HVDC-kabelisolasjon for neste generasjons transmisjonsnett

Abstract

HVDC-kabler har lenge vært viktige innen energiinfrastrukturen ettersom de kan transportere store mengder energi over store avstander med langt mindre tap enn AC-kabler. HVDC-kabler har tradisjonelt hatt et masseimpregnert isolasjonssystem, men ekstruderte polymerer er i ferd med å bli et alternativ. Borealis har utviklet en polymer ved navn LE4253 som Nexans har planer om å ta i bruk som HVDC-kabelisolasjon. Hovedformålet med denne oppgaven er å karakterisere spenningsfordeling og spenningsholdfasthet for LE4253 ved hjelp av henholdsvis romladningsmålinger og holdfasthetstest for så å sammenlikne med et kjent referansemateriale, LS4201S. AC-holdfasthetstestene viste en gjennomsnittlig spenningsholdfasthet for HVDC-solasjonen på 88,7kV/mm og en P63,2% på 92,83kV/mm. Referansematerialet lå noe lavere med en gjennomsnittlig spenningsholdfasthet på 73,7kV/mm og en P63,2% på 81,16kV/mm. Holdfasthetstesten viser også at det er mulig ved optimale produksjonsforhold å få en holdfasthet på over 100 kV/mm. Konduktiviteten i både LE4253 og LS4201 viste seg å være avhengig av påtrykt feltstyrke og temperatur. Sammenhengen ble funnet å være: sigma(LE4253) = 6E-18∙e^(0,1158T+0,1236E) sigma(LS4201S) = 4E-18∙e^(0,2133T+0,1200E) Akkumulasjon av romladning er kritisk i HVDC-kabler med isolasjonssystem av ekstruderte polymerer. Dette skyldes at hurtig endring av det elektriske feltet, som for eksempel ved polaritetsskift eller hurtig jording, vil føre til lokale feltforsterkninger i områdene med romladning. Dette vil igjen kunne initiere trevekst og igjen til havari. Etter å ha stått spenningssatt i åtte døgn var det omtrent like mye romladning i LE4253 som i LS4201S. Den store forskjellen lå i at romladningene var mer distribuert i LE4253 i forhold til LE4201S hvor det meste av romladning akkumulertes i elektrodegrenseflaten. Ladningsansamlingen i LE4253 og LS4201S ved den positive elektroden etter åtte døgns spenningspåtrykk på 20 kV/mm lå stabilt de tre siste døgnene på henholdsvis -0,48 kV/m3 og -1,04 kV/m3. Ladningsansamlingen i LE4253 og LS4201S ved den negative elektroden etter åtte døgns spenningspåtrykk på 20 kV/mm var henholdsvis -0,16 kV/m3 og -0,74 kV/m3.