NO333817B1 - Kabel med skjermingsbånd - Google Patents

Abstract

Figuren viser en elektrisk kabel med ledere (1) av metall, hver omgitt av et indre ledende lag (2), isolasjon (3) og et ytre ledende lag (4). En fuktighetsbarriere (11) med et elektrisk ledende lag omgir lederne. Skjermingsbånd (5) av i det minste tildels ledende materiale befinner seg i områder mellom det ytre ledende laget (4) og fuktbarrieren (1l). Elektrisk ledende skjermingstråder (6) løper langs skjermingsbåndet og er anbrakt gjennom disse i elektrisk kontakt med det elektrisk ledende laget i fuktbarrieren (1l). Skjermingsbåndene bærer fuktbarrieren fra innsiden, slik at fuktbarrieren på en enkel måte kan gjøres vanntett når den påføres. Skjermingsbåndene (5), fuktbarrieren (11) og skjermingstrådene (6) utgjør sammen en effektiv elektrisk skjenn for kabel. Gjennomtrengning av et elektrisk ledende objekt i kabelen fører til en feilstrøm som enkelt kan angis, slik at den påtrykte kabelspenning kan fjernes.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en isolert elektrisk kabel med skjerm av metallisk folie for å gjøre den vanntett i radiell retning og en mantel anordnet utenpå skjermingen.

Isolerte elektriske kabler for høye spenninger (> 3 kV) konstrueres vanligvis på slik måte at de består av, fra midten, minst en leder, minst ett indre ledende lag, isolasjon, og minst ett ytre ledende lag, en skjerm, og, ytterst, en mantel. Denne kabeltypen fremstilles vanligvis ved hjelp av det som er kjent som en "trippelekstrudering", i hvilken alle de tre indre lag ekstruderes på lederen i en enkel prosess. Skjermen og mantelen påføres deretter i et påfølgende trinn. Det mest vanlige isolasjonsmateriale er kryssforbundet polyeten (PEX).

Skjermens rolle er både å sikre at det ytre ledende laget holdes på elektrisk jordpotensiale ved å lede eventuelle kapasitive virvelstrømmer som kan oppstå, og også å tilveiebringe i tilfelle av en skade som gir opphav til en kortslutning en returvei med tilstrekkelig lav elektrisk motstand for strømmen, for å sikre tilstrekkelig personsikkerhet og for å sikre tilstrekkelig kortslutningsstrøm slik at eksisterende beskyttelse vil frakoble tilførselsspenningen.

Mantelens rolle er ikke kun den å isolere skjermen elektrisk fra dens omgivelser, men også den å tilveiebringe mekanisk og kjemisk beskyttelse fra omgivelsene.

Det har også fremkommet at ved et fenomen som er kjent som "vanntre" kan oppstå i isolasjonen, som degraderer isolasjonen, og som muligens kan føre til et overslag. Vanntreeffekten forekommer hovedsakelig for kabler med spenninger som overstiger 3 kV AC i kombinasjon med isolasjon som har blitt utsatt for fuktighet som overskrider 70%. Av denne årsak er det derfor påkrevd at en fuktbarriere mot vann introduseres for spesielle kabler. Denne barrieren bør bestå av et metallisk materiale.

Kabelkonstruksjoner for spenninger som er høyere enn 3 kV er også tilgjengelige, med isolasjon av XPLE. Skjermen i disse kablene består av et tykt bånd med lengderettet aluminium foldet over det ytre ledende laget. Denne kabeltypen er ofte stivere enn en kabel med trådskjerming og det kan samtidig være vanskelig å danne kontakt med et bånd eller en folie av aluminium ved kabelens ende over skjøter.

Når en kabel skal tettes radielt med en lengderetningsfolie, er det nødvendig at en underliggende konstruksjon er forholdsvis rund. Dette løses ofte for en fierledekabel ved hjelp av et underliggende fyllmateriale som ekstruderes på den underliggende konstruksjonen før folien påføres.

Når det gjøres bruk av en kabel som krever skjerming for personbeskyttelse og for beskyttelse mot kortslutning, bygges skjermen vanligvis av kobbertråder, eller det anvendes en skjerm av kobbertråder, muligens også med aluminiumsfolie påført dens utside. Et galvanisk element kan oppstå når kobber og aluminium kommer i kontakt med hverandre. Det er således løsninger tilgjengelige for kabler med kobberskjerm og aluminiumfolie som minimaliserer denne virkning. På tross av dette oppstår ofte store problemer med korrosjon når mantelen punkteres, og disse problemer fører ofte til øket trykk og således degradering av det ytre ledende lag og den underliggende isolasjon. Følgen av dette er faren for et fullstendig sammenbrudd i kabelen og etterfølgende avbrudd i elektrisitetsforsyning.

Europeisk patentpublikasjon EP0700057A2 beskriver en vanntett elektrisk kraftkabel med en skjerm (6) av metalliske tråder eller bånd som er anordnet over lederisolasjonen (3) henholdsvis over et ledersjikt (4) som befinner seg over lederisolasjonen, samt en lukket kappe (8) av metall i et ytterligere påbygget sjikt som radiell fuktsperre, hvori skjermområdet inneholder materiale som sveller ved fuktpåvirkning, ved at det over skjermen (6) er anordnet minst ett bånd (7) som inneholder materiale som kan svelle og samtidig innlegg som kan lede.

Et annet problem som kan oppstå er problemet med dårlig kontakt mellom forskjellige skjermmaterialer som kan gi opphav til forskjeller i potensial mellom disse materialene i tilfelle med store spenningstransienter, og dette kan degradere det ytterste ledende laget og den underliggende isolasjonen, eller det kan punktere mantelen, som kan føre til fare for etterfølgende kabelsammenbrudd og avbrudd i elektrisitetsforsyningen.

Denne galvaniske korrosjonen er for tiden et problem for eksisterende kabelkonstruksjoner, særlig i tilfelle hvor et hull oppstår i folien og det forekommer vanninntrengning. Selv om den underliggende konstruksjonen i lengderetning er tett for vann, kan den galvaniske korrosjonen gi opphav til lokalt brudd i kabelens skjerm.

Dette kan løses ved å gjøre bruk av like metalliske materialer for skjermtråder på den utenforliggende folien, eller ved å forhindre direkte kontakt mellom de forskjellige metalliske materialer ved f.eks. å bake skjermtrådene inn i et fyllmateriale som beskytter fra korrosjon når forskjellige materialer for skjermtråder og folie blir anvendt. For å forhindre faren for skade på en kabel som beskrevet over, kan derfor skjermen av aluminiumstråder i foreliggende oppfinnelse bli anordnet i kontakt med en utenforliggende påført aluminiumsfolie, hvorved det ikke oppstår problemer når kapasitive virvelstrømmer skal ledes bort, hvilke strømmer kan oppstå i det ytre ledende lag av kabelen når en vekselspenning eller en pulserende likespenning påtrykkes kabelen. Dette betyr at forskjeller i galvanisk potensial mellom forskjellige metalliske materialer kan unngås slik at problemene som er beskrevet over ikke oppstår.

Gjenbruk av kabler som består av forskjellige metalliske materialer er et annet problem. Det er betydelig mer fordelaktig med en foretrukken legemliggjøring, i hvilken ledere og skjerm er laget av aluminium, å gjenbruke materiale enn om den var av en konstruksjon som består av forskjellige metalliske materialer. Dessuten kan spredning av kobber, som er et tungmetall, i miljøet bli unngått ved bruken av aluminium.

En ytterligere fordel ved bruken av aluminium som materiale i skjermen er at vekten av en aluminiumskjerm er kun halvdelen av den til en skjerm som er laget av kobber hvis den samme motstand skal oppnås i skjermkonstruksjonen.

En vanskelighet som oppstår for alle kabelkonstruksjoner i hvilke et tetningslag av aluminiumsfolie er nødvendig, er tilstedeværelsen av et trykk under folie som gir motstand når den varme mantelen presses på kabelen og varmer folielaget mot seg selv og mot den utenforliggende påførte mantel.

Dette har blitt løst i den foreliggende konstruksjon ved å innsette profiler i rommet som dannes mellom de inkluderte isolerte kabelledere/delene av kabelkonstruksjonen. Disse profiler/bånd kan således også være gjort av fyllmateriale som beskytter mot korrosjon, hvor skjermtrådene bakes inn i fyllmaterialet for ytterligere å sikre at skjermen ikke brytes i tilfelle av en skade, slik som f.eks. et hull, på folien som kunne forårsake korrosjon i de underliggende skjermtrådene.

For å gjøre konstruksjonen vanntett i lengderetning fylles hulrommene fortrinnsvis med svellepulver/svellebånd under kablingsprosessen. Det er vanligvis tilstrekkelig hvis profilene har den rette konstruksjonen, å tilføre svellepulveret i spesielt konstruerte kammere i hvilke det elektrostatisk ladede pulveret anbringes. En hovedfordel med elektrostatisk påføring av pulveret er en betydelig reduksjon i dannelsen av støv. Den andre fordelen er at alle komponentene, hvis de leder i en viss grad, tiltrekker seg pulver, selv om de er skjermet i forhold til beliggenheten av pulverpåføring, ved at de tiltrekker seg de elektrostatisk ladede pulverpartiklene. Dette sikrer at alle komponentdelene i konstruksjonen blir dekket med pulveret, og på denne måten sikres vanntett forsegling i lengderetning i tilfelle ved vanninntrengning i konstruksjonen.

Et annet problem som forekommer med i lengderetning foldede bånd er at endringen i diameter som forekommer ved oppvarming kan enkelt gi opphav til forvrengning over sammenføyningen i folie. For å minimalisere denne forvrengning innsettes ofte elementer slik som myke bånd, mølling eller tilsvarende i konstruksjonen for å ta seg av en del av denne varmeutvidelsen. Alternativt, eller i tillegg, kan plastikkmantelen også være av et plastisk materiale som har høy styrke ved høye temperaturer, slik som kryssforbundet polyeten (PEX).

Dette har blitt løst i foreliggende oppfinnelse for flerlederkabler ved at metallfoliebåndet påføres som et bånd under kablingsprosessen. Dette betyr at sammenføyningen ikke må absorbere hele varmeutvidelsen, og varmeutvidelsen kan fordeles mer jevnt rundt folien og på den utenforliggende påførte mantelen. En annen vanskelighet som oppstår med kompakte konstruksjoner slik som denne er muligheten til å åpne den på dens ender og ved skjøter. Dette kan løses gjennom oppfinnelsen ved at en eller flere rivebånd er anordnet under det utenforliggende bånd av metallfolie eller, muligens, i i det minste et skjermingsbånd.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj ved hjelp av foretrukne legemliggjøringer og med henvisning til de vedfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et radielt tverrsnitt av en isolert flerlederkabel som er anordnet i samsvar med oppfinnelsen med en skjerm som består av tråder bakt inn i et filmmateriale som beskytter mot korrosjon dannet som profiler for å fylle mellomrommet mellom delene og et bånd av aluminium, hvorved kontakt dannes mellom folien og skjermtrådene ved at fyllmaterialet er ledende,

fig. 2A-2E viser forskjellige radielle tverrsnitt av skjermbåndene for en flerlederkabel

som er anordnet i samsvar med oppfinnelsen, og

fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom en alternativ legemliggjøring av et skjermbånd som er anordnet i samsvar med oppfinnelsen.

I det følgende gis en detaljert beskrivelse av oppfinnelsen ved hjelp av legemliggjøringer.

I figur 1 er det vist ved hjelp av radielle tverrsnitt en isolert elektrisk kabel som er konstruert i samsvar med oppfinnelsen. Kabelen består av tre isolerte ledere 1, hvor en indre ledende leder 2, isolasjon 3 og ytre ledende lag 4 er anordnet rundt lederen. Flere sektorielle skjermbånd 5 med en eller flere langsgående skjermtråder 6 bakt inn i seg er tilstede i rommet mellom det ytre ledende laget og en ytre folie 11 av metall slik som aluminium, hvilke bånd er anordnet for å virke som en metallisk skjerm. Disse aluminiumstrådene ligger fortrinnsvis bakt inn i et fyllmateriale som beskytter mot korrosjon 10, kjent som skjermtrådfyllmateriale 10, som kan være helt eller delvis ledende og som kan oppvise svelleegenskaper når det kommer i kontakt med vann, hvorved båndet eller båndene fortrinnsvis følger kablingen av delene. Utenfor skjermbåndene og i kontakt med dem, har videre et bånd blitt anordnet som kan bestå av en aluminiumsfolie 11 som tildels eller fullstendig er i direkte galvanisk kontakt med aluminiumskjermtrådene, eller i kontakt med skjermtrådene gjennom delvis eller helt ledende skjermtrådmateriale. Et glidebånd kan også være innsatt mellom skjermbåndene og den ytre metallfolien for å øke kabelens fleksibilitet og for å tilveiebringe lagbarhet og dempning mellom skjerm og ytterfolie. Glidebåndet kan også ha svelleegenskaper i tilfelle vanninntrengning. Alternativt, avhengig av krav og/eller utenforliggende forhold, kan det være mulig å anvende innbakte kobbertråder i skjermbåndene og en ytre aluminiumsfolie eller det kan være mulig å anvende kobbertråder i skjermbåndene og en ytre kobberfolie.

For at konstruksjonen skal være vanntett i lengderetning fylles hulrommene under aluminiumsfolien, fortrinnsvis med svellende pulver/svellende strimler, under kablingsprosessen. Gitt riktig konstruerte profiler av båndet, er det vanligvis tilstrekkelig at svellende pulver påføres i spesielt konstruerte kammere, i hvilke elektrostatisk ladet pulver anvendes. En hovedfordel med elektrostatisk påføring av pulver er en betydelig reduksjon i støvdannelse. Den andre fordelen er at alle komponentene, hvis de en viss grad er ledende, tiltrekker seg pulver, selv om de er skjermet i forhold til pulverpåføringsstedet, ved at de tiltrekker seg elektrostatisk ladede pulverpartikler. Dette sikrer at alle komponentdeler i konstruksjonen blir dekket med pulver, og på denne måten sikres vanntett forsegling i lengderetning i tilfelle med vanninntrengning i konstruksjonen.

Ved å inndele skjermen i et antall sektorer med ledere av ledende materiale inkorporert i seg, og ved å omgi disse skjermseksjonene med en metallisk folie som er i kontakt med lederne, kan det oppnås en lysbue i tilfelle ved en kabelfeil som skaper et ledende plasma gjennom alle deler som inkluderes og som er i elektrisk kontakt med hverandre. Lysbuen eller plasmaet på feilstedet blir ikke hindret eller forsinket gitt at kontaktene tildels består av ledende plast- og gummimateriale eller annet ledende materiale slik som karbonbakt papir eller uvevet bånd. Dette betyr at skjermens konstruksjon gir tilfredsstillende strømtransport til skjermtrådene, som så kan utløse elektrisk beskyttelse og koble kabelen fra elektrisitetsnettet.

Fortrinnsvis er den aluminiumsfolien som ble anvendt som bånd for båndpåføring rundt kabelen valset. Det oppnås en høyere fleksibilitet i fremstillingsprosessen ved å valse et aluminiumsbelagt plastikkbånd. Vals ingen reduserer også faren for at det oppstår mellomrom i båndet når kabelen bøyes, f.eks. over en kabeltrommel for transport til det neste trinn i fremstillingsprosessen. Valsingen gir også en sikrere og strammere tetningsskjøt ved overlappinger ved å redusere faren for mellomrom. Valsingen gir også en større toleranse mot vinkelawik, hvilket gjør det mulig å anvende et noe bredere bånd for en båndpåføringsoperasjon hos kabelen. Det bånd som fortrinnsvis vil bli anvendt består av en aluminiumsfolie på en polyesterfolie med kopolymer (smeltelim), som enkelt kan limes til folieoverlapp og til den omgivende mantelen.

En mantel 7, fortrinnsvis av et polymermateriale slik som polyeten, ligger utenpå skjermkonstruksjonen 5. Elementene 2-4 kan, når det anvendes spenninger som er lavere enn 3000 volt, blir erstattet av et homogent isolerende materiale. Figurene 2A og 2B viser et skjermingsbånd 5 med et hovedsakelig trekantet tverrsnitt for en skjerm av et ledende bånd med en eller flere innbakte aluminiumstråder 6 i et fyllmateriale 10 som beskytter mot korrosjon, hvilket fyllmateriale kan være helt eller delvis ledende, og som kan oppvise svelleegenskaper ved kontakt med vann, hvor båndet eller båndene fortrinnsvis er anordnet til å følge delenes kabling. Deretter kan et bånd bli påført på utsiden og i kontakt med skjermingsbåndene, hvilket bånd kan bestå av aluminiumsfolie som er helt eller delvis i galvanisk kontakt med aluminiums-skjermingstrådene, enten direkte eller gjennom det helt eller delvis ledende skjermtrådfyllmateriale. Båndet kan være konstruert på forskjellige måter slik at den omgivende folie oppnår tilstrekkelig trykk når mantelen påføres. Alternative konstruksjoner for forskjellige legemliggjøringer er vist i tegningene som gitt under. Figur 2C viser en alternativ konstruksjon, fra hvilken det er tydelig at et rør 8 for ett eller flere optiske fibere også er tilstede, i tillegg til lederne 6, i et tverrsnitt av skjermingsbåndene 5. Figurene 2D og 2E viser ytterligere varianter av skjermingsbåndene 5 med en leder 9 med et trekantet tverrsnitt, i hvilket en spiss form hos lederen peker ut mot skjermingsbåndets periferiske overflate. En forbedret kuttefunksjon gjennom den omgivende metallfolien og mantelen oppnås med den spissede formen, når lederen anvendes som en skjæretråd for å åpne kabelen uten at det blir nødvendig å skade de underliggende deler. Ved å la den spissede formen ligge på utsiden av og å rage noe ut fra skjermingsbåndet som i figur 2E, oppnås direkte galvanisk kontakt mellom skjermingstråden og den omgivende metallfolien i kabelkonstruksjonen. I dette tilfelle er det ikke nødvendig at materialet rundt lederen er ledende. Figur 3 viser et ytterligere eksempel på et skjermingsbånd 12 med ledere 6 og rør 8 for ett eller flere optiske fibere med et tverrsnitt av skjermingsbåndet som er noe annerledes. Skjermingsbåndet har i dette tilfelle blitt forsynt med vinger 13, som er ment å bli rettet mot hverandre ved sine ender på kabelens periferi når flere skjerminger er anordnet rundt lederne i kabelkonstruksjonen.

Claims (11)

1. Isolert elektrisk kabel, innbefattende: Minst to elektriske ledere (1) av metall, hver omgitt av et elektrisk isolerende lag (3), en elektrisk skjerm (5, 6) som omgir lederne (1) utenfor det isolerende laget (3), og en fuktbarriere (11) som omgir den elektriske skjermen,karakterisert ved: minst to skjermingsbånd (5) i den elektriske skjermen, som er anordnet i et område mellom de elektriske lederne (1) og fuktbarrieren (11), hvilke skjermingsbånd fyller i det minste tildels områdene, at skjermingsbåndene (5) er av et i det minste tildels elektrisk ledende materiale, skjermingstråder (6) av metall, som er anordnet i skjermingsbåndene (5) og som er i elektrisk kontakt med dem, og at fuktbarrieren (11) innbefatter et lag av elektrisk ledende materiale som er i elektrisk kontakt med skjermingstrådene (6) i det minste via skjermingsbåndene (5).

2. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1, hvor fuktbarrieren (11) har en skjøt som strekker seg langs kabelen, hvilken skjøt er i kontakt langs i det minste en del av sin lengde med skjermingsbåndene (5) og på denne måten kan presses slik at skjøten blir stram og holdbar.

3. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor skjermingstrådene (6) er av aluminium.

4. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor skjermingstrådene (6) er av kobber.

5. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor skjermingsbåndet (5) er av et fyllmateriale (10) som beskytter mot korrosjon og som også kan ha svelleegenskaper ved kontakt med vann.

6. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor det ledende laget av fuktbarrieren (11) er av aluminium.

7. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor det ledende laget av fuktbarrieren(l 1) er av kobber.

8. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor fuktbarrieren (11) er rillet.

9. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor et lag er tilstede under fuktbarrieren (11) som sveller ved kontakt med vann.

10. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor skjermtrådene (6) er anordnet til å være i direkte elektrisk kontakt med det ledende laget av fuktbarrieren (11).

11. Isolert elektrisk kabel som angitt i krav 1 eller 2, hvor skjermingstrådene (9) har et tverrsnitt med en spisset form for å forenkle åpning av kabelkonstruksjonen.