直流电缆制造技术

一种具有聚合物基绝缘系统绝缘ＤＣ电缆，该绝缘系统包括一种以挤压和交联的聚乙烯（ＸＬＰＥ）为基础为组合物，该组合物包覆于导线周围；以及制造所述电缆的一种方法。以ＸＬＰＥ为基础的组合物包括一种以极性链段形式存在的极性改性剂，所述链段包括具有如下通式的一种极性共聚单体：ＣＨ↓［２］＝ＣＲ－ＣＯ－Ｘ－（ＣＨ↓［２］）↓［ｎ］－Ｎ（ＣＨ↓［３］）↓［２］或ＣＨ↓［２］＝ＣＲ－ＣＯ－Ｏ－（ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［ｍ］－Ｈ式中，ｎ等于２或３，ｍ等于１－２０中的一个数，Ｒ是Ｈ或ＣＨ↓［３］和Ｘ是Ｏ或ＮＨ。该极性共聚单体被引入到ＸＬＰＥ组合物中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有包含聚乙烯组合物(PE)绝缘系统的直流电缆(DC电缆)。聚乙烯组合物是挤压的交联PE组合物(XLPE组合物)。本专利技术特别涉及用于输配电力的绝缘直流电缆。该绝缘系统包括许多层，例如内半导电屏蔽层、挤压绝缘层和外半导电屏蔽层。至少挤压绝缘包含以交联聚乙烯为基础的电绝缘组合物，该组合物通常具有包含交联剂，防焦剂和抗氧剂的添加剂体系。
技术介绍
虽然许多输配电的一级供电系统曾以DC技术为基础，但是这些DC系统很快被采用交流电(AC)的系统所替代。AC系统具有在发电电压、输电电压和配电电压之间易于转换的理想特性。在本世纪前五十年，现代供电系统的开发仅仅以AC输电系统为基础。然而，到20世纪50年代对长距离输送系统的需求日益增多，清楚表明在某些情况下，采用DC系统会更有益。已经显现的优点包括减少了通常遇到的与AC系统稳定性相关的问题；设备利用率更高，因为系统的功率因素总是统一的；以及在较高工作电压下，对给定的绝缘厚度或偏差的应用能力。针对这些非常显著的优点，必须权衡将AC转换为DC和将DC再转换到AC的终端设备的高成本。然而，对于给定传输功率来说，终端设备成本不变，所以对于长距离电路来说，认为DC输电系统是经济的。因此，对于长距离输电系统来说，即，当输电距离通常超过下述长度时，DC技术是经济的，所述长度即输电设备节约成本超过终端设备成本时的长度。DC操作的重要好处是，介电损耗有效减少，因此在设备效率和节能方面提供了显著效益。DC电流漏电量极小，在额定电流计算时甚至可以忽略这一漏电量，而在AC电缆中介电损失使额定电流大大减小。这对较高的电压系统来说，是相当重要的。同样，在DC电缆中高电容也不是一种负担。典型的DC传输电缆包括导线和绝缘系统，后者包括许多层，如内半导电屏蔽层、绝缘基体和外半导体屏蔽层。电缆还配有套管、增强材料等，以承受水的渗透和任何机械磨损或者在生产安装及使用期间外力的作用。迄今几乎所有的这类DC电缆系统均已用于海底跨接电缆或与此相关的地面电缆。对于长距离跨接来说，可以选择经整体浸渍的隔离纸绝缘型电缆，因为在压力下不受长度限制。它已用于450kV的工作电压。迄今，用电绝缘油浸渍的所有纸质绝缘体基本上已经得到应用，但是诸如聚丙烯纸层合物的层状材料的应用正在被说明用于电压高达500kV的场所以利于提高脉冲强度并减少直径。就AC输送电缆而论，在决定DC电缆绝缘厚度时，瞬态电压是必须考虑的一个因素。已经发现，当电缆全负荷工作时，当与工作电压极性相反的瞬态电压强加于系统时，会出现最麻烦的情况。如果该电缆与架空线路相连，这种情况的发生通常会产生闪光瞬变的结果。基于聚乙烯(PE)或者交联聚乙烯(XLPE)的挤压成型固体绝缘材料在AC输配绝缘电缆中应用几乎有40年的历史。所以多年来一直研究在DC电缆绝缘中使用XLPE和PE的可能性。具有这种绝缘材料的电缆具有与整体浸渍电缆相同的优点，即，对于DC传输来说，对线路长度没有限制，它们还有在较高温度下工作的潜力。对于XLPE来说，可使传统的DC电缆工作温度从50℃上升为90℃。由此提供了增加输电负荷的可能性。然而，对于所有尺寸的电缆说，还不能充分发挥这些材料的潜力。认为其主要原因之一是，不置于DC电场之中时，会在电介质中产生并积累空间电荷。这些空间电荷使电应力分布畸变，并由于聚合物的高电阻率使之长期持续。当绝缘体内的空间电荷经受DC电场力的时候，这些空间电荷以形成类似于电容器的极化模型的方式进行积累。有两种基本类型的空间电荷积累模型，其区别在于空间电荷积累的极性。空间电荷积累导致实际电场中某些点局部电场的增加，在考虑绝缘材料的几何尺寸和介电特性的同时就应该预期到这一点。在实际电场中观察到的局部电场增加量也许是所预计电场的5倍甚至10部。因此，电缆绝缘的设计电场必须包括，考虑到这种相当高的电场的安全系数，结果导致在电缆绝缘中使用较厚的和／或更昂贵的材料。空间电荷的积累是一个缓慢过程，所以，当电缆以相同极性长期工作之后，电缆的极性发生反转，此时，该问题就暴露出来了。反转的结果使电容电场与空间电荷积累所产生的电场叠加在一起，极大电场应力点从界面运动到绝缘体内部。力图通过使用添加剂降低绝缘电阻来改善这种情况而不过份影响其它性能。迄今，它尚不能与采用浸渍纸绝缘电缆获得的电性能相比，也没有安装于商品化聚合物的绝缘DC电缆。然而，对于250kV电缆，成功的实验室试验已经见诸于报导，采用具有矿物填料的XLPE绝缘材料，其最大应力为20kV／mm(Y．Maekawa等，DC XLPE电缆的研究与开发，JiCable′91，第562～569页)。该应力值与用作整体浸渍的纸质电缆的典型值32kV／mm相匹敌。一种用于AC电缆绝缘材料的挤压树脂组合物，一般包含作为基体聚合物的聚乙烯树脂，其中还含有各种添加剂，例如过氧化物交联剂、防焦剂和抗氧剂或抗氧剂体系。对于挤压绝缘材料来说，其半导电屏蔽层一般也是挤压成形的，并包括一种树脂组合物，该树脂组合物除了基体聚合物和导电或半导电填料之外还基本上包含同类添加剂。绝缘电缆中的各个挤压层。一般常常以聚乙烯树脂为基础。一般所说的及在本申请中的聚乙烯树脂是指以聚乙烯或以乙烯共聚物为基础的树脂，乙烯共聚物中乙烯单体构成了聚合物的大部分。这样的聚乙烯树脂可以由乙烯和一种或多种可与乙烯共聚的单体组成。LDPE低密度聚乙烯是目前AC电缆中主要的绝缘基础材料。为了改善挤压绝缘材料的物理性能，及其在这类电缆的生产、运输、敷设和应用中承受降解和分解的能力，以聚乙烯为基础的组合物一般含有的添加剂，如下-稳定添加剂，如抗氧剂，阻止因氧化、辐射等发生分解的电子捕捉剂；-润滑添加剂，如硬脂酸，以增加可加工性；-增加耐电应力能力的添加剂，如一种拒水剂，如聚乙二醇、聚硅氧烷等；和-交联剂如过氧化物，其受热分解为自由基，引发聚乙烯树脂进行交联，有时还与下述人物组合使用-具有提高交联密度能力的不饱和化合物；-避免过早交联的防焦剂。各种添加剂种类的数目很大，其可能的组合也基本没有限制。在选择添加剂或添加剂组合的时候，旨在在改善一种或多种性能的同时，保持其它性能，或者，如果可能的话，其它性能也得到改善。然而，实际上，总是难以预测加入添加剂时所产生的发生变化所有可能的副作用。在其它情况下，所预计的真正有价值的改进必须接受某些较小的负作用，但是总是以将这些负作用减至最小为目标。在AC电缆中用作挤压成形的交联绝缘材料的一种典型聚乙烯基树脂组合物包括97．1～98．9wt％的熔体流动速率为0．4～2．5g／10min的低密度聚乙烯(922kg／m3)，其含有如上所述的添加剂体系。这些添加剂能够包括0．1～0．5wt％抗氧剂，例如但不限于SANTONOXR(Flexsys公司)，其化学名称为4，4’-硫代双(6-叔丁基间甲酚)，和1．0～2．4wt％交联剂，例如但不限于DICUP R(Hercules化学公司)，其化学名称为过氧化异丙苯。虽然长期以来已知使用这些XLPE组合物存在一些缺点，但是其优点，例如其能够防止焦化，即防止过早交联，已胜过这些缺点。另外，众所周知这类XLPE组合物在DC电场中呈现较强的形成空间电荷的倾向，结果使该组合物不能应用DC电缆的绝缘系统。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有聚合物基绝缘系统的绝缘ＤＣ电缆，该绝缘系统包括以挤压交联聚乙烯，ＸＬＰＥ，为基础的组合物，它包覆在导线周围，该绝缘ＤＣ电缆的特征在于，ＸＬＰＥ基组合物包括一种以极性链段形式存在的极性改性剂，所述极性链段包括具有下列通式的极性共聚单体：ＣＨ↓［２］＝ＣＲ－ＣＯ－Ｘ－（ＣＨ↓［２］）↓［ｎ］－Ｎ（ＣＨ↓［３］）↓［２］或ＣＨ↓［２］＝ＣＲ－ＣＯ－Ｏ－（ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［ｍ］－Ｈ式中ｎ等于２或３；ｍ等于数字１～２０；Ｒ是氢或ＣＨ↓［３］；和Ｘ是０或Ｎ Ｈ。

【技术特征摘要】
SE 1998-2-25 9800567-11．一种具有聚合物基绝缘系统的绝缘DC电缆，该绝缘系统包括以挤压交联聚乙烯，XLPE，为基础的组合物，它包覆在导线周围，该绝缘DC电缆的特征在于，XLPE基组合物包括一种以极性链段形式存在的极性改性剂，所述极性链段包括具有下列通式的极性共聚单体CH2=CR-CO-X-(CH2)n-N(CH3)2或CH2=CR-CO-O-(CH2-CH2O)m-H式中n等于2或3；m等于数字1～20；R是氢或CH3；和X是O或NH。2．权利要求1的DC电缆，其特征在于该极性共聚单体为XLPE主链的一部分存在。3．权利要求1的DC电缆，其特征在于该极性共聚单体作为接技到XLPE上的侧基存在。4．权利要求1，2或3中任何一项的DC电缆，其特征在于该极性单体在XLPE组合物中的存在量大于0．1wt％。5．权利要求4中任何一项的DC电缆，其特征在于该极性单体在XLPE组合物中的存在量为所有聚合物的0．5～1．5wt％。6．前述权利要求中任何一项的DC电缆，其特征在于，该极性单体是以甲基丙烯酰胺为基础的极性共聚单体，其通式为CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。7．权利要求6的DC电缆，其特征在于n等于3和该极性单体是二甲氨基-丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)。8．权利要求1～5中任何一项的DC电缆，其特征在于该极性单体以丙烯酰胺为基础，其通式为CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。9．权利要求1～5中任何一项的DC电缆，其特征在于该极性单体以甲基丙烯酸酯为基础，其通式为CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。10．权利要求1～5中任何一项的DC电缆，其特征在于该极性单体以丙烯酸酯为基础，其通式为CH2=CH-CO-O-(CH2...

【专利技术属性】
技术研发人员：P卡斯滕森，A古斯塔夫松，A法卡斯，A艾利松，JO波斯特伦，B古斯塔夫松，U尼尔松，A坎普斯，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]