SE511942C2 - En metod för tillverkning av en kabel med ett isoleringssystem innefattande en extruderad, tvärbunden ledande polyetenkomposition - Google Patents

Description

511942 2 transmission över långa avstånd såsom när transmissionsavståndet typiskt översti- ger den längd för vilken besparingen i transmissionsutrustningen överstiger kost- naderna för tenninalanläggningen.

En viktig fördel med DC-drift är att dielekriska förluster praktiskt taget elimineras, vilket därigenom erbjuder en avsevärd vinst i effektivitet och besparing i utrustning.

DC-läckströmmen har sådan ringa omfattning att den kan ignoreras i beräkningar av nominell ström (current rating), medan dielektriska förluster iAC-kablar föror- sakar en avsevärd reduktion i nominell ström. Detta har avsevärd betydelse för sy- stem med högre spänningar. På liknande sätt är hög kapacitans ingen nackdel i DC-kablar. En typisk DC-transmissionskabel inkluderar en ledare och ett isole- ringssystem som innefattar ett flertal skikt, såsom en inre halvledande skärm, en isoleringsgrundkropp och en yttre halvledande kropp. Kabeln kompletteras också med hölje, armering e t c för att motstå vattengenomträngning och eventuell meka- nisk nötning eller krafter under produktion, installation och användning.

Nästan alla DC-kabelsystem som hittills levererats har varit för förbindelser under vatten eller den landkabel som hör samman med dessa. För långa förbindelser väljs isolerad kabel av typen med massirnpregnerat fast papper, eftersom det inte finns några begränsningar på längden på grund av trycksättningskrav. Denna kabel har levererats för driftsspänningar om 450 kV. Fram till idag har man använt en isole- ringskropp väsentligen helt och hållet av papper irnpregnerad med en olja för elekt- risk isolering, men tillämpning av larninerade material, såsom ett polypropenpap- perlaminat tänks användas för spänningar upp till 500 kV för att få fördelen med en ökad stöthållfasthet och reducerad diameter.

Liksom i fallet med AC-transmissionskablar, är transienta spänningar en faktor som man måste ta hänsyn till när man bestämmer DC-kablarnas isoleringstjocklek.

Man har funnit att det besvärligaste tillståndet uppträder när en transient spän- ning av motsatt polaritet i förhållande till driftsspänningen påtvingas systemet när kabeln bär full belastning. Om kabeln är kopplad till ett luftledningssystem, upp- träder ett sådant tillstånd vanligtvis som ett resultat av blixttransienter. Extruderad fast isolering baserad på en polyeten, PE, eller en tvärbunden polyeten, XLPE, har under nästan 40 år använts för isolering av AC-transmission- och distributionska- bel. Därför har möjligheten att använda XLPE och PE för DC-kabelisolering under- sökts under många år. Kablar med sådan isolering har samma fördelar som massa- kabel, i det att för DC-transrnission finns inga begränsningar på kretslängd (circuit length), och de har också en potential att drivas vid högre temperaturer. I fallet med 511942 3 XLPE, 90°C i stället för 50°C för konventionella DC-kablar. Detta erbjuder således en möjlighet att öka transmissionsbelastningen. Emellertid har det inte varit möjligt att erhålla den fulla potentialen hos dessa material för fullstora kablar. Man tror att ett av huvudskälen är utvecklingen av rymdladdningen i dielektriket då det utsätts för ett DC-fält. Sådan rymdladdningar distorderar fåltstyrkefördelningen, och består under långa perioder på grund av polymerernas höga resistivitet. Rymdladdningar i en isoleringskropp ackumuleras då de utsätts för kraftema i ett elektriskt DC-fält på ett sådant sätt att ett polariserat mönster som liknar att en kondensator bildas.

Det finns två grundläggande typer av rymdladdningsackumuleringsmönster, som skiljer sig i polaritet hos rymdladdningsackumuleringen i förhållande till polarite- ten. Rymdladdningsackumuleringen resulterar i en lokal ökning i vissa punkter av det aktuella elektriska fältet i förhållande till fältet, som skulle kunna tänkas vara möjligt om man beaktar de geometriska dimensionerna och elektriska karakteristi- ka för en isolering. Den noterade ölmingen i det faktiska fältet kan vara 5 eller t o m 10 gånger högre än det fält man räknat med. Sålunda måste det sannolika fäl- tet/ beräknade fältet för en kabelisolering inkludera en säkerhetsfaktor som tar hänsyn till detta avsevärt högre fält, vilket resulterar i användning av tjockare och / eller mer kostsamma material i kabelisoleringen. Uppbyggnaden av rymdladd- ningsackumulering är en långsam process, därför accentueras detta problem när kabelns polaritet omkastas efter att kabeln varit i drift under en lång tidsperiod vid samma polaritet. Som ett resultat av omkastningen superponeras ett kapacitivt fält på det fältet, som resulterar av rymdladdningsackumuleringen, och punkten för maximal fältstyrka flyttas från gränssnitten och in i isoleringen. Försök har orts att förbättra situationen genom att använda tíllsatsmedel för att reducera isolering- ens resistans, utan att allvarligt påverka de andra egenskaperna. Till dags dato har det inte varit möjligt att matcha elektriska prestanda som uppnåtts med kablar isolerade med impregnerat papper, och inga kommersiella, polymerisolerade DC- kablar har installerats. Emellertid har fiamgångsrika laboratorietester rapporterats på en 250 kV-kabel med en maximal fältstyrka om 20 kV/mm med användning av XLPE-isolering med mineralfyllmedel (Y. Maekawa et al, Research and Development of DC XLPE, JiCable'9l, pp. 562-569). Detta spänningsvårde skall jämföras med 32 kV / mm som används som ett typiskt värde för massakablar.

En extruderad hartskomposition för AC-kabelisolering innefattar typiskt ett polye- tenharts såsom baspolyrner, kompletterat med olika tillsatsmedel såsom ett perox- idbaserat tvärbiridningsmedel, ett anvulkningshämmande medel och en antioxi- dant, eller ett system av antioxidanter. I fallet med extruderad isolering extruderas typiskt också de halvledande skärmama och innefattar en hartskomposition som 511 942 4 förutom baspolymeren och ett elektriskt ledande eller halvledande fyllmedel inne- fattar väsentligen samma typ av tillsatsmedel. De olika extruderade skikten i en isolerad kabel är i allmänhet ofta baserade på ett polyetenharts. Polyetenharts in- nebär allmän och i denna ansökan ett harts baserat på polyeten eller en sampoly- mer av eten, där etenmonomeren utgör en huvudsaklig del av massan. Sålunda kan polyetenhartser vara sammansatta av eten och en eller flera monomerer som är sampolymeriserbara med eten. LDPE, lågdensitetspolyeten, är idag det dornineran- de isoleringsbasmaterialet för AC-kablar. För att förbättra det fysikaliska egenska- pema hos den extruderade isoleringen och dess förrnåga att motstå nedbrytning och sönderdelning under inverkan av de betingelser som råder under produktion, transport, utläggning och användning av en sådan kabel, innefattar typiskt den polyetenbaserade kompositionen tillsatsmedel såsom: - stabiliseringstillsatsmedel, t. ex. antioxidanter, elektronfångare för att motverka sönderdelningen p g a oxidation; strålning e t c; - smörj ande tillsatsmedel, t. ex. stearinsyra för att öka processbarheten; - tillsatsmedel för ökad förmåga att motstå elektrisk påkänning, t. ex. en ökad vattenträdbeständighet, t. ex. polyetylenglukol, silikoner e t c; - tvärbindningsmedel, såsom peroxider, vilka sönderdelas vid värmning till fria radikaler och initierar tvärbindning av polyetenhartset, ibland använda i kombi- nation med - omättade föreningar som har förmåga att förhöja tvärbindningsdensiteten - anvulkningshämrnare för undvikande av för tidig tvärbindning.

Antalet olika tillsatsmedel är stort och de möjliga kombinationerna av dessa är i stort sett obegränsade. När man väljer ett tillsatsmedel eller en kombination eller grupp av tillsatsmedel är syftet att en eller flera egenskaper skall förbättras, medan andra skall bibehållas eller om möjligt också förbättras. I realiteten är det emellertid alltid näst intill omöjligt att förutse alla möjliga sidoeffekter av en förändring i till- satsmedelsystemet. I andra fall är de förbättringar man eftersträvar av sådan bety- delse att vissa mindre negativa effekter måste accepteras, även om det alltid finns en strävan att minimera sådan negativa effekter.

En typisk polyetenbaserad hartskomposition avsedd att användas som en extrude- rad, tvårbunden isolering i en AC-kabel innefattar: 97,1 -98,9 vikt% låg densitetspolyeten (922 kg/ m3) med en smältindex på 0,4 - 2,5 g/ 10 minuter med ett system av tillsatsmedel såsom beskrivits i det före- gående. 511942 Dessa tillsatsmedel kan innefatta: 0,1 - 0,5 vikt% av en antioxidant såsom men ej begränsat till SANTONOX R® (Flex- ys Co) med den kemiska beteckningen 4,4'-tio-bis(6-tert-butyl-m-kresol), häri be- tecknad som förening (A) och 1,0 - 2,4 vikt% av ett tvärbindningsmedel såsom men ej begränsat till DICUP R® (Herculus Chem) med den kemiska beteckningen dikumylperoxid. Även om det sedan länge har varit känt med vissa nackdelar med användning av Santonex R® som en antioxidant har dess fördelar (t. ex. sin förmåga att förhindra anvulkning, d. v. s. allt för tidig tvärbindning) övervägt över dessa nackdelar. Vidare är det väl känt att denna typ av XLPE-komposition uppvisar en stark tendens att bilda rymdladdningar under elektriska DC-fält, vilket sålunda gör den oanvändbar i isoleringssystem för DC-kablar. Emellertid år det också känt att omfattande urgas- ning, d. v. s. exponering av den tvärbundna kabeln vid höga temperaturer för ett högvakuum under långa tidsperioder, kommer att resultera i något minskad ten- dens till rymdladdningsackumulering under DC-fältstyrka. Det är en allrnän upp- fattning att vakuumbehandling avlägsnar peroxidsönderdelningsprodukterna, så- som "acetofenon" och "kumylalkohol", från isoleringen, varvid rymdladdningsacku- muleringen reduceras. Urgasning år en tidsödande satsvis process jämförbar med impregnering av pappersisoleringar och sålunda kostsam. Därför är det fördelaktigt om behovet av urgasning avlägsnas. Det flesta kända tvärbundna polyetenkompo- sitioner som används såsom extruderad isolering i AC-kabel uppvisar en tendens till rymdladdningsackumulering, vilket gör dem olämpliga för användning i isole- ringssystem för DC-kablar.

Det är känt att tillsätta små mängder av ett tillsatsmedel innefattande karbonyl- grupper till en LDPE för det dubbla syftet att öka resistiviteten och minska rymd- laddningsackumuleringen. Sådan tillsats av karbonyl åstadkommes genom en sampolymerisering av kolmonoxid och eten. Karbonylgrupperna tros verka såsom fällor för rymdladdningar, varvid mobiliteten för eventuella rymdladdningar begrän- sas och utvecklingen av ett polariserat mönster inuti den tvärbundna isoleringen som ett resultat av rymdladdningsackumulering när isoleringen utsätts för ett DC- fält. Emellertid har man noterat en tendens till frisläppning från fällorna och där- med en ökad rymdladdningsackumulering, vid förhöjda temperaturer, t.ex. tempe- raturer över ca 40°C. Ytterligare molâra modifieringar av polyetenen har föreslagits genom införande av polära enheter i polymeren för att erhålla en högre DC- hållfasthet. Exempelvis rapporteras i den japanska patentpublikationen JP-A- 511 942 6 210610 att en anhydrid såsom maleinsyranhydrid, MAH, har yrnpats på polyeten i detta syfte. Det resulterande tvärbundna isoleringsmaterialet uppvisade en mins- kad rymdladdningsackumulering som hänfördes till den ökade polariteten hos den tvärbundna polymerkedjestrukturen, och man drog slutsatsen att de ympade MAI-I- grupperna, vilka är fixerade inuti den tvärbundna strukturen, verkar såsom fällor för eventuella rymdladdningar. I JP-A-210610 rapporterades det också att tvärbun- den polyeten med tillsatser av MAI-I vid nivåer motsvarande från ca 0,02 till ca 0,5 vikt% resulterade i en tvårbunden komposition lämplig att använda såsom isolering i en DC-kabel med en minskad rymdladdningsackumulering. Andra tillsatser som använts för sådan polär modifiering av den tvärbundna strukturen och därmed Sammanhörande reduktion av rymdladdníngsackumulering i den tvärbundna isole- ringen år jonomerer, akrylmetallsalter, karboxylsyra och acetater.

Det är sålunda önskvärt att åstadkomma en process för produktion av en isolerad DC-kabel med ett elektriskt isoleringssystem baserad på extruderad polymer, lämp- ligt att använda såsom en transmissions- och distributionskabel i nätverk och in- stallationer för DC-transmission och distribution av elektrisk kraft. Processen för applicering och behandling av det extruderade isoleringssystemet skall företrädesvis utföras på ett sätt så att det inte föreligger något behov för tidsödande satsvis be- handling (t.ex. vakuumbehandling) av kabeln för att säkerställa stabila och konsi- stenta dielektriska egenskaper och en hög och konsistent elektrisk hållfasthet hos kabelisoleringen. Den resulterande kabelisolering skall vidare uppvisa en låg ten- dens till rymdladdningsackumulering, en hög DC-hållfasthet, en hög stöthållfasthet och hög isoleringsresistans. Anammandet av en sådan process skulle erbjuda både tekniska och ekonomiska framsteg i förhållande till metoder enligt teknikens ståndpunkt, eftersom produktionstid och produktionskostnader kan reduceras och man tillhandahåller möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller åtminstone semi-kontinuerlig process för pàförande och behandling av kabelisoleringssystemet.

Vidare skall processen säkerställa att pålitligheten, kraven på ringa underhåll och den långa livslängden hos en konventionell DC-kabel innefattande en isolering ba- serad på impregnerat papper, skall upprätthållas eller förbättras. Ersättningen av en isolering baserad på impregnerat papper eller cellulosa med en extruderad poly- merísolering skall såsom en extra fördel öppna för en ökning av den elektriska hållfastheten och sålunda medge en ökning i driftsspänningar, förbättra hanterbar- heten och robustheten hos kabeln. Speciellt skall den extruderade och tvärbundna PE-kompositionen som ingår i isoleringssystemet påföras och behandlas på ett så- dant sätt att den tvårbundna, tredimensionella tvärbundna strukturen uppvisar fällor för rymdladdningar, varvid rörligheten för eventuella rymdladdningar begrän- 511 942 7 sas, och utvecklingen av en polariserad rymdladdningsprofil inuti den extruderade isoleringen. En sådan reduktion i tendensen till rymdladdningsackumulering i iso- leringen ger såsom en extra ekonomisk fördel en förmåga att reducera säkerhets- faktorer i nominella värden som används för dimensionering av kabelisoleringen.

En kabel, såsom den definieras i de föregående styckena, skall vara lämplig för drift under specifika betingelser som råder i högspänningstransniissions- eller distribu- tionskablarria som används i nätverk eller i installationer för transmission eller distribution av elektrisk kraft.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med denna uppfinning är att tillhandahålla en metod för produktion av en isolerad elektrisk DC-kabel såsom specificerats i det föregående. Detta åstadkom- mer i enlighet med uppfinningen medelst en metod som definieras i ingressen till krav 1, för tillverkning av en isolerad kabel som har ett polymerbaserat isolerings- system innefattande en extruderad, tvärbunden polyetenkomposition anordnad runt om en ledare, som kännetecknas av de ytterligare åtgärderna enligt den kän- neteckriande delen av krav 1. Vidareutvecklingar av metoden enligt uppfinningen kännetecknas av särdragen i de tillkommande kraven 2 till 13.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Detta år en metod för produktion av en isolerad elektrisk DC-kabel som innefattar stegen att extrudera ett polymerbaserat isoleringssystem som innefattar en kompo- underad polyetenkomposition, PE-komposition, runt om en ledare och därefter tvärbinda PE-kompositionen, där PE-kompositionen är förbehandlad så att den re- sulterande tvårbundna PE-kompositionen, XLPE-kompositionen, innefattar polära grupper bundna till den tvärbundna strukturen som åstadkommits genom införan- de av molekylärt syre i den kompounderade PE-kompositionen innan PE- komposition extruderas från extruderhuvudet.

I enlighet med en utföringsform inßrs det molekylära syret i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling innan PE-kompositionen införs i extruderhu- vudet. Typiskt matas PE-kompositionen i form av PE-granuler, in i extrudem och det molekylära syret införs i PE-granulcnia i en förbehandling innan införing i ex- truderhuvudet. Företrädesvis ufirs förbehandlingen enligt denna utföringsform i en speciell behållare som hör samman med extrudermatningssystemet eller inuti matningssystemet innan extruderhuvudet. Enligt en alternativ utföringsform införs 511942 8 det molekylära syret i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling inuti extrudem. Också i detta fall föreligger kompositionen i form av granuler, vilka matas in i extrudern. Alternativt införs det molekylära syret i PE-smältaren i extru- dem under extruderingsprocessen.

Lösligheten för molekylärt syre i polyeten (50% kristallinitet) är i storleksordningen 0,05 cmß (STP) /cm3 bar. Detta betyder att polyeten i jämvikt med atmosfären (2 1% syre) kommer att innehålla 0,01 cm3 syre / cm3 polyeten. Denna mängd syre kom- mer att upplösas i den smälta PE efter extrudering.

Under tvårbindningsreaktionen kommer peroxiden att nedbrytas och bilda fria ra- dikaler. De fria radikalema kommer att attackera polymermolekylema och bilda fria polymerradikaler. Reaktionen mellan de fria polymerradikalerna och det molekylära syret är mycket snabb som ett resultat av förekomsten av två oparade elektroner i det molekylära syret i dess grundtillstånd. Detta gör att syre beter sig såsom en bi- radikal och dess reaktion med fria polymerradikaler kan jämföras med reaktioner mellan tvä radikaler. Dessa reaktioner kännetecknas av mycket låg aktiverings- energi. Produkten av reaktionen mellan en fri polymerradikal och en syremolekyl är en peroxiradikal. Den mest sannolika termineringsreaktionen för primära och se- kundâra peroxiradikaler är disproportionering till alkoholer och aldehyder respekti- ve till alkoholketoner. Dessa alkoholer, aldehyder och ketoner är polära delar. Om allt syre som upplösts i PE vid jämvikt med atmosfärsluft reagerar på ovanstående sätt kommer en polär del per 100 000 monomerenheter att formas.

Lösligheten för syre i PE är proportionell mot syrets partialtryck. Sålunda, genom att öka trycket, kommer mängden syre som upplöses att öka, och därmed antalet polära delar. Antalet polära delar kan kontrolleras helt och hållet genom att kon- trollera mängden upplöst syre. Exempelvis vid ett syretryck om 2 bar kommer an- talet polära delar att bli ca 1 per 10 000 monomerenheter.

För att uppnå en effekt på rymdladdningsackumuleringen bör antalet polära delar vara större än 1 per 50 000 monomerenheter, motsvarande en jämvikt med luft, syrepartialtryck om 0,4 bar.

För att införa det önskade antalet syremolekyler i PE-kompositionen, utsätts PE- kompositionen för ett ökat syretryck. Detta kan uppnås genom att öka partialtryck- et för vilken syreinnehållande atmosfär som helst som står i kontakt med PE- kompositionen, vid de steg som är lämpliga för införande av molekylärt syre i PE- 511 942 9 komposition. Typiskt utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg som överstiger 0,2 bar men är lägre än 20 bar. Företrädesvis utsätts PE-kompositionen för ett sy- retryck, pO2 som uppgår till från 0,4 till 5 bar.

Metoden utförs typiskt på ett sådant sätt att syret åtminstone initialt upplöses i PE- kompositionen. I enlighet med en utföringsform konditioneras PE-kompositionen som innefattade upplöst syre därefter i anslutning till extruderingen och tvärbind- ningen av isoleringssystemet på ett sådant sätt att det upplösta syret bringas att reagera med PE-kompositionen, och polära grupper införs i de tredimensionella nätverket som bildas i den tvärbundna PE-kompositionen.

Isoleringen som baseras på kompounderad polyeten extruderas typiskt och tvär- binds vid en förhöjd temperatur och under en tidsperiod som är tillräckligt lång för att tvärbinda isoleringen.

En DC-kabel som produceras enligt uppfinningen med ett extruderat, tvärbundet isoleringssystem innefattande en tvårbunden polyetenkomposition, XLPE, med den specifika behandling som nämnts ovan uppvisar avsevärda fördelar, såsom; - en avsevärt reducerad tendens till rymdladdningsackumulering som resulterar i låg tendens till utveckling av en polariserad rymdladdningsprofil, - en ökad DC-hållfasthet.

Processen enligt uppfinningen erbjuder möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller semikontinuerlig process för påfåring och behandling av det extruderade isole- ringssystemet utan något behov av satsvis behandling, såsom urgasning eller im- pregnering för att säkerställa prestanda och stabilitet hos det extruderade kabel- isoleringssystemet.

Alla dessa fördelaktiga egenskaper och förbättringar i förhållande till kablar produ- cerade med processer enligt teknikens ståndpunkt för produktion av kablar inne- fattande ett isoleringssystem med en extruderad XLPE-komposition, uppnås för en DC-kabel producerad i enlighet med uppfinningen utan de många nackdelar som hör samman med vissa kablar som produceras med processer enligt teknikens ståndpunkt. Den avsevärt reducerade tendensen till rymdladdningsackumulering säkerställer att den höga DC-hållfastheten hos konventionella DC-kablar, innefat- tande en isolering av impregnerat papper, upprätthålles eller förbättras. Vidare uppvisar isoleringsegenskapema hos en DC-kabel som producerats enligt uppfin- ningen en allmän långtidsstabilitet, så att livslängden för kabeln upprätthålles eller 511942 10 ökas. Detta uppnås särskilt genom den kontrollerade behandlingen av PE- kompositionen innan och under extrudering och tvärbindning, och konditionering- en som utförs i anslutning till extruderingen och tvårbindningen, där processvari- abler såsom temperaturer, tryck, behandlingstider, atmosfärskomposition och i synnerhet partialtrycket för syre eller andra gasformiga molekyler som sannolikt upplöses i PE-kompositionen enligt uppfmningen, såsom kommer att exemplifieras i det följande.

Processen enligt uppfinningen erbjuder möjligheten att producera en DC-kabel med ett fast dielektrikum i en väsentligen kontinuerlig process utan några tidsödande satsvísa steg såsom urgasning, och öppnar därmed för en avsevärd reduktion i pro- duktionstid och sålunda produktionskostnader, utan att man riskerar kabelns tek- niska prestanda.

En DC-kabel som producerats med en process som definieras i det föregående, är speciellt fördelaktig för drift under de specifika betingelser som råder vid högspån- ningstransmissions- eller distributionskablar som används i nätverk eller installa- tioner för transmission eller distribution av elektrisk kraft, på grund av de förbätt- rade terrniska egenskapema kombinerat med bibehållna eller förbättrade elektriska egenskaper. Detta är särskilt viktigt på grund av den långa livslängden som sådana installationer är utformade för, och den begränsade åtkomstmöjligheten för under- håll vid sådana installationer, vilka är installerade på avlägsna platser och till och med under vatten. En ytterligare fördel med en kabel för högspänd likström som producerats i enlighet med uppfinningen är att produktionstiden väsentligt kan re- duceras genom att anamma en väsentligen kontinuerlig process, fri från driftsteg som kräver satvis behandling av fullständiga kabellångder eller delar av längder, vilket erbjuder kostnadsfördelar i jämförelse med konventionella kablar.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj med hänvisning till ritningarna och exempel. Figur l visar en snittvy av en kabel för överföring av högspänd likspän- ningsenergi i enlighet med en utföringsform av uppfinningen. Figur 2 visar en skiss av en process för att påföra ett isoleringssystem, som innefattar en extruderad och tvärbunden polyetenkompositíon på en kabel.

DC-kabeln enligt denutföringsforrn av uppfinningen som visas i figur 1, innefattar från centrum och utåt; 511 942 1 1 - en tvinnad multi-trådledare 10; - en första extruderad halvledande skärm 1 l anordnad runt om och på utsidan av ledaren 10 och inuti en ledarisolering 12.; - en extruderad ledarisolering 12 med en extruderad, tvärbunden komposition såsom beskrivits i det föregående; - en andra extruderad halvledande skärm 13, anordnad på utsidan av ledarisole- ringen 12; - ett metallnät 14; och - ett yttre hölje eller en mantel 15 arrangerad på utsidan av metallskärmen 14.

Kabeln kan då så bedöms lämpligt ytterligare kompletteras på olika sätt med olika funktionella skikt eller andra särdrag. Den kan t.ex. kompletteras med en förstärk- ning i form av metalltrådar på utsidan av den yttre extruderade skärmen 13, en förseglingsfórening eller ett vattensvällande pulver infört i metall/ polymergränsytor, eller ett system åstadkommet genom t.ex. ett korrosionsbeständigt metall- polyetenlaminat och i ländriktningen löpande vattenförsegling, åstadkommen me- delst vattensvällande material, t.ex. tejp eller pulver under manteln 15. Ledaren behöver inte vara tvinnad utan kan ha vilken önskad from och konstitution som helst, t.ex. en tvinnad flertrådsledare, en solid ledare eller en segmenterad ledare.

I den process som visas i figur 2 matas ledaren från en avvulkningsanordning 26 genom extruderutrustningen 21, 22 23 och andra behandlings- och konditione- ringsanordningar 24, 25 och tas slutligen upp på en upprullningsanordning 27 för kabelkärnan. Avhasplingsanordningen för ledaren 26 och upprullningsanordningen för kabelkärrian illustreras i figur 2 såsom hasplar eller trummor lämpliga för diskreta längder, men kan vara av vilken lämplig typ som helst som inkluderar an- ordningar för väsentligen kontinuerlig hantering av den tillhandahållna ledaren och producerade kabeln. Ledaren föres över ett första hjul 28 genom en förvârmare för ledaren där den förvärms vid en lämplig temperatur innan isoleringssystemet påfö- res medelst extrudering. Processen som visas i figur 2 är lämplig för sann trippel- extrudering där en extruder med ett trippelhuvud används. Det inre och det yttre halvledande skiktet påföres med användning av två separata extruderanordningar 22 och en tillkommande tredje extruder används för huvudisoleringen. Efter extru- deringsmomentet föres den isolerade kabeln genom en trycksatt härdnings- och kylkammare 24, där betingelserna kontrolleras för att säkerställa den önskade tvärbindningsgraden och andra strukturella karakteristika som kan åstadkommas genom denna kontrollerade kondiüonering och kylning av det extruderade isole- 511 942 12 ringssystemet. Därefter dras kabeln genom en avdragningscaterpillar 30 och över ett andra hjul innan den tas upp till ytterligare behandling och/ eller leverans.

Polyetenkompositionen som används tillförs typiskt till extrudern såsom ett granu- lat vilket matas genom ett matningssystem 210. Molekylårt syre införs i det kompo- underade PE-granulatet i en förbehandling innan PE införs i extrudern 2 1 eller i en förbehandling inuti extrudem 21. Altemativt införs det molekylära syret i PE- smältan i extrudem 21 under extruderingsprocessen. Typiskt matas PE-granulerna in i extrudern och smältes.

Förbehandlingen kan utföras i en speciell behållare Sammanhörande med extru- dermatningssystemet 210, eller inuti någon av de existerande delarna 2 1 1, 2 12 i rnatningssystemet 213 eller extrudern 2 1. Typiskt utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg, som överstiger 0,2 bar men som är lägre än 20 bar i matningssy- stemet 210 eller extrudern 21, för att införa den erforderliga mängden syre i PE- kompositionen. Lösligheten för molekylärt syre i polyeten (50% kristallinitet) är i storleksordningen 0,05 cmß (STP) /cm3 bar. Detta betyder att polyeten i jämvikt med atrnosfärsluft (2 1% syre) kommer att innehålla ca 0,01 cm3 polyeten. Denna mängd syre kommer att upplösas i den smälta PE efter extrudering. I enlighet med en spe- cifik utföringsform utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg, som uppgår till från 0,4 till 5 bar. Metoden utförs typiskt på ett sådant sätt att syret åtminstone initialt upplöses i PE-kompositionen, och PE-kompositionen som innefattar upplöst syre konditioneras därefter i anslutning till extrudering och tvärbindning av extra- deringssystemet, så att det upplösta syret bringas att reagera med PE- kompositionen och polära grupper införs i det tredimensionella närverket som bil- das i den tvärbundna PE-kompositionen. Isoleringen baserad på kompounderad polyeten extruderas typiskt och tvärbinds vid en förhöjd temperatur och under en tidsperiod som är tillräckligt lång för att tvärbinda isoleringen. Detta uppnås genom att kontrollera processemai extrudern 21, extruderhuvudet 23 och kammaren 24 för trycksatt härdning och kylning, på ett lämpligt sätt såsom antytts i det föregå- ende.

En DC-kabel som producerats enligt uppfinningen med ett extruderat, tvärbundet isoleringssystem innefattande en tvârbunden polyetenkomposition, XLPE, med den specifika behandling som nämnts ovan uppvisar avsevärda fördelar såsom: - en väsentligt reducerad tendens till rymdladdningsackumulering som resulterar i en låg tendens till utveckling av en polariserad rymdladdningsprofil, - en ökad DC-hållfasthet. 511 942 13 Processen enligt uppfinningen erbjuder möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller sernikontinuerlig process för påförande och behandling av det extruderade isoleringssystemet, utan något behov av satsvisa behandlingar, såsom urgasning eller irnpregnering, för att säkerställa prestanda och stabilitet hos det extruderade kabelisoleríngssystemet.

Claims (13)

511 942 1 4 PATENTKRAV

1. Metod för produktion av en isolerad, elektrisk DC-kabel innefattande stegen att extrudera ett polymerbaserat isoleringssystem innefattande en kompounderad polyetenkomposition, PE-komposition, runt om en ledare, och därefter tvärbinda PE-kompositionen, där PE-kompositionen förebehandlas på ett sådant sätt att den resulterande tvârbundna PE-kompositionen (XLPE-kompositionen) innefattar polära grupper bundna till den tvärbundna strukturen, k ä n n e t e c k n a d a v att mole- kylärt syre införs i den kompounderade PE-kompositionen innan PE-kompositionen extruderas från extruderhuvudet.

2. Metod enligt krav 1, kä n n e t e c k n a d a v att det molekylära syret införs i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling innan den införs i ex- truderhuvudet.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, kännete c knad av att PE-kompositionen i form av granuler matas in i extrudern och att rnolekylårt syre införs i PE- granulerna inför behandling innan det införs i extrudern.

4. Metod enligt krav 3, kä n n e t e c k n a d a v att förbehandlingen utföres i en speciell behållare som hör samman med extrudermatningssystemet.

5. Metod enligt krav 1 eller 2, kä n ne t e c kn a d av att det molekylära syret införs i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling inuti extrudem.

6. Metod enligt krav 5, kä n n e t e c k n a d av att PE-kompositionen i form av granuler matas in i extrudern och att det molekylära syret införs i PE-granulerna inuti extruderrnatningssystemet.

7. Metod enligt krav 5, kä n n e t e c k n a d av att PE-kompositionen i form av granuler matas in i extrudem, att PE-granulerna smälts i extrudern och att det molekylära syret införs i PE-smâltan.

8. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att PE- kompositionen utsätts för ett ökat syretryck.

9. Metod enligt krav 8, kä n n e t e c k n a d av att PE-kompositionen utsätts för syretryck, pOQ, som överstiger 0,2 bar. 511 942 15

10. Metod enligt krav 9, kä n n e t e c k n a d av att PE-kompositionen utsätts för syretryck, pOg, som uppgår till från 0,4 till 5 bar.

11. Metod enligt något av kraven8ti11 10, kännetecknar! av att PE- kompositionen utsätts för en syreberikad atmosfär.

12. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att syret upplöses i PE-kompositionen.

13. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att PE- kompositionen innefattande upplöst syre konditioneras i anslutning till extrude- ringen och tvårbindningen av isoleringssystemet, så att det upplösta syret bringas att reagera med PE-kompositionen, och polära grupper införs i det tredimensionella nätverket som bildas i den tvårbundna PE-kompositionen.