligere, hvis delene etter neddykkingen får ligge i fri luft kortere eller lengre tid. Etter 24 timers opphold i luft øker herdningen av omhyllingsmassen ikke lenger merkbart. The dive must last at least 15 hours. If this condition is maintained, the encasing compound will always be sufficiently hardened. However, it has been shown that the hardening of the encasing compound can be further increased if the parts are left in the open air for a shorter or longer time after immersion. After 24 hours in air, the hardening of the encapsulation compound no longer increases noticeably.

Den siste fase av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består endelig, som vist skjematisk på fig. 5, i en varmebe-handling ved hjelp av hvilken lederelementet befris fullstendig for sin fuktighet. En første utførelsesmåte av den siste drifts-fase består i å bringe lederelementene opp på en temperatur som i vesentlig grad overstiger 100°C ved atmosfæretrykk. Det har imidlertid vist seg at lederelementene i så fall får en fuktighetsprosent som svarer til det damptrykk som utvikles i elementets indre under opphetingen til denne temperatur ved omgivelsenes atmosfæretrykk. På grunn av dette brukes denne arbeidsmåte bare ved fremstilling av lederelementer for lav spenning. Fremgangsmåten kan også anvendes ved fremstilling av lederelementer for høyere spen-ninger, i hvilket tilfelle elementene 1—3 hensiktsmessig bringes opp på en temperatur som i vesentlig grad overstiger 100°C i et rom 6, i hvilket der råder et større vakuum, idet rommet eller en ledning skjematisk vist ved 7 er forbundet med en vakuumpumpe skjematisk vist ved 8. Det damptrykk som råder ved den temperatur som oppnås i et vakuum på ca. 2 cm Hg er meget lavt, og den isolasjonsevne som oppnås i lederelementene blir tilsvarende meget høyere. The last phase of the method according to the invention finally consists, as shown schematically in fig. 5, in a heat treatment by means of which the conductor element is completely freed of its moisture. A first embodiment of the last operational phase consists in bringing the conductor elements up to a temperature that substantially exceeds 100°C at atmospheric pressure. However, it has been shown that the conductor elements in that case get a moisture percentage that corresponds to the vapor pressure that develops in the interior of the element during heating to this temperature at the ambient atmospheric pressure. Because of this, this method of operation is only used when manufacturing conductor elements for low voltage. The method can also be used in the production of conductor elements for higher voltages, in which case the elements 1-3 are appropriately brought up to a temperature that substantially exceeds 100°C in a room 6, in which there is a greater vacuum, since the room or a line schematically shown at 7 is connected to a vacuum pump schematically shown at 8. The steam pressure that prevails at the temperature achieved in a vacuum of approx. 2 cm Hg is very low, and the insulating capacity achieved in the conductor elements is correspondingly much higher.

Varmebehandlingen i vakuum har også den fordel at der kan brukes betydelig lavere opphetingstemperaturer enn ved oppheting ved atmosfæretrykk. Under va-kuumibehandllngen kan således temperaturen utgjøre 120°C i stedet for 150°C ved oppheting ved atmosfæretrykk. Opphetingen av lederelementene bør foregå lang-somt og gradvis. Varmetilførselen bør være jevn langs hele elementets lengde og være lik for alle elementer som befinner seg i rommet 5. Fig. 6 viser kurvene i forbin-delse med en: varmeovn som arbeider ved atmosfæretrykk. Heat treatment in vacuum also has the advantage that significantly lower heating temperatures can be used than when heating at atmospheric pressure. During the vacuum treatment, the temperature can therefore be 120°C instead of 150°C when heating at atmospheric pressure. The heating of the conductor elements should take place slowly and gradually. The heat supply should be uniform along the entire length of the element and be the same for all elements located in room 5. Fig. 6 shows the curves in connection with a heater that works at atmospheric pressure.

På denne figur er temperaturen i °C avsatt langs ordinaten og tiden i timer langs abscissen. Kurvene a og b represen-terer de kurver, mellom hvilke temperaturen ved hj elp av reguleringen skal opprettholdes under sluttfasen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. In this figure, the temperature in °C is plotted along the ordinate and the time in hours along the abscissa. Curves a and b represent the curves between which the temperature is to be maintained with the help of the regulation during the final phase of the method according to the invention.

Ved hjelp av disse forskjellige betingelser kan man industrielt fremstille lederelementer som ikke bare egner seg for lav og middels spenning, men også for høy spenning. With the help of these different conditions, it is possible to industrially produce conductor elements which are not only suitable for low and medium voltage, but also for high voltage.

Disse lederelementers utmerkede elektriske egenskaper fremgår av kurvene på fig. 7 som viser at strømtettheten er sær-lig høy i forhold til den forholdsvis lave oppvarming som disse lederelementer opp-viser. Langs ordinaten er avsatt ledertverr-snittet i mm2 og langs abscissen strøm-tettheter i A/mm2. Kurvene A, B og C angår lederelementer med fire ledere, et tverrsnitt av 102 x 25 mm og svarer til en opphetning på henholdsvis 30, 40 og 50°C. Kurvene D, E og F svarer til lederelementer med fire ledere med et tverrsnitt på 160 x 35 mm og svarer til en opphetning på henholdsvis 30, 40 og 50°C. The excellent electrical properties of these conductor elements can be seen from the curves in fig. 7 which shows that the current density is particularly high in relation to the relatively low heating that these conductor elements exhibit. Along the ordinate is the conductor cross-section in mm2 and along the abscissa current densities in A/mm2. Curves A, B and C relate to conductor elements with four conductors, a cross-section of 102 x 25 mm and correspond to a heating of 30, 40 and 50°C respectively. The curves D, E and F correspond to conductor elements with four conductors with a cross section of 160 x 35 mm and correspond to a heating of 30, 40 and 50°C respectively.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske lederelementer av den type som i det vesentlige består av metalliske leder-skinner, fortrinnsvis av kobber eller av aluminium, anordnet i en omhylling og innbyrdes adskilt ved isolerende betong, idet elementenes temperatur økes over 100 °C under en fase av fremstillingen, karakterisert ved at mellomrommene mellom lederne og omhyllingen fylles med en masse som består av ca. 2 volumdeler stein, 1 volumdel sand, 1,5 volumdel sement og 1,2 volumdel vann, idet granulometrien av stein og sand velges avhengig av tverrdi-mensj onene av det lederelement som skal fremstilles, mens vannmengden generelt ikke overstiger 80 volumprosent av sementen, at de således fremstilte elementer i løpet av 4 til 6 timer utsettes for virkningen av fri luft, at de erholdte elementer i1. Procedure for the production of electrical conductor elements of the type which essentially consists of metallic conductor rails, preferably of copper or aluminium, arranged in an enclosure and mutually separated by insulating concrete, the temperature of the elements being increased above 100 °C under a phase of the production, characterized by the spaces between the conductors and the casing being filled with a mass consisting of approx. 2 parts by volume of stone, 1 part by volume of sand, 1.5 parts by volume of cement and 1.2 parts by volume of water, the granulometry of stone and sand being chosen depending on the transverse dimensions of the conductor element to be produced, while the amount of water generally does not exceed 80 percent by volume of the cement, that the elements produced in this way are exposed to the action of free air for 4 to 6 hours, that the elements obtained in løpet av minst 15 timer utsettes for en fuktighetsmettet, f. eks. vannmettet atmosfære, at de således oppnådde elementer i løpet av minst 24 timer påny utsettes for fri luft og at de erholdte elementer opphetes til en temperatur over 100°C.during at least 15 hours is exposed to a moisture-saturated, e.g. water-saturated atmosphere, that the elements thus obtained are again exposed to free air within at least 24 hours and that the elements obtained are heated to a temperature above 100°C. 2. Fremgangsmåte i henhold til på-stand 1, karakterisert ved at volumet av omhyllingsmassen er minst syv ganger større enn volumet av de ledere som skal omhylles. 2. Method according to claim 1, characterized in that the volume of the sheathing mass is at least seven times greater than the volume of the conductors to be sheathed. 3. Fremgangsmåte i henhold til på- stand 1, karakterisert ved at slutt- oppvarmningen skjer i samsvar med dia-grammet ifølge fig. 6. 3. Procedure in accordance with condition 1, characterized by the fact that final the heating takes place in accordance with the diagram according to fig. 6. 4. Fremgangsmåte i henhold til på-stand 1, karakterisert ved at de fremstilte produkter, etter at de er herdet i fri luft og holdt i en med fuktighet mettet atmosfære, bringes på en temperatur over 100°C i et rom, i hvilket der på forhånd er dannet et høyt vakuum, f. eks. 2 cm Hg.4. Method according to claim 1, characterized in that the manufactured products, after they have been cured in open air and kept in a moisture-saturated atmosphere, are brought to a temperature above 100°C in a room, in which a high vacuum is formed in advance, e.g. 2 cm Hg.