NO139624B

NO139624B - PROCEDURE FOR JOINING OR END-END OF CABLES

Info

Publication number: NO139624B
Application number: NO744240A
Authority: NO
Inventors: Ole Kjaer Nielsen; Francesco Paolo Procida
Original assignee: Nordiske Kabel Traad
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1979-01-02
Also published as: DK140037B; SE7414875L; NO744240L; NO139624C; DK638073A; DK140037C

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til skjøting The invention relates to a method for splicing

eller endeavslutning av kabler, særlig høyspenningskabler, or end termination of cables, especially high voltage cables,

som er forsynt med isolasjon og eventuelt halvledende skjermer av polymere materialer, hvor det for oppbygningen av polymerlagene i skjøten eller endeavslutningen anvendes et polymert materiale som omsluttes av en rørformet folie, hvoretter skjøtestedet eller kabelenden omsluttes av en yttervegg og forsynes med tetningsbøssinger for dannelse av et oppvarmbart trykkammer hvis indre vegg utgjøres av folien, hvoretter det i trykkammeret innføres et trykkmedium og tilveiebringes slike varme- og trykkbetingelser at det polymere materiale undergår tverrbinding og bindes til de tilsvarende isolerende lag på kabelendene, hvoretter skjøten eller endeavslutningen av tverrbundet polymert materiale avkjøles under slike trykkbetingelser at det ikke oppstår blæredannelse. which is provided with insulation and possibly semi-conductive shields of polymeric materials, where a polymeric material is used for the construction of the polymer layers in the joint or end termination which is enclosed by a tubular foil, after which the joint or cable end is enclosed by an outer wall and provided with sealing bushings to form a heatable pressure chamber whose inner wall consists of the foil, after which a pressure medium is introduced into the pressure chamber and such heat and pressure conditions are provided that the polymeric material undergoes cross-linking and is bonded to the corresponding insulating layers on the cable ends, after which the joint or end termination of cross-linked polymeric material is cooled under such pressure conditions that blister formation does not occur.

Ved oppbygning av isolasjon og halvledende skjerm i kabler kan man anvende forskjellige polymere materialer, såsom polyvinylklorid (PVC), polyetylen (PE), tverrbundet polyetylen eller PE-kopolymer (PEX). Særlig for høyspenningskabler har man i de senere år foretrukket PEX som har gode termiske, elektriske og mekaniske egenskaper. F.eks. kan en PEX-isolert høyspenningskabel være bygget opp av følgende komponenter: When building insulation and semi-conductive screen in cables, different polymeric materials can be used, such as polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), cross-linked polyethylene or PE copolymer (PEX). Particularly for high-voltage cables, PEX has been preferred in recent years, as it has good thermal, electrical and mechanical properties. E.g. a PEX-insulated high-voltage cable can be made up of the following components:

1) komprimert leder av Cu eller Al, 1) compressed conductor of Cu or Al,

2) lederskjerm av halvledende tverrbundet pE-kopolymer, 2) conductor screen of semiconducting crosslinked pE copolymer,

3) isolasjon av tverrbundet PE, 3) insulation of cross-linked PE,

4) isolasjonsskjerm av halvledende maling eller halvledende tverrbundet PE-kopolymer, 4) insulating screen of semi-conductive paint or semi-conductive cross-linked PE copolymer,

5) metallskjerm, f.eks. av Cu, 5) metal screen, e.g. of Cu,

6) ytre kappe av PVC eller PE. 6) outer sheath of PVC or PE.

For enkelthets skyld betegnes leder- og isolasjonsskjerm i det følgende som henholdsvis indre og ytre skjerm. Disse skjermer, særlig den indre skjerm kan i visse andre kabeltyper utelates. For the sake of simplicity, conductor and insulation screen are referred to in the following as inner and outer screen respectively. These shields, especially the inner shield, can be omitted in certain other cable types.

Den alminneligste metode for retablering av PEX-isolerte høyspenningskabler isolasjon ved skjøting av kabler, er å bygge opp isolasjonen ved omvikling med såkalte selv-vulkaniserende bånd av forskjellige polymere materialer, såsom polyetylen-propylen-gummi, polyisobutylen, etc. Ved kabler som er forsynt med skjermer som nevnt ovenfor under punkt 2) og 4), dannes tilsvarende skjermer likeledes ved omvikling på skjøtestedet. Slike viklinger er f.eks. kjent fra U.S.-patentskrift nr. 3.567.845. The most common method for restoring the insulation of PEX-insulated high-voltage cables when splicing cables is to build up the insulation by wrapping it with so-called self-vulcanizing tapes of various polymeric materials, such as polyethylene-propylene-rubber, polyisobutylene, etc. For cables that are provided with shields as mentioned above under points 2) and 4), corresponding shields are also formed by wrapping at the joint. Such windings are e.g. known from U.S. Patent No. 3,567,845.

Omviklede skjøter er også beskrevet i DAS nr. 1.105.024 og 2.135.692, fransk patentskrift nr. 1.471.494 og norske patentsøknader nr. 741338 og 742515. Wrapped joints are also described in DAS no. 1,105,024 and 2,135,692, French patent document no. 1,471,494 and Norwegian patent applications no. 741338 and 742515.

Ulempen ved slike viklemetoder er for det første at viklearbeidet er besværlig og tidkrevende og ved nominelle spenninger på 30kV eller høyere må dette utføres med den største omhu. Videre oppnås det en ujevn overflate fra de halvledende lag til isolasjonen, slik at det oppstår risiko for skadevoldende feltkonsentrasjoner. Ved arbeide i marken er det videre stor risiko for inntrengning av støv og andre urenheter. Dernest vil samlingen oftest bli oppbygget av materiallag med mekaniske, elektriske og termiske egen- The disadvantage of such winding methods is, firstly, that the winding work is difficult and time-consuming and at nominal voltages of 30kV or higher this must be carried out with the greatest care. Furthermore, an uneven surface is achieved from the semi-conducting layers to the insulation, so that there is a risk of damaging field concentrations. When working in the field, there is also a high risk of ingress of dust and other impurities. Secondly, the assembly will most often be made up of material layers with mechanical, electrical and thermal properties

skaper som avviker vesentlig fra de tilsvarende lag i kabelen. creates that deviates significantly from the corresponding layers in the cable.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte som ikke har de ovenfor nevnte ulemper og som særlig er egnet for høyspenningskabler. Det tilsiktes i denne forbindelse særlig å unngå viklearbeidet samtidig som det, i likhet med visse av de kjente metoder, The purpose of the present invention is to provide a method which does not have the above-mentioned disadvantages and which is particularly suitable for high-voltage cables. In this connection, it is intended in particular to avoid the winding work at the same time that, like certain of the known methods,

kan oppnås eksakte dimensjoner av de enkelte retablerte isolerende og halvledende lag, og oppbygge skjøter og endeavslutninger av materialer som er identiske med kabelens, og alt i alt oppnå skjøter og endeavslutninger med gode mekaniske, elektriske og termiske egenskaper. exact dimensions of the individual restored insulating and semi-conductive layers can be achieved, and joints and end terminations can be constructed from materials identical to those of the cable, and all in all achieve joints and end terminations with good mechanical, electrical and thermal properties.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det rundt skjøtestedet eller kabelenden anbringes en eller flere formdeler av et ikke tverrbundet, men tverrbindingsdyktige isolerende polymert materiale, fortrinnsvis tverrbindingsdyktig polyetylen som er støpt hovedsaklig i sin endelige utforming, og - at det ved overgangsstedene mellom kabelen og formdelene anbringes tetningsbøssinger som ligger an mot formdelene og er slik utformet at isolasjonen får en i retning mot kabelen avtagende ytre diameter etter en rett linje eller en kurveform. According to the invention, this is achieved by placing one or more molded parts of a non-crosslinked but crosslinkable insulating polymeric material, preferably crosslinkable polyethylene which is cast mainly in its final design, around the joint or cable end, and - that at the transition points between the cable and the molded parts, sealing bushings that rest against the molded parts and are designed in such a way that the insulation has an outer diameter that decreases in the direction of the cable following a straight line or a curved shape.

Fordelene ved bøssingene er at det unngås overflate-behandling av det retablerte isolasjonslag ved overgangen til isolasjonslaget i kabelen. Dette er viktig, idet en overflate-behandling ved overgangsstedene nødvendigvis medfører reduksjon av isolasjonslagets tykkelse på kabelen. Resultatet blir ofte dårlig feltfordeling og øket driftsfeltstyrke som kan svekke kabelens levetid. The advantages of the bushings are that surface treatment of the restored insulation layer at the transition to the insulation layer in the cable is avoided. This is important, as a surface treatment at the transition points necessarily entails a reduction in the thickness of the insulation layer on the cable. The result is often poor field distribution and increased operating field strength, which can reduce the life of the cable.

Ut over at man ved hjelp av bøssingene sikrer In addition to securing with the help of the bushings

jevn og kontinuert overgang mellom retablert isolasjonslag og kabelendenes isolasjon, oppnås også den ønskede formgivning ved avslutning av det retablerte isolasjonslag, enten dette bare har enkel konisk form eller en logaritmisk avsmalnende form eller mere sammensatt kurveform, som f.eks. ønskelig ved endeavslutninger, hvor den sammensatte kurveform ofte avsluttes med en såkalt strålingsring. smooth and continuous transition between the restored insulation layer and the insulation of the cable ends, the desired shape is also achieved at the end of the restored insulation layer, whether this only has a simple conical shape or a logarithmically tapering shape or a more complex curved shape, such as e.g. desirable at end terminations, where the composite curve shape often ends with a so-called radiation ring.

Bøssingene beskytter videre mot deformering av kabelendenes isolasjon, f.eks. som følge av utflytning ved den anvendte temperatur under skjøtingen. The bushings also protect against deformation of the insulation of the cable ends, e.g. as a result of liquefaction at the temperature used during the joint.

Ved skjøting eller endeavslutning av kabler som har en indre halvledende skjerm kan denne retableres ved at det rundt skjøten anbringes et halvledende, fortrinnsvis tverrbindingsdyktig, polymert materiale som omsluttes av en opp-varmbar fast støpeform og utsettes for slike varme- og trykkbetingelser, at det halvledende materiale bindes til de tilsvarende halvledende lag på kabelendene og hvis ønskelig skjer tverrbindingen, hvoretter isolasjonen retableres som angitt ovenfor. When splicing or terminating cables that have an internal semi-conductive screen, this can be restored by placing a semi-conductive, preferably cross-linkable, polymeric material around the joint, which is enclosed by a heatable solid mold and subjected to such heat and pressure conditions that the semi-conductive material is bonded to the corresponding semi-conductive layers on the cable ends and, if desired, cross-bonding takes place, after which the insulation is restored as indicated above.

Ved skjøting eller endeavslutning av kabler som utenpå isolasjonen har en ekstrudert halvledende skjerm, kan denne retableres ved at det for anbringelsen av den rørformede folie og bøssingene utenpå formdelene av isolerende materiale, anbringes en halvledende skjerm i form av en slange, fortrinnsvis en krympeslange, eller en eller flere formdeler som er støpt hovedsaklig i sin endelige form, slik at det oppnås den ønskede elektriske felt fordeling i skjøten eller endeavslutningen . When splicing or terminating cables that have an extruded semi-conductive shield on the outside of the insulation, this can be restored by placing the tubular foil and the bushings on the outside of the molded parts of insulating material, a semi-conductive shield in the form of a hose, preferably a heat-shrinkable hose, or one or more mold parts that are cast mainly in their final form, so that the desired electric field distribution in the joint or end termination is achieved.

Utførelsen er naturligvis avhengig av hvor mange The execution naturally depends on how many there are

av de nevnte komponenter som inngår i den kabel som skal skjøtes eller endeavsluttes og hvilke materialer de er frem-stillet av. of the aforementioned components that are part of the cable to be spliced or terminated and the materials they are made of.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en støpeform for bruk ved retablering av den indre halvledende skjerm ved kabelskjøting. Fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom et trykkammer for retablering av isolasjonen og om ønsket den ytre halvledende skjerm ved kabelskjøting. Fig. 3 viser i lengdesnitt en del av trykkammeret på fig. 2 hvor den ytre skjerm påføres et påmalt halvledende lag etter retableringen av isolasjonen. Fig. 4 viser på samme måte den samme del av trykk-kammeret, hvor den ytre halvledende skjerm av et polymert materiale retableres samtidig med isolasjonen. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows a longitudinal section through a mold for use when re-establishing the inner semi-conductive screen during cable splicing. Fig. 2 shows a longitudinal section through a pressure chamber for restoring the insulation and, if desired, the outer semi-conductive screen when cable splicing. Fig. 3 shows a longitudinal section of part of the pressure chamber in fig. 2 where a painted semi-conductive layer is applied to the outer screen after the restoration of the insulation. Fig. 4 shows in the same way the same part of the pressure chamber, where the outer semi-conductive screen of a polymeric material is restored at the same time as the insulation.

På fig. 1 er vist selve lederskjøten som er fore-tatt på kjent måte f.eks. ved termittsveising. Rundt leder-skjøten er anbragt en eller flere formdeler av et halvledende polymert materiale, av samme art som i det tilsvarende lag i kabelen, og som er støpt i det vesentlige i sin endelige form. Rundt skjøten er så anbragt en todelt støpeform 3 med et varmelegeme 4. Etter sammenspenningen av støpeformen tilveiebringes den nødvendige varme for å smelte formdelene, slik at de bindes til hverandre og til de tilsvarende halvledende lag på kabelendene. In fig. 1 shows the actual management joint which has been carried out in a known manner, e.g. by thermite welding. One or more molded parts of a semi-conductive polymeric material, of the same type as in the corresponding layer in the cable, are placed around the conductor joint, and which are cast essentially in their final form. A two-part mold 3 with a heating element 4 is then placed around the joint. After the mold is clamped together, the necessary heat is provided to melt the mold parts, so that they are bonded to each other and to the corresponding semi-conductive layers on the cable ends.

Hvis det anvendes formdeler av et tverrbindingsdyktig materiale, vil man vanligvis tilstrebe at det tilføres så meget varme at materialet helt eller delvis undergår tverrbinding for ikke å få problemer ved overgangen til det neste lag, isola&jonslaget. If molded parts made of a material capable of cross-linking are used, one will usually strive to apply so much heat that the material undergoes cross-linking in whole or in part so as not to have problems during the transition to the next layer, the insulation layer.

Etter retableringen av den indre halvledende kjerne deles formen og eventuelt støpegrad fjernes, slik at man får en helt glatt og jevn overflate. After the restoration of the inner semi-conducting core, the mold is divided and any degree of casting is removed, so that a completely smooth and even surface is obtained.

På fig. 2 er den tidligere retablerte indre skjerm rundt lederskjøten angitt med 2. Rundt skjøten og et stykke av kabelisolasjonslaget 5 hvor kabelendene er konisk av-skåret, legges en eller flere, eventuelt to, støpte formdeler av et ikke-tverrbundet, men tverrbindingsdyktig polymert materiale av samme art som kabelisolasjonen. In fig. 2, the previously restored inner shield around the conductor joint is denoted by 2. Around the joint and a piece of the cable insulation layer 5 where the cable ends have been conically cut off, one or more, possibly two, molded parts of a non-cross-linked but cross-linkable polymeric material are laid same type as the cable insulation.

To sett i diametralplanet delbare bøssinger 10 anbringes rundt kabelisolasjonen 5 slik at de ligger an mot formdelene 7. På fig. 2 er bøssingene utformet slik at de gir formdelene rettlinjet avtagende tykkelse, men de kan som vist på fig. 3 og 4 være utformet slik at tykkelsen er logaritmisk avtagende. Derved oppnår man blant annet en kortere skjøt. En rørformet folie 12, fortrinnsvis en krympeslange, som er anbragt på kabelen før sveisingen og retableringen av den indre skjerm, bringes til å omslutte bøssingene 10 og formdelene 7- Folien danner den indre vegg i et trykkammer og skal således skille et i kammeret innført trykkmedium fra formdelene 7 og sikre en ensartet indirekte trykkoverføring til det underliggende materialet. Two bushings 10, which can be divided in the diametrical plane, are placed around the cable insulation 5 so that they rest against the molded parts 7. In fig. 2, the bushings are designed so that they give the shaped parts a rectilinearly decreasing thickness, but they can, as shown in fig. 3 and 4 be designed so that the thickness is logarithmically decreasing. This results in, among other things, a shorter joint. A tubular foil 12, preferably a shrink tube, which is placed on the cable before the welding and restoration of the inner shield, is brought to enclose the bushings 10 and the molded parts 7 - The foil forms the inner wall of a pressure chamber and is thus to separate a pressure medium introduced into the chamber from the mold parts 7 and ensure a uniform indirect pressure transfer to the underlying material.

En todelt yttervegg 15 og to sett delbare tetnings-ringer 16 anbringes som vist på fig. 2 for å danne trykk^-kammeret sammen med folien 12. Trykkammeret lukkes og gjennom en stuss 14 i ytterveggen 15 innføres et trykkmedium som kan være en gass eller en væske, f.eks. silisiumolje. A two-part outer wall 15 and two sets of divisible sealing rings 16 are placed as shown in fig. 2 to form the pressure chamber together with the foil 12. The pressure chamber is closed and through a nozzle 14 in the outer wall 15 a pressure medium is introduced which can be a gas or a liquid, e.g. silicon oil.

Som følge av bøssingene 10 oppnås en god tetning og en nøy-aktig sentrering samtidig som de yter et mottrykk mot tet-ningsringene 16, avlaster trykket mot kabelen og tillater en viss utvidelse i lengderetningen. As a result of the bushings 10, a good seal and a precise centering are achieved at the same time that they exert a counter pressure against the sealing rings 16, relieve the pressure against the cable and allow a certain expansion in the longitudinal direction.

Den ønskede varmemengde frembringes via trykk-systemet ved å innføre et oppvarmet trykkmedium og/eller ved hjelp av et varmelegeme 13. The desired amount of heat is produced via the pressure system by introducing a heated pressure medium and/or by means of a heater 13.

Foruten at formdelene skal smeltes og bindes såvel til hverandre som til det isolerende lag i kabelen, skal formdelene og som regel også den indre skjerm undergå tverrbinding. For å sikre en blærefri tverrbinding må det såvel under selve tverrbindingsprosessen som under den etterfølg- ende avkjøling utøves et passende trykk på de støpte formdeler 7 via folien 12. In addition to the mold parts being melted and bonded to each other as well as to the insulating layer in the cable, the mold parts and, as a rule, also the inner shield must undergo cross-bonding. In order to ensure a blister-free cross-linking, suitable pressure must be exerted on the cast mold parts 7 via the foil 12 both during the cross-linking process itself and during the subsequent cooling.

Fig. h viser en del av trykkammeret når det anvendes for samtidig tilveiebringelse av den ytre halvledende skjerm. For å kunne etablere denne skjerm anbringes en halvledende skjerm 17 av tverrbundet eller tverrbindingsdyktig materiale av samme art som kabelens skjerm, f.eks. en krympeslange, og som omgir såvel formdelene 7 som en del av kabelens ytre halvledende skjerm 18. Deretter anbringes så bøssingene 10 slik at disse presser mot krympeslangen 17 og den ytre skjerm 18 og folien 12 bringes til å omslutte bøssinger og formdeler. Den videre prosess er som ovenfor beskrevet under henvisning til fig. 2. Fig. h shows part of the pressure chamber when it is used for the simultaneous provision of the outer semi-conducting screen. In order to be able to establish this screen, a semi-conductive screen 17 of cross-linked or cross-linkable material of the same type as the cable's screen is placed, e.g. a shrink tube, and which surrounds both the molded parts 7 and part of the cable's outer semi-conductive screen 18. The bushings 10 are then placed so that they press against the shrink tube 17 and the outer screen 18 and the foil 12 are brought to enclose the bushings and molded parts. The further process is described as above with reference to fig. 2.

På denne måte oppnår-man en retablering av isolasjonen og den ytre skjerm i .samme prosess. Som tidligere nevnt kan den ytre skjerm også påføres i form av et påmalt lag utenpå isolasjonen. In this way, a restoration of the insulation and the outer screen is achieved in the same process. As previously mentioned, the outer screen can also be applied in the form of a painted layer on the outside of the insulation.

Etter avkjøling i trykkammeret fjernes trykkmediet, kammeret deles og folien tas bort. Hvis det som folie anvendes en krympeslange kan denne bare klippes opp og kastes. After cooling in the pressure chamber, the pressure medium is removed, the chamber is split and the foil is removed. If a shrink tube is used as foil, this can simply be cut up and thrown away.

Deretter påføres den eventuelle metallskjerm og The metal screen, if any, is then applied and

den ytre kabelkappe på vanlig måte. the outer cable jacket in the usual way.

Som tidligere angitt er formålet med oppfinnelsen, at ved anvendelse av de prestøpte formdeler kan viklearbeide og anvendelse av en indre skjerm unngåes, og trykkammerets kon-struksjon sikrer tilstrekkelig nøyaktighet av dimensjonene av de enkelte retablerte lag. As previously indicated, the purpose of the invention is that by using the pre-cast molded parts, winding work and the use of an internal screen can be avoided, and the construction of the pressure chamber ensures sufficient accuracy of the dimensions of the individual restored layers.

Sluttelig er den anvendte apparatur enkel og frem^gangsmåten så arbeidsbesparende i forhold til kjent teknikk at den er meget vel egnet ved arbeide i marken. Finally, the equipment used is simple and the procedure so labour-saving compared to known techniques that it is very well suited for working in the field.

Ved skjøting av kabel som ikke er forsynt med en indre halvledende skjerm bortfaller de operasjoner som er beskrevet under henvisning til fig. 1, men de øvrige operasjoner utføres som angitt. When splicing a cable that is not provided with an internal semi-conductive screen, the operations described with reference to fig. 1, but the other operations are carried out as indicated.

Claims

Procedure for splicing or end termination of cables, especially high voltage cables, which are provided with insulation and possibly semi-conductive shields of polymeric materials, where a polymeric material is used to build up the polymer layers in the joint or end termination, which is enclosed by a tubular foil, after which the joint or cable end is enclosed of an outer wall and is provided with sealing bushings to form a heatable pressure chamber whose inner wall consists of the foil, after which a pressure medium is introduced into the pressure chamber and such heat and pressure conditions are provided that the polymeric material undergoes cross-linking and is bonded to the corresponding insulating layers on the cable ends, after which the joint or end termination of cross-linked polymeric material is cooled under such pressure conditions that blistering does not occur, characterized in that one or more molded parts of a non-cross-linked material are placed around the joint or cable end,

but cross-linkable insulating polymeric material, preferably cross-linkable polyethylene which is molded mainly in its final design, and that at the transition points between the cable and the molded parts, sealing bushings are placed which rest against the molded parts and are designed in such a way that the insulation has an outer diameter that decreases in the direction of the cable after a straight line or a curved shape.