NO20101359A1 - Kraftkabel med laminert vannbarriere - Google Patents

Abstract

Vannbarrierelaminat for bruk i kraftkabler, omfattende en folie laget av metall 1 laminert mellom minst to lag med ikke isolerende polymerfolier (2a, 2b) som danner et endelig laminat (3) som er ikke-isolerende.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse omhandler vannbarrierer i høyspenningskabler, for eksempel høyspenningskabler som er nedsenket i vann. Videre omhandler den foreliggende oppfinnelsen fremgangsmåter for å produsere slike vannbarrierer.

Oppfinnelsens bakgrunn

I undersjøiske kabelinstallasjoner må kabelisolasjon beskyttes fra fuktighet som kan medføre elektrisk nedbrytning. For eksempel er det, i kabelisolasjon av for eksempel polymer eller oljeimpregnert papir, mulighet for vanntredannelse når fuktigheten er over et visst nivå som etter en tid kan medføre elektrisk nedbrytning. Ulike typer vannbarrierer blir benyttet i ulike kabelkonstruksjoner, men det dominerende materialet som benyttes til vannbarrierer er bly. Dette er spesielt tilfellet for høyspennings-kraftkabler. Bly har vist seg å være et pålitelig og robust mantelmateriale i denne forbindelsen, men det har visse velkjente ulemper. Spesielt i sammenheng med høyspennings-undervannskabler er temaet vekt viktig, fordi bly bidrar mye til totalvekten. Tunge kabler øker omkostningene i hele verdikjeden; i produksjon, under transport, lagring og utplassering. Selv når kabelen når sin økonomiske levetid øker kostnadene når kabelen er tung. Utplassering av undervannskabler på dypt vann er av spesiell interesse fordi strekket i kabelen kan bli vesentlig.

Et annet problem med bly er når kabler blir benyttet under dynamiske forhold, det vil si når kabelen ikke blir benyttet i en fast posisjon. Blymantel har en lav tretthetsterskel, hvilket gjør den uegnet til dynamiske anvendelser. I tillegg blir bly vurdert som ikke miljøvennlig og for noen markeder er det påkrevet med erstatninger for bly.

For lange høyspennings-undervannskabler vil kapasitive ladninger med resulterende strømmer medføre problemer dersom de ikke tas hensyn til. Slike strømmer blir fortrinnsvis ledet radielt ut og inn i sjøvannet og ikke ledet langsgående langs kabelen. Dette oppnås ved å benytte ikke-isolerende lag istedenfor isolerende lag i kabelen. Ett alternativ, som ikke er særlig godt egnet i undervannskabler, er å ha kontrollert ladningsutladning av kapasitans på regelmessige intervaller. De økte omkostningene ved å benytte diskontinuerlig utplasserte kabler utelukker denne alternative løsningen.

Blant andre metaller brukt som vannbarrierer blir aluminium oftest benyttet, for eksempel som en korrugert rørbeskyttelse. Tettheten til aluminium er 2,7 kg/dm<3>mens blys er 11,4 kg/dm<3>. Imidlertid blir slike korrugerte barrierer vanligvis benyttet på landkabler og ikke på undersjøiske kabler. Undervannskabler har ulike og ofte strengere krav.

En fordel med blymantel i kabler er dens plastiske egenskaper. Industrien har i mange år anvendt bly på kabler med en tykkelse på for eksempel 5 mm. Slike kabler er stadig vekk kurante å installere.

I GB2105486 tenker man seg en fiberoptisk kabel med en vannbarriere i form av for eksempel et aluminium-plast-laminat. I fiberoptiske kabler finner man ikke problemet med vanntredannelse. Laminater med dagens teknikk som benyttes til mellom og høyspenningskabler, omfattende en metall-vann-barriere som er laminert med lag som omfatter halvledende polymerlag for å lade ut kapasitive ladninger til jord (her: sjøvann) blir ikke presentert.

WO0146965 beskriver en tape som sveller i vann og befinner seg på innsiden av en metallskjerm, umiddelbart på innsiden av sistnevnte. I det samme dokumentet beskrives en annen utførelsesform som har en tynn aluminiumfolie anordnet og limt på undersiden av en ytre polymermantel, der aluminiumfolien opptrer som en barriere mot vanninntrengning.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen søker å frembringe en fleksibel vannbarriere som ikke er elektrisk isolerende og som kan erstatte en konvensjonell vannbarriere som er utført av bly. Dens viktigste fordel er dens fleksibilitet og vesentlig lavere vekt av det samlede vannbarriere-konseptet.

I henhold til et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen, skaffes det tilveie et vannbarrierelaminat for bruk i kraftkabler, omfattende en folie laget av metall som er laminert mellom minst to lag med ikke-isolerende polymerfolier som utgjør et endelig laminat som er ikke-isolerende.

Som opsjon når det gjelder vannbarriere-laminatet, er minst en av laminatets overflater tilrettelagt for å bondes til den andre overflaten av laminatet når laminatet blir snodd eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren.

Som opsjon når det gjelder vannbarriere-laminatet, omfatter minst et av de ikke-isolerende polymerfoliene lim som er tilrettelagt for å lime nevnte polymerfolie til den andre overflaten av laminatet når laminatet blir snodd eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren, slik at limet og limingen er tilrettelagt for ikke å isolere lagene som skal limes sammen.

Som opsjon når det gjelder vannbarriere-laminatet, omfatter minst en av polymerfoliene ulike egenskaper enn en annen polymerfolie.

Kort beskrivelse av figurene

Fig. 1 Denne figuren er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform med en trelags vannbarriere, ikke-isolerende folielaminat 3, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 Denne figuren er et eksempel på hvordan folielaminatet 3 til den foreliggende

oppfinnelsen kan benyttes i en typisk kabelkonstruksjon 4.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Med referanse til Fig. 2, er det vist tre lag i denne foretrukne utførelsesformen. I midten er det en folie av aluminium eller et tilsvarende materiale 1, her referert til som metall eller aluminium, og på begge sider er det festet halvledende polymerlag 2a og 2b. Det er hensikten at aluminiumen skal opptre som en vannbarriere og et elektrisk ledende lag og kan ha en hvilken som helst tykkelse. I en foretrukket utførelsesform kan den være omtrent 10 mikrometer tykk.

Polymerlagene 2a og 2b kan være utført av halvledende polymerfilmer (polyolefin eller noe annet). Disse filmene 2a og 2b er gjort halvledende, for eksempel ved å omfatte polyetylen som inneholder karbonpartikler. Tykkelsen til disse lagene kan også variere innenfor vide grenser, og i en foretrukket utførelsesform kan hver av dem ha en tykkelse på omtrent 50 mikrometer.

De halvledende lagene 2a, 2b bidrar til å gjøre laminatet 3 mer robust og lettere å håndtere og ikke så skjør som aluminiumlaget for seg selv. Aluminiumfolien 1 blir også bedre beskyttet mot galvanisk korrosjon når den er beskyttet på begge sider med lagene 2a, 2b.

De ulike folielagene 1, 2a, 2b kan forbindes med hverandre på ulike måter under konstruksjonen. En måte å gjøre dette på er å lime dem sammen med et egnet lim. Dette kan være et limlag (ikke vist) som ikke isolerer lagene 1, 2a, 2b fra hverandre, enten på grunn av sine iboende egenskaper eller på grunn av måten det blir påført.

Man kan forestille seg ulike typer lim til den foreliggende oppfinnelsen. Smeltelim kan benyttes der man kanskje utnytter varmen som er tilstede under produksjon av kabelen.

En annen måte å forbinde de ulike folielagene 1, 2a, 2b til hverandre er å bonde dem sammen med varme og/eller trykk som ekstrudert belegg. Å bonde lagene 1, 2a, 2b kan også gjøres under prosessen med å produsere de ikke-isolerende foliene 2a, 2b.

Den grunnleggende ideen er å produsere en elektrisk ikke-isolerende barrierekonstruksjon som inkluderer et spesielt aluminiumfolielaminat. Kommersielt tilgjengelige laminater har ikke de ønskede elektriske egenskapene.

I en mellom til høyspennings undervannskabel er det av vesentlig betydning at de ulike lagene i kabelen, på utsiden av det elektriske isolasjonssystemet, er ikke-isolerende. Dersom lagene i kabelen er ikke-isolerende blir ikke kapasitive strømmer ledet i lengderetningen langs kabelen, men heller direkte, dvs. radielt inn i sjøvannet.

En kabelkonstruksjon der alle lagene er enten ledende eller halvledende er å foretrekke fremfor andre alternativer fordi dette eliminerer behovet for et metallisk lederlag i forbindelse med den isolerende skjermen og behovet for mellomkoblinger mellom det metalliske laget og armeringen i undervannskabler.

En annen fordel som oppnås ved å benytte aluminiumlaminat istedenfor bly som vannbarriere er at det er mer miljøvennlig, dette er ikke minst viktig mot slutten av kabelens livssyklus.

I det foreliggende dokumentet er det intensjonen at ordet "laminat" skal innebære det samme som "vannbarrierelaminat". Det samme gjelder "ikke-isolerende" som skal innebære "elektrisk ikke-isolerende".

Claims (5)

1. Kraftkabel omfattende vannbarrierelaminat, karakterisert vedat: vannbarrierelaminatet omfatter folie produsert av metall (1) laminert mellom minst to lag med ikke-isolerende polymerfolier (2a, 2b) som utgjør et endelig laminat (3) som er ikke-isolerende.

2. Kraftkabel ifølge krav 1, der minst en av overflatene til laminatet (3) er egnet til å bondes til den andre overflaten til laminatet (3) når laminatet (3) blir snodd eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren.

3. Kraftkabel ifølge krav 1, der minst en av de ikke-isolerende polymerfoliene (2a, 2b) omfatter lim som er egnet til å lime nevnte polymerfolie (2a, 2b) til den andre overflaten av laminatet (3) når laminatet (3) blir snodd eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren, der limet og limingen er egnet til ikke å isolere lagene som blir limt sammen.

4. Kraftkabel ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3, der minst en av polymerfoliene (2a) innehar egenskaper som er forskjellig fra de til den andre polymerfolien (2b).

5. Kraftkabel ifølge krav 4, der minst en av polymerfoliene (2a) innehar en elastisitet som er forskjellig fra elastisiteten til den andre polymerfolien (2b).