制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法
技术领域
本发明大体涉及高压电力设备。更具体地,本发明涉及制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法。
背景技术
基于聚乙烯或交联聚乙烯(XLPE)的挤压实体绝缘物已经持续近40年地用于AC传输和分配电缆绝缘物。因此,对DC电缆绝缘物使用XLPE的可能性多年来一直在研究中。对于DC传输具有这样的绝缘物的电缆对电路长度没有限制并且它们也有可能在较高温度操作,从而提供增加传输负载的可能性。
然而,众所周知该类型的XLPE组成物在DC电场下展现形成空间电荷的强烈趋势,从而使得它在对于DC电缆的绝缘系统中不合适。然而,还已知延长脱气(即,使交联电缆绝缘物持续长时段地经受高温)将导致在DC电压应力下空间电荷积聚的趋势减小。一般认为,热处理从绝缘物去除过氧化物分解产物(例如苯乙酮和枯醇),由此使空间电荷积聚减少。然而,脱气是耗时的批量工艺,其与纸绝缘物的浸渍相当并且从而同样昂贵。因此如果去除了对脱气的需要则是有利的。
EP2093774A1提供用于利用基于聚合物、优选地聚乙烯的电绝缘系统生产被绝缘的电气高压DC电缆或高压DC终端或接头以适合在DC传输和分配网络中使用的方法,采用使得不需要有电缆的任何漫长耗时批处理(例如,热处理)这一方式来实施该方法,确保电缆绝缘物的稳定且一致的介电性质和高且一致的耐电强度(electricstrength)。所得的电缆绝缘物进一步展现空间电荷积聚的低倾向、高DC击穿强度和高脉冲强度以及高绝缘电阻。
该方法包括使基于聚合物的绝缘系统经受热处理过程同时基于聚合物的绝缘系统的外表面被覆盖物所覆盖,该覆盖物对采用非均匀分布在基于聚合物的绝缘系统中存在的至少一个物质是不可渗透的,由此使该至少一个物质在基于聚合物的绝缘系统中的浓度均衡。可以在使DC电缆经受热处理同时基于挤压聚合物的绝缘系统的外表面未被任何不可渗透的覆盖物覆盖之后,来对该DC电缆执行该方法,由此去除在交联后在基于聚合物的绝缘系统中存在的另一个物质(例如甲烷)。该至少一个物质可包括来自交联的剩余物或副产物(优选地,过氧化物分解产物)和/或添加剂(例如抗氧化剂)。
热处理过程在50与120℃之间并且最优选地在70与90℃之间的温度执行,并且是相对快的。
发明内容
尽管上文的方法提供高质量高压DC电缆,本发明者注意到,它在许多情形下对于高压DC终端和接头是不足的。在其制造期间,高压DC电缆末端部分的外层被剥离(即,去除),从而在安装基于橡胶的场分级装置之前未覆盖基于聚合物的绝缘系统。外层(包括接地层)的剥离在空气中进行并且对于厚的电缆可花费若干小时。在该操作期间,在基于聚合物的绝缘系统的暴露部分中(尤其是接近其外表面)一个或多个物质的分布由于该一个或多个物质到基于聚合物的绝缘系统的暴露表面的扩散、后跟从表面蒸发到周围空气而更改。已经表明该问题即使在剥离之前在高压DC电缆中的基于聚合物的绝缘系统中的该一个或多个物质的浓度被全然地均衡的话也会出现。
目的因此是补救该问题并且提供在制造被绝缘的电气高压DC终端或接头(其提供高压DC终端或接头)中的方法,其中在电缆末端中的基于聚合物的绝缘系统中至少一个物质的分布被改进,由此在基于聚合物的绝缘系统内实现电导率的合理良好径向分布。
在一个方面中,制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法包括(i)提供被绝缘的电气高压DC电缆,其包括:高压DC导体;基于聚合物的绝缘系统,其环绕高压DC导体并且包括绝缘层和环绕该绝缘层的半导体层;和接地层,其环绕半导体层;(ii)在高压DC电缆的至少一个末端部分中去除接地层和半导体层,由此使高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层暴露;(iii)采用覆盖物暂时覆盖高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层,该覆盖物对采用非均匀分布在高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中存在的至少一个物质是不可渗透的;(iv)使高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层经受热处理过程,同时被覆盖物覆盖,由此使在高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中该至少一个物质的浓度均衡;以及(v)去除覆盖物。
该方法优选地在安装任何终端或接头适配器或主体之前在制造被绝缘的电气高压DC终端或接头的初始阶段中执行。
优选地,覆盖物还覆盖高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的半导体层的任何暴露部分以防止在热处理期间从那些部分扩散。
在一个实施例中,场分级适配器或接头主体被预先均衡。场分级适配器或接头主体安装在电缆件的具有暴露的绝缘层的末端部分,该暴露的绝缘层具有与该场分级适配器或接头主体将安装于此的高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层相似的组成,由此覆盖该电缆件的暴露绝缘层。场分级适配器或接头主体经受热处理过程,使得来自电缆件的绝缘层的一个或多个物质扩散到场分级层内。场分级适配器或接头主体从电缆件去除并且场分级适配器或接头主体的内表面暂时用覆盖物覆盖,该覆盖物对扩散到场分级层内的一个或多个物质是不可渗透的,之后将场分级适配器或接头主体安装在高压DC电缆的至少一个末端部分中。在上文的过程中,场分级适配器或接头主体被准备以获得与在采用安装到高压DC电缆的场分级适配器或接头主体的均衡之后将获得的近似相同的物质分布,但可以提前且在更便利的位置进行。
在第二方面中,制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法包括以下步骤:(i)提供被绝缘的电气高压DC电缆,其包括:高压DC导体;基于聚合物的绝缘系统,其环绕高压DC导体并且包括绝缘层和环绕该绝缘层的半导体层;以及环绕半导体层的接地层;(ii)去除高压DC电缆的至少一个末端部分中的接地层和半导体层,由此使高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层暴露;(iii)在高压DC电缆的该至少一个末端部分中,安装场分级适配器或接头主体,其优选地包括橡胶作为场分级材料,由此覆盖高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层,场分级适配器或接头主体是高压DC终端或接头的组成部分,并且至少一个物质采用非均匀分布在高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中存在;以及(iv)使高压DC电缆的至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层经受热处理过程,同时被安装的场分级适配器或接头主体覆盖,由此使在高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中的该至少一个物质的浓度均衡。
当高压DC电缆末端用基于橡胶的场分级适配器或接头主体安装时,化学物可能没有立即在电缆绝缘物与适配器或主体之间均衡分布。在绝缘层中存在的物质可扩散到适配器或主体内并且在适配器或主体中存在的物质可扩散到绝缘层内。为了获得稳健的绝缘系统,物质的分布需要足够均匀,并且这通过上文的热处理过程而获得。
在一个实施例中,在进行热处理之前,场分级适配器或接头主体暂时被覆盖物覆盖,该覆盖物对采用非均匀分布在高压DC电缆的至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中存在的至少一个物质是不可渗透的,并且该覆盖物在热处理之后被去除。这一般不是必需的,因为场分级适配器或接头主体的层(即,橡胶层)典型地如此厚,使得即使在场分级适配器或接头的外表面处发生到周围的扩散,这将不影响在基于聚合物的绝缘系统中的浓度分布。
在热处理期间,高压DC电缆的至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的半导体层的任何暴露部分可被绝缘或半导体材料覆盖以防止或减少在热处理期间从那些部分的扩散。
在另外的实施例中,提供第二被绝缘的电气高压DC电缆,该第二高压DC电缆包括:高压DC导体;基于聚合物的绝缘系统,其环绕该高压DC导体并且包括绝缘层和环绕该绝缘层的半导体层;和接地层,其环绕半导体层;在第二高压DC电缆的至少一个末端部分中去除第二高压DC电缆的接地层和半导体层,由此使在第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的第二高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层暴露;以及在第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中安装场分级适配器或接头主体(其在这里是接头主体),由此覆盖第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的第二高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层,其中该至少一个物质采用非均匀分布在第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中存在,并且其中该经受的步骤包括使第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的第二高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层经受热处理过程,同时被安装的场分级适配器或接头主体覆盖,由此使在第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的第二高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的绝缘层中该至少一个物质的浓度均衡。同样在该实施例中,尽管整个接头在热处理过程期间可以如上文那样被暂时或永久覆盖,这一般不是必需的。
在热处理期间,第二高压DC电缆的该至少一个末端部分中的基于聚合物的绝缘系统的半导体层的任何暴露部分也可被绝缘或半导体材料覆盖以防止或减少在热处理期间从那些部分的扩散。
特别地,在邻近基于聚合物的绝缘物的绝缘层的外表面的该至少一个物质的浓度可被均衡。
基于聚合物的绝缘系统可包括复合或交联聚乙烯(XLPE)组成物。该至少一个物质在这样的情况下可包括来自交联反应的剩余物或副产物,优选地过氧化物分解产物。
备选地或另外,基于聚合物的绝缘系统可包括热塑性材料并且该至少一个物质可包括一个或多个添加剂(例如抗氧化剂)、在基于聚合物的绝缘系统中使用的低分子量分数的聚合物、水分和/或工艺化学物。
场分级适配器或接头主体的橡胶可包括来自交联反应的剩余物或副产物、一个或多个抗氧化剂、一个或多个可塑剂、工艺化学物和/或水分。
热处理过程可例如在加热室(例如烤箱)或本领域内已知的任何其他适合的加热装置中、通过在要加热的部分上应用热波段或加热波段、通过在导体中生成热(这将增加绝缘层的热度)或通过本领域内已知的任何其他适合的加热装置而执行。
热处理过程可在50与120℃之间并且最优选地在70与90℃之间的温度并且持续一定时间(其取决于执行热处理过程的温度)地执行。一般,选择温度和时间来提供物质和电导率的充分均匀分布。这将取决于物质,并且尤其是主导电导率特性的物质。在具有一般非常低浓度的物质(例如,抗氧化剂和水分)的系统中,由于它们的存在而对电导率仍然可能有大的影响。然而,热处理时间要比在现有技术章节中公开的使物质脱气所需要的时间更少或少得多。
提供被绝缘的电气高压DC电缆的步骤可包括下列步骤,该被绝缘的电气高压DC电缆包括高压DC导体、基于聚合物的绝缘系统(其环绕该高压DC导体)和接地层,其环绕该基于聚合物的绝缘系统。基于聚合物的绝缘系统被覆盖物覆盖,该覆盖物对采用非均匀分布在基于聚合物的绝缘系统中存在的至少一个物质是不可渗透的,并且基于聚合物的绝缘系统经受热处理过程,同时基于聚合物的绝缘系统的外表面保持被覆盖物所覆盖,由此使该至少一个物质在基于聚合物的绝缘系统中的浓度均衡。覆盖物可以是高压DC电缆的组成部分并且包括接地层或可以是临时覆盖物,其在高压DC电缆的基于聚合物的绝缘系统的热处理过程后被去除。简单地说,在本发明中使用的高压DC电缆已经根据在EP2093774A1中公开的原理处理,其的内容通过引用合并于此。
本发明可以在制造和/或安装对于HVDC系统的高压DC电缆系统中应用。由此,对于较高电压水平的电缆系统可以以较低的总成本实现。
对于几乎满足电气要求的电缆系统,本发明的使用将降低在测试和操作期间击穿的风险。
应用本发明,绝缘系统的电导率特性将在安装时已经接近已经长时间期间使用的系统获得的电导率特性。由此,与新安装关联的风险将降低并且用户可以期望更可靠的操作。
本发明的另外的特性及其优势将从本发明的实施例的下列详细描述显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施例用于提供被绝缘的电气高压DC终端或接头的方法的示意流程表。
图2在透视图中示意地图示在图1中图示的方法期间的高压DC电缆的末端。
图3是根据另外的实施例用于提供被绝缘的电气高压DC终端或接头的方法的示意流程表。
图4在透视图中示意地图示在图3中图示的方法期间的高压DC电缆的末端。
具体实施方式
现在将参考图1和2描述根据一个实施例制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法。后面的图示出在该方法期间被绝缘的电气高压DC电缆20的末端部分,该高压DC电缆20从内到外包括:高压DC导体21;基于聚合物的绝缘系统22-24,其包括半导体层22和绝缘层23以及另外的半导体层24;接地层25;和外包覆物或护套26。接地层25可包括铅的挤压层或铜线和薄扩散致密层的组合。
基于聚合物的绝缘系统22-24可采用任何便利方式被挤压、模塑或制造。绝缘层23可以是交联聚乙烯层、热塑性层或其他适合材料的层。
高压DC电缆20可如在EP2093774A1中公开的那样制造来获得均衡高压DC电缆20。
制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法(其在制造被绝缘的电气高压DC终端或接头的初始阶段中执行)在步骤12开始于提供高压DC电缆。接着,在步骤13中在高压DC电缆20的一个末端部分27中去除外包覆物或护套26、接地层25和半导体层24,由此使高压DC电缆20的至少一个末端部分27中的绝缘层23暴露。之后,在步骤14中在高压DC电缆20的末端部分27中绝缘层23暂时被覆盖物覆盖,该覆盖物对采用非均匀分布在高压DC电缆20的末端部分27中的绝缘层23中存在的至少一个物质是不可渗透的。在步骤15中在高压DC电缆20的末端部分27中绝缘层23经受热处理过程,同时被该覆盖物覆盖,由此使在高压DC电缆20的末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23中该物质的浓度均衡。最后,覆盖物在步骤16中被去除,并且方法结束。图2示出高压DC电缆20的所得末端部分27。
优选地,覆盖物也覆盖高压DC电缆20的至少一个末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的半导体层24的任何暴露部分以防止在热处理期间从那些部分的扩散。
高压DC电缆接头通过对第二高压DC电缆重复上文的方法并且通过将接头主体安装到高压DC电缆末端而制造。
高压DC电缆终端通过将场分级适配器安装到高压DC电缆20的末端部分27而制造。
应意识到当在步骤16中已经去除覆盖物时,基于聚合物的绝缘系统22-24必须尽可能被覆盖,例如通过安装场分级适配器或接头主体或通过组装最后的扩散屏障。
场分级适配器或接头主体可凭借以下步骤而被预先均衡:在电缆件的末端部分(其具有与高压DC电缆20的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23相似组成的暴露绝缘层)中安装场分级适配器或接头主体由此覆盖该电缆件的暴露绝缘层、使场分级适配器或接头主体经受热处理过程使得来自电缆件的绝缘层的一个或多个物质扩散到场分级层内,以及从电缆件去除场分级适配器或接头主体,以及用覆盖物覆盖场分级适配器或接头主体的内表面,该覆盖物对扩散到场分级层内的一个或多个物质是不可渗透的,之后在高压DC电缆20的末端部分27中安装场分级适配器或接头主体。
接着参考图3和4,将描述根据另一个实施例制造被绝缘的电气高压DC终端或接头中的方法。该方法开始于在步骤32中提供被绝缘的电气高压DC电缆20(如参考图1和2公开的高压DC电缆20)。
在步骤33中在高压DC电缆20的至少一个末端部分27中去除外包覆物或护套26和接地层25以及半导体层24,由此使高压DC电缆20的末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23暴露。场分级适配器或接头主体41(图4)在步骤34中安装在高压DC电缆20的末端部分27中,由此覆盖高压DC电缆20的末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23,场分级适配器或接头主体41是高压DC终端或接头的组成部分并且包括基于橡胶的材料。最后,基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23在步骤35中在高压DC电缆的末端部分中经受热处理过程,同时被安装的场分级适配器或接头主体41覆盖,由此使高压DC电缆20的末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23中的物质的浓度均衡。图4示出在利用安装的场分级适配器或接头主体41进行均衡后高压DC电缆20的所得末端部分27。
备选地,在执行热处理过程之前,场分级适配器或接头主体41暂时被覆盖物覆盖,该覆盖物对采用非均匀分布在高压DC电缆20的末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的绝缘层23中存在的物质是不可渗透的,其中该覆盖物在热处理过程之后被去除。
在热处理期间,高压DC电缆20的至少一个末端部分27中的基于聚合物的绝缘系统22-24的半导体层24的任何暴露部分可被绝缘或半导体材料覆盖以防止或减少在热处理期间从那些部分的扩散。
在一个实施例中,提供第二被绝缘的电气高压DC电缆,其中第二高压DC电缆可以与第一高压DC电缆20相同。在第二高压DC电缆的至少一个末端部分中去除第二高压DC电缆的外包覆物或护套、接地层和半导体层,由此使第二高压DC电缆的末端部分中第二高压DC电缆的绝缘层暴露。接头主体41也安装到第二高压DC电缆的末端部分,由此覆盖第二高压DC电缆的末端部分中的第二高压DC电缆的绝缘层。上文公开的热处理过程包括使第二高压DC电缆的末端部分中的第二高压DC电缆的绝缘层也经受热处理,同时被安装的接头主体41覆盖,由此也使第二高压DC电缆的末端部分中的第二高压DC电缆的绝缘层中的物质的浓度均衡。
如果基于聚合物的绝缘系统22-24包括复合或交联聚乙烯(XLPE)组成物,该物质可以是来自交联反应的剩余物或副产物,优选地过氧化物分解产物。
如果基于聚合物的绝缘系统22-24包括热塑性材料,该物质可以是添加剂(例如抗氧化剂)、在基于聚合物的绝缘系统中使用的低分子量分数的聚合物、水分和/或工艺化学物。
如果场分级适配器或接头主体41包括橡胶材料,它可包含来自交联反应的剩余物或副产物、一个或多个抗氧化剂、一个或多个可塑剂、工艺化学物和/或水分,其可在安装场分级适配器或接头主体41后扩散到基于聚合物的绝缘系统22-24中。
热处理过程可在50与120℃之间并且最优选地在70与90℃之间的温度并且持续一定时间(其取决于执行热处理过程的温度并且取决于高压DC电缆27的末端部分27的物质浓度、材料和几何形状)地执行。一般,选择温度和时间来对每个电缆和应用提供物质和电导率的充分均匀分布。