專利名稱:直流電纜的制作方法
本發(fā)明涉及一種直流電纜，該電纜中導(dǎo)體的多層絕緣是由絕緣帶圈繞多層而制成的，該多層絕緣是用一種組合物(composition)浸漬過的。
上述類型的常規(guī)電纜，如公知的完全浸漬電纜或具有完全浸漬絕緣材料的電纜，由于在導(dǎo)體的浸漬絕緣材料中存在著缺少組合物的微孔，所以易于遭受擊穿的危險(xiǎn)。這種微孔是在電纜制造過程中產(chǎn)生的，并在電纜作業(yè)期間在其大小和位置方面還不斷地變化著。
用組合物浸漬的電纜的絕緣材料中的微孔起源于電纜制造的過程中，因?yàn)楦哒扯鹊慕M合物即使持續(xù)在比較高的溫度下，也會(huì)使多層絕緣層難于受到完整浸漬;同時(shí)也是在多層絕緣層受浸漬后以及圍繞該絕緣層施加金屬護(hù)套時(shí)，在絕緣層冷卻期間該組合物受到熱收縮的結(jié)果。
當(dāng)電纜投入運(yùn)行時(shí)，受到加熱和冷卻的熱力循環(huán)，造成電纜中絕緣的組合物產(chǎn)生了徑向遷移運(yùn)動(dòng)的后果。
特別是在熱力循環(huán)加熱的期間，浸漬多層絕緣的組合物的粘度下降，并且經(jīng)受熱力膨脹比電纜的其它成份經(jīng)受的熱力膨脹還大，結(jié)果該組合物體積的增大導(dǎo)致該微孔的數(shù)目和大小都相對(duì)地減少。
在熱力循環(huán)前冷卻期間，由于該組合物的收縮，致使微孔再產(chǎn)生，而且改變了它們的位置和大小。
眾所周知，在用組合物浸漬絕緣材料的電纜中，這些微孔是有害的，尤其是當(dāng)它們?cè)谙喈?dāng)?shù)偷膲毫ο潞袣怏w時(shí)會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的后果。
事實(shí)上，在這些條件下，在電力的作用下，這些微孔變成放電的部位，結(jié)果使低壓氣體產(chǎn)生可能的離子化，導(dǎo)致絕緣擊穿并由此而使電纜損壞。
為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，現(xiàn)有規(guī)定指出，應(yīng)在壓力下給直流電纜充氣，將電纜護(hù)套的內(nèi)部與容有所述帶壓力氣體的貯氣容器相溝通，以保證在任何環(huán)境條件下這些微孔都充滿著所述氣體。
通稱為“氣壓絕緣”(gas pressue insulation)電纜的這些電纜，未能對(duì)消除擊穿危險(xiǎn)這個(gè)問題取得令人滿意的解決，其原因如下為了在壓力下用氣體填充這些微孔，不管電纜使用在什么條件下，該氣體都需要施加高壓。具體說，在電纜內(nèi)部需要有不低于14巴的氣壓。除結(jié)構(gòu)上相當(dāng)復(fù)雜外，這涉及到在護(hù)套中存在應(yīng)力，氣壓越高應(yīng)力越大，以致由于護(hù)套的開裂而使電纜損壞。再者，對(duì)于容有氣壓的全浸漬絕緣的電纜而言，其最大允許長(zhǎng)度與該氣壓成反比，而且實(shí)際上不管所述長(zhǎng)度如何通常限制到不許超過5～10KM，以遏制該氣體沿電纜流動(dòng)期間的壓力損失，防止在護(hù)套開裂的情況下潮氣透入電纜中。
為了增大上述最大允許長(zhǎng)度，曾制造出具有多層絕緣的電纜，它由予先用組合物浸漬過的絕緣材料帶繞制而成，對(duì)其內(nèi)氣體施有壓力，使氣體能沿該電纜結(jié)構(gòu)中的一條導(dǎo)管流動(dòng)。但即使采用這種方法，也仍不能實(shí)現(xiàn)最大長(zhǎng)度超過50KM的電纜，因?yàn)樵撾娎|在使用一定時(shí)間以后，由于該組合物形成的堵塞，以致封閉了為沿電纜縱向流通氣體所設(shè)置的導(dǎo)管。
上述缺點(diǎn)極大地限制了用組合物浸漬電纜的應(yīng)用范圍，特別是用于情況十分復(fù)雜的海底范圍，它不能用于長(zhǎng)度超過50KM的連續(xù)延長(zhǎng)的電纜工程。
本發(fā)明旨在于提供用組合物充分浸漬絕緣材料的直流電纜，它能滿意地解決擊穿危險(xiǎn)所造成的問題，而在電纜長(zhǎng)度方面不受任何限制，并且沒有上述結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜問題。
為此，本發(fā)明的目標(biāo)為一種用組合物充分浸漬的直流電纜，它至少包括一根被覆有半導(dǎo)體屏蔽層的導(dǎo)體，一種用溶液中含有電負(fù)氣體的組合物浸漬過的，由絕緣材料帶子卷繞多層形成的多層絕緣層，一層包著絕緣層的半導(dǎo)體屏蔽層和一層金屬護(hù)套層。其特征在于，所述的組合物是一非遷移性組合物，它具有的滴點(diǎn)溫度至少比電纜運(yùn)行中能達(dá)到的最高允許溫度高5℃，還在于在低于使用中的電纜的滴點(diǎn)溫度時(shí)，相對(duì)于該組合物而言，溶于該組合物中的電負(fù)氣體所呈現(xiàn)的擴(kuò)散系數(shù)在3×10-5和3×10-6平方厘米/秒的范圍內(nèi)。
本發(fā)明將從下面以無限制性實(shí)例的方式所作的詳細(xì)說明，并參照附表和附圖將會(huì)更好地理解。附圖是以一部分切除而示出的本發(fā)明一部分電纜的透視圖。
現(xiàn)將圖中所示的電纜構(gòu)造描述如下。
一層半導(dǎo)體屏蔽層2，例如用一半導(dǎo)體帶子繞制多圈而成，它包圍著一根導(dǎo)體，該導(dǎo)體由多股導(dǎo)線絞合形成，導(dǎo)線可為銅線。
一個(gè)多層的絕緣層3，它用絕緣的、在溶液中含電負(fù)氣體的組合物浸漬過，安排它包著該半導(dǎo)體屏蔽層2。
為了應(yīng)用本發(fā)明，現(xiàn)將該組合物和電負(fù)氣體的特性說明如下。
該多層絕緣層3是由諸如紙、塞璐珞、塑料和類似材料制成的絕緣帶子圈繞多匝而成，其外面再包一層半導(dǎo)體屏蔽層4，該層構(gòu)造例如可與半導(dǎo)體屏蔽層2相同。
金屬護(hù)套層5例如可由鉛或鋁制造，置于半導(dǎo)體屏蔽層4上。如前所述，該多層絕緣層3是在溶液中含有電負(fù)氣體的一種組合物中浸漬過。
對(duì)于本發(fā)明的電纜而言，該組合物和其內(nèi)溶解的電負(fù)氣體具有以下特性該組合物必須是非遷移性的，必須具有比電纜在使用中能達(dá)到的最高溫度至少高5℃，最好至少高10℃的滴點(diǎn)溫度。
在本說明書中所用的“非遷移性組合物”和“滴點(diǎn)溫度”的含意如下“非遷移性組合物”是一種這樣的組合物，即在該組合物中，作為組合物溫度函數(shù)的粘度的曲線在一給定溫度(即滴點(diǎn)溫度)處(其值是根據(jù)“美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)D566-76”確定的)，出現(xiàn)突變斜率的變化。當(dāng)溫度高于該滴點(diǎn)時(shí)，該組合物呈現(xiàn)為粘液;而在較低溫度時(shí)，該組合物實(shí)際呈現(xiàn)為固體。
“滴點(diǎn)溫度”是這樣的溫度，即在該溫度時(shí)在作為該組合物溫度的函數(shù)的曲線中，出現(xiàn)突變斜率的變化。
溶于該組合物中的電負(fù)氣體在低于該組合物的滴點(diǎn)溫度時(shí)，相對(duì)于所述的組合物呈現(xiàn)出擴(kuò)散系數(shù)在3×10-5和3×10-6平方厘米/秒之間。
本發(fā)明電纜的該化合物和電負(fù)氣體的其它特性如下該組合物在室溫(確切地說，溫度范圍在5℃和35℃之間)時(shí)的抗剪彈性模量G大于或等于0.8公斤/平方厘米，以保證所存在的微孔尺寸的穩(wěn)定性，即使在其中含有的電負(fù)氣體的壓力作用下也是穩(wěn)定的。
在溫度高于該組合物的滴點(diǎn)溫度時(shí)，其內(nèi)溶在每立方厘米組合物中的電負(fù)氣體的溶解度為每巴壓力下不低于25×10-2標(biāo)稱立方厘米氣體，以便在現(xiàn)有工廠生產(chǎn)具有用組合物浸漬多層絕緣的電纜的條件下，不作任何變動(dòng)即能方便、快速地在該組合物中進(jìn)行溶解相當(dāng)大量的電負(fù)氣體。
一旦上述要求得到滿足，該組合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和該氣體的化學(xué)性質(zhì)被實(shí)現(xiàn)，這就可能是人們希望的了，這可以理解為，除具有良好的介電特征以外，該組合物和氣體還必須與其相接觸的電纜部件的組成材料相兼容，也就是說，不許降低它們的任何電氣或化學(xué)特性。
根據(jù)上述關(guān)于該組合物和氣體的考慮，本領(lǐng)域的專業(yè)人員對(duì)每種欲制作的電纜可以確定出避免電纜在使用中有任何擊穿危險(xiǎn)所需用的材料。
例如，要制造一種直流電纜，在設(shè)計(jì)階段計(jì)劃達(dá)到的、在運(yùn)行中要到達(dá)的最高溫度為60℃，則可采用的電負(fù)氣體是與具有以下配方的組合物相溶合的六氟化硫聚異丁烯 2.5%微晶蠟 4%礦物油 93.5%事實(shí)上，上述組合物的滴點(diǎn)溫度為70℃，對(duì)于上述指定組合物而言，六氟化硫擴(kuò)散系數(shù)在溫度低于該滴點(diǎn)時(shí)，即處在上述與此特性有關(guān)的數(shù)值范圍內(nèi)。
當(dāng)溫度超過上述所指定組合物的滴點(diǎn)溫度時(shí)，六氟化硫的溶解度高于與本發(fā)明所述電纜有關(guān)的上述最低允許值。
由于該組合物和電負(fù)氣體的這些特性，電纜的制作中不涉及任何問題，不需要對(duì)現(xiàn)有的、用于制作具有組合物浸漬絕緣材料的工廠進(jìn)行任何改造。
實(shí)際上，按本發(fā)明生產(chǎn)電纜，首先是將敷加在導(dǎo)體上的多層絕緣材料按通常的方法在一個(gè)浸漬容器內(nèi)(在該容器被有效地弄干和除氣之后)用一種具有本發(fā)明所提出的特性的組合物進(jìn)行浸漬，并使其溫度高于其滴點(diǎn)溫度，然后將具有本發(fā)明所指定特性的電負(fù)氣體輸入該容器內(nèi)，在幾巴的壓力下經(jīng)過一段能使該組合物足能飽和的時(shí)間即可。
在這一時(shí)間以后，將該組合物的溫度降低到低于該滴點(diǎn)溫度，并使其繼續(xù)冷卻直到略高于室溫為止，該容器除去電負(fù)氣體以后打開，覆有用含有電負(fù)氣體的組合物浸漬絕緣材料的導(dǎo)體即被送到計(jì)劃包繞該絕緣材料而施加金屬護(hù)套層的裝置中，在打開該容器到包繞該絕緣材料施加金屬護(hù)套層的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)通過該組合物的氣體的擴(kuò)散系數(shù)包括在這種特性所指定的數(shù)值的臨界范圍內(nèi)時(shí)，在該浸漬上述絕緣材料的組合物中沒有氣體損耗。
下述的實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試說明，根據(jù)本發(fā)明采用的直流電纜，事實(shí)上消除了擊穿危險(xiǎn)，不需要涉及任何復(fù)雜的構(gòu)造，不存在受長(zhǎng)度限制的缺點(diǎn)，而且不需要對(duì)使用中的電纜永久供氣。所采用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試是題為“負(fù)荷循環(huán)及反極性試驗(yàn)”(“Loading Cycle and Polarity Reversal Tests”)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這是“國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議”(CIGRE)第21屆“研究委員會(huì)”(Study Committee No.21)21-10工作組”(Working Group 21-10)推薦的，并公布于“電氣”(“Electra”)的第72號(hào)發(fā)行物(Issue No.72)中。
根據(jù)所述論文中闡述的程式，在試驗(yàn)中每段電纜長(zhǎng)30米，應(yīng)經(jīng)受30次由室溫到為該電纜規(guī)定的最大運(yùn)行溫度之間加熱和冷卻的熱力循環(huán)，在每隔30次循環(huán)時(shí)提升加到該電纜上的連續(xù)電壓值，直到確定出電纜發(fā)生擊穿時(shí)的電壓為止。對(duì)以下各系列電纜進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。
-本發(fā)明的系列電纜，設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度為60℃，其相互間的區(qū)別是用于制造該多層固態(tài)絕緣層的絕緣材料帶子的特性(材料、厚度、密度、滲透性)不同。在該系列的所有電纜中，該多層絕緣材料是用上文的實(shí)例所指出的、非遷移性組合物浸漬的，該組合物用六氟化硫氣體在2巴氣壓、120℃溫度下(此溫度比滴點(diǎn)溫度(70℃)高)按照前述制造過程飽和的。此外，該系列的所有電纜都包括直徑為39mm的銅絞線構(gòu)成的導(dǎo)體，該導(dǎo)體被一半導(dǎo)體層包覆，再被厚度為18mm的多層絕緣層包住，其外然后再包一層半導(dǎo)體屏蔽層和一層鉛護(hù)套層。
-具有充分地用一種粘性組合物浸漬過的多層絕緣材料的系列電纜，這種措辭的意思是在這種組合物中作為溫度的函數(shù)的粘度的曲線不出現(xiàn)突變斜率的變化。所用的該粘性組合物具有一種配方，在微晶蠟的用量的上與本發(fā)明電纜不同。
其它方面，該系列電纜的構(gòu)造，以及用以構(gòu)成該多層絕緣的絕緣材料帶子都與本發(fā)明電纜的相同。
-具有一個(gè)多層絕緣層并、充有壓力氣體的系列電纜，其中所述絕緣層是由帶子繞成的，這與按本發(fā)明制作電纜用的材料相同，予先也用相同的組合物浸漬，含在電纜中的氣體為具有壓力14巴的氮?dú)狻?br>-與本發(fā)明電纜不同之處僅在于使浸漬絕緣材料的組合物飽合的氣體為在3巴和120℃溫度下的氮?dú)獾南盗型耆n的電纜。
通過應(yīng)用上述程式所進(jìn)行的試驗(yàn)測(cè)試，可以斷定，在每種電纜系列中，發(fā)生擊穿的電壓值的變化范圍取決于用以形成多層絕緣層的絕緣材料帶子的類型。
但是應(yīng)該注意，對(duì)任何具體類型的、用以形成多層絕緣層的絕緣材料帶而言，對(duì)于各不相同系列電纜所確定的擊穿電壓值的差值保持恒定。
更詳?shù)卣f，對(duì)上述各種不同類型電纜和那些用粘性組合物完全浸漬過的一絕緣層的電纜來說，它們的擊穿電壓百分差值如下表所述電纜類型 與具有用粘性組合物完全浸漬絕緣材料的電纜的相比較，擊穿電壓的%增量本發(fā)明的電纜 50%由予先用與14巴壓力的氮?dú)庀嗳芎系慕M合物浸漬過的帶子所 48%構(gòu)成絕緣層的電纜用氮飽合的組合物完全浸漬的電纜 20%
根據(jù)上述試驗(yàn)的報(bào)告數(shù)據(jù)，可得出以下推論對(duì)于具有用粘性組合物完全浸漬絕緣材料的電纜而言，本發(fā)明電纜的擊穿電壓的百分比增量的數(shù)量級(jí)與具有用與14巴壓力的氮?dú)獾南嗳芎系慕M合物完全浸漬的帶子所構(gòu)成絕緣層的電纜的百分比增量的數(shù)量級(jí)相同。
這就意味著，本發(fā)明電纜在運(yùn)行期間避免擊穿危險(xiǎn)的程度就和具有相關(guān)的高壓氣體的絕緣材料的電纜相同，但卻沒有任何如常規(guī)電纜中前述的缺點(diǎn)。
特別是，本發(fā)明電纜不受任何長(zhǎng)度限制，并且在護(hù)套斷裂的情況下有能力延緩潮氣向多層絕緣層中的滲透。
雖然本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例已予描述和說明，但應(yīng)該理解，由本領(lǐng)域的專業(yè)人員構(gòu)思的任何能變化的實(shí)施例都包括在本范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流電纜，它至少包括一根用一層半導(dǎo)體屏蔽層包著的導(dǎo)體、一個(gè)用溶液中含有電負(fù)氣體的組合物浸漬過的絕緣材料帶多匝圍繞而形成的多層絕緣層、一層包覆在所述絕緣層上的半導(dǎo)體屏蔽層和一層金屬護(hù)套層，其特征在于，所述的組合物是一種非遷移性的化合物，它的滴點(diǎn)溫度比該電纜在使用中可能達(dá)到的最大容許溫度至少高5℃；以及溶解在該組合物中的電負(fù)氣體，在溫度低于該組合物的滴點(diǎn)時(shí)，表現(xiàn)的與該組合物相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)處于3×10-5和3×10-6平方厘米/秒之間。
2.如權(quán)利要求
1中所述的一種電纜，其特征在于，該組合物的滴點(diǎn)溫度超過該電纜在使用中可能達(dá)到的最高容許溫度至少10℃為好。
3.如權(quán)利要求
1中所述的一種電纜，其特征在于，該非遷移性組合物在室溫時(shí)具有的抗剪彈性模量不低于0.8公斤/平方厘米。
4.如權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所述的一種電纜，其特征在于，溶解在該組合物中的電負(fù)氣體在溫度超過所述組合物的滴點(diǎn)溫度時(shí)對(duì)于每立方厘米的組合物表現(xiàn)出溶解度不低于25×10-2標(biāo)稱立方厘米氣體/巴。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種直流電纜，它包括用一種非遷移性組合物浸漬過的多層絕緣層。這種組合物的“滴點(diǎn)”溫度比電纜在運(yùn)行中可能達(dá)到的最高溫度還高，并且在浸漬的溶液中含有電負(fù)性氣體。
文檔編號(hào)H01B7/282GK87104807SQ87104807
公開日1988年2月3日 申請(qǐng)日期1987年7月15日
發(fā)明者帕羅·G·普利阿羅吉亞, 吉安馬利奧·蘭夫蘭科尼, 彼得羅·梅特拉, 吉安尼·米拉蒙蒂 申請(qǐng)人:卡維·皮雷利公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan