SE514062C2

SE514062C2 - Isolated electric DC cable

Info

Publication number: SE514062C2
Application number: SE9704828A
Authority: SE
Inventors: Anna Kornfeldt; Johan Felix; Mikael Bergkvist; Per Nordberg; Christer Toernkvist
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2000-12-18
Also published as: SE9704828L; KR20010033370A; SE9704828D0; IS5517A; ID26407A; NO20003242L; AR017935A1; ZA9811711B; AU737130B2; WO1999033068A1; JP2001527265A; EP1042761A1; NO20003242D0; AU1988999A; CN1285074A

Abstract

A DC-cable having at least one conductor and an inpregnated insulation system is disclosed. The insulation system comprises a solid electrically insulating dielectric part with a porous, fibrous and/or laminated structure impregnated with an oil that comprises a gelling additive. The gelling additive molecule, which molecule comprises a polar part, group or segment, interacts with the oil and/or any other gelling additive molecule to form a gelled network of longer and/or more branched polymer molecules or cross-linking bridges in the oil, which thereby exhibits the flow properties of a highly viscous and elastic gel.

Description

Él4 062 2 överföringssystemen ekonomiska för arrangemang som innebär långa di- stanser, såsom för system avsedda för överföring från avlägsna kraftverk till konsumenter men även för överföring till öar och andra system med överfö- ringsavståncl där besparingarna i överföringsutrustning överstiger kostnaden för anslutningsstationen. Él4 062 2 transmission systems economical for arrangements involving long-term punches, such as for systems intended for transmission from remote power plants to consumers but also for transmission to islands and other transmission systems where the savings in transmission equipment exceed the cost for the connection station.

En viktig fördel med DC-drift är eliminering praktiskt taget av dielektriska förluster, varigenom en betydande vinst i effektivitet och besparingar i ut- rustning erbjudes. DC-läckströmmen är av sådan liten storlek att den kan försummas vid märkströmsberäkningar, under det att dielektriska förluster orsakar en väsentlig reduktion i märkström i AC-kablar. Detta är av avse- värd betydelse för system med högre spänningar. På samma sätt är hög ka- pacitans ej en nackdel i DC-kablar.An important advantage of DC operation is the elimination of virtually dielectric losses, resulting in a significant gain in efficiency and savings in armor is offered. The DC leakage current is of such a small size that it can neglected in rated current calculations, while dielectric losses causes a significant reduction in rated current in AC cables. This is for of importance for systems with higher voltages. In the same way, high pacitans not a disadvantage in DC cables.

Liksom i fallet med AC-överföringskablar är transienta spänningar en faktor som mäste vägas in vid bestämning av isolationstjockleken hos DC-kablar.As in the case of AC transmission cables, transient voltages are a factor which must be taken into account when determining the insulation thickness of DC cables.

Det har framkommit att det mest besvärliga förhållandet inträffar när en transient spänning av motsatt polaritet till driftstpånningen läggs över sys- temet när kabeln är fullt belastad. Om kabeln är ansluten till ett luftled- ningssystem inträffar ett sådant förhållande vanligen som ett resultat av blixttransienter.It has been found that the most troublesome relationship occurs when one transient voltage of opposite polarity to the operating voltage is applied across the system when the cable is fully loaded. If the cable is connected to an overhead line such a relationship, such a relationship usually occurs as a result of lightning transients.

En typisk DC-överföringskabel inkluderar en ledare och ett isoleringssystem omfattande ett flertal skikt, såsom en inre halvledande skärm, en isola- tionskropp och en yttre halvledande skärm. Kabeln är i typiska fall kom- pletterad med hölje, armering etc., för att motstå vattenpenetrering och eventuellt mekaniskt slitage eller krafter under produktion, installation och användning. Nästan samtliga DC-kabelsystem som hittills tíllhandahållits har varit avsedda för sjökabelförbindelser eller landkabeln förbunden med dem. För långa förbindelser väljs kabeltyp med solid massairnpregnerad pappersisolering eftersom det ej finns några restriktioner avseende längd pga. tryckkrav. Den har hittills tíllhandahållits för driftsspänningar på upp till 450 kV. Hittills har en lindad kropp omfattande ett huvudsakligen helti- ä14 062 3 genom pappersband, dvs. ett band baserat på pappers- eller cellulosaﬂbrer, använts, men tillämpning av laminerade bandmaterial såsom larninerat po- lypropen-pappersband överväges. Den lindade kroppen är i typiska fall im- pregnerad med en elektrisk isolerolja eller massa. En kommersiellt tillgänglig isolerad elektrisk DC-kabel, såsom en överförings- eller distributionskabel utformad för drift vid högspänning, dvs. en spänning över 100 kV, tillverkas typiskt genom en process omfattande lindning eller spolning av en porös, ñbrös och/ eller laminerad fast isolering baserad på cellulosa- eller pappers- fibrer följt av impregnering med den elektriska isoleroljan. lmpregneringen, som typiskt utförs satsvis efter att isoleringen har anbringats runt ledaren, är tidskrävande och måste noggrant övervakas och regleras. För impregne- ring av en DC-kabel där ﬂera kilometer kabel skall impregneras med en ty- piskt viskös vätska, uppvisar processen en cykeltid som sträcker sig över i dygn eller veckor eller till och med månader. Dessutom utförs denna tids- krävande impregneringsprocess enligt en noggrant utvecklad och strängt reglerad processcykel med specificerad förändring av både temperatur- och tryckförhållanden i det impregneringskårl som används och under upphett- ning, varmhållning och avkylning för säkerställande av en fullständig och jämn impregnering av den ﬁberbaserade isoleringen.A typical DC transmission cable includes a conductor and an isolation system comprising a plurality of layers, such as an inner semiconductor screen, an insulating body and an outer semiconductor screen. The cable is typically com- plated with casing, reinforcement, etc., to resist water penetration and any mechanical wear or forces during production, installation and use. Almost all DC cable systems provided so far have been intended for submarine cable connections or the land cable connected with them. For long connections, select the cable type with solid pulp iron impregnated paper insulation as there are no length restrictions pga. pressure requirements. It has so far been provided for operating voltages of up to 450 kV. To date, a wrapped body comprising a substantially complete ä14 062 3 through paper tape, ie. a tape based on paper or cellulose fibers, used, but the application of laminated strip materials such as laminated lypropene paper ribbons are considered. The wrapped body is typically im- impregnated with an electrical insulating oil or pulp. A commercially available insulated DC electrical cable, such as a transmission or distribution cable designed for operation at high voltage, ie. a voltage above 100 kV, is manufactured typically by a process comprising winding or flushing a porous, brittle and / or laminated solid insulation based on cellulose or paper fibers followed by impregnation with the electrical insulating oil. the impregnation, which is typically performed batchwise after the insulation has been applied around the conductor, is time consuming and must be carefully monitored and regulated. For impregnated of a DC cable where ﬂ your kilometers of cable are to be impregnated with a viscous liquid, the process exhibits a cycle time extending into days or weeks or even months. In addition, this time demanding impregnation process according to a carefully developed and strict regulated process cycle with specified change of both temperature and pressure conditions in the impregnation vessel used and during heating cooling, keeping warm and cooling to ensure a complete and even impregnation of the ﬁ ber-based insulation.

En transformator eller reaktor för användning i ett DC-överföringsnät, vid en kraftanläggning eller en stor konsumentinstallation såsom en industrian- låggning omfattar likaledes i typiska fall porösa, ñbrösa och/ eller laminerade isolerande kroppar anordnade runt och mellan ledare. I typiska fall används förformade kroppar, exempelvis så kallade presspan, tillverkade genom av- vattning och/ eller pressning av en uppslamning omfattande ﬁbrema. Krop- parna impregneras med en dielektrisk vätska för erhållande av de erfordrade elektriska egenskaperna. lmpregneringen av dessa kroppar i en transforrna- tor är, ehuru ej tidskrävande, en känslig process och speciﬁka krav ställs på vätskan, det medium som skall impregneras och de processvariabler som används för impregnering. 5"l4 062 4 En kondensator har en laminerad struktur med ett dielektrisk medium om- fattande en eller ﬂera polymerﬁlmer belägna mellan två elektroder. I typiska fall används filmer av polyoleﬁn eller termoplastisk polyester. Kondensatorn impregneras typiskt med en dielektrisk vätska. Impregnering av den lamine- rade strukturen i en kondensator är, ehuru ej tidskrävande, en känslig pro- cess och speciﬁka krav ställs på vätskan, det medium som skall impregneras och processvariablema som används vid impregneringen.A transformer or reactor for use in a DC transmission network, at a power plant or a large consumer installation such as an industrial laminating also typically comprises porous, brittle and / or laminated insulating bodies arranged around and between conductors. Typically used preformed bodies, for example so-called press pans, manufactured by watering and / or pressing of a slurry comprising ﬁ brema. Body the pairs are impregnated with a dielectric liquid to obtain the required ones electrical properties. the impregnation of these bodies in a transformation tor is, although not time consuming, a sensitive process and specific requirements are placed on it the liquid, the medium to be impregnated and the process variables that used for impregnation. 5 "l4 062 4 A capacitor has a laminated structure with a dielectric medium comprising one or more polymers located between two electrodes. In typical In this case, films made of polyolefin or thermoplastic polyester are used. The capacitor typically impregnated with a dielectric liquid. Impregnation of the laminate The structure of a capacitor is, although not time consuming, a sensitive process. cess and specific requirements are placed on the liquid, the medium to be impregnated and the process variables used in the impregnation.

Den aktiva delen i de impregnerade isoleringssystem som beskrivits i det fö- regående är den fasta delen, såsom cellulosaﬁbrer, polymerñlmer eller eventuellt laminat eller band som används. Den dielektriska vätskan skyd- dar isoleringen mot upptag av fukt och fyller alla porer, hålrum eller andra mellanrum, varigenom eventuell díelektriskt svag luft i isoleringen ersätts av den dielektxiska vätskan.The active part of the impregnated insulation systems described in the foregoing is the solid part, such as cellulose fibers, polymers or any laminate or tape used. The dielectric fluid protects insulates the insulation against moisture and fills all pores, cavities or others gaps, whereby any dielectric weak air in the insulation is replaced by the dielectric fluid.

För att säkerställa ett gott impregneringsresultat är en vätska med låg visko- sitet önskvärd. Vätskan skall även företrädesvis vara viskös vid driftförhål- landen för den elektriska anordníngen för undvikande av migrering av väts- kan i den porösa isoleringen, och i synnerhet bort från den porösa isolering- en. Darcy's lag (1) används ofta för att beskriva flödet av en vätska genom ett poröst medium eller kapillärmedium. (1): V=JLAÉ p.L I denna lag är v den så kallade Darcy-hastigheten för vätskan, definierad som volymﬂödet dividerat med provarean, k är perrneabiliteten hos det porö- sa mediet, AP är tryckskillnaden över provet, p är den dynamiska viskosite- ten för vätskan och L är tjockleken hos provet. Flödeshastigheten för en vätska i ett poröst medium är väsentligen omvänt proportionell mot viskosi- teten. En vätska som uppvisar låg viskositet eller en mycket temperaturbe- roende viskositet vid drifttemperatur kommer således att ha en tendens att migrera under inverkan av temperaturﬂuktuationer som normalt förekom- .514 062 5 mer i en elektrisk anordning under drift och även till följd av eventuell tem- peraturgradient som byggs upp över en ledarisolering vid drift och kan re- sultera i att ofyllda hålrum bildas i isoleringen. Eftersom temperaturﬂuktua- tioner och temperaturgradienter förekommer i en högspännings-DC-kabel, måste även eventuella problem förknippade med migrering av den dielektris- ka vätskan noga beaktas. Ofyllda hålrum eller andra ofyllda mellanrum eller porer i en isolering som används under ett elektriskt högspänt likströmsfält utgör ställen där rymdladdningar tenderar ackumuleras, varigenom man riskerar initiering av dielektrisk nedbrytning genom urladdningar som för- sämrar isoleringen och slutligen kan leda till dess kollaps. Den ideala iso- lermaterialet bör uppvisa en låg viskositet under impregnering och vara mycket visköst under driftförhållanden.To ensure a good impregnation result, a liquid with a low viscosity site desirable. The liquid should also preferably be viscous under operating conditions. countries of the electrical device to avoid the migration of liquids in the porous insulation, and in particular away from the porous insulation one. Darcy's law (1) is often used to describe the flow of a liquid through a porous medium or capillary medium. (1): V = JLAÉ p.L In this law, v is the so-called Darcy velocity of the liquid, defined as volume ﬂ is divided by the sample area, k is the perneability of the porous said medium, AP is the pressure difference across the sample, p is the dynamic viscosity for the liquid and L is the thickness of the sample. The flow rate for one liquid in a porous medium is substantially inversely proportional to viscosity teten. A liquid which has a low viscosity or a very high temperature Thus, the residual viscosity at operating temperature will tend to migrate under the influence of temperature ﬂuctuations that normally occur .514 062 5 in an electrical device during operation and also as a result of any temperature gradient that is built up over a conductor insulation during operation and can starve in that unfilled voids are formed in the insulation. Since temperature ﬂ uktua- ions and temperature gradients occur in a high voltage DC cable, any problems associated with the migration of the dielectric the liquid must be carefully considered. Unfilled cavities or other unfilled spaces or pores in an insulation used under an electrically high voltage direct current field constitute places where space charges tend to accumulate, thereby risks initiating dielectric degradation by discharges that cause deteriorates the insulation and can eventually lead to its collapse. The ideal iso- the clay material should have a low viscosity during impregnation and be very viscous under operating conditions.

Konventionella dielektriska oljor använda för impregnering av en porös, ﬁbrös eller laminerad ledarisolering i en DC-kabel uppvisar en viskositet som minskar väsentligen exponentiellt allteftersom temperaturen ökar. Impregne- ringstemperaturen måste därför vara väsentligt högre än drifttemperaturen för erhållande av den erforderliga minskningen i viskositet pga. det låga temperaturberoendet hos viskositeten. Som en jämförelse är temperaturbe- roendet hos viskositeten vid temperaturer som råder under driftsbetingelser hög. Små variationer i impregnerings- eller driftförhållanden kan ha skadlig effekt på prestandan hos den dielektriska vätskan och ledarisoleríngen. Oljor väljes därför så att de är tillräckligt viskösa vid förväntade drifttemperaturer för att väsentligen fullständigt stanna kvar i isoleringen även under de tem- peratiirﬂuktuationer som sker i den elektriska anordningen under drift, och även så att denna retention är opåverkad av den temperaturgradient som normalt byggs upp över en ledarísolering för en elektrisk anordning omfat- tande ledare vid högspänning. Detta resulterar typiskt i en hög impregne- ringstemperatur för säkerställande av att isoleringen kommer att bli väsent- ligen fullständigt ímpregnerad. En hög impregneringstemperatur är emeller- tid ofördelaktig eftersom den riskerar påverka isoleringsmaterialet, ytegen- skapema hos ledaren och främja kemiska reaktioner inom och mellan mate- rial som ingår i anordningen vars isolering håller på att impregneras. Även 51.14 062 6 energiförbrukningen under framställning och de totala produktionskostna- dema påverkas negativt av en hög impregneringstemperatiir. En annan as- pekt att beakta är den termiska utvidgningen och krympningen av isolering- en som medför att kylningshastigheten under kylningen måste vara reglerad och långsam, vilket kräver ytterligare tid och medför komplexitet till en re- dan tidskrävande och komplex process. Andra typer av oljeimpregnerade kablar utnyttjar en lågviskositetsolja. Dessa kablar omfattar emellertid tan- kar eller reservoarer längs kabeln eller i förbindelse med kabeln för säker- ställande av att kabelisoleringen förblir fullständigt impregnerad vid cyklisk värmepåverkan vid drift. Med dessa kablar fyllda med lågviskositetsolja före- ligger risk för oljeläckage från en skadad kabel. Därför föredrages en olja med en mycket temperaturberoende viskositet och med en hög viskositet vid drifttemperatur.Conventional dielectric oils used for impregnating a porous, ﬁ brittle or laminated conductor insulation in a DC cable has a viscosity that decreases substantially exponentially as the temperature increases. Impregnated the ring temperature must therefore be significantly higher than the operating temperature to obtain the required reduction in viscosity due to the low the temperature dependence of the viscosity. As a comparison, temperature the dependence of the viscosity on temperatures prevailing under operating conditions high. Small variations in impregnation or operating conditions can be harmful effect on the performance of the dielectric fluid and conductor insulation. Oils are therefore selected so that they are sufficiently viscous at expected operating temperatures to remain essentially completely in isolation even during the peruation ﬂ actuations that occur in the electrical device during operation, and even so that this retention is unaffected by the temperature gradient which normally built over a conductor insulation for an electrical device comprising high-voltage conductors. This typically results in a high impregnation temperature to ensure that the insulation will be essential completely impregnated. However, a high impregnation temperature is time disadvantageous because it risks affecting the insulation material, surface properties leaders and promote chemical reactions within and between material included in the device whose insulation is being impregnated. Also 51.14 062 6 energy consumption during production and the total production costs they are negatively affected by a high impregnation temperature. Another as- It is worth noting that the thermal expansion and shrinkage of the insulation one which means that the cooling rate during cooling must be regulated and slow, which requires additional time and adds complexity to a the time-consuming and complex process. Other types of oil impregnated cables utilize a low viscosity oil. However, these cables include vessels or reservoirs along the cable or in connection with the cable for stating that the cable insulation remains completely impregnated during cyclic heat exposure during operation. With these cables filled with low viscosity oil, there is a risk of oil leakage from a damaged cable. Therefore, an oil is preferred with a very temperature dependent viscosity and with a high viscosity at operating temperature.

För att ge ett lämpligt ökat temperaturberoende i viskositeten hos en kon- ventionell mineralolja är det känt att tillsätta och upplösa en polymer, t.ex. polyisobuten, i oljan. Detta kan endast åstadkommas för höggradigt aroma- tiska oljor. Sådana oljor uppvisar emellertid sämre elektriska egenskaper i jämförelse med mer nafteniska oljor. De senare är oljetyper lämpliga för an- vändning som en elektrisk isolerolja. En mer aromatisk olja måste i typiska fall behandlas med blekjord för att uppvisa godtagbara elektriska egenska- per. Detta är kostsamt och det finns en risk att lerpartiklar med liten storlek kvarstår i oljan om ej en noggrann ﬁltrerings- eller separationsbearbetning utförs efter denna behandling. Alternativt kan en olja som beskrivits i US-A- 3 668 128 omfattande tillsatser av från 1 upp till 50 vikt-% av en alkenpo- lymer med en molekylvikt i intervallet 100-900, härledd från en alken med 3, 4 eller 5 kolatomer, t.ex. polybuten väljes för dess låga viskositet vid låga temperaturer. Denna olja uppvisar en låg viskositet vid låga temperaturer, god oxidationsbeständighet och även god beständighet mot gasutveckling, dvs. bildning av vätgas som kan ske, särskilt när en olja med låg aromatisk halt, såsom oljan föreslagen i US-A-S 668 128, utsätts för elektriska fält.In order to provide a suitable increased temperature dependence in the viscosity of a conventional mineral oil, it is known to add and dissolve a polymer, e.g. polyisobutylene, in oil. This can only be achieved for highly aromatic ethical oils. However, such oils exhibit poorer electrical properties in comparison with more naphthenic oils. The latter are oil types suitable for use turning like an electrical insulating oil. A more aromatic oil must in typical cases are treated with bleaching earth to exhibit acceptable electrical properties per. This is costly and there is a risk of clay particles of small size remains in the oil unless a thorough filtration or separation operation performed after this treatment. Alternatively, an oil described in U.S. Pat. 3,668,128 comprising additives of from 1 up to 50% by weight of an alkene lyme with a molecular weight in the range 100-900, derived from an alkene of 3, 4 or 5 carbon atoms, e.g. polybutene is selected for its low viscosity at low temperatures. This oil has a low viscosity at low temperatures, good oxidation resistance and also good resistance to gas evolution, i.e. formation of hydrogen gas that can occur, especially when an oil with low aromatic content, such as the oil proposed in US-A-S 668 128, is exposed to electric fields.

Oljan enligt beskrivningen i US-A-3 668 128 löper emellertid, även om den erbjuder en stor fördel jämfört med den traditionella elektriska isoleringsol- 514 062 7 jan för impregnering av ñbrösa eller laminerade isoleringar, risken för olje- migrering orsakad av temperaturfluktuationer och/ eller temperaturgradi- entbildning under drift, eftersom lågviskosítetsoljan i typiska fall ej stannar kvar under drift vid förhöjda temperaturer.However, the oil as described in US-A-3 668 128 runs, even if it offers a great advantage over the traditional electrical insulation sol- 514 062 7 impregnation of brittle or laminated insulation, the risk of oil spills migration caused by temperature fluctuations and / or temperature gradient formation during operation, as the low viscosity oil typically does not stop left during operation at elevated temperatures.

Den tidigare ännu ej publicerade internationella patentansökningen PCT/ SE97/ 01095 beskriver en DC-kabel impregnerad med en gelande die- lektrisk vätska, såsom en olja. Den dielektriska vätskan omfattar ett gelande polymertrillsatsmedel som ger vätskan en terrnoreversibel övergång mellan ett gelat tillstånd vid låga temperaturer och ett väsentligen newtonskt lätt- ﬂytande tillstånd vid höga temperaturer. Denna väsentliga övergång i visko- sitet sker över ett begränsat temperaturintervall. Vätskan och det gelande polymertillsatsmedlet måste anpassas för optimering av högtemperaturvis- kositeten hos den lättﬂytande newtonska vätskan, lågtemperaturviskositeten hos gelet och övergångstemperaturintervallet för att passa de önskade egen- skaperna både under impregnering och drift. En sådan kabel omfattande en dielektrisk vätska matchad med en lämplig polymer uppvisar en väsentlig potential för minskning av den tid som erfordras för impregnering, men er- fordrar fortfarande en strängt reglerad temperaturcykel under impregnering.The previously unpublished international patent application PCT / SE97 / 01095 discloses a DC cable impregnated with a landed die. electric liquid, such as an oil. The dielectric fluid comprises a gelling polymer trill additive which gives the liquid a reversible transition between a gelled state at low temperatures and a substantially Newtonian lightness ﬂ surface conditions at high temperatures. This significant transition in viscosity the site takes place over a limited temperature range. The liquid and the gelling the polymer additive must be adapted to optimize the high temperature the quality of the light-flowing Newtonian liquid, the low-temperature viscosity of the gel and the transition temperature range to suit the desired properties both during impregnation and operation. Such a cable comprising one dielectric liquid matched with a suitable polymer exhibits a substantial potential for reducing the time required for impregnation, but still requires a strictly regulated temperature cycle during impregnation.

Det gelande polymertillsatsmedlet och den dielektriska vätskan anpassas eller optimeras för att på bästa sätt uppfylla de typiskt i konﬂikt stående kraven på kabeln under impregnering och användning. Det finns inom tek- niken en stark önskan att reducera impregneringstemperaturema och sam- tidigt öka strömtätheterna i DC-kablarna, och därmed drifttemperaturema i DC-kabeln. Således finns en önskan att ytterligare reducera klyftan mellan impregneringstemperaturen och drifttemperaturen. Följaktligen kommer det att vara svårare att anpassa de specifika kraven även med sofistikerade gel- ningssystem. Man måste komma ihåg att ej endast skall väsentligen alla hål- rum och mellanrum i kabelisoleringen fyllas av vätskan, utan vätskan skall även hållas kvar i denna isolering när temperaturen ﬂuktuerar och tempe- raturgradienter byggs upp under drift i anordningen. Lämpliga gelningssys- tem, omfattande oljor med tillsatser av polymerer, men för andra syften har även diskuterats i publicerade europapatentskriften EP-Al-O 231 402, som 514 062 8 beskriver en gelbildande förening med långsam bildning och termoreversíbla gelningsegenskaper avsedd att användas som ett inkapslingsmedel för sä- kerställande av en god försegling och blockering av eventuella hålrum i en kabel omfattande en helt igenom solid isolering, såsom en isolering baserad på extruderad polymer. Den termoreversibla gelande förening som långsamt bildas omfattar en sammanblandning av en polymer i en naftenisk eller pa- rafﬁnisk olja, och även utföringsformer som utnyttjar ytterligare samman- blandningar av en samrnonomer och/ eller en segmentsampolymer i en olja anses vara lämpliga som inkapslíngsmedel tack vare deras hydrofoba natur och det faktum att de kan pumpas in i mellanrummen vid en temperatur under maximidrifttemperaturen för inkapslingsmedlet självt. Liknande gel- bildande föreningar för samma ändamål, dvs. användning som inkapslings- medel för att hindra vatten att komma in och sprida sig längs mellanrum och invändiga ytor i en kabel omfattande fasta polymerisoleringar, fasta halvledande skärmar och metalliska ledare, är även kända genom de publi- cerade europeiska patentskriftema EP-Al-O 058 022 och EP-Al-O 586 158.The gelling polymer additive and the dielectric liquid are adapted or optimized to best meet those typically in con. standing the requirements of the cable during impregnation and use. There are in the a strong desire to reduce the impregnation temperatures and the early increase the current densities in the DC cables, and thus the operating temperatures in DC cable. Thus, there is a desire to further reduce the gap between the impregnation temperature and the operating temperature. Consequently, it will to be more difficult to adapt to the specific requirements even with sophisticated system. It must be borne in mind that not only essentially all spaces and gaps in the cable insulation are filled with the liquid, without the liquid having to is also retained in this insulation when the temperature ﬂucts and tempe- temperature gradients are built up during operation of the device. Suitable gelling systems extensive oils with additives of polymers, but for other purposes have also discussed in published European patent specification EP-Al-O 231 402, which 514 062 8 describes a gel-forming compound with slow formation and thermoreversible gelling properties intended to be used as an encapsulating agent for restoring a good seal and blocking any voids in one cable comprising a completely solid insulation, such as an insulation based on extruded polymer. The thermoreversible gelling compound as slow formed comprises a mixture of a polymer in a naphthenic or electronic oil, and also embodiments which make use of additional mixtures of a comonomer and / or a block copolymer in an oil are considered suitable as encapsulants due to their hydrophobic nature and the fact that they can be pumped into the gaps at a temperature below the maximum operating temperature of the encapsulant itself. Similar gels forming associations for the same purpose, ie. use as an encapsulation means to prevent water from entering and spreading along spaces and interior surfaces of a cable comprising solid polymer insulations, solid semiconductor screens and metallic conductors, are also known by the public European patents EP-Al-0 058 022 and EP-Al-0 586 158.

Det är således önskvärt att åstadkomma en isolerad elektrisk anordning, så- som en DC-kabel, en transformator eller en kondensator med ett elektriskt isoleringssystem omfattande en porös, ﬁbrös och / eller laminerad del isolerad med en dielektrisk vätska. I fråga om en DC-kabel skall denna vara lämplig för användning som en överförings- och distributionskabel i nätverk och in- stallationer för DC-överföring och distribution av elkraft. lsoleringssystemen skall uppvisa stabila dielektriska egenskaper även vid drift vid höga drift- temperaturer nära impregneringstemperaturen och/ eller under betingelser där isoleringen under drift utsätts för ett högspänt likströmsfält i kombina- tion med värmefluktuatíoner och / eller bildning av en väsentlig värmegradi- ent i isoleringen. Den dielektriska vätskan, i typiska fall olja, som används för impregnering skall uppvisa ett högt viskositetsindex så att den under impregnering har en tillräckligt låg viskositet, dvs. en viskositet som anses lämplig och tekniskt samt ekonomiskt fördelaktig för impregnering, och att den efter impregnering har en hög viskositet och elasticitet, dvs. en viskositet som säkerställer att oljan under drift kommer att väsentligen stanna kvar i ö14 062 9 den porösa, ﬁbrösa och/ eller laminerade isoleringskroppen vid samtliga temperaturer inom det intervall av temperaturer för vilka anordningen är avsedd att användas. Anordningen skall således i sitt isoleringssystem om- fatta en olja med en tillräckligt låg viskositet före och under impregnering för säkerstållande av stabila ﬂödesegenskaper och ﬂödesbeteende inom dessa intervall, och som uppvisar en väsentlig förändring i viskositet vid impregne- ring, dvs. en förändring i storleksordningen hundratals Pas eller mer. En isolerad anordning, såsom en DC-kabel, impregnerad med en olja som upp- visar ett sådant högt viskositetindex kommer att ge möjlighet till en väsentlig reduktion i den mycket tidskrävande satsvisa behandlingen för impregnering av isoleringssystemet, och därigenom ge en möjlighet till en väsentlig reduk- tion i tillverkningstiden och därmed produktionskostnaderna. Tillförlitlighe- ten, kraven på litet underhåll och lång livslängd hos konventionella elektris- ka anordningar, såsom DC-kablar, omfattande en impregnerad pappersba- serad isolering skall upprätthållas eller förbättras. Isoleringssystemet skall alltså ha stabila och oföränderliga dielektriska egenskaper saint en hög och oföränderlig elektrisk hållfasthet och, som en extra fördel, möjliggöra en ök- ning av den elektriska hållfastheten och således medge en ökning av drifts- spånningar, förbättrad hanterbarhet och robusthet hos kabeln.Thus, it is desirable to provide an insulated electrical device so that as a DC cable, a transformer or a capacitor with an electric insulation system comprising a porous, brittle and / or laminated part insulated with a dielectric fluid. In the case of a DC cable, this must be suitable for use as a network transmission and distribution cable and installations for DC transmission and distribution of electricity. The insulation systems shall exhibit stable dielectric properties even during operation at high operating temperatures close to the impregnation temperature and / or under conditions where the insulation during operation is exposed to a high-voltage direct current field in combination with heat fluctuations and / or the formation of a significant heat gradient ent in the insulation. The dielectric fluid, typically oil, used for impregnation shall have a high viscosity index so that it below impregnation has a sufficiently low viscosity, ie. a viscosity that is considered suitable and technically and economically advantageous for impregnation, and that it after impregnation has a high viscosity and elasticity, ie. a viscosity which ensures that the oil during operation will essentially remain in ö14 062 9 the porous, ösa brittle and / or laminated insulating body at all temperatures within the range of temperatures for which the device is intended for use. The device must thus in its insulation system take an oil with a sufficiently low viscosity before and during impregnation for ensuring stable fate properties and fate behavior within them intervals, and which show a significant change in viscosity during impregnation ring, i.e. a change in the order of hundreds of Pas or more. One insulated device, such as a DC cable, impregnated with an oil which is showing such a high viscosity index will allow for a significant reduction in the very time-consuming batch treatment for impregnation of the insulation system, thereby providing an opportunity for a significant reduction during the production period and thus the production costs. Reliability the requirements for low maintenance and long service life of conventional electrical devices, such as DC cables, comprising an impregnated paper insulation must be maintained or improved. The insulation system shall thus having stable and unchanging dielectric properties saint a high and unchanging electrical strength and, as an added benefit, enable an increased increase the electrical strength and thus allow an increase in the chips, improved handling and robustness of the cable.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning är ett ändamål att tillhandahålla en isolerad elektrisk isolerad anordning omfattande en ledare och ett poröst, ﬁbröst och / eller laminerat elektriskt isoleringssystem impregnerat med en olja, var- vid de önskvärda särdrag som diskuterats i de föregående erhålles. Detta åstadkommes för en isolerad elektrisk anordning enligt ingressen ipatent- krav l genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkrav l. Vida- reutvecklingar av anordningen enligt föreliggande uppñnning kännetecknas av särdragen i de följande kraven 2 till 21. 514 062 10 BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En DC-kabel omfattande minst en ledare och ett impregnerat isoleringssys- tem, där isoleringssystemet omfattar en fast elektriskt isolerande dielektrisk del med en porös, ñbrös och/ eller laminerad struktur impregnerad med en olja är enligt föreliggande uppfinning anordnad med en olja omfattande ett gelningstillsatsmedel som har en molekyl med en polär del, grupp eller seg- ment. Det gelade nätverket av längre och/ eller mer grenade polymermoleky- ler eller tvårbindningsbryggor i oljan, som bildas genom gelningsväxelverkan mellan en gelningstillsatsmedelsmolekyl och oljan och/ eller eventuell annan gelningstillsatsmedelsmolekyl, utmärkes av de bindningar som utvecklas i samband med den polära delen, gruppen eller segmentet i gelningstillsats- medlet. Dessa bindningar kommer att öka viskositetsindexet hos oljan så att det gelade nätverket i oljan i en DC-kabel enligt föreliggande uppfinning sä- kerställer ﬂödesegenskaperna hos ett mycket visköst och elastiskt gel vid typiska drifttemperaturer för en DC-kabel och lägre temperaturer. Oljan uppvisar företrädesvis en termoreversibel övergång mellan ett mycket visköst elastiskt gelat tillstånd vid låga temperaturer, dvs. typiska drifttemperaturer för en DC-kabel och lägre temperaturer, och ett lättﬂytande vätsketíllstånd vid högre temperaturer, dvs. impregneringstemperaturer. Företrädesvis är de bindningar som ingår i det gelade nätverket vätebindningar. Gelningstill- satsmedlet omfattar opolära segment av linjära eller grenade kolvâtekedjor och polära delar, grupper eller segment. Denna kombination är fördelaktíg såtillvida som den ger tensidegenskaper eller en tensidkaraktär åt gelnings- tillsatsmedlet. Därigenom har gelningstillsatsmedlet förmåga att med dess polära delar växelverka med de fasta ytorna och med dess opolära delar med oljan. Av särskilt intresse är växelverkan mellan de polära delarna och ytan av den porösa, fibrösa och/ eller laminerade strukturen hos många ﬁbrösa material, och i synnerhet cellulosabaserade material, under det att de opolä- ra delarna växelverkar med oljan. Denna växelverkan av tensidkaraktär med de fasta delarna i isoleringen respektive oljan resulterar i en förbättrad vät- ning som förkortar impregneringstiden, varigenom oljepenetreringen in till 514 062 ll hälrum och kapillärmellanrum i den porösa, ﬁbrösa och/ eller laminerade strukturen kan ökas. Denna tensidtyp av växelverkan mellan gelningstill- satsmedelmolekyler och ytan hos den porösa, ñbrösa och /eller laminerade strukturen respektive oljan kommer även under andra omständigheter att öka oljeretentionen i den porösa, fibrösa och/ eller laminerade strukturen vid drift vid en hög temperatur, ﬂuktuerande temperaturer och/ eller under en väsentlig temperaturgradient. Denna tensidtyp av egenskaper hos ett gel- ningstillsatsmedel som uppvisar polära och opolära delar ger även en fysika- lisk bindning av partiklarna till den gelade strukturen. Det är särskilt fördel- aktigt om dielektriskt starka partiklar med en fin partikelstorlek, t.ex. i na- nometerintervallet, kan införlivas i den gelade strukturen. Sådant införlivan- de av dielektriskt starka partiklar med en ﬁn partikelstorlek förstärker det gelade nätverket och det totala isoleringssystemet både mekaniskt och elek- triskt.SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, an object is to provide an insulator electrically insulated device comprising a conductor and a porous, öst chest and / or laminated electrical insulation system impregnated with an oil, each at the desired features discussed in the foregoing are obtained. This provided for an insulated electrical device according to the preamble claim 1 through the features of the characterizing part of claim 1. further developments of the device according to the present invention are characterized of the features of the following claims 2 to 21. 514 062 10 DESCRIPTION OF THE INVENTION A DC cable comprising at least one conductor and an impregnated insulation system where the insulation system comprises a solid electrically insulating dielectric part with a porous, ñbrose and / or laminated structure impregnated with a oil is according to the present invention provided with an oil comprising one gelling additive having a molecule having a polar moiety, group or segregation ment. The gelled network of longer and / or more branched polymer molecules clay or crosslinking bridges in the oil, which are formed by gelling interaction between a gelling additive molecule and the oil and / or any other gelling additive molecule, is characterized by the bonds that develop in associated with the polar part, group or segment of the gelling additive medlet. These bonds will increase the viscosity index of the oil so that the gelled network in the oil of a DC cable according to the present invention restores ﬂ the fate properties of a very viscous and elastic gel at typical operating temperatures for a DC cable and lower temperatures. The oil preferably exhibits a thermoreversible transition between a highly viscous elastically gelled state at low temperatures, i.e. typical operating temperatures for a DC cable and lower temperatures, and a light-liquid state at higher temperatures, ie. impregnation temperatures. Preferably they are bonds that are part of the gelled network hydrogen bonds. Gelningstill- the batch comprises non-polar segments of linear or branched hydrocarbon chains and polar parts, groups or segments. This combination is advantageous in so far as it imparts surfactant properties or a surfactant character to the gelling the additive. Thereby, the gelling additive has the ability to with it polar parts interact with the solid surfaces and with their non-polar parts with the oil. Of particular interest is the interaction between the polar parts and the surface of the porous, fibrous and / or laminated structure of many ﬁ breasts materials, and in particular cellulose-based materials, while the unpolar the parts interact with the oil. This interaction of a surfactant character with the solid parts of the insulation and the oil, respectively, result in an improved wetting which shortens the impregnation time, whereby the oil penetration into 514 062 ll cavities and capillary gaps in the porous, ösa brittle and / or laminated the structure can be increased. This surfactant type of interaction between gelling agents batch molecules and the surface of the porous, brittle and / or laminated the structure or the oil will also in other circumstances increase the oil retention in the porous, fibrous and / or laminated structure at operation at a high temperature, ﬂ operating temperatures and / or below a significant temperature gradient. This surfactant type of properties of a gel additives that have polar and non-polar parts also provide a physical bonding of the particles to the gelled structure. It is particularly advantageous about dielectrically strong particles with a fine particle size, e.g. i na- nometer range, can be incorporated into the gelled structure. Such incorporation those of dielectrically strong particles with a particle size amplify it the network and the overall insulation system, both mechanically and electrically. triskt.

En DC-kabel enligt den kända tekniken omfattar en olja, t.ex. en mineralol- ja, där viskositetsindexet ökas genom ett gelningstillsatsmedel, såsom en styrenbutadiensegmentsampolymer. Oljeviskositeten modifieras därigenom på sådant sätt att oljan kan gelas termoreversibelt. I denna olja förorsakas den termoreversibla gelningen av partiell löslighet hos segmentsampolyme- ren i oljan. Vid låga temperaturer löses endast butadiensegrnenten under det att styrensegment aggregerar och miceller bildas. Dessa miceller resulterar i en fysikalisk tvärbindning av oljan, ett gel bildas. Allteftersom temperaturen ökas reduceras micellemas stabilitet och, vid en viss temperatur (vâtskegel- övergångstemperaturen), bryts micellema och en vätskeliknande lösning bil- das. Den terrnoreversibla gelningen av oljan i en DC-kabel enligt föreliggande uppﬁnning däremot styrs av andra bindningsmekanismer, företrädesvis vä- tebindning. För att åstadkomma detta omfattar en DC-kabel enligt förelig- gande uppﬁnning ett gelningstillsatsmedel som inför vätebundna nätverk i oljan. Typiskt omfattar de gelningstillsatsmedel som används i en DC-kabel enligt föreliggande uppﬁnning polära segment/ grupper och opolära segment.A DC cable according to the prior art comprises an oil, e.g. a mineral oil yes, where the viscosity index is increased by a gelling additive, such as a styrene butadiene block copolymer. The oil viscosity is thereby modified in such a way that the oil can be gelled thermoreversibly. In this oil is caused the thermoreversible gelation of partial solubility of block copolymer pure in the oil. At low temperatures, only the butadiene solvent is dissolved below it that styrene segments aggregate and micelles are formed. These micelles result in a physical crosslinking of the oil, a gel is formed. Depending on the temperature increased, the stability of the micelles is reduced and, at a certain temperature ( transition temperature), the micelles and a liquid-like solution are broken down das. The reversible gelation of the oil in a DC cable according to the present invention recovery, on the other hand, is governed by other binding mechanisms, preferably tea binding. To achieve this, a DC cable according to the present invention comprises a gelling additive which introduces hydrogen-bonded networks into the oil. Typically, they include gelling additives used in a DC cable according to the present invention polar segments / groups and non-polar segments.

Denna struktur möjliggör för dem att fungera som tensider. Deras tensidka- raktär kommer, när de används som gelinducerande tillsatsmedel i impreg- 514 062-- 12 neringsmedel för isolerande kroppar, att förbättra avgasningsprocessen för impregneringsmedlet, den kommer även förbättra vätningen och åstadkom- ma fysikalisk bindning av partiklarna till det gelade nätverket. Vätningen kommer att förbättras för en isolerande kropp med en polär typ av material, åtminstone vid dess yta, eftersom gelningstillsatsmedlen, exempelvis i fråga om ett cellulosabaserat material, kommer att attraheras till gränsytan mel- lan den opolära oljan och det polära cellulosabaserade materialet, och däri- genom förbättra vätningsprocessen. Samma mekanism kommer att åstad- komma införlivande av fina partiklar med polär typ av ytegenskaper in i det gelade nätverket. Dessa fördelar med de vätebindande gelningstillsatsmedlen eller gelatorerna hjälper till att förkorta impregneringscykeln. En annan för- del med systemen som används i en DC-kabel enligt föreliggande uppfinning år att deras gelningskinetik möjliggör en fördröjd väsentligt långsammare gelning om så önskas. Denna fördröjning kan i vissa fall överstiga 24 tim- mar. Detta resulterar i en minskad krympning för en DC-kabel omfattande ett gelande impregneringsmedel innehållande en segmentsampolymer efter- som gelníngen kommer att ske vid en låg temperatur och medan oljan under avkylningen förblir en lättﬂytande vätska. Som en följd blir "efterfyllnings"- steget mindre problematiskt.This structure allows them to act as surfactants. Their surfactants when used as gel-inducing additives in impregnated 514 062-- 12 insulators for insulating bodies, to improve the degassing process for impregnating agent, it will also improve wetting and provide physical bonding of the particles to the gelled network. The wetting will be improved for an insulating body with a polar type of material, at least at its surface, since the gelling additives, for example in question cellulose-based material, will be attracted to the interface between the non-polar oil and the polar cellulose-based material, and therein by improving the wetting process. The same mechanism will provide incorporate fine particles with polar type of surface properties into it gelled the network. These benefits of the hydrogen bonding gelling additives or the gelators help to shorten the impregnation cycle. Another part with the systems used in a DC cable according to the present invention years that their gelation kinetics allow a delayed significantly slower gelation if desired. This delay may in some cases exceed 24 hours. mar. This results in a reduced shrinkage for a DC cable extensively a gelling impregnating agent containing a block copolymer followed by as the gelling will take place at a low temperature and while the oil below the cooling remains a slightly ﬂ-liquid. As a result, the "refill" - increased less problematically.

Enligt en utföringsform omfattar DC-kabeln ett impregneringsmedel baserat på en mineralolja som i typiska fall omfattar upp till 20 vikt-% av ett gel- ningstillsatsmedel, eller en gelator. Lämpliga gelatorer för användning till- sammans med ett mineraloljebaserat impregneringsmedel omfattar: - en segmentsampolymer omfattande ett polärt segment med förmåga att bilda vätebindningar, Lex. polyvinylpyridin tillsatt till en halt upp till 20 vikt- %, - en segmentsampolymer omfattande ett polärt segment med förmåga att bilda vätebindningar och ett opolärt segment lösligt i oljan tillsatt till en halt upp till 20 vikt-%, - en urea- eller diureaförening tillsatt till en halt upp till 20 vikt-%, företrä- desvis i intervallet från 1 till 20 vikt-% 51.4 062 13 - dibensylidensorbitol tillsatt till en halt upp till 20 vikt-%, företrädesvis i intervallet från l till 15 vikt-%; och/ eller - en alkyl-1,3,5-bensentrikarboxamid tillsatt till en halt upp till 20 vikt-%, företrädesvis i intervallet från 1 till 20 vikt-%, t. ex. tri-(3,7-dimetyloktyl)- 1,3,5-bensentrikarboxamid tillsatt till en halt upp till 20 vikt-°/>, företrädes- vis i intervallet från 5 till 20 vikt-%.According to one embodiment, the DC cable comprises an impregnating agent based on a mineral oil which typically comprises up to 20% by weight of a gel additive, or a gelator. Suitable gelators for use in together with a mineral oil-based impregnating agent comprises: a block copolymer comprising a polar block capable of form hydrogen bonds, Lex. polyvinylpyridine added to a content of up to 20% by weight %, a block copolymer comprising a polar block capable of form hydrogen bonds and a non-polar segment soluble in the oil added to a content up to 20% by weight, a urea or diurea compound added to a content of up to 20% by weight, preferably in the range from 1 to 20% by weight 51.4 062 13 dibenzylidene sorbitol added to a content of up to 20% by weight, preferably in the range from 1 to 15% by weight; and or an alkyl-1,3,5-benzenetricarboxamide added to a content of up to 20% by weight, preferably in the range from 1 to 20% by weight, e.g. tri- (3,7-dimethyloctyl) - 1,3,5-benzenetricarboxamide added to a content of up to 20% by weight, preferably in the range from 5 to 20% by weight.

Enligt en annan utföringsform omfattar DC-kabeln ett impregneringsmedel baserat på. en vegetabilsk olja med en gelator omfattande föreningar såsom en urea- eller diureafórening, en cellulosaeter och/ eller etylcellulosa. I typis- ka fall tillsåtts cellulosaetern till oljan i intervallet från 2 till 10 víkt-% och etylcellulosa i intervallet från 2 till 10 vikt-%.According to another embodiment, the DC cable comprises an impregnating agent based on. a vegetable oil with a gelator comprising compounds such as a urea or diurea compound, a cellulose ether and / or ethylcellulose. In typical In each case, the cellulose ether is added to the oil in the range from 2 to 10% by weight and ethylcellulose in the range of 2 to 10% by weight.

Enligt ytterligare en utföringsform omfattar DC-kabeln ett impregneringsme- del baserat på en silikonolja med en gelator som omfattar dibensylidensor- bitol i intervallet från 1 till 15 vikt-%.According to a further embodiment, the DC cable comprises an impregnation method. part based on a silicone oil with a gelator comprising dibenzylidene bitol in the range from 1 to 15% by weight.

DC-kabeln enligt föreliggande uppfinning omfattar typiskt, från mitten och utåt; en ledare av vilken som helst önskad form och konstitution, såsom en kab- lad mångtrådig ledare, en solid ledare eller en sektionsledare; en första halvledande skärm anbríngad runt och på utsidan av ledaren och inuti ledarisoleringen; en lindad och impregnerad isolering enligt föreliggande uppﬁnning med en dielektrisk elektriskt isolerande fast del med en porös och /eller laminerad struktur såsom beskrivits í det föregående impregnerad med en olja; en andra halvledande skärm anbringad på utsidan av ledarisoleringen; och 514 062? 14 en yttre skyddande mantel. De två halvledande skärmarna är även typiskt lindad och impregnerad isolering enligt föreliggande uppﬁnning, med en di- elektrisk elektriskt isolerande del som har en porös och/ eller laminerad struktur såsom beskrivits i det föregående impregnerad med en olja. Kabeln kan när så är lämpligt kompletteras med armering och en förseglande före- ning eller ett vattensvällande pulver för fyllning av eventuella hålrum i och runt ledaren, andra metall/ polymer-gränsytor kan förseglas för förhindrande av vatten från att spridas längs sådana gränsytor.The DC cable of the present invention typically comprises, from the center and outwards; a conductor of any desired shape and constitution, such as a cable let multi-threaded leader, a solid leader or a section leader; a first semiconductor screen mounted around and on the outside of the conductor and inside the conductor insulation; a wound and impregnated insulation according to the present invention with a dielectric electrically insulating solid part with a porous and / or laminated structure as described above impregnated with an oil; a second semiconductor shield mounted on the outside of the conductor insulation; and 514 062? 14 an outer protective sheath. The two semiconductor screens are also typical wound and impregnated insulation according to the present invention, with a di- electrically electrically insulating part having a porous and / or laminated structure as described above impregnated with an oil. Cable may, where appropriate, be supplemented by reinforcement and a sealing or a water-swelling powder for filling any voids in and around the conductor, other metal / polymer interfaces can be sealed for prevention of water from spreading along such interfaces.

Enligt en utföringsform förbehandlas den lindade kabelisoleringen med ge- latorn före impregnering. Den lindade isoleringen kan blötläggas i eller spra- yas med en lösning omfattande en gelator, torkas och därefter impregneras, men lindas företrädesvis av band som redan är förbehandlade med gelnings- tillsatsmedel. Banden kan ha förbehandlats redan vid bandframställníngen, men behandlingen kan naturligtvis även ha utförts i ett speciellt behand- lingsmoment eller i samband med lindningen. Detsamma gäller för vilken som helst typ av band, såsom ett homogent pappersband, ett homogent po- lymerband eller ett laminerat band av papper och polymerﬁlmer eller olika polymera filmer eller nät, banor eller nät. Pappersband kan ha belagts ge- nom sprayning eller nedsänkning eller på annat sätt kontakt av pappret med en lösning omfattande gelningstillsatsmedlet. Gelningstillsatsmedlet kan ha satts till polymerﬁlmer, band eller liknande genom sprayning eller extrude- ring av gelningstillsatsmedlet på polymeren. En beläggning omfattande gel- ningstillsatsmedlet kan även ha samextruderats med polymerbandet eller - ñlmen. För en DC-kabel omfattande en sådan förbehandlad isolering skulle denna utföringsforrn således säkerställa att oljan bibehåller sina lättﬂytande väsentligen newtonska egenskaper under den huvudsakliga tiden av fyll- ningsfasen av impregneringssteget och att gelningstillsatsmedlet därefter när detta bringas i kontakt med oljan och åtminstone delvis upplöses i oljan, ger oljan egenskaperna hos ett mycket visköst, elastiskt gel. Övergången från lättﬂytande dielektrisk vätska till ett mycket visköst gel kan beroende på kombinationen av gelningstillsatsmedel och dielektrisk vätska vara ögon- blicklig, långsam eller till och med fördröjd. Med ögonblicklig övergång me- 514 062 15 nas att övergången initíeras direkt när gelningstillsatsmedlet bringas i kon- takt med och löses av den dielektriska vätskan och att övergångskinetiken är sådan att övergången är snabb. Den långsamma övergången initieras även typiskt direkt vid kontakt mellan vätska och gelningstillsatsmedel men över- gången bromsas av kinetiken för upplösning och /eller övergång. En fördröjd övergång med upp till 24 timmar kan typiskt åstadkommas med hjälp av gelningssystemen, gelatorn och anpassad olja, som används i DC-kablarna enligt föreliggande uppfinning.According to one embodiment, the wound cable insulation is pretreated with lator before impregnation. The wound insulation can be soaked in or sprayed with a solution comprising a gelator, dried and then impregnated, but are preferably wound by tapes already pretreated with gelling additives. The tapes may have already been pretreated during the production of the tapes, but the treatment may of course also have been carried out in a special treatment. torque or in connection with the winding. The same goes for which any type of tape, such as a homogeneous paper tape, a homogeneous paper glue tape or a laminated tape of paper and polymer or different polymeric films or nets, webs or nets. Paper tape may have been coated by spraying or immersion or otherwise contacting the paper with a solution comprising the gelling additive. The gelling additive may have added to polymers, tapes or the like by spraying or extruding ring of the gelling additive on the polymer. A coating comprising gel the additive may also have been co-extruded with the polymer belt or - ñlmen. For a DC cable comprising such a pretreated insulation would this embodiment thus ensures that the oil maintains its light surface essentially Newtonian characteristics during the main period of filling phase of the impregnation step and that the gelling additive thereafter when this is brought into contact with the oil and at least partially dissolved in the oil, gives the oil properties of a very viscous, elastic gel. The transition from light ﬂ surface dielectric liquid to a very viscous gel can depending the combination of gelling additives and dielectric fluid bleak, slow or even delayed. With instantaneous transition with 514 062 15 that the transition is initiated immediately when the gelling additive is brought into pace with and dissolved by the dielectric fluid and that the transition kinetics are such that the transition is rapid. The slow transition is also initiated typically directly on contact between liquid and gelling additives but time is slowed down by the kinetics of dissolution and / or transition. A delayed transition of up to 24 hours can typically be accomplished using gelling systems, the gelator and custom oil, used in the DC cables according to the present invention.

Enligt ytterligare en utföríngsforrn är det gelande tillsatsmedlet ojämnt för- delat inom isoleringen så att en viskositetsgradient föreligger i kabeln efter impregnering och gelning, varvid viskositeten företrädesvis ökar inåt mot le- daren. Genom fördelning av gelningstillsatsmedlet på detta sätt inom isole- ringen kan ﬂera viktiga aspekter förbättras; en mer fullständig fyllning före start av gelning säkerställes även för ett ge- lande system som gelar nästan omedelbart; en självläkande förmåga åstadkommes, dvs. en skadad del av isoleringen kan återimpregneras med vätska från andra delar; en gelad vätska som bibehåller sitt mycket viskösa, elastiska gelade tillstånd även när temperaturen runt ledaren ökar pga. höga belastningar erhålles.According to a further embodiment, the gelling additive is unevenly distributed. divided within the insulation so that a viscosity gradient is present in the cable after impregnation and gelling, the viscosity preferably increasing inwards towards the daren. By distributing the gelling additive in this way within the isolation the ring can ﬂ your important aspects be improved; a more complete filling before the start of gelation is also ensured for a gel gelling systems that gel almost immediately; a self-healing ability is achieved, ie. a damaged part of the insulation can be re-impregnated with liquid from other parts; a gelled liquid that maintains its highly viscous, elastic gelled state even when the temperature around the conductor increases due to high loads are obtained.

Enligt en utföringsfonn av DC-kabeln enligt föreliggande uppfmning har ka- beln ett isoleringssystem som omfattar en tensid eller blandning av tensider, för att ytterligare förbättra vätningen under impregneringen. Tensiden kan antingen tillsättas till den fasta delen av isoleringen före impregnering genom en förbehandling eller den kan ingå i oljan.According to an embodiment of the DC cable according to the present invention, an insulation system comprising a surfactant or mixture of surfactants, to further improve the wetting during the impregnation. The surfactant can either added to the solid part of the insulation before impregnation by a pretreatment or it may be included in the oil.

För att säkerställa långvarig stabilitet för de förbättrade elektriska och me- kaniska egenskaperna ingår ett gasabsorberande tillsatsmedel i isolerings- 1514 062 f 16 systemet. Ett lämpligt gasabsorberande tillsatsmedel är en polyisobuten med låg molekylvikt med en molekylvikt lägre än 1000 g/ mol.In order to ensure long-term stability for the improved electrical and mechanical properties, a gas-absorbing additive is included in the insulation 1514 062 f 16 the system. A suitable gas absorbent additive is a polyisobutylene with low molecular weight with a molecular weight lower than 1000 g / mol.

En DC-kabel enligt föreliggande uppfinning tillförsäkras långvarigt stabila och oföränderliga dielektriska egenskaper och en hög och oföränderlig elek- trisk hållfasthet lika bra som eller bättre än hos en konventionell DC-kabel omfattande sådan impregnerad porös, fibrös och /eller laminerad kropp.A DC cable according to the present invention is ensured long-term stable and unchanging dielectric properties and a high and unchanging electric tric strength as good as or better than with a conventional DC cable comprising such an impregnated porous, fibrous and / or laminated body.

Detta är särskilt viktigt med avseende på den långa livslängd som sådana installationer i typiska fall är utformade för, och den begränsade tillgången för underhåll på sådana installationer. Det speciella valet och anpassningen av gelningstillsatsmedel, gelatorer, och oljor, impregneringsmedel, säker- ställer isoleringssystemets långvariga stabila egenskaper även när detta an- vänds vid förhöjda temperaturer, vid stora termiska ﬂuktuationer och/ eller under värmegradienter. Detta möjliggör en förmåga att medge en ökning i dríftbelastning både med hänsyn till ökade spänningar och strömtätheter.This is especially important with respect to the longevity as such installations are typically designed for, and the limited availability for maintenance on such installations. The special choice and adaptation of gelling additives, gelaters, and oils, impregnating agents, provides the long-term stable properties of the insulation system even when this used at elevated temperatures, at large thermal ﬂctuations and / or under heat gradients. This enables an ability to allow an increase in drift load both with regard to increased voltages and current densities.

En ytterligare fördel med en DC-kabel enligt föreliggande uppfinning är att den tack vare tensidkaraktären hos de gelatorer som används i DC-kablarna enligt föreliggande uppfinning, möjliggör en reduktion i framställningstiden genom förbättrad vätning, vilket erbjuder en möjlig förkortad impregnerings- cykel. Dessutom ger tensidkaraktären hos gelningstillsatsmedlet som an- vänds i en DC-kabel enligt föreliggande uppfinning en fysikalisk bindning till polära ytor, såsom ytorna av den porösa, ﬁbrösa isoleringen och även till fina dielektriskt starka partiklar som därigenom kan införlivas i den gelade strukturen. Sådant införlivande av dielektriskt starka partiklar förstärker isoleringen både mekaniskt och elektriskt. Även temperaturkänsligheten under tillverkningen kan väsentligt reduceras genom ett lämpligt val och an- passning av oljan och gelningstillsatsmedlet, vilket möjliggör en fördröjd gel- ning, varigenom efterfyllningsstegets känslighet minskas.A further advantage of a DC cable according to the present invention is that it is due to the surfactant nature of the gelators used in the DC cables according to the present invention, enables a reduction in the production time through improved wetting, which offers a possible shortened impregnation bike. In addition, the surfactant nature of the gelling additive as used in in a DC cable according to the present invention is turned into a physical bond polar surfaces, such as the surfaces of the porous, ösa brittle insulation and also to fine dielectrically strong particles which can thereby be incorporated into the gelled the structure. Such incorporation of dielectrically strong particles enhances the insulation both mechanically and electrically. Also the temperature sensitivity during manufacture can be significantly reduced by an appropriate choice and adjustment of the oil and the gelling additive, which enables a delayed gelling thereby reducing the sensitivity of the replenishment step.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas i närmre detalj med hänvis- ning till ritningen och exemplen. Figur 1 visar en tvärsnittsvy över en typisk 514 062 17 DC-kabel för överföring av elkraft omfattande en lindad och impregnerad isolering enligt föreliggande uppﬁnning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING The present invention will be described in more detail with reference to to the drawing and the examples. Figure 1 shows a cross-sectional view of a typical one 514 062 17 DC cable for transmission of electric power comprising a wound and impregnated insulation according to the present invention.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER OCH EXEMPEL DC-kabeln i den utföringsform enligt föreliggande uppfinning som visas i ﬁ- gur 1 omfattar från mitten och utåt; en kablad mångtrådig ledare 10; en första halvledande skärm 1 1 belägen runt och på utsidan av ledaren lO och inuti en ledarisolering 12; en lindad och impregnerad ledarisolering 12 omfattande ett gelningstillsats- medel som beskrivits i det föregående; en andra halvledande skärm 13 belägen på utsidan av ledarisolering 12; en metallisk skärm 14; och en skyddande mantel 15 anordnad på utsidan av den metalliska skärmen 14.DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS AND EXAMPLES The DC cable in the embodiment of the present invention shown in gur 1 comprises from the center and outwards; a wired multi-wire conductor 10; a first semiconductor screen 1 1 located around and on the outside of the conductor 10 and inside a conductor insulation 12; a wound and impregnated conductor insulation 12 comprising a gelling additive agents described above; a second semiconductor screen 13 located on the outside of conductor insulation 12; a metallic screen 14; and a protective sheath 15 provided on the outside of the metallic screen 14.

Kabeln är vidare försedd med en armering i form av metallträdar, företrädes- vis av rostfritt stål, på utsidan av den yttre extruderade skärmen 13, en för- seglande förening eller ett vattensvällande pulver är infört i mellanrummen i och runt ledaren 10. Den enligt föreliggande uppfinning framställda kabeln är lämplig även för användning i ett bipolärt system, antingen omfattande två kablar med separat avskärrnning eller två isolerade kablar innefattade i samma skyddande mantel. 514 062 18 I det följande presenteras simulerad produktprovning av några gelningsimp- regneringsmedelssystem för användning i DC-kablar enligt föreliggande uppfinning.The cable is further provided with a reinforcement in the form of metal trees, preferably stainless steel, on the outside of the outer extruded screen 13, a pre- sailing compound or a water-swelling powder is introduced into the spaces in and around the conductor 10. The cable made in accordance with the present invention is also suitable for use in a bipolar system, either extensive two cables with separate shielding or two insulated cables included in the same protective mantle. 514 062 18 In the following, simulated product testing of some gelling impacts is presented. detergent systems for use in DC cables as herein invention.

Exempel 1 70 g tri(3,7-dimetyloktyl)-l,3,5-bensentrikarboxamid sattes till 1 liter av en naftenisk mineralolja. Blandningen upphettades till 100°C under kväveat- mosfâr, NZ, och fick sedan svalna. En gelande komposition med en vätska- gelövergångstemperatur mellan 50 och 60°C bildades därefter.Example 1 70 g of tri (3,7-dimethyloctyl) -1,3,5-benzenetricarboxamide were added to 1 liter of a naphthenic mineral oil. The mixture was heated to 100 ° C under nitrogen. moss sheep, NZ, and then allowed to cool. A gelling composition with a liquid gel transition temperature between 50 and 60 ° C was then formed.

Exempel 2 12 g Lbensyl-S-oktylkarbamid sattes till 1 liter av en naftenisk mineralolja.Example 2 12 g of Lbenzyl-S-octylurea were added to 1 liter of a naphthenic mineral oil.

Blandningen upphettades till l20°C under Ng och fick sedan svalna. En ge- lande komposition med en vätske-gelövergàngstemperatur på 80°C bildades.The mixture was heated to 120 ° C under Ng and then allowed to cool. And ge- composition with a liquid-gel transition temperature of 80 ° C was formed.

Exempel 3 18 g dibensylidensorbitol sattes till 1 liter naftenisk mineralolja. Blandning- en upphettades till l80°C under Ng och fick sedan svalna. En gelande kom- position med en vâtske-gelövergångstemperatur på 100°C bildades.Example 3 18 g of dibenzylidene sorbitol was added to 1 liter of naphthenic mineral oil. Mixture- one was heated to 180 ° C under Ng and then allowed to cool. And landed com- position with a liquid-gel transition temperature of 100 ° C was formed.

Dessa blandningar eller gelande kompositioner uppvisar en utveckling av ett stabilt nätverk och en hög vätske-gelövergångstemperatun i intervallet från 50°C för systemet i exempel 1 till 100°C för systemet i exempel 3. Resultaten av dessa försök har visat att med dessa gelatorer tillsatta till en olja som an- vänds för impregnering av en ledarisolering i en DC-kabel enligt föreliggande uppﬁnning kan snabbare impregneringshastigheter och lägre impregne- ringstemperaturer utnyttjas jämfört med konventionellt använda gelning- simpregneringsmedel. Ett block av sammanbuntat papper impregnerat med impregneringsmedlen som beskrivits i exemplen i denna ansökan uppför sig dessutom som en elastisk kropp vid temperaturer under övergångstempe- 514 062 19 raturen och oljan stannar vid dessa temperaturer helt och hållet kvar i den porösa, ñbrösa isoleringen och mellan pappersskikten. Upprepning av detta sista test med avseende på oljeretention för en konventionellt använd iso- lerolja uppvisar ett långsamt flöde av olja ut från det sammanbuntade pap- persblocket. Således reduceras risken fór att hålrum skall uppträda under drift avsevärt och de elektriska egenskaperna för ledarisoleringen i en an- ordning enligt uppfinningen förbättras. De i det föregående nämnda förbätt- ringarna resulterar sannolikt i en kabel omfattande en lindad pappersisole- ring impregnerad med det dielektriska system som beskrivits i det föregåen- de där väsentligen samtliga hålrum i isoleringen är fyllda med det dielektris- ka impregneringsmedlet, dvs. isoleringen är väsentligen fullständigt impreg- nerad. En sådan kabel uppvisar sannolikt efter användning vid förhöjda temperaturer och höga elektriska, väsentligen statiska fält, ett litet antal oß/llda hålrum och är således mindre känslig för dielektrisk nedbrytning.These mixtures or gelling compositions show a development of a stable network and a high liquid-gel transition temperature in the range from 50 ° C for the system of Example 1 to 100 ° C for the system of Example 3. The results of these experiments have shown that with these gelators added to an oil used used for impregnation of a conductor insulation in a DC cable according to the present faster impregnation rates and lower impregnation rates. fermentation temperatures are used compared to conventionally used gelling seed impregnating agent. A block of bundled paper impregnated with the impregnating agents described in the examples in this application behave in addition as an elastic body at temperatures below the transition temperature 514 062 19 the temperature and the oil remain at these temperatures completely in it porous, ñbrose insulation and between the layers of paper. Repetition of this final oil retention test for a conventionally used iso- clay oil shows a slow flow of oil out of the bundled paper. the press block. This reduces the risk of cavities appearing below operation significantly and the electrical properties of the conductor insulation in a order according to the invention is improved. The aforementioned improvements the rings are likely to result in a cable comprising a wound paper insulation impregnated with the dielectric system described in the preceding those where substantially all of the cavities in the insulation are filled with the dielectric ka the impregnating agent, i.e. the insulation is essentially completely impregnated nerad. Such a cable is likely to exhibit after use at elevated temperatures and high electric, essentially static fields, a small number oß / llda cavities and is thus less sensitive to dielectric degradation.

Claims

514 062 20 PATENT REQUIREMENTS

An insulated electrical device with at least one conductor and an impregnated insulation system, wherein the insulation system comprises a solid electrically insulating dielectric part with a porous, fibrous and / or laminated structure impregnated with a dielectric liquid comprising a gelling additive for interaction with a dielectric oil and / or any other gelling additive molecules to form a gelled network of longer and / or more branched polymer molecules or crosslinking bridges in the oil, which thereby exhibit the fate properties of a highly viscous and elastic gel, characterized in that The gelling additive molecule comprises a polar moiety, group or segment capable of forming hydrogen bonds.

Insulated electrical device according to claim 1, characterized in that the dielectric liquid comprising the gelling additive has the properties of a gelling composition with a thermoreversible liquid-gel transition between a light-liquid state at high temperatures and a very viscous, elastically gelled state at low temperatures, and that the liquid-gel transition which involves a significant change in viscosity takes place within a narrowly limited range of temperatures.

An insulated electrical device according to claim 1 or 2, characterized in that the gelled network comprises bonds developed by the polar parts of the gelling additive.

An insulated electrical device according to claim 3, characterized in that the gelled network comprises hydrogen bonds formed by the polar parts of the gelling additive.

An insulated electrical device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the gelling additive molecule comprises non-polar segments of straight or branched hydrocarbon soluble in the dielectric liquid and polar parts, groups or segments. 514 062 21

An insulated electrical device according to any one of claims 1 to 5, characterized by a surfactant character provided by the polar part of the gelling additive molecule interacting with solid polar surfaces, and the non-polar part of the gelling additive molecule having the dielectric acting molecule as the exchange electrolyte.

Insulated electrical device according to claim 6, characterized by the surfactant nature of the gelling additive which improves the wetting of the insulation and increases the oil penetration into cavities and capillary spaces within the porous, brittle and / or laminated structure during impregnation.

Insulated electrical device according to claim 6 or 7, characterized by the surfactant nature of the gelling agent which improves the oil retention within the porous, ﬁ brittle and / or laminated structure when operating at a high temperature, ﬂ oxidizing temperatures and / or below a significant temperature gradient.

An insulated electrical device according to any one of claims 6, 7 or 8, characterized in that the gelled network comprises particles with a particle size in the nanometer range incorporated in and physically bound to the gelled network by the surfactant nature of the gelling additive.

Insulated electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the oil is a mineral oil comprising up to 20% by weight of a gelling additive.

Insulated electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises a urea or diurea compound. 5114 062 22

An insulated electrical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises dibenzylidene sorbitol.

An insulated electrical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises an alkyl-1,3,5-benzentricarboxamide.

An insulated electrical device according to claim 13, characterized in that the gelling additive comprises tri- (3,7-dimethyloctyl) -1,8,5-benzenetricarboxamide.

An insulated electrical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises a cellulose-based compound.

An insulated electrical device according to claim 15, characterized in that the gelling additive comprises ethylcellulose.

An insulated electrical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises a block copolymer comprising a polar segment capable of forming wet bonds and an unpolar segment soluble in the dielectric liquid.

An insulated electrical device according to any one of the preceding claims, characterized in that the gelling additive comprises a block copolymer on olefinic block and a block with aromatic rings in its skeletal structure.

An insulated electrical device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the oil is a silicone oil and that the gelling additive comprises dibenzylidene sorbitol. 514 062 23

Insulated electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation system comprises a surfactant or a mixture of surfactants.

An insulated electrical device according to claim 20, characterized in that the solid part of the insulation is pretreated! with the surfactant.

An insulated electrical device according to claim 20, characterized in that the oil comprises the surfactant.

Insulated electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation system comprises a gas-absorbing additive, such as a low molecular weight polyisobutylene.