NO321955B1

NO321955B1 - Massiv likestromskabel, fremgangsmate ved fremstilling av denne og overforingsledning med sadan kabel

Info

Publication number: NO321955B1
Application number: NO19990476A
Authority: NO
Inventors: Mamoru Kondo; Ryosuke Hata; Hiroshi Takigawa; Jun Yorita; Takahiro Horikawa; Yuichi Ashibe; Morihiro Seki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2006-07-31
Also published as: US20010042635A1; EP0933786A1; EP0933786B1; JPH11224546A; DK0933786T3; US6399878B2; NO990476D0; JP3024627B2; NO990476L

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en massiv likestrømskabel som er særlig egnet for kraftoverføring over lange avstander. Videre gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av en slik kabel og en overføringsledning som har et undersjøisk parti som omfatter en slik massiv likestrømskabel.

Konvensjonelt er en massiv kabel (masseimpregnert kabel eller ikke-drenert kabel) som utnytter kraftpapir som isolasjonsbåndmaterial og impregnert med isolasjonsolje med høy viskositet (f.eks. 25 - 100 cSt (centiStoke) ved 120°C, og 500 - 2000 cSt ved den høy-este driftstemperatur for kabelen (50 - 60°C)) blitt benyttet som likestrømskraftkabel over lange avstander.

For å oppnå en massiv kabel med større kapasitet vil det være tilstrekkelig å få den massive kabel til å tåle en høyere spenning og tillate en større strøm. En massiv kabel som tillater større strøm kan realiseres dersom det benyttes en leder som har et så stort tverrsnittsareal som mulig eller når den høyeste driftstemperatur for lederen gjøres så høy som mulig. Det å gjøre en kabels spenning høy samt å gjøre arbeidstemperaturen høy avhenger på den annen side av isolasjonens ytelse. Nevnte mål kan ikke realiseres med mindre en ny teknikk utnyttes.

For å overføre store mengder kraft, hvilket har vært umulig eller vanskelig å realisere med en vanlig massiv kabel som har kraftpapir-isolasjon, er det nylig foreslått en massiv kabel som utnytter en polyolefinharpiksfilm som i det minste en del av isolasjonsmaterial-et. Undersøkelser er blitt utført på den foreslåtte kabel som kan benyttes under en høy likespenning på f.eks. 500 kV eller mer, eller ved en høyeste arbeidstemperatur for lederen på 60°C eller høyere (f.eks. omtrent 80°C).

Den isolasjonsolje som i dette tilfelle benyttes er imidlertid en isolasjonsolje med høy viskositet og som er blitt anvendt i konvensjonelle massive kabler. Dette kommer av at denne isolasjonsolje for en kabel impregnert i en fabrikk er blitt ment å være nødvendig for over hele kabellengden å unngå ujevn oljefordeling eller oljemangel forårsaket av migrering, i den hensikt å hindre at den elektriske karakteristikk forringes i noen som helst tilstand. Det vil si at særlig i tilfellet av en undersjøisk, massiv langdistansekabel er kabellengden for lang til å bli matet med eller absorbere isolasjonsolje i sine to ender. Det er derfor blitt vurdert slik at bare høyviskositetsolje som er tilstrekkelig til ikke å frembringe migrering selv ved den høyeste arbeidstemperatur for kabelen (vanligvis 55°C eller lavere) kan anvendes.

De etterfølgende problemer oppstår imidlertid som påfallende hindre for å gjøre både driftsspenningen og arbeidstemperaturen for en vanlig massiv kabel høy, for derved å sikre at den får stor kapasitet.

Når strømbelastningen slås av etter at lederen har fått den største temperatur under en belastningsperiode hvor strømmen er på, faller temperaturen nær lederen raskt ned, slik at det forårsakes sammentrekning av isolasjonsoljen nær lederen. Siden høyviskositets-oljen ikke kan forflytte seg tilstrekkelig raskt fra utsiden av isolasjonsveggen til innsiden av denne, opptrer noen ganger mangel på isolasjonsolje nær lederen, hvilket kan frembringe tomrom, slik at sådanne tomrom derved er tilbøyelige til å redusere den elektriske ytelse i påfallende grad.

Det vil si at ettersom den største arbeidstemperatur for lederen blir forsøkt gjort høyere, blir (1) behandlingen av isolasjonsoljen vanskeligere fordi mengden av utvidelse og sammentrekning av isolasjonsoljen øker, og (2) det blir mer nødvendig å utføre tiltak mot den lettere migrering som skyldes senkning av isolasjonsoljens viskositet. I tillegg faller temperaturen på det tidspunkt hvor belastningen skrus av, raskere slik at det derved forårsakes alvorlig oljemangel og store tomrom er tilbøyelige til å bli generert. Det er derfor et problem at høy elektrisk påkjenning ikke kan påføres kabelisolasjonen i tanke-løshet.

Videre er det forsøkt å gjøre anvendelse av polyolefinharpiksfilm eller et sammensatt isolasjonsbånd av polyolefinharpiksfilm og kraftpapir. Sammenlignet med kraftpapir bestående av naturlig, porøs trefibermasse har imidlertid en polyolefinharpiksfilm ingen porer som væske kan strømme gjennom, slik at isolasjonsolje med høy viskositet ikke tillates å passere. Når en kabelkjerne impregneres med isolasjonsolje i en fabrikk og det benyttes en isolasjonsolje med høy viskositet, oppstår derfor den meget alvorlige situasjon av isolasjonsoljens impregnering blir utilstrekkelig eller umulig, og selv om den er mulig, blir den meget vanskelig å implementere fullstendig i løpet av en industrielt fornuftig prosesstid ettersom isolasjonslaget blir tykkere. Som resultat kan dette neppe utføres for å forbedre den industrielle produktivitet eller for å øke andelen av polyolefinharpiksfilm i det sammensatte isolasjonsbånd, i den hensikt å oppnå det forventede mål.

I henhold til oppfinnelsen er det således fremskaffet en massiv likestrømskabel som omfatter en leder, et isolasjonslag anordnet på den ytre omkrets av lederen og impregnert med isolasjonsolje, en metallkappe anordnet på den ytre omkrets av isolasjonslaget og et forsterkende lag dannet på den ytre omkrets av metallkappen for å ta sin del av ringpåkjenningen som utøves på metallkappen og for å forsterke metallkappen, og et korrosjonsbestanding lag utenpå det forsterkende lag.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonene US 4 329 536, EP 0 875 907 (NO 319 752) og GB 1 311 867, har da den massive likestrømskabel i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte isolasjonslag omfatter en polyolefinharpiksfilm, idet nevnte isolasjonsolje er en isolasjonsolje med middels viskositet, som har en viskositet på minst 10 cSt (centiStoke) og høyst 500 cSt ved 60°C.

I et annet aspekt av oppfinnelsen har en fremgangsmåte ved fremstilling av en massiv likestrømskabel som særtrekk at den omfatter trinn hvor: - et isolasjonslag impregneres med isolerende olje med lav viskositet og hvis viskositet ikke er mer enn 10 cSt ved romtemperatur,

- isolasjonslaget dreneres for å fjerne nevnte isolasjonsolje med lav viskositet, og

- isolasjonslaget impregneres med isolasjonsolje som har middels viskositet og hvis viskositet ligger på minst 10 cSt og høyst 500 cSt ved 60°C.

I nok et annet aspekt av oppfinnelsen er det fremskaffet en overføringsledning som omfatter et undersjøisk parti av en massiv likestrømskabel i henhold til oppfinnelsen, som er lagt på sjøbunnen, og hvor landkabelpartier er forbundet med begge ender av det undersjøiske parti av den massive kabel ved hjelp av hver sin oljestansende skjøtemuffe, idet overføringsledningen har som særtrekk at de oljestansende skjøtemuffer er anordnet på land, mens oljematende tanker er forbundet med nevnte landkabelpartier for å mate isolasjonsolje med middels eller lavere viskositet til landkabelpartiene.

Uttrykket "isolasjonsolje med middels viskositet" betyr her isolasjonsolje hvis viskositet ikke er mindre enn 10 centiStoke (cSt) og mindre enn 500 centiStoke (cSt) ved 60°C. Særlig ligger isolasjonsoljens løselighetsverdi (SP - Solubility Parameter) fortrinnsvis innenfor et område på ±1,5 av løselighetsverdien for den polyolefinharpiksfilm som benyttes i et isolasjonslag. Eksempler på isolasjonsolje med middels viskositet innbefatter polystyren-isolasjonsolje, polybuten, mineralolje, syntetisk olje som hovedsakelig består av alkylbenzen, tung alkylat eller en blanding som inneholder i det minste en av disse oljer. Særlig inneholder den fortrinnsvis dodecylbenzen (DDB).

Det foretrekkes å bruke et bånd som inneholder polyolefinharpiksfilm som i det minste en del av et isolasjonslag for en kabel il henhold til foreliggende oppfinnelse. Båndet som inneholder polyolefinharpiksfilm omfatter et komposittbånd laminert med kraftpapir på den ene eller begge sider av polyolefinharpiksfilmen, så vel som et isolasjonsbånd som består av polyolefinharpiksfilm alene. Særlig foretrekkes det at et komposittbånd laminert med kraftpapir på begge sider av polyolefinharpiksfilmen og et isolasjonsbånd bestående av polyolefinharpiksfilm alene er vekselvis viklet for derved å danne isolasjonslaget.

Det foretrekkes også at det skapes enten en p-gradering (resistivitetsgradering) eller en 6-gradering (permittivitetsgradering) i isolasjonslaget. For eksempel benyttes et komposittbånd laminert med kraftpapir på begge sider av polyolefinharpiksfilmen som isolasjonsbånd mens forholdet mellom tykkelsen av polyolefinharpiksfilmen og den samlede tykkelse av isolasjonsbåndet endres for derved å skape graderingen. Dessuten kan det sammensatte isolasjonsbånd som her benyttes, omfatte et isolasjonsbånd hvor tykkelsen av kraftpapir er lik null, dvs. at det bare består av polyolefinharpiksfilmen.

Når et komposittbånd laminert med kraftpapir på begge sider av en polypropylenfilm (PPLP) benyttes som isolasjonslag, er det videre passende å gjøre forholdet mellom tykkelsen av polypropylenfilmen og den samlede tykkelse av dette komposittbånd ikke mindre enn 40 % og mindre enn 90 %. Særlig er det enda mer å foretrekke at dette forhold stilles til å overskride 60 %.

Generelt anordnes en metallkappe (vanligvis en blykappe) på den ytre omkrets av en massiv kabels isolasjonslag. Det foretrekkes også å danne et forsterkningsbåndlag på den ytre omkrets av denne metallkappe. Dette forsterkende båndlag tjener til å oppta sin del av "ringspenningen" (hoop stress - spenning generert inne i metallkappen på grunn av oljetrykk som kan bryte metallkappen) utøvet på metallkappen, for derved å forsterke metallkappen. Det foretrekkes derfor å velge materialet i det forsterkende båndlag blant materialer som kan oppnå høy strekkfasthet, slik som blant polyamid, polyimidharpiksbånd (med handelsnavnet Kevlar), osv., så vel som et metallbånd, slik som av rustfritt stål.

Med hensyn til fremgangsmåten ved fremstilling av en massiv kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan den ovenfor nevnte isolasjonsolje med middels viskositet impregneres på vanlig måte, som den er. I tillegg omfatter fremgangsmåten ved fremstilling av en massiv kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse trinn hvor et isolasjonslag impregneres med en isolasjonsolje med lav viskositet, og hvis viskositet er mer enn 10 centiStoke (cSt) ved romtemperatur, isolasjonslaget utsettes for oljefjerning for å fjerne isolasjonsoljen med lav viskositet, for så å impregnere isolasjonslaget med isolasjonsolje med middels viskositet og hvis viskositet ikke er mindre enn 10 centiStoke (cSt) og mindre enn 500 centiStoke (cSt) ved 60°C. Også i dette tilfelle foretrekkes det at løselighetsverdien for isolasjonsoljen med middels viskositet ligger innenfor et område på ±1,5 av løselighetsverdien for polyolefinharpiks.

Videre omfatter overføringsledningen i henhold til foreliggende oppfinnelse et undersjøisk parti av en massiv kabel lagt på sjøbunnen og som består av den ovenfor nevnte massive kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse, samt landpartikabler forbundet i begge ender av det undersjøiske parti av den massive kabel ved hjelp av hver sin oljestansende skjøtemuffe, idet skjøtemuffene er anordnet på landpartiet og oljematende tanker er forbundet med landpartikablene for å mate isolasjonsolje som har middels eller lav viskositet til landpartikablene.

Her kan landpartikablene være massive kabler eller OF-kabler (Self-Contained Oil-Filled Cables). Isolasjonsolje hvis viskositet er middels eller lavere, tilføres fra oljematingstankene når landpartikablene er massive kabler, mens isolasjonsolje med lav viskositet tilfør-es i tilfellet av OF-kabler. Dessuten konfigureres den ovenfor nevnte overføringsledning fortrinnsvis på en slik måte at oljematingsrørene forbindes med de oljestansende skjøte-muffer ved deres undersjøiske side av den massive kabel og oljematingsrørene kobles sammen med oljematingstankene slik at isolasjonsolje med middels viskositet mates fra oljematingstankene til det undersjøiske parti av den massive kabel. Videre er det enda mer å foretrekke at en avstengningsventil er anordnet i dette oljematingsrør for å få isolasjonsoljen med middels viskositet til å strømme bare mot den oljestansende skjøte-muffe.

Det er vedføyd tegninger, på hvilke:

Fig. 1 viser et snitt gjennom en undersjøisk massiv kabel,

fig. 2 er et diagram som viser endringen i oljetrykket i en massiv kabel som reaksjon på PÅ/AV-slåing av belastningen i samsvar med forskjellige posisjoner i et isolasjonslag,

fig. 3 er et diagram som viser det typiske forhold mellom temperatur og viskositet i typiske isolasjonsoljer og isolasjonsoljer med middels viskositet som brukes i

henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 er en eksempelskisse som viser en struktur av PPLP hvor begge sider av en polypropylenfilm (PP-film) er laminert med kraftpapir, sammen med resistiviteten p (Qcm) for hvert isolasjonsmateriale som omgir PPLP'en samt fordelingen av

likespenningspåkjenningen proporsjonal med hver resistivitet,

fig. 5 er et diagram som viser sammenhengen mellom PP-forholdet k i PPLP og

gjennomslagspåkjenningen i form av impulser og likespenninger,

fig. 6 er et diagram som viser sammenhengen mellom forholdet for likespente gjen-nomslagsspenningsverdier med hensyn til PPLP i forhold til dem for kraftpapir med høy ugjennomtrengelighet ovenfor likestrøm i likestrømskabler og PP-forholdet for PPLP K,

fig. 7 er en forstørret skisse av et snitt gjennom et isolasjonslag basert på PPLP,

fig. 8A er en skisse av delsnitt gjennom et isolasjonslag hvor PPLP er stablet,

fig. 8B er en skisse av delsnitt gjennom et isolasjonslag hvor PPLP og polypropylenfilm

er vekselvis stablet,

fig. 9 er en skisse som anskueliggjør en overføringsledning i henhold til foreliggende

oppfinnelse,

fig. 10 er en skisse av et eksempel hvor løselighetsverdien for harpikspolymerer og oljer

sammenlignes med hverandre,

fig. 11 er et diagram som viser sammenhengen mellom absorpsjonen (vektøknings-raten) for isolerende mineraloljer (hvis løselighetsverdi er noe mindre enn 8) og

impulsgjennomslagsfastheten i vedkommende harpiksfilmer,

fig. 12 er et diagram som viser sammenhengen mellom impulsgjennomslagsfastheten for harpiksfilmer integrert med mineraloljebasert isolasjonsolje hvis løselighets-verdi er noe mindre enn 8 og løselighetsverdiene for harpiksfilmene,

fig. 13 er en skisse av et snitt gjennom en kabel som gir et eksempel på en kabel hvor

p- og s-graderingene er angitt for et isolasjonslag, og

fig. 14 er en skisse av et eksempel som anskueliggjør den likestrømsmessige og impulsmessige påkjennelsesfordeling i et isolasjonslag mellom en leder og en metallkappe.

Etter at en undersjøisk kabel er lagt utsettes den for trykk av sjøvann fra sin utside mot sin innside i forhold til sjødybden. Generelt påføres trykket, som øker i et forhold på 1 kg/cm<2> pr. 10 m dybde på kabelen fra dens utsiden mot dens innside. Når f.eks. innsiden av metallkappen på den undersjøiske kabel er fylt med isolasjonsolje med lav viskositet, slik det er vanlig for en OF-kabel, sikres tilstrekkelig flyteevne (fluiditet) for isolasjonsoljen. Det vil si at trykket fra oljen kan spre seg fra utsiden til innsiden av kabelen tvers gjennom oljen i løpet av tilstrekkelig kort tid. Derfor blir det trykk som oppnås ved å multiplisere forskjellen i spesifikk tyngdekraft mellom sjøvannet og isolasjonsoljen med lav viskositet med "raten på 1 kg/cm<2> pr. 10 m dybde", påført kabelen fra dens utsiden mot dens innside.

Som for oljetrykket påført isolasjonen som bestemmer den elektriske ytelse av isolasjonen, påføres det trykk som oppnås ved å multiplisere den spesifikke tyngdekraft for oljen'med "raten på 1 kg/cm<2> pr. 10 m dybde" jevnt i form av et internt oljetrykk. Det er derfor lett å oppnå et høyt oljetrykk, som derved lett sikrer stabil elektrisk ytelse i en OF-kabel.

I en massiv kabel fylt med isolasjonsolje, hvis viskositet er ekstremt høy, er på den annen side isolasjonsoljens flyteevne derimot ikke tilstrekkelig, slik at isolasjonsoljen

oppviser diskontinuiteter. Det vil si at selv om trykket i oljen endres over et visst parti, vil trykkendringen i partiet knapt eller ikke i det hele tatt bre seg til resten av oljen i løpet av en tilstrekkelig kort tid. Selv om et parti av oljen strømmer, vil alternativt resten av oljen knapt eller ikke i det hele tatt følge etter strømmen i partiet i løpet av tilstrekkelig kort tid. Følgelig kan den slutning trekkes at kabelen lider av vanntrykket i forhold til dybden av sjøvannet fra utsiden mot innsiden i hovedsak slik det er dersom en massiv stav ble utsatt for ytre sjøvanntrykk tii en grad på 100 %.

På grunn av den ovenfor nevnte diskontinuitet i isolasjonsoljen kan i tillegg oljetrykket i selve isolasjonen ikke økes proporsjonalt med vanndybden. Følgelig er det blitt ansett at kabelen måtte bli satt i tjeneste under slike arbeidsbetingelser at den elektriske ytelse i hvert parti av kabelen kunne opprettholdes ved hjelp av isolasjonsoljen, som isolasjonen ble impregnert med, i tilstrekkelig grad i hvert parti av kabelen. Derfor var arbeidstemperaturen begrenset til omtrent 55°C eller mindre og arbeidsspenningen var begrenset til 450 kV eller mindre. Dessuten måtte det settes inn en CDVC (Cable Dependent Voltage Control) eller lignende når belastningen ble slått av. CDVC er et spesielt driftssystem hvor belastningen slås av (eller reduseres) og arbeidsspenningen reduseres over et tilstrekkelig langt tidsrom før tiltaket av å slå av (eller redusere) belastningen blir utført. Derved reduseres den elektriske påkjenning som påføres tomrom som vil bli generert i et isolasjonslag nær en leder ved utkobling av belastningen, og belastningen blir så virkelig slått av (eller redusert). Dette driftssystem blir imidlertid en stor hindring ut fra ønsket 1 om fri drift.

På den annen side utgjør plutselige temperaturfall når belastningen slås av i en tilstand med full belastning og oljemangel i isolasjonslaget nær lederen forårsaket av oljesam-mentrekning som skyldes temperaturfallet, viktige anliggender. I den hensikt å kompensere for reduksjonen i oljetrykk nær lederen frembragt når belastningen slås av, foretrekkes det at det interne oljetrykk i vedkommende parti gjøres høyt nok fra først av, slik at oljetrykket i vedkommende parti så reduseres i den hensikt å få volumet i vedkommende parti til å ekspandere tilsvarende reduksjonen av volumet i vedkommende parti forårsak-

et av temperaturfallet, slik at volumreduksjonen i vedkommende parti kan kompenseres. Isolasjonsoljen behøver da å bevege seg fra utsiden av isolasjonslaget hvor oljetrykket

er høyt, til innsiden tilstrekkelig raskt til å kompensere for reduksjonen i oljetrykket på innsiden. På denne måte kan mangel på olje forhindres fra å opptre. For å oppnå dette foretrekkes det at viskositeten av den isolasjonsolje som her brukes, er lav nok til å opprettholde kontinuiteten i oljestrømmen, eller viskositeten er så lav som mulig selv i tilfellet av én isolasjonsolje for en massiv kabel.

I tillegg er oljestrømmens kontinuitet og oljens letthet med hensyn til bevegelse fra

utsiden til innsiden avhengig av størrelsen av fluidmotstanden i isolasjonen mot oljen (oljestrømmotstanden). I et isolasjonslag som omfatter harpiksfilm som ikke tillater isolasjonsoljen å passere, kan isolasjonsoljen ikke strømme uten å passere omkring eller forbi harpiksfilmbåndet. Følgelig blir oljestrømmotstanden uunngåelig høyere enn den for et kraftpapir-isolasjonslag. I en massiv kabel som inneholder en sådan harpiksfilm i isolasjonen, foretrekkes det derfor å benytte en isolasjonsolje hvis viskositet er så lav som mulig, ikke bare for å gjøre det mulig for isolasjonsoljen å trenge igjennom, men også for å kompensere for reduksjonen i oljetrykk nær en leder når belastningen slås av.

På bakgrunn av den grunnleggende betraktning nevnt ovenfor, har foreliggende oppfinnere undersøkt muligheten av å utvikle en massiv kabel som utnytter isolasjonsolje som tilfredsstiller strømningsbetingelsene.

Indeks for lavheten av en isolasjonsoljes viskositet

(1) Det fordres at viskositeten er lav nok til at oljen lett utfører impregnering tilfredsstillende selv når det anvendes et isolasjonslag som omfatter et komposittbånd bestående av en polyolefinharpiksfilm og kraftpapir, eller et polyolefinharpiksfilmbånd hvis overflate er blitt behandlet ved preging (se gransket JP-patentsøknad med publika-sjonsnr. Toku Kou Sho-61-26168). Særlig i tilfellet av et komposittbånd fordres det at impregneringen med isolasjonsolje kan gjøres på tilfredsstillende måte selv om tykkelsesforholdet for polyolefinharpiksfilmen er omtrent 80 %.

(2) Det fordres at viskositeten er lav nok til at det ikke genereres negative trykk ved belastningsutkobling under påvirkning av sjøvanntrykket ved en dybde på omtrent 100 m eller mer. (3) Det fordres at viskositeten er lav nok til at det unngås å anvende et CDVC-system i tilfellet av en massiv kabel med kraftpapirisolasjon eller til og med når en massiv kabel består av en isolasjon som inneholder polyolefinharpiksfilm. (4) Det fordres at viskositeten er lav nok til at frembringelsen av negative trykk begrenses til et lokalt parti like over lederen selv om det negative trykk er frembragt i isolasjonslaget i samsvar med belastningsgraden eller den måte belastningen blir koblet ut på.

Indeks for høyheten av en isolasionsolies viskositet

(5) Det fordres at viskositeten er høy nok til at den massive isolasjonsolje med letthet hindres fra å lekke fra en terminering eller et skadet parti av kabelen mens kabelen håndteres (dvs. mens kabelen produseres, legges, tilkobles på stedet, fjernes, eller når en metallkappe på kabelen utilsiktet skades). (6) Det fordres at viskositeten ikke er så lav at ekspansjonen av isolasjonsolje som har sin viskositet redusert pga. høy temperatur ved tidspunktet for full belastning innvirker suksessivt i kabelens lengderetning slik at en stor mengde olje forflytter seg til begge endepartier av en kabellengde. Når denne påvirkning ikke kan ignoreres, vurderes det så å gjøre tiltak mot denne alene. (7) Det fordres at viskositeten ikke er så lav at når metallkappen på en kabel fjernes for utførelse av skjøtearbeid til en annen kabel, skyves isolasjonsoljen inne i kabelen opp pga. trykkforskjellen mellom det ytre vanntrykk i samsvar med vanndybden og isolasjons-oljetrykket inne i kabelen, slik at isolasjonsoljen ikke strømmer endeløst og gjør det vanskelig å utføre sammenføyningsarbeidet. Eksempler på skjøttyper innbefatter en skjøt på stedet og som vil bli anvendt når massive kabler som er lagt ned på sjøbunnen sammenføyes med hverandre til sjøs, for å bli ferdigstilt til en eneste kontinuerlig lengde, en reparasjonsskjøt (RJ - Repair-Joint) som vil bli anvendt når et skadet sted på kabelen repareres på stedet, hovedsakelig under de samme arbeidsbetingelser, en oljestansende skjøt, en stoppskjøt (SJ - Stop-Joint) eller en overgangsskjøt (TJ - Transition-Joint) som vil bli anvendt på landpartiet, og lignende. (8) Det fordres at viskositeten er høy nok til at isolasjonsoljen hindres fra å dryppe eller lekke fra et skadet parti til det ytterste, selv ved den høyeste arbeidstemperatur.

For å finne en isolasjonsolje som tilfredsstiller betingelsene ovenfor ble de etterfølgende eksperimenter utført.

Sammenhengen mellom migrering av isolasjonsolje og siøvanndybde ( sjøvanntrykk)

En massiv kabel med kraftpapirisolasjon og hvor isolasjonstykkelsen var 20 - 25 mm mens kabelen var klassifisert til 400 - 500 kV, ble plassert i et kar og gjennombløtt i vann. Vanntrykket ble endret for å simulere sjøvanndybden. Sjøvanntrykket uttrykkes ved "vanndybde (m) dividert med 10 (kg/cm<2>)".

Strukturen av den benyttede kabel er vist i fig. 1. Fig. 1 er en skisse av snitt på tvers av kabelen og som anskueliggjør strukturen av et eksempel på en massiv, undersjøisk like-strømskabel. I rekkefølge fra midten har kabelen en leder 1, et indre halvledende lag 2, et oljeimpregnert isolasjonslag 3, et ytre halvledende lag 4, en metallkappe 5, et plastlag 6 mot korrosjon, en metallkappe 7, et beskyttende garnlag 8 og armerende trådlag 9.

Det oljeimpregnerte isolasjonslag 3 er konfigurert på en slik måte at et viklet kraftpapir-bånd er impregnert med isolasjonsoljer. Her ble en høyviskositetsolje benyttet som isolasjonsolje. Som isolasjonsbånd kan benyttes et komposittbånd laminert med kraftpapir på den ene eller begge sider av en polyolefinharpiksfilm, eller et isolasjonsbånd bestående av polyolefinharpiksfilm alene.

Avhengig av forholdene kan det ytre halvledende lag 4 inneholde et metallbånd eller metallisert papir hvor metallbåndet og kraftpapiret er bundet til hverandre. Som metallkappen 5 benyttes vanligvis en blykappe i tilfellet av undersjøiske kabler. Som plastlaget 6 mot korrosjon anvendes i hovedsak polyetylen (PE) i undersjøiske kabler. Som metallbåndet 7 brukes vanligvis to metallbånd som er viklet sammen med et stoffbånd. Som dette metallbånd benyttes ofte et sinkbelagt bånd av stål, bronse, messing eller lignende, med tanke på å forhindre korrosjon, fordi dette metallbånd berører sjøvann.

Det beskyttende garnlag 8 består av dempende jute 81 eller omviklet jute 82. Nylig anvendes kunstig garn, slik som polypropylengarn, ofte istedenfor naturlig jute. Armer-ingstråden 9 skapes ved å vikle en jerntråd, en sinkbelagt jerntråd eller lignende i ett eller to lag. I noen tilfeller kan en kunstig armeringsstreng, slik som aramidfiber, anvendes.

Den ovenfor nevnte massive kabel ble konstruert slik at lederens temperatur kunne økes til en forutbestemt temperatur med en strøm som ble tilført den. Strømtilførselen ble så slått PÅ/AV for å utføre en varmesyklusprøve mens vanntrykket ble endret, og endringen i det interne trykk i kabelen (særlig trykket i lederpartiet) kunne avleses ved hjelp av en trykkmåler koblet til en kabelende.

Som et resultat av denne prøve ble det funnet at når vanntrykket holdes på 7 - 10 kg/cm<2> (denne enhet kan erstattes med atmosfærisk trykk, som er hovedsakelig like-verdig) eller mer, ble negativt trykk ikke produsert nær lederen når det ikke er noen belasting, selv med vanlig høyviskositetsolje i kraftpapirisolasjonslaget og etter 1 - 3 varmesykluser (fra romtemperatur til omtrent 50 - 60°C), og det positive trykk kunne bibeholdes. Det ble ansett at det ytre vanntrykk bredte seg til isolasjonsoljen i isolasjonslaget gjennom blymantelen.

I den hensikt å bedømme resultatet fra den ovenfor nevnte prøve på den massive kabel med kraftpapirisolasjon ble: - ledertapet forårsaket av strømmen tilført lederen på tidspunktet for PÅ/AV-slåing av belastningen på kabelen,

- diffusjonen av varmestrømmen forårsaket av ledertapet i kabelen,

- temperaturendringen i kabelisolasjonen og

- en transient endring i oljetrykket i isolasjonsoljen forårsaket av dette,

beregnet sekvensielt ved hjelp av en datamaskin. Et eksempel på resultatet er vist i fig. 2.

Oljetrykket på ledersiden øker kraftig når belastningen tilkobles. Oljetrykket på metall-kappesiden følger det på ledersiden ettersom tiden går. Når temperaturendringen på innsiden av kabelisolasjonene forsvinner slik at temperaturen blir stabil, forsvinner også forflytningen av isolasjonsoljen inne i kabelen og som skyldes trykkforskjellen, slik at dens trykk blir hovedsakelig et jevnt positivt trykk. Når belastningen kobles bort faller derimot oljetrykket brått sammen med et brått temperaturfall like over lederen, slik at det til en viss grad opptrer et negativt trykk i isolasjonslaget like over lederen. Det forstås derfor at oljetrykket like under metallkappen endrer seg ettersom tiden går slik at til sist, nå forflytningen av olje stanser opp, blir kabelens trykk som et hele, konstant og noe positivt.

Dette beregningsresultat simulerer det eksperimentelle resultat meget godt. Med denne datamaskinsimulering er det mulig å bedømme resultatene når forskjellige betingelser endres. Det ble også funnet at det største oljetrykk generelt er omtrent 10 kg/cm<2> når lederens høyeste arbeidstemperatur er 50 - 60°C i en massiv kabel som tilfører klassen på 400 - 500 kV og som har en konvensjonell struktur basert på kombinasjonen av et kraftpapir-isolasjonsbånd og isolasjonsolje med høy viskositet.

Ved å benytte den samme høyviskositetsolje på samme måte ble endringen i oljetrykk undersøkt på et komposittbånd (polypropylenlaminert papir, eller forkortet "PPLP") som isolasjonslag, og som ble oppnådd ved å laminere kraftpapir på begge sider av en polypropylenfilm (PP-film). Her ble undersøkelsen utført mens man i varierende grad endret tykkelsesforholdet k for PP i PPLP-båndet, dvs. "(tykkelsen av PP-filmen)/(den samlede tykkelse av PPLP)", til 10, 40, 60 og 80 %. Videre ble temperaturen under varmesyklusen endret fra romtemperatur til 50 - 60°C og 80 - 90°C.

Når varmesyklusens høye temperatur var 50 - 60°C vendte trykket saktere tilbake i PPLP-kabelen enn i kraftpapirkabelen når belastningen ble slått av, slik som ventet. Jo større forholdet k var, desto saktere vendte dessuten trykket tilbake. Det ble således funnet at negativt trykk er lett å frembringe nær lederen i samsvar med belastningens størrelse og forholdene ved utkobling av belastningen. Det ble imidlertid funnet at når varmesyklusens høye temperatur er 80 - 90°C, er negativt trykk derimot vanskelig å frembringe.

En lignende undersøkelse ble utført på en massiv PPLP-isolert kabel impregnert med tilstrekkelig olje med middels viskositet, hvis viskositet var 400 - 500 cSt ved 60°C. Som et resultat ble det funnet at de negative trykkarakteristikker (lettheten ved å frembringe negativt trykk og det negative trykks verdiområde) nær lederen når belastningen slås av, forbedres i påfallende grad ikke bare i tilfellet av 50 - 60°C, men også i tilfellet av 80 - 90°C.

Dette kommer av at oljestrømmotstanden er proporsjonal med oljens viskositet, slik at isolasjonsoljen er lettere å forflytte ettersom oljens viskositet blir lavere. Det vil si at når oljen utvider eller trekker seg sammen avhengig av temperaturforskjellen og oljevolumet (mengden) pr. volumenhet av kabelisolasjonen endrer seg, slik at oljen forflytter seg, skaper produktet av oljestrøm og oljestrømmotstand i oljebanen en oljetrykkforskjell. Følgelig er det vanskelig å skape en oljetrykkforskjell dersom oljens viskositet reduseres.

På samme måte som beskrevet ovenfor ble deretter en oljetrykkendring undersøkt på en massiv kabel impregnert med en isolasjonsolje med middels viskositet på 10 cSt ved 60°C. Negativt trykk ble knapt observert.

Disse resultater gir foranledning til det etterfølgende:

(1) Selv i en massiv kabel impregnert med massiv isolasjonsolje med høy viskositet og når kabelen legges på en vanndybde av en viss størrelse (f.eks. 70 - 100 m) eller mer, blir kabelen trykksatt med det eksterne vanntrykk slik at det interne trykk i kabelens olje blir positivt selv når det ikke er noen belastning. Det foreligger mulighet for å frembringe negativt oljetrykk ved utkoblingstidspunktet i begge endepartier av en undersjøisk kabel, dvs. de partier som befinner seg på grunnere vann, med mindre det benyttes en isolasjonsolje hvis viskositet til en viss grad er lav, eller med mindre andre tiltak nylig er gjort. (2) I en massiv kabel impregnert med massiv isolasjonsolje, hvis viskositet ikke er større enn til en viss grad (f.eks. 400 - 500 cSt eller mindre ved 60°C), frembringes ikke negativt trykk når belastningen slås av. Alternativt kan det frembringes bare i ganske få tilfeller, slik som når kabelen er lagt på en sjøbunn som er grunnere enn 100 m og belastningen plutselig kobles bort mens det ved full belastning ble tilført en kraftig strøm med en lederstrømtetthet på ikke mindre enn 1,5 A/mm<2>. At det skapes et negativt trykk kan derfor unngås dersom den massive kabels struktur har en eller annen innretning. Det vurderes dessuten slik at selv om tilstandene under den praktiske utnyttelse av kabelen er noe begrenset med hensyn til å håndtere dette problem, kan dette ikke være til særlig skade. (3) For å unngå frembringelse av negativt trykk nær lederen når belastningen slås brått av under full belastning, foretrekkes det å gjøre oljetrykket som under tiden med full belastning er jevn i kabelen, så høyt som mulig. (4) Tilstanden i pkt. (3) ovenfor foretrekkes også når den påførte spenning skal gjøres høy for å øke kabelens overføringskapasitet. (5) I tilfellet av realisering av en ny kabel hvor den massive kabels høyeste arbeidstemperatur økes fra en konvensjonelle verdi på omtrent 50 - 55°C til omtrent 80°C, blir oljestrømmotstanden lavere nær 80°C, siden isolasjonsoljens viskositet senkes loga-ritmisk ettersom temperaturen øker, slik at negative trykk blir vanskelige å frembringe når full belastning brått slås av. (6) I tilfellet av realisering av en ny kabel hvor den massive kabels største arbeidstemperatur økes fra den konvensjonelle verdi på omtrent 50 - 55°C til 80°C, blir temperaturendringen større enn i det konvensjonelle tilfelle fra romtemperatur når belastningen slås av til den største temperatur på omtrent 80°C. Følgelig øker også oljetrykket inne i kabelen når den fulle belastning blir større. Det er derfor nødvendig å ta skritt mot dette problem. Dette er også viktig i det tilfelle det ovenfor nevnte pkt. (3) tas i betraktning.

Isolasjonsoljen kan være en olje som inneholder.en massiv gummitype. Den massive

gummitype har større molekylvekt. Følgelig er det mulig å forbedre vedheftingen mellom isolasjonspapirene samt forhindre atskillelse av isolasjonspapir, som forårsaker tomrom.

isolasjonsoljens viskositet er fra 10 cSt til mindre enn 500 cSt ved 60°C. Isolasjonsoljen inneholder en massiv gummitype med en gjennomsnittlig molekylvekt på fra 50 000 til mindre enn 2 000 000. Dersom viskositeten er mindre enn 10 cSt ved 60°C, er isolasjonsoljen lett å forflytte og tomrom er tilbøyelige til å oppstå. Dersom viskositeten er 500 cSt eller mer ved 60°C, tillater ikke isolasjonbåndlaget, særlig det som inneholder harpiksfilmlag som i det minste en del av isolasjonen, ikke oljen lett å passere under produksjonen av kabelen, og den yter motstand. Det tar derfor lang tid å impregnere isolasjonsoljen, hvilket derved går utover produktiviteten.

Dersom den massive gummitypes gjennomsnittlige molekylvekt er mindre enn 50 000, blir vedheftingen ikke tilstrekkelig. Dersom den er 2 000 000 eller mer, blir viskositeten for høy til å blande oljen.

Som massiv gummitype foreligger isoprengummi, butadiengummi, isobutylen/isoprengummi, etylen/propylen-gummi, polyisobutylengummi o.l. En av disse eller blandinger av disse gummityper kan anvendes.

I den hensikt å justere isolasjonsoljens viskositet blandes den med en massiv gummitype og en som har lav viskositet, slik som mineralolje, dodecylbenzen (DDB), tung alkylat, flytende polybuten o.l. Av disse foretrekkes polybuten fordi den vanskelig bringer polyolefinharpiksfilmen til å svelle, særlig polypropylenet.

Forholdstallet for den massive gummitype ligger fra 0,1 vekt-% til mindre enn 8 vekt-%. Dersom den er mindre enn 0,1 vekt-% blir vedheftingen ikke tilstrekkelig. Dersom den er 8 vekt-% eller mer, blir isolasjonsoljens viskositet for høy slik at det tar lang tid å impregnere kabelkjernens isolasjonslag under produksjonen av kabelen, hvilket forårsaker produktivitetsproblemer.

Prosess for impregnering med isolasjonsolje, og isolasjonsoljens viskositet

På grunnlag av drøftelsen ovenfor ble impregneringsprosessen med isolasjonsolje, som er meget viktig under produksjonen av en massiv kabel og vanskelig å styre, samt isolasjonsoljens viskositet undersøkt. Først vil impregneringsprosessen med isolasjonsolje bli beskrevet skjematisk.

I en konvensjonell massiv kabel tas kabelkjernen opp i en tørketank, og evakuering og oppvarming utføres for derved å fjerne luft og fuktighet fra isolasjonen. Når tørkingen av kabelkjernen er ferdig, blir vanligvis massiv isolasjonsolje med høy viskositet og som er oppvarmet til 110°C for derved å redusere dens viskositet, ført inn i tanken, slik at isolasjonen impregneres med olje under et forutbestemt trykk og over et forutbestemt tidsrom. Etter dette avkjøles kabelkjernen til romtemperatur. Fordi isolasjonsoljen trekker seg sammen pga. temperaturfallet i kabelkjernen fra den høyeste impregneringstemperatur til romtemperatur, utføres avkjølingen ved en forutbestemt temperaturfallrate under det foran nevnte forutbestemte trykk.

Her velges oppvarmingstemperaturen for isolasjonsoljen innenfor et område hvor isolasjonslagets ytelse ikke blir forringet. Når isolasjonslaget består bare av kraftpapir, velges vanligvis en temperatur i området fra 110 til 140°C. Når isolasjonslaget inneholder en polyolefinharpiksfilm bestemmes på den annen side den høyeste tillatte temperatur ved at smeltepunktene for polyolefinharpiksfilmer i olje tas med i beregningen. Smeltepunktet for polyetylen i olje er omtrent 110°C mens det for polypropylen er omtrent 130 - 140°C.

Det største påførte trykk som tilføres når impregneringen med isolasjonsolje finner sted, velges til å være omtrent 1 - 3 kg/cm<2> x G uttrykt i måletrykk (det trykk hvor det atmo-sfæriske trykk uttrykkes til å være 0 kg/cm<2>). Skjønt den er avhengig av størrelsen av kabelkjernen, er den tidsperiode som fordres for avkjøling omtrent 1 til 3 måneder fra den høyeste impregneringstemperatur til romtemperatur.

Dersom isolasjonsoljens temperatur gjøres høyere innenfor det område som tilfredsstiller betingelsene ovenfor, reduseres viskositeten slik at selve impregneringen gjøres lettere. Det tar imidlertid meget lang tid å avkjøle en enorm mengde kabelkjerne til romtemperatur bare ved hjelp av avkjølingstiltak som bare settes i verk utenfor tanken, slik at den industrielle produktivitet blir dårlig. Det er derfor svært å foretrekke å anvende en så lav temperatur som mulig på kabelkjernen, ved de betingelser hvor tilstrekkelig impregnering kan utføres.

Impregnering av et kraftpapir- isolasionslaq

De typiske sammenhenger mellom temperatur og viskositet i typisk isolasjonsolje og massiv isolasjonsolje med middels viskositet som utnyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse, er vist i fig. 3.

I tilfellet av en vanlig massiv kabel med isolasjon som består bare av isolerende kraft-papirbånd og hvor olje med høy viskositet føres inn ved en høyeste temperatur på 110 - 120°C, kan isolasjonen bli tilstrekkelig impregnert med isolasjonsolje uavhengig av isolasjonens tykkelse. Det kan f.eks. bekreftes at selv med en tykkelse på 20 - 25 mm, hvilket ansees nødvendig for en massiv kabel som med hensyn til konstruksjon klassifiseres til 500 kV, kan isolasjonslaget impregneres i tilstrekkelig grad. Det tar imidlertid meget lang tid, slik som 1 til 3 måneder, å utføre avkjøling under trykk. Følgelig har dette vært et hovedanliggende å forbedre.

Den isolasjonsolje med lav viskositet som fig. 3 angår, er beregnet på en OF-kabel. Den er en væske som har tilstrekkelig flyteevne ved romtemperatur til å gjøre impregnering mulig selv ved romtemperatur, slik at impregneringen kan utføres på meget kort tid, slik som 1 til 3 dager. Siden den er en væske som ikke er klebrig ved romtemperatur tilfredsstiller den imidlertid ikke betingelsen nevnt ovenfor under: "Indeks for høyheten av isolasjonsoljens viskositet". Følgelig kan den ikke benyttes som en massiv isolasjonsolje.

Når den samme kabel ble impregnert med isolasjonsoljen med middels viskositet, dvs. en olje med 10 - 500 cSt ved 60°C vist i fig. 3, i den samme impregneringsprosess som beskrevet ovenfor, kan på den annen side impregneringen utføres i løpet av meget kort tid på en måned i hvert tilfelle. Det ble funnet at olje med middels viskositet er å foretrekke ut fra et produktivitetssynspunkt.

Impregnering av at PPLP- isolasjonslag

En massiv kabel hvor PPLP basert på PP som representant for polyolefinharpiks, ble benyttet som isolasjonslag, ble satt under prøve og dens impregneringsegenskaper ble undersøkt. PP-forholdet k ble da valgt til ikke å være mindre enn 40 % og mindre enn 90 %. Først skal grunnen til at PP-forholdet k ble valgt på denne måte, bli forklart.

Fig. 4 viser strukturen av PPLP laminert med kraftpapir på begge sider av PP-filmen, resistiviteten p (Qcm) for hvert isolasjonsmaterial og fordelingen av likestrømspåkjenning, som er proporsjonal med resistiviteten. PP-filmen som i seg selv er tett, har en over-veldende høyere likestrømsmessig motstandsspenningskarakteristikk enn den for porøst kraftpapir. Når et isolasjonsbånd for vekselstrøm ble utviklet, var det imidlertid kjent at PP-filmen er skjør dersom en elektrisk strøm treffer direkte på dens overflate. For å forbedre dette forhold og sikre en oljebane, ble PPLP laminert med kraftfilm på begge sider av PP-filmen utviklet.

Opprinnelig ble PPLP utviklet for en vekselstrømskabel laminert med kraftpapir som hadde en forholdsvis liten luftgjennomtrengelighet (f.eks. omtrent 1 500 Gurley-sekunder) for å realisere lavt tap (lav permittivitet (e) og liten tapsvinkel (tan 8)) samt realisere en høy impulstoleransespenning. I tillegg ble det ansett at både vekselstrøm og impuls-speninger tar topper av gjennomslagsspenninger når PP-forholdet k ligger i området 40 - 50 %, slik som vist i fig. 4 og 5 i artikkelen " Study of Polypropylene- Laminated Paper for Extra- High Voltage ( EHV) and Ultra- High Voltage ( UHV) OF Cables", Papers of The Institute of Electrical Engineering of Japan (53-A53 (1977, bind 97, nr. 8)), s. 403 - 410. Derfor ble PPLP med et PP-forhold k på 40 - 60 % benyttet for konvensjonelle OF-kabler for vekselstrøm (og likestrøm) fordi det var vanskelig og kostbart å øke PP-forholdet k. Som utviklingsresultat fra undersøkelsene og med tro på at det skulle foreligge en spesiell PPLP som var egnet for massive likestrømskabler, fant foreliggende oppfinnere ut det etterfølgende.

(1) Likestrømspåkjenningen konsentreres i PP-film som er overlegen med hensyn til likestrømstoleransespenning pga. en forskjell i p mellom kraftpapir og PP-film. Følgelig er det naturlig at gjennomslagsfastheten for likestrøm forventes å stige proporsjonalt med PP-forholdet k. (2) Når PPLP fremstilles ved å ekstrudere smeltet PP mellom to kraftpapirark, kan PP-filmens overflateskjørhet overvinnes ved grensesonen (det skraverte området i fig. 4 av papiret) for PP-filmoverflaten, hvor PP og fibre av kraftpapir blir sammenfiltret med smeltet PP-film ved dens grensesone. (3) Fordi det i tilfellet av likestrømskabler ikke foreligger noe dielektrisk tap slik som det som induseres i vekselstrømskabler, eksisterer det heller ikke en elektrisk tapsbetingelse i det kraftpapir som lamineres. Følgelig er det ved å bruke kraftpapir som har en noe høy luftugjennomtrengelighet, slik som 3 000 Gurley-sekunder eller mer, mulig å over-vinne den ulempe at impulsgjennomslagsfastheten begynner å avta når PP-forholdet overskrider 40 - 50

Ut fra dette synspunkt ble det utviklet PPLP med et høyt PP-forhold som ikke bare var mindre nødvendig, men også vanskelig å produsere industrielt i praksis, uten å endre den samlede tykkelse fra den konvensjonelle verdi (100 - 150 pm). Et detaljert eksempel på en fremgangsmåte for å produsere den nye PPLP med høyt PP-forhold er beskrevet i JP-patentsøknad Nr. Toku Kai Hei 10-199338. I følge denne metode kan det oppnås PPLP med PP-forhold som overskrider f.eks. 80 %.

Fig. 5 viser et eksempel på den dielektriske ytelse målt på den ovenfor nevnte nye PPLP. Gjennomslagsfastheten overfor likestrøm øker lineært med økningen i PP-forholdet, slik som ventet. I tillegg forstås det at impulsgjennomslagsfastheten også forbedres, skjønt bare noe sammenlignet med likestrøm, utover det konvensjonelt aner-kjente PP-forhold som gir den høyeste impulsgjennomslagsfasthet for konvensjonell

PPLP.

I tillegg viser fig. 6 hvordan forholdet mellom PPLP's gjennomslagsspenning for likestrøm og den for kraftpapir med høy ugjennomtrengelighet i konvensjonelle massive kabler, endrer seg med økningen av PP-forholdet i PPLP. Når det anvendes et kostbart isolasjonsbånd, slik som PPLP som er av høy grad og har komplisert struktur, er det naturlig at virkningen av forbedringen bør forventes å være så mye. Ut fra fig. 6 ble det sluttet at et PP-forhold på 40 % eller mer var å foretrekke fordi virkningen med hensyn til å forbedre verdien for gjennomslagsfasthet overfor likestrøm ikke ble merkbar når PP-forholdet var mindre enn 40 %. På den annen side vil det senere bli beskrevet til hvilket punkt PPLP som har et høyt PP-forhold er egnet for massive kabler annet enn med tanke på høy gjennomslagsfasthet overfor likestrøm, og hvordan det er fordelaktig å ha mange slags PPLP med forskjellig PP-forhold, idet dette er foreliggende oppfinnelses kjerne.

Først ble det produsert en kabel (prøveeks. 1) isolert med PPLP med et PP-forhold på k på 40 % og hvis tykkelse var 15 mm, som ble impregnert med konvensjonell isolasjonsolje med høy viskositet på samme måte som ved den ovenfor beskrevne impregneringsprosess. Som et resultat kunne impregneringen utføres tilfredsstillende, skjønt tiden for impregneringen ble betraktelig forlenget sammenlignet med en kraftpapirkabel.

Deretter ble det produsert en kabel (prøveeks. 2) med en isolasjonstykkelse på 23 mm ved å utnytte den samme PPLP som i prøveeks. 1 og som ble impregnert med isolasjonsolje med høy viskositet på samme måte som med den ovenfor beskrevne impregneringsprosess. Som et resultat ble det funnet at det behøves meget høyt trykk og meget lang tid for å impregnere til det aller innerste sjikt av isolasjonslaget. Følgelig ble det funnet at industrielt fordres det en kraftig forbedring.

Den samme kabel som i prøveeks. 2 ble benyttet og impregnert med isolasjonsolje med middels viskositet på omtrent 500 cSt ved 60°C og vist i fig. 3 (prøveeks. 3). Denne gang kunne impregneringen utføres lettere enn under impregneringsbetingelsene ved konvensjonelt kraftpapir.

Ved å benytte PPLP med et PP-forhold på over 80 % ble deretter en kabel med en isolasjonstykkelse på 20 mm utledet som isolasjonstykkelsen for en kabel tilsvarende 500 - 700 kV, produsert og impregnert med isolasjonsolje med middels viskositet og benyttet i prøveeks. 3 på samme måte som ved den ovenfor nevnte impregneringsprosess (prøveeks. 4). Denne gang kunne impregnering oppnås uten vanskelighet til det aller innerste sjikt. Det ble imidlertid funnet at det var meget vanskelig å produsere kabelen industrielt og det ble foretrukket å benytte isolasjonsolje med en høyere viskositet enn i dette tilfelle.

Videre ble en kabel med samme konfigurasjon som den i prøveeks. 4 impregnert med isolasjonsolje med middels viskositet på 30 - 400 cSt ved 60°C (prøveeks. 5). Da ble impregneringen påfallende forbedret ettersom viskositeten ble lavere. Som et resultat ble det funnet at en isolasjonsolje med viskositet på ikke mer enn 500 cSt ved 60°C var å foretrekke for bruk sammen med PPLP. Ved å benytte isolasjonsolje med middels viskositet også i tilfellet av en kraftpapirkabel kunne ikke bare impregneringen forbedres påfallende lett, men også den høyeste impregneringstemperatur kunne reduseres, slik som nevnt ovenfor. Det ble funnet at det var mulig å forkorte impregneringstiden på en meget fordelaktig måte med hensyn til industriell produksjon.

Den viskositet for olje som tilfredsstiller den ovenfor nevnte "Indeks for høyheten av isolasjonsoljens viskositet" ble undersøkt på grunnlag av betraktningene ovenfor. Undersøkelsens form og resultater vil bli forklart samtidig.

Ut fra den antagelse at stedet var det sydlige Japan og omgivelsestemperaturen var lavere enn 40°C, ble den tilstand hvor isolasjonsoljen impregnert i en kabel dryppet ned fra et snitt på tvers av kabelen observert. I tilfellet av en konvensjonell massiv kabel isolert med kraftpapir alene sev i det meste isolasjonsoljen ut, uten å blåse ut kontinuerlig, slik at avtetting kunne oppnås på en tilfredsstillende måte med et vinylbånd eller lignende så lenge isolasjonsoljens viskositet ikke var mindre enn 50 cSt ved 40°C. Selv om viskositeten ble senket til omtrent 15 cSt kunne dessuten forsegling bare så vidt oppnås, men det var meget vanskelig å håndtere forseglingen. Ved å anta at stedet var i det nordlige Japan og omgivelsestemperaturen var 5 - 20°C, ble imidlertid utsivingen av isolasjonsoljen merkbart redusert i forhold til viskositetsøkningen, selv med den samme isolasjonsolje.

I tilfellet av et isolasjonsbånd (f.eks. PPLP) inneholdende et polyolefinharpiksfilmlag, ble på den annen side mengden av utsivingen av isolasjonsolje ekstremt liten, selv under 15 cSt ved 40°C sammenlignet med tilfellet av en isolasjon som bare har kraftpapir, fordi mengden av isolasjonsolje i isolasjonslaget var redusert og PP-filmlaget uten noen porer oppviste meget stor oljestrømmotstand.

Dette forhold vil bli forklart med henvisning til fig. 7. I fig. 7 opptar porer 30 - 50 % av et parti av kraftpapiret 10. Porene inneholder isolasjonsolje og tillater olje å passere gjennom seg. Et PP-filmlag 11 absorberer derimot isolasjonsolje, men det får den absorberte isolasjonsolje ikke til å flyte utenpå filmen og den tillater i det hele tatt ikke isolasjonsolje å passere gjennom filmen. Isolasjonsoljen beveger seg gjennom en oljebane 12 som omfatter porer i kraftpapirfibrene og tilstøtende rom (oljegap) mellom PPLP i det samme lag. Derfor var mengden av utsivende isolasjonsolje ikke større enn omtrent halvparten ved et PP-forhold på 40 % og ikke større enn 10 % ved et PP-forhold på 80 % sammenlignet med den for kraftpapir alene. Selv i tilfellet av en isolasjonsolje på 15 cSt ved 40°C er den følgelig meget egnet for en massiv kabel dersom PP-forholdet ikke er mindre enn 40 %.

Som beskrevet ovenfor ble det funnet at en viskositet på ikke mer enn 15 cSt ved 40°C, dvs. ikke mindre enn omtrent 10 cSt ved 60°C, var å foretrekke som isolasjonsolje (se fig. 3).

Ordnes disse resultater, foretrekkes en isolasjonsolje hvis viskositet er 10 - 500 cSt ved 60°C som massiv isolasjonsolje. Viskositeten av isolasjonsoljen ved 60°C (den temperatur som tillater den høyeste ledertemperatur i en massiv kraftkabel) bør helst utnyttes jevnt for lett å sammenligne forskjellige typer isolasjonsolje. En isolasjonsolje med den mest egnede viskositet kan velges ved å ta med i beregningen det material som utgjør isolasjonslaget, PP-forholdet k, ingrediensforholdet for PP og kraftpapir i hele isolasjonslaget, den massive kabels overføringskapasitet, arbeidsbetingelsene under overføringen, innbefattet metoden for å koble bort belastningen, samt omgivelsene for den massive kabel som skal benyttes.

Økning av det interne oljetrykk ved påføring av et forsterkende båndlag Midler for i størst mulig grad å hindre negativt trykk fra å oppstå nær en ledning når belastningen kobles ut, vil bli beskrevet nedenfor. Dette middel er det mest viktige poeng for en massiv kabel.

Fra den ovenfor nevnte undersøkelse ble det funnet at alternativt trykk knapt ble frembragt i en konvensjonell massiv kabel med kraftpapirisolasjon i noe tilfelle hvor belastningen kobles ut med hensyn til en endring i det interne trykk vist i fig. 2, så sant isolasjonsolje med middels viskositet ble anvendt.

Et isolasjonslag som inneholder polyolefinharpiksfilm ble undersøkt ved å utnytte den ovenfor nevnte PPLP. På grunn av den høye dielektrisitetsstyrke for PPLP, er det i dette tilfelle to forsøk: (1) et forsøk hvor den høyeste arbeidstemperatur innstilles til omtrent 50°C, som er like høyt som i en konvensjonell massiv kraftpapirkabel, mens arbeidsspenningen heves fra den vanlige verdi på 450 kV eller mindre, opp til 500 - 600 kV eller et nivå på 700 kV, for derved å øke kapasiteten og (2) et forsøk hvor den høyeste arbeidstemperatur økes opp til omtrent 80°C, for derved å øke kapasiteten. Alternativt er det et annet forsøk hvor begge de ovenfor nevnte forsøk kombineres for derved å gjøre kabelens ytelse bedre ved at dens kapasitet utvides. I begge tilfeller er det nødvendig å øke forholdet for polyolefinharpiksfilmen i den hensikt å gjøre ytelsen bedre. Siden oljestrømmotstanden beskrevet i fig. 7 da øker, foretrekkes det å utføre målinger for i så stor grad som mulig å hanskes med negativt trykk.

Her gjøres det en undersøkelse med hensyn til å hindre negativt trykk ved å gjøre oljetrykket inne i en massiv kabel høyere. Som det forstås av fig. 2 og slik det er beskrevet ovenfor, mettes temperaturgradienten i kabelen slik at den blir konstant og som reaksjon på dette stanser isolasjonsoljen sin ekspansjon når en tid har passert etter påføring av en belastningsstrøm, slik at oljetrykket inne i kabelen positivt blir konstant. Etter dette og når belastningen tas bort, synker temperaturen nær lederen brått, slik at volumet av olje omkring denne trekker seg sammen, hvilket får oljetrykket på dette sted til å falle forbigående. Dersom oljen ikke beveger seg raskt i radial retning fra utsiden mot innsiden ved den trykkforskjell som genereres når belastningen slås av, frembringes det slik som allerede beskrevet, negativt trykk. Den letthet som oljen har for å bevege seg på dette tidspunkt er omvendt proporsjonal med størrelsen av oljestrømmotstanden i isolasjonslaget og proporsjonal med oljetrykkforskjellen mellom utsiden og innsiden av isolasjonslaget.

Siden en oljebane er smalt begrenset til partiet med kraftpapir så lenge PPLP benyttes, økes oljestrømmotstanden. Siden oljestrømmotstanden avtar avhengig av senkningen i viskositet, blir imidlertid den ovenfor nevnte økning i oljestrømmotstanden annullert dersom isolasjonsolje med middels viskositet utnyttes for PPLP-isolasjonen. Dessuten anses det fordelaktig å bruke kabelen ved så høy som mulig fullbelastningstemperatur fordi viskositeten er mer senket. For på det tidspunkt hvor belastningen kobles ut å forsterke forskjellen i oljetrykk mellom utsiden og innsiden av isolasjonslaget, er det dessuten nødvendig å høyne det oljetrykk som er konstant i hele isolasjonen under full belastning, dvs. å høyne oljetrykket umiddelbart før belastningen kobles bort, slik som vist i fig. 2.

Når kabelen benyttes ved høy temperatur utvider oljen seg proporsjonalt med temperaturforskjellen mellom omgivelsestemperaturen og den høye temperatur. Dersom volumet av isolasjonslaget ikke øker mye nok til å absorbere oljens utvidelse, vil følgelig oljetrykket øke påtagelig. Dette er imidlertid å foretrekke for det formål å øke oljetrykket umiddelbart før belastningen kobles bort og derfor bør det utnyttes positivt. Det fordres imidlertid at en kabels metallkappe (vanligvis fremstilt fra bly) er i stand til å motstå dette høye oljetrykk. Dersom den ikke kan tåle trykket, vil metallkappen utvide seg slik at trykket ikke tillates å øke eller metallkappen kan briste når tilstanden blir verre, evt. kan den bli fatalt skadet på grunn av metalltretthet som skyldes gjentatte belastningssykluser. Dette er en annen grunn til at den høyeste arbeidstemperatur er blitt begrenset.

I strukturen av en konvensjonell massiv kabel vist i fig. 1 er på den annen side et poly-etylenlag 6 mot korrosjon og som er rikt på elastisitet anordnet rett på metallkappen 5 (blykappen). Dette kom av at ekstruderingsutstyr for henholdsvis bly og polyetylen (PE) var koblet i tandem, for derved å lette produksjonen og gjøre den rimelig. Med hensyn til det negative trykk var dessuten arbeidstemperaturen begrenset til en lav temperatur i den konvensjonelle massive kabel. Følgelig økte ikke oljetrykket og noe problem oppsto da heller ikke.

Videre var et metallbånd 7 for intern trykkbeskyttelse anordnet like på antikorrosjonslaget 6. Siden sjøvannet nådde et parti av metallbåndet 7, var materialet i metallbåndet 7 ut fra et korrosjonssynspunkt begrenset til sinkbelagt stål, bronse eller messing. Høy strekkfasthet kan ikke forventes for noen av disse materialer. Videre kan innvirkningen fra sjøvann på korrosjonen av metallbåndet 7 ikke unngås, slik at høy intern trykkbeskyttelse heller ikke kan forventes ut fra dette synspunkt.

Derfor fant foreliggende oppfinnere ut at et forsterkende lag (ikke vist) for å beskytte det indre trykk fra metallkappen 5 bør anordnes inne i det høyelastiske lag 6 mot korrosjon, dvs. like på metallkappen 5.

Som material i det forsterkende lag er det mulig å benytte rustfritt stålbånd (SUS), aramidfiber, osv. som lett kan oppnå høy strekkfasthet og som industrielt er lett tilgjengelig. SUS 304 foretrekkes fordi det er fordelaktig med hensyn til pris. Det forsterkende lag kan dannes ved å vikle stoffbånd sammen med SUS-båndet når dette er nødvendig.

SUS 304 er tilbøyelig til å korrodere dersom det berører sjøvann mens aramidfiber eller lignende kan få problemer på grunn av nedbryting som forårsakes av sjøvann. Med tanke på denne oppfinnelse anvendes imidlertid et forsterkende lag inne i det antikorro-sive plastlag 6. Beskyttet mot sjøvann kan SUS således lett gi en strekkfasthet på omtrent 40 kg/mm<2> eller mer, og et SUS-bånd av høyspent type på ikke mindre enn 100 kg/mm<2> er også tilgjengelig. En kabel av den type som har stor motstand mot internt trykk kan lett realiseres dersom SUS formes til et bånd av nødvendig tykkelse og som omvikles det nødvendige antall ganger.

Det målte største oljetrykk og datamaskinberegnede oljetrykk i den massive kraftpapirkabel vist i fig. 1 var kortvarig omtrent 10 kg/cm<2> like over lederen, men det konstante oljetrykk var høyst 2 - 4 kg/cm<2> etter stabilisering.

Når et forsterkende lag ble anordnet rett på metallkappen kunne på den annen side det konstante oljetrykk etter metning lett gjøres lik 10 kg/cm2 eller mer. Dersom et pute-eller støtlag, slik som et stoffbånd, etter ønske anordnes under SUS-båndet, dvs. mellom blymantelen og SUS-båndet, kan i tillegg det endelige konstante oljetrykk med fordel lett styres. Dette endelige konstante trykk endrer seg på en komplisert måte avhengig av impregneringsgraden for isolasjonsoljen i fabrikken, tomrommet mellom kabelkjernen og metallkappen under ekstruderingsprosessen for metallkappen, graden av deformasjon av metallkappen, temperaturen av isolasjonsoljen oppvarmet under ekstruderingsprosessen for metallkappen eller ekstruderingsprosessen for plastlaget mot korrosjon, omgivelsestemperaturen langs den bane hvor kabelen legges, dybden av sjøbunnen hvor kabelen legges, og lignende.

I de fleste tilfeller av massive kraftpapirkabler ble det funnet at negativt trykk ikke ble frembragt etter at belastningen var slått av når det ble oppnådd et mettet konstant trykk på omtrent 10 kg/cm<2> eller mer.

En ny massiv kabel som utnytter et PPLP-bånd og hvor den høyeste arbeidstemperatur kunne økes til omtrent 80°C ble undersøkt. I dette tilfelle er temperaturforskjellen mellom omgivelsestemperaturen (temperatur uten belastning) og den høyeste ledertemperatur så stor at ved beregning når oljetrykket 100 kg/cm<2> eller mer dersom utvidelsen og sammentrekningen av blymantelen ikke tas med i beregningen. Også i dette tilfelle kan forsterkning oppnås ved å utnytte SUS-bånd med en strekkfasthet på 100 kg/cm<2> og ved å vikle flere båndsjikt til en samlet tykkelse på omtrent 1 mm med en sikkerhetsfaktor på 2.

I praksis øker imidlertid sjeldent trykket til en slik høy verdi pga. forskjellige usikkerhets-momenter som påvirker det endelige konstante trykk, vanskeligheten ved å holde 100 % impregnering av en ferdig massiv kabel med isolasjonsolje, eksistensen av utvidelse og sammentrekning av det forsterkende lag og metallkappen, og lignende.

Det ble også funnet at økningen i det interne oljetrykk reduseres i tilfellet av PPLP fordi

volumet av isolasjonsoljen som ekspanderende material er mye mindre enn det for kraftpapir og selve PPLP reduserer sin tykkelse pga. oljetrykket for derved å kompensere for økningen i oljetrykket. For å forvente denne virkning i denne grad, foretrekkes det å øke PP-forholdet i PPLP. Derfor er en PPLP hvis PP-forhold k er noe over 80 % egnet for

en massiv kabel som skal drives ved høy temperatur.

For å fremme denne virkning av PPLP vil det gå bra dersom forholdet mellom et harpiksfilmlag som foreligger i hele kabelens isolasjon økes mens et kraftpapir er anordnet vekselvis med en harpiksfilm, for derved å bibeholde en oljebane som utgjøres av det porøse kraftpapir.

Fig. 8A viser et isolasjonslag hvor det bare benyttes et komposittbånd 20 hvor PP-filmen 21 er laminert med kraftpapir 22. Når PP-filmforholdet k i dette tilfelle er 40 % i det ene sjikt av komposittbåndet 20, er den også 40 % for kabelens samlede isolasjon.

Når isolasjonen dannes ved å alternere komposittbåndet 20 med et bånd 30 som bare består av PP-film, blir imidlertid lag av kraftpapir 22 alltid lagt inn mellom hvert PP-filmlag, slik som vist i fig. 8B. Følgelig sikres det en oljebane eller et putelag. Når f.eks. de respektive bånd har den samme tykkelse og PP-filmforholdet k for komposittbåndet 20 er lik 40 %, kan PP-filmforholdet for den samlede isolasjon økes til 70 % ved vekselvis å vikle disse bånd. Følgelig kan mengden isolasjonsolje pr. isolasjonsvolumenhet reduseres for å øke filmens evne til å trekke seg sammen pga. internt oljetrykk og for å redusere oljestrømmotstanden. Dette forhold er meget å foretrekke for en massiv kabel som er neddykket i isolasjonsolje med middels viskositet.

Dette forhold er også fordelaktig med hensyn til den elektriske ytelse fordi raten av kraft-papirlagets resistivitet som er for liten til å ta del i likestrømspåkjenningen, reduseres, mens derimot raten av harpiksfilmlaget som er sterkt mot likestrømspåkjenning, økes.

Konfigurering av overføringslinje

Økningen i det interne oljetrykk forårsaket av temperaturforskjellen og utvidelsen av

isolasjonsoljen er et fenomen som opptrer over hele kablenes lengde. Ikke minst opptrer fenomenet nær kabelens begge ender. Når viskositeten for isolasjonsoljen med middels viskositet reduseres mens kabelens drives til å arbeide ved høy temperatur, er det derfor en fare for at denne ekspanderende isolasjonsolje skader hver terminering. Som vist i fig. 9 foretrekkes det derfor at oljestansende skjøtemuffer 41 (Stop-Joint, eller forkortet

SJ) anordnes nær begge ender av en massiv kabel ved et undersjøisk parti 40, fortrinnsvis ved kysten, som skiller landkabelen 42 fra den undersjøiske kabel og som er forskjellig fra den tidligere med hensyn til omgivelsestemperatur, mens begge kabler er forbundet ved hjelp av skjøtemuffer (SJ) 41. Som et resultat hindres isolasjonsolje med høy temperatur fra å bevege seg pga. oljens ekspansjon. Enhver type landpartikabler 42 kan anvendes. Når landpartikabelen 42 er forskjellig fra den massive undersjøiske kabel, benyttes en overgangsskjøt (TJ - transition joint).

Som beskrevet ovenfor er det et tilfelle hvor det i en massiv undersjøisk kabel som er lagt i sjøen ikke dypere enn en dybde på 70 - 100 m, dvs. en kabel nær kysten, kan oppstå et negativt trykk pga. mangel på eksternt vanntrykk, når det ikke foreligger noen belastning. Særlig er denne tilbøyelighet påfallende observert når en kabel er lagt i en tilstand hvor isolasjonsoljen inne i kabelens metallkappe er utilstrekkelig. Ut fra et elektrisk ytelsessynspunkt er dette ikke å foretrekke når en belastning skal slås av.

Det foretrekkes derfor at oljematingstanker 43 anordnes ved begge endeterminaler av en overføringsledning for å holde isolasjonsoljen inne i materialene samt tilføre isolasjonsolje til en kabel hvor isolasjonsoljen er utilstrekkelig, ved hjelp av en noe positivt trykksatt isolasjonsolje i tanken 43, og hvis viskositet er middels eller mindre.

Når det undersjøiske parti av den massive kabel 40 er en konvensjonell kraftpapirkabel forbundet direkte med termineringene ved begge ender uten mellomstykke (SJ) (ikke vist), er oljematingstankene anordnet og forbundet med hver terminering for å tilføre isolasjonsolje til den massive kabel, som har en viskositet som er middels eller lavere. Når det undersjøiske parti av den massive kabel 40 er en massiv kabel med minst et isolasjonslag, av hvilket et visst parti inneholder polyolefinharpiksfilm for bruk ved høy temperatur, er oljematingsrør 44 forbundet med den undersjøiske kabelside av SJ 41 og koblet sammen med oljematingstankene 43 for å tilføre olje, slik som vist i fig. 9. Ikke desto mindre er oljematingstankene 43 også forbundet med landpartikablene 42 for å tilføre isolasjonsolje til landpartikablene 42. I dette tilfelle foretrekkes det å anordne en avstengningsventil mellom SJ 41 og oljematingstanken 43 slik at olje hindres fra å flyte tilbake fra det undersjøiske parti av den massive kabel 40 til oljematingstanken 43 pga. høy temperatur og høyt oljetrykk i den undersjøiske del av kabelen mens belastningen står på.

Vannpartikabelen 42 som befinner seg på landsiden av SJ 41 kan være en OF-kabel eller en massiv kabel. Det vil gå bra dersom isolasjonsoljen i oljematingstanken på egnet måte endres i samsvar med kabeltype. Det vil si at isolasjonsolje med lav viskositet kan brukes for en OF-kabel, mens isolasjonsolje med middels eller lavere viskositet kan brukes for en massiv kabel.

Sammenhengen mellom SP- verdi for isolasjonsolje og SP- verdi for polyolefinharpiksfilm For å få en massiv kabel til å oppvise fullstendig elektrisk ytelse er det viktig å velge SP-eller løselighetsverdier (SP - Solubility Parameter) for harpikspolyolefinfilmen og isolasjonsoljen når det i en massiv kabel i det minste delvis brukes et isolasjonsbånd som anvender en polyolefinharpiksfilm.

Fig. 10 viser SP-verdier for harpikspolymerer og oljer med tanke på sammenligning.

Dessuten viser fig. 11 sammenhengen mellom absorpsjonsmengden for isolasjonsolje fra mineralfamilien (SP-verdien er noe mindre enn 8) og impulsgjennomslagfastheten i vedkommende harpiksfilmer. I tillegg viser fig. 12 impulsgjennomslagsfastheten for harpiksfilmer impregnert med isolerende mineralolje og hvis SP-verdi er noe mindre enn 8, via sammenhengen med SP-verdier for harpiksfilmer.

Det skal forstås fra disse tegninger at SP-verdien for harpiksfilmer er nærmere Sp-verdien for isolasjonsolje, og at harpiksfilm absorberer isolasjonsolje for å forbedre den elektriske ytelse. Forbedringen med hensyn til elektrisk ytelse iakttas over hele elektro-strømsområdet, for impulser og likestrøm. Særlig i tilfellet av polyolefinharpiksfilm ble det funnet at denne virkning er påfallende dersom syntetisk olje med en SP-verdi på omtrent 8, dvs. isolasjonsolje fra alkylbenzenfamilien (f.eks. isolerende dodecylbenzen-olje, DDB) ble benyttet, slik at både likestrøms- og impulsgjennomslagsfastheten kunne forbedres med omtrent 10 % med hensyn til både likestrøm og impulser.

Med hensyn til isolasjonsolje med middels viskositet som frembringer en slik virkning, foretrekkes det å frembringe den ved å justere viskositeten ved å benytte blandet isolasjonsolje av en eller flere typer isolerende oljer av polyesterfamilien, polybutenfamilien, isolerende mineralolje, isolerende olje av alkylbenzenfamilien eller tunge oljer fra alkylatfamilien, som er en type av disse, osv.

I den hensikt å gjøre denne virkning mer påfallende foretrekkes det å sikre oljeabsorp-sjonen i harpiksfilmen i tilstrekkelig grad på forhånd. For å oppnå dette er det fordelaktig å benytte en metode hvor lavviskositetsolje som har en SP-verdi nær harpiksfilmen absorberes i tilstrekkelig grad i filmlaget for derved å impregnere kabelen med en isolasjonsolje med middels viskositet som er mest egnet for en massiv kabel.

Isolerende oljer med lav viskositet fra OF-kabler har en viskositet på 10 cSt eller mindre ved normal temperatur og impregneres meget lett. DDB som er en type isolasjonsolje av alkylbenzenfamilien har en SP-verdi på 8 og blir ekstremt godt absorbert i en polyolefinharpiksfilm. Derfor impregneres en kabelkjerne med DDB på forhånd etter å ha vært tørket. Etter dette holdes kabelkjernen ved 80°C eller mer i 24 t eller mer for derved å få filmen til å absorbere oljen. Deretter dreneres DDB fra kabelkjernen og kabelkjernen impregneres med en isolasjonsolje som har middels viskositet. På denne måte kan den ovenfor nevnte virkning stabilt oppnås uten å senke produktiviteten.

Gradering av isolasjonslaget

Foreliggende oppfinnere oppnådde også isolasjonsbånd som var forskjellig med hensyn til sammensetningsforholdet for kraftpapir og polyolefinharpiksfilm, og oppnådde da forbedringer med hensyn til kabelens elektriske ytelse ved med ferdighet å kombinere disse isolasjonsbånd for å oppnå ønsket fordeling av de elektriske påkjenninger i en massiv likestrømskabel. De isolerende bånd inneholder her et bånd bare av kraftpapir, et sammensatt bånd eller komposittbånd av kraftpapir og polyolefinharpiksfilm samt et bånd bare av polyolefinharpiksfilm.

Ved f.eks. å benytte kraftpapir (permittivitet e = 3,4 og resistivitet p = 10<14> - 1017 Qcm) og PPLP ( k = 40 % ekvivalent, permittivitet e = 2,8 og resistivitet p = 1016 - 10<18> Qcm) anordnes et kraftpapirbåndlag i en sone A på lederen og i en sone C like under metallkappen, mens PPLP anordnes i en sone B ved midten, mellom sonene A og B, som et isolasjonslag, slik som vist i fig. 13. Med hensyn til impulser kan følgelig fordelingen av konstruksjonsmessige påkjenninger i sonene A og C reduseres ved hjelp av e-gradering. Med hensyn til likestrøm kan fordelingen av de konstruksjonsmessige påkjenninger i de samme soner A og C reduseres ved hjelp av p-gradering. Siden det parti av isolasjonen som kommer i kontakt med lederen eller metallkappen vanligvis kan være elektrisk meget sårbare, foretrekkes det i svært stor grad å redusere de elektriske påkjenningsfordelinger i disse partier, slik som vist i fig. 14.

Når området like over lederen hvor negativt trykk kan skapes når belastningen slås av, er forsynt med et isolasjonslag, slik som nevnt ovenfor, hvis resistivitet er lavere enn den for det isolerende hovedlag, fordeles dessuten ikke påkjenningen på dette svake parti, hvor negativt trykk kan skapes. Dette forhold foretrekkes følgelig for en massiv kabel.

Når f.eks. PPLP med et PP-forhold på k = 80 % er anordnet i området av det isolerende lagområde nær lederen, er dessuten PPLP med k = 60 % anordnet i det neste utenforliggende isolerende lagområde og PPLP med k = 40 % anordnet i det ytterligere neste utenforliggende isolerende lagområde, mens p-gradering kan innstilles til å frigjøre like-strømspåkjenning i isolasjonslaget når belastningen slås på og av fordi resistiviteten p normalt blir større jo større k er. Når isolasjonsoljen i denne struktur har en viskositet som virkelig er middels, men som er så høy som mulig for å bli anvendt for visse konstruksjonsmessige betingelser, er fortrinnsvis raten av kraftpapir i isolasjonen høyere og oljestrømmotstanden mindre ettersom man kommer utover mot utsiden av kabelen, slik at impregneringen med fordel blir forholdsvis lett å utføre.

Skjønt de tilfeller hvor det benyttes to eller tre typer isolasjonsbånd er beskrevet ovenfor, kan flere typer isolasjonsbånd anvendes for gradering. I sådanne tilfeller kan isolasjonen konstrueres mer rasjonelt, hvilket er et epokegjørende fremskritt sammenlignet med den konvensjonelle betraktning av kabler, hvor bare én type isolasjonsmaterial kunne brukes.

I kabelen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan, slik som beskrevet ovenfor, de

etterfølgende virkninger oppnås.

(1) Det er mulig å realisere drift ved høy arbeidstemperatur og stor kapasitet i en massiv kabel. (2) Det foreligger intet tilfelle hvor negativt trykk skapes i et isolasjonslag nær en leder når belastningen slås av, slik at generering av tomrom innskrenkes og forringelse av den elektriske ytelse forhindres. (3) Det er ingen fare for at isolasjonsolje lett lekker ut fra en kabels endeparti når kabelen kuttes og håndteres. (4) Ved å anordne et forsterkende lag på metallkappen blir det mulig å gjøre oljetrykket inne i kabelen høyt, og derfor er det ingen fare for at metallkappen skal briste. (5) Med produksjonsmetoden for en massiv kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse kan dessuten et isolasjonslag bli fullstendig impregnert med isolasjonsolje uten at produktiviteten senkes.

I en overføringskabellengde i henhold til oppfinnelsen kan en kabels endeparti dessuten hindres fra å briste pga. ekspansjonen av isolasjonsoljen under full belastning, ved at det anordnes en stoppskjøt SJ. Ved å anordne en oljematingstank kan i tillegg isolasjonsolje tilføres en kabel som strekker seg fra et sjøparti til et landparti slik at mangel på olje kan hindres fra å oppstå.

Når det undersjøiske parti på den massive kabelside av stoppskjøten og den oljematende tank er forbundet via et oljematingsrør og en avstengningsverdi er anordnet i dette oljematingsrør, er det ikke bare mulig å tilføre isolasjonsolje med middels viskositet til det undersjøiske parti av den massive kabel, men særlig er det også mulig å hindre olje fra å strømme tilbake fra kabelen til oljematingstanken.

Claims

1. Massiv likestrømskabel som omfatter: - en leder (1), - et isolasjonslag (3) anordnet på den ytre omkrets av lederen (1) og impregnert med isolasjonsolje, - en metallkappe (5) anordnet på den ytre omkrets av isolasjonslaget (3) og - et forsterkende lag dannet på den ytre omkrets av metallkappen for å ta sin del av ringpåkjenningen som utøves på metallkappen og for å forsterke metallkappen, og - et korrosjonsbestanding lag (6) utenpå det forsterkende lag, karakterisert ved at nevnte isolasjonslag (3) omfatter en polyolefinharpiksfilm (11), idet nevnte isolasjonsolje er en isolasjonsolje med middels viskositet, som har en viskositet på minst 10 cSt (centiStoke) og høyst 500 cSt ved 60°C.

2. Massiv likestrømskabel som angitt i krav 1, og hvor et komposittbånd som omfatter en polyolefinharpiksfilm (21) laminert med kraftpapir (22) på begge sider og et isolasjonsbånd som omfatter en polyolefinharpiksfilm (30) alene, er viklet vekselvis for å danne i det minste et parti av nevnte isolasjonslag (3).

3. Massiv likestrømskabel som angitt i krav 2, og hvor komposittbåndet har et forhold mellom tykkelsen av nevnte polypropylenfilm (21) og den samlede tykkelse av komposittbåndet på minst 40 % og høyst 90 %.

4. Massiv likestrømskabel som angitt i krav 2 eller 3, og hvor komposittbåndet har et forhold mellom tykkelsen av nevnte polyolefinharpiksfilm (21) og den samlede tykkelse av nevnte isolasjonsbånd, som endrer seg, for derigjennom å gradere i det minste enten permittiviteten e eller resistiviteten p i nevnte isolasjonslag.

5. Massiv likestrømskabel som angitt i et av de foregående krav, og hvor isolasjonsoljens løselighetsverdi (SP-verdien) ligger innen et område på ±1,5 av løselighetsverdien for polyolefinharpiksfilmen (21, 30).

6. Massiv likestrømskabel som angitt i et av de foregående krav, og hvor isolasjonsoljen med middels viskositet i hovedsak inneholder polybuten.

7. Massiv likestrømskabel som angitt i et av de foregående krav, og hvor isolasjonsoljen med middels viskositet inneholder en massiv type gummi med en gjennomsnittlig molekylvekt på fra 50 000 til høyst 2 000 000.

8. Massiv likestrømskabel som angitt i krav 7, og hvor nevnte massive gummitype omfatter i det minste enten isoprengummi, butadiengummi, isobutylengummi, etylenpropylengummi og/eller polyisobutylengummi.

9. Massiv likestrømskabel som angitt i et av de foregående krav, og hvor isolasjonsoljen er en blanding av en flytende type polybuten og en massiv gummitype.

10. Massiv likestrømskabel som angitt i krav 9, og hvor mengden av nevnte massive gummitype i isolasjonsoljen er på fra 0,1 vekt-% til høyst 8 vekt-%.

11. Fremgangsmåte ved fremstilling av en massiv likestrømskabel, karakterisert ved at den omfatter trinn hvor: - et isolasjonslag (3) impregneres med isolerende olje med lav viskositet og hvis viskositet ikke er mer enn 10 cSt ved romtemperatur, - isolasjonslaget dreneres for å fjerne nevnte isolasjonsolje med lav viskositet, og - isolasjonslaget impregneres med isolasjonsolje som har middels viskositet og hvis viskositet ligger på minst 10 cSt og høyst 500 cSt ved 60°C.

12. Fremgangsmåte ved fremstilling av en massiv likestrømskabel som angitt i krav 11, og hvor løselighetsverdien (SP-verdien) for isolasjonsoljen med middels viskositet bringes til å ligge innen et område på ±1,5 av løselighetsverdien for polyolefinharpiks.

13. Overføringsledning som omfatter et undersjøisk parti (40) av en massiv likestrøms-kabel som angitt i et av kravene 3 - 10 og som er lagt på sjøbunnen, og hvor landkabelpartier (42) er forbundet med begge ender av nevnte undersjøiske parti (40) av den massive kabel ved hjelp av hver sin oljestansende skjøtemuffe (41), karakterisert ved at de oljestansende skjøtemuffer (41) er anordnet på land, mens oljematende tanker (43) er forbundet med nevnte landkabelpartier (42) for å mate isolasjonsolje med middels eller lavere viskositet til landkabelpartiene.

14. Overføringsledning som angitt i krav 13, og hvor oljematende rør (44) er forbundet med de oljestansende skjøtemuffer (41) på det undersjøiske partis side av den massive kabel, idet de oljematende rør (44) er koblet sammen med de oljematende tanker (43) for således å mate isolasjonsolje med middels viskositet fra de oljematende tanker til det undersjøiske parti (40) av den massive kabel.

15. Overføringsledning som angitt i krav 14, og hvor en tilbakeslagsventil er satt inn i det oljematende rør (44) mellom nevnte oljematende tank (43) og den oljestansende skjøtemuffe (41), for å hindre isolasjonsolje fra å strømme tilbake fra det undersjøiske parti (40) av den massive kabel til den oljematende tank (43) gjennom den oljestansende skjøtemuffe (41).