SE511942C2

SE511942C2 - A method of manufacturing a cable with an insulation system comprising an extruded, cross-linked conductive polyethylene composition

Info

Publication number: SE511942C2
Application number: SE9800347A
Authority: SE
Inventors: Peter Carstensen
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-12-20
Also published as: ZA99836B; WO1999040589A1; SE9800347L; AR014547A1; AU2649699A; SE9800347D0

Abstract

A method for production of an insulated electric DC-cable comprising the steps of extruding a polymer based insulation system comprising a compounded polyethylene around a conductor and subsequently cross-linking the PE composition. The PE composition is pretreated such that the resulting cross-linked PE composition, XLPE, composition, comprises polar groups bonded to the cross-linked structure. Molecular oxygen is, during this pretreatment, introduced into the compounded PE composition prior to the PE composition being extruded from the extruder head.

Description

511942 2 transmission över långa avstånd såsom när transmissionsavståndet typiskt översti- ger den längd för vilken besparingen i transmissionsutrustningen överstiger kost- naderna för tenninalanläggningen. 511942 2 transmission over long distances such as when the transmission distance typically exceeds the length for which the savings in the transmission equipment exceed the costs of the tenninal plant.

En viktig fördel med DC-drift är att dielekriska förluster praktiskt taget elimineras, vilket därigenom erbjuder en avsevärd vinst i effektivitet och besparing i utrustning.An important advantage of DC operation is that dielectric losses are virtually eliminated, thereby offering a significant gain in efficiency and savings in equipment.

DC-läckströmmen har sådan ringa omfattning att den kan ignoreras i beräkningar av nominell ström (current rating), medan dielektriska förluster iAC-kablar föror- sakar en avsevärd reduktion i nominell ström. Detta har avsevärd betydelse för sy- stem med högre spänningar. På liknande sätt är hög kapacitans ingen nackdel i DC-kablar. En typisk DC-transmissionskabel inkluderar en ledare och ett isole- ringssystem som innefattar ett ﬂertal skikt, såsom en inre halvledande skärm, en isoleringsgrundkropp och en yttre halvledande kropp. Kabeln kompletteras också med hölje, armering e t c för att motstå vattengenomträngning och eventuell meka- nisk nötning eller krafter under produktion, installation och användning.The DC leakage current has such a small extent that it can be ignored in current rating calculations, while dielectric losses in IAC cables cause a significant reduction in rated current. This is of considerable importance for systems with higher voltages. Similarly, high capacitance is not a disadvantage in DC cables. A typical DC transmission cable includes a conductor and an insulation system that includes a plurality of layers, such as an inner semiconductor shield, an insulating base body, and an outer semiconductor body. The cable is also supplemented with casing, reinforcement, etc. to withstand water penetration and possible mechanical wear or forces during production, installation and use.

Nästan alla DC-kabelsystem som hittills levererats har varit för förbindelser under vatten eller den landkabel som hör samman med dessa. För långa förbindelser väljs isolerad kabel av typen med massirnpregnerat fast papper, eftersom det inte finns några begränsningar på längden på grund av trycksättningskrav. Denna kabel har levererats för driftsspänningar om 450 kV. Fram till idag har man använt en isole- ringskropp väsentligen helt och hållet av papper irnpregnerad med en olja för elekt- risk isolering, men tillämpning av larninerade material, såsom ett polypropenpap- perlaminat tänks användas för spänningar upp till 500 kV för att få fördelen med en ökad stöthållfasthet och reducerad diameter.Almost all DC cable systems delivered to date have been for underwater connections or the land cable associated with them. For long connections, insulated cable of the type with pulp-impregnated solid paper is chosen, as there are no restrictions on the length due to pressurization requirements. This cable has been supplied for operating voltages of 450 kV. To date, an insulating body has been used essentially entirely of paper impregnated with an oil for electrical insulation, but the application of laminated materials, such as a polypropylene paper laminate, is intended to be used for voltages up to 500 kV to take advantage of an increased impact strength and reduced diameter.

Liksom i fallet med AC-transmissionskablar, är transienta spänningar en faktor som man måste ta hänsyn till när man bestämmer DC-kablarnas isoleringstjocklek.As in the case of AC transmission cables, transient voltages are a factor that must be taken into account when determining the insulation thickness of the DC cables.

Man har funnit att det besvärligaste tillståndet uppträder när en transient spän- ning av motsatt polaritet i förhållande till driftsspänningen påtvingas systemet när kabeln bär full belastning. Om kabeln är kopplad till ett luftledningssystem, upp- träder ett sådant tillstånd vanligtvis som ett resultat av blixttransienter. Extruderad fast isolering baserad på en polyeten, PE, eller en tvärbunden polyeten, XLPE, har under nästan 40 år använts för isolering av AC-transmission- och distributionska- bel. Därför har möjligheten att använda XLPE och PE för DC-kabelisolering under- sökts under många år. Kablar med sådan isolering har samma fördelar som massa- kabel, i det att för DC-transrnission finns inga begränsningar på kretslängd (circuit length), och de har också en potential att drivas vid högre temperaturer. I fallet med 511942 3 XLPE, 90°C i stället för 50°C för konventionella DC-kablar. Detta erbjuder således en möjlighet att öka transmissionsbelastningen. Emellertid har det inte varit möjligt att erhålla den fulla potentialen hos dessa material för fullstora kablar. Man tror att ett av huvudskälen är utvecklingen av rymdladdningen i dielektriket då det utsätts för ett DC-fält. Sådan rymdladdningar distorderar fåltstyrkefördelningen, och består under långa perioder på grund av polymerernas höga resistivitet. Rymdladdningar i en isoleringskropp ackumuleras då de utsätts för kraftema i ett elektriskt DC-fält på ett sådant sätt att ett polariserat mönster som liknar att en kondensator bildas.It has been found that the most difficult condition occurs when a transient voltage of opposite polarity in relation to the operating voltage is imposed on the system when the cable carries full load. If the cable is connected to an overhead line system, such a condition usually occurs as a result of lightning transients. Extruded solid insulation based on a polyethylene, PE, or a crosslinked polyethylene, XLPE, has been used for almost 40 years to insulate AC transmission and distribution cables. Therefore, the possibility of using XLPE and PE for DC cable insulation has been investigated for many years. Cables with such insulation have the same advantages as pulp cable, in that for DC transmission there are no restrictions on circuit length, and they also have a potential to be operated at higher temperatures. In the case of 511942 3 XLPE, 90 ° C instead of 50 ° C for conventional DC cables. This thus offers an opportunity to increase the transmission load. However, it has not been possible to obtain the full potential of these materials for full size cables. It is believed that one of the main reasons is the development of space charge in the dielectric when it is exposed to a DC field. Such space charges distort the field strength distribution, and persist for long periods due to the high resistivity of the polymers. Space charges in an insulating body accumulate when they are subjected to the forces in an electric DC field in such a way that a polarized pattern similar to that of a capacitor is formed.

Det finns två grundläggande typer av rymdladdningsackumuleringsmönster, som skiljer sig i polaritet hos rymdladdningsackumuleringen i förhållande till polarite- ten. Rymdladdningsackumuleringen resulterar i en lokal ökning i vissa punkter av det aktuella elektriska fältet i förhållande till fältet, som skulle kunna tänkas vara möjligt om man beaktar de geometriska dimensionerna och elektriska karakteristi- ka för en isolering. Den noterade ölmingen i det faktiska fältet kan vara 5 eller t o m 10 gånger högre än det fält man räknat med. Sålunda måste det sannolika fäl- tet/ beräknade fältet för en kabelisolering inkludera en säkerhetsfaktor som tar hänsyn till detta avsevärt högre fält, vilket resulterar i användning av tjockare och / eller mer kostsamma material i kabelisoleringen. Uppbyggnaden av rymdladd- ningsackumulering är en långsam process, därför accentueras detta problem när kabelns polaritet omkastas efter att kabeln varit i drift under en lång tidsperiod vid samma polaritet. Som ett resultat av omkastningen superponeras ett kapacitivt fält på det fältet, som resulterar av rymdladdningsackumuleringen, och punkten för maximal fältstyrka ﬂyttas från gränssnitten och in i isoleringen. Försök har orts att förbättra situationen genom att använda tíllsatsmedel för att reducera isolering- ens resistans, utan att allvarligt påverka de andra egenskaperna. Till dags dato har det inte varit möjligt att matcha elektriska prestanda som uppnåtts med kablar isolerade med impregnerat papper, och inga kommersiella, polymerisolerade DC- kablar har installerats. Emellertid har ﬁamgångsrika laboratorietester rapporterats på en 250 kV-kabel med en maximal fältstyrka om 20 kV/mm med användning av XLPE-isolering med mineralfyllmedel (Y. Maekawa et al, Research and Development of DC XLPE, JiCable'9l, pp. 562-569). Detta spänningsvårde skall jämföras med 32 kV / mm som används som ett typiskt värde för massakablar.There are two basic types of space charge accumulation patterns, which differ in polarity of the space charge accumulation relative to the polarity. The space charge accumulation results in a local increase at certain points of the current electric field in relation to the field, which could be considered possible if one considers the geometric dimensions and electrical characteristics of an insulation. The listed oyster in the actual field can be 5 or even 10 times higher than the field calculated. Thus, the probable field / calculated field for a cable insulation must include a safety factor that takes into account this considerably higher field, which results in the use of thicker and / or more expensive materials in the cable insulation. The build-up of space charge accumulation is a slow process, therefore this problem is accentuated when the polarity of the cable is reversed after the cable has been in operation for a long period of time at the same polarity. As a result of the inversion, a capacitive field is superimposed on that field resulting from the space charge accumulation, and the maximum field strength point ﬂ is shifted from the interfaces and into the isolation. Attempts have been made to improve the situation by using additives to reduce the resistance of the insulation, without seriously affecting the other properties. To date, it has not been possible to match electrical performance achieved with cables insulated with impregnated paper, and no commercial, polymer-insulated DC cables have been installed. However, extensive laboratory tests have been reported on a 250 kV cable with a maximum field strength of 20 kV / mm using XLPE insulation with mineral fillers (Y. Maekawa et al, Research and Development of DC XLPE, JiCable'9l, pp. 562- 569). This voltage value should be compared with 32 kV / mm which is used as a typical value for pulp cables.

En extruderad hartskomposition för AC-kabelisolering innefattar typiskt ett polye- tenharts såsom baspolyrner, kompletterat med olika tillsatsmedel såsom ett perox- idbaserat tvärbiridningsmedel, ett anvulkningshämmande medel och en antioxi- dant, eller ett system av antioxidanter. I fallet med extruderad isolering extruderas typiskt också de halvledande skärmama och innefattar en hartskomposition som 511 942 4 förutom baspolymeren och ett elektriskt ledande eller halvledande fyllmedel inne- fattar väsentligen samma typ av tillsatsmedel. De olika extruderade skikten i en isolerad kabel är i allmänhet ofta baserade på ett polyetenharts. Polyetenharts in- nebär allmän och i denna ansökan ett harts baserat på polyeten eller en sampoly- mer av eten, där etenmonomeren utgör en huvudsaklig del av massan. Sålunda kan polyetenhartser vara sammansatta av eten och en eller ﬂera monomerer som är sampolymeriserbara med eten. LDPE, lågdensitetspolyeten, är idag det dornineran- de isoleringsbasmaterialet för AC-kablar. För att förbättra det fysikaliska egenska- pema hos den extruderade isoleringen och dess förrnåga att motstå nedbrytning och sönderdelning under inverkan av de betingelser som råder under produktion, transport, utläggning och användning av en sådan kabel, innefattar typiskt den polyetenbaserade kompositionen tillsatsmedel såsom: - stabiliseringstillsatsmedel, t. ex. antioxidanter, elektronfångare för att motverka sönderdelningen p g a oxidation; strålning e t c; - smörj ande tillsatsmedel, t. ex. stearinsyra för att öka processbarheten; - tillsatsmedel för ökad förmåga att motstå elektrisk påkänning, t. ex. en ökad vattenträdbeständighet, t. ex. polyetylenglukol, silikoner e t c; - tvärbindningsmedel, såsom peroxider, vilka sönderdelas vid värmning till fria radikaler och initierar tvärbindning av polyetenhartset, ibland använda i kombi- nation med - omättade föreningar som har förmåga att förhöja tvärbindningsdensiteten - anvulkningshämrnare för undvikande av för tidig tvärbindning.An extruded resin composition for AC cable insulation typically comprises a polyethylene resin such as base polymers, supplemented with various additives such as a peroxide based crosslinking agent, an anti-fouling agent and an antioxidant, or a system of antioxidants. In the case of extruded insulation, the semiconductor screens are also typically extruded and comprise a resin composition which in addition to the base polymer and an electrically conductive or semiconducting filler comprises substantially the same type of additive. The various extruded layers in an insulated cable are generally often based on a polyethylene resin. Polyethylene resin generally means and in this application a resin based on polyethylene or a copolymer of ethylene, where the ethylene monomer constitutes a major part of the pulp. Thus, polyethylene resins may be composed of ethylene and one or more monomers which are copolymerizable with ethylene. LDPE, the low-density polyethylene, is today the dominant insulating base material for AC cables. In order to improve the physical properties of the extruded insulation and its ability to withstand degradation and decomposition under the influence of the conditions prevailing during the production, transport, laying and use of such a cable, the polyethylene-based composition typically comprises additives such as: - stabilizing additives , e.g. antioxidants, electron scavengers to counteract decomposition due to oxidation; radiation e t c; - lubricating additives, e.g. stearic acid to increase processability; additives for increased ability to withstand electrical stress, e.g. an increased water tree resistance, e.g. polyethylene glucol, silicones, etc.; crosslinking agents, such as peroxides, which decompose on heating to free radicals and initiate crosslinking of the polyethylene resin, sometimes used in combination with - unsaturated compounds capable of increasing the crosslinking density - scorch inhibitors to avoid premature crosslinking.

Antalet olika tillsatsmedel är stort och de möjliga kombinationerna av dessa är i stort sett obegränsade. När man väljer ett tillsatsmedel eller en kombination eller grupp av tillsatsmedel är syftet att en eller ﬂera egenskaper skall förbättras, medan andra skall bibehållas eller om möjligt också förbättras. I realiteten är det emellertid alltid näst intill omöjligt att förutse alla möjliga sidoeffekter av en förändring i till- satsmedelsystemet. I andra fall är de förbättringar man eftersträvar av sådan bety- delse att vissa mindre negativa effekter måste accepteras, även om det alltid finns en strävan att minimera sådan negativa effekter.The number of different additives is large and the possible combinations of these are largely unlimited. When choosing an additive or a combination or group of additives, the aim is to improve one or your properties, while others are to be maintained or, if possible, also improved. In reality, however, it is almost next to impossible to predict all possible side effects of a change in the additive system. In other cases, the improvements sought are of such significance that certain minor negative effects must be accepted, even if there is always an effort to minimize such negative effects.

En typisk polyetenbaserad hartskomposition avsedd att användas som en extrude- rad, tvårbunden isolering i en AC-kabel innefattar: 97,1 -98,9 vikt% låg densitetspolyeten (922 kg/ m3) med en smältindex på 0,4 - 2,5 g/ 10 minuter med ett system av tillsatsmedel såsom beskrivits i det före- gående. 511942 Dessa tillsatsmedel kan innefatta: 0,1 - 0,5 vikt% av en antioxidant såsom men ej begränsat till SANTONOX R® (Flex- ys Co) med den kemiska beteckningen 4,4'-tio-bis(6-tert-butyl-m-kresol), häri be- tecknad som förening (A) och 1,0 - 2,4 vikt% av ett tvärbindningsmedel såsom men ej begränsat till DICUP R® (Herculus Chem) med den kemiska beteckningen dikumylperoxid. Även om det sedan länge har varit känt med vissa nackdelar med användning av Santonex R® som en antioxidant har dess fördelar (t. ex. sin förmåga att förhindra anvulkning, d. v. s. allt för tidig tvärbindning) övervägt över dessa nackdelar. Vidare är det väl känt att denna typ av XLPE-komposition uppvisar en stark tendens att bilda rymdladdningar under elektriska DC-fält, vilket sålunda gör den oanvändbar i isoleringssystem för DC-kablar. Emellertid år det också känt att omfattande urgas- ning, d. v. s. exponering av den tvärbundna kabeln vid höga temperaturer för ett högvakuum under långa tidsperioder, kommer att resultera i något minskad ten- dens till rymdladdningsackumulering under DC-fältstyrka. Det är en allrnän upp- fattning att vakuumbehandling avlägsnar peroxidsönderdelningsprodukterna, så- som "acetofenon" och "kumylalkohol", från isoleringen, varvid rymdladdningsacku- muleringen reduceras. Urgasning år en tidsödande satsvis process jämförbar med impregnering av pappersisoleringar och sålunda kostsam. Därför är det fördelaktigt om behovet av urgasning avlägsnas. Det ﬂesta kända tvärbundna polyetenkompo- sitioner som används såsom extruderad isolering i AC-kabel uppvisar en tendens till rymdladdningsackumulering, vilket gör dem olämpliga för användning i isole- ringssystem för DC-kablar.A typical polyethylene-based resin composition intended for use as an extruded, cross-linked insulation in an AC cable comprises: 97.1 -98.9% by weight of low density polyethylene (922 kg / m 3) with a melt index of 0.4 - 2.5 g / 10 minutes with a system of additives as described above. These additives may include: 0.1 to 0.5% by weight of an antioxidant such as but not limited to SANTONOX R® (Flexys Co) having the chemical designation 4,4'-thio-bis (6-tert-butyl). -m-cresol), referred to herein as compound (A) and 1.0 - 2.4% by weight of a crosslinking agent such as but not limited to DICUP R® (Herculus Chem) with the chemical designation dicumyl peroxide. Although some disadvantages of using Santonex R® as an antioxidant have long been known, its advantages (e.g., its ability to prevent soaking, i.e., premature crosslinking) have outweighed these disadvantages. Furthermore, it is well known that this type of XLPE composition has a strong tendency to form space charges under electric DC fields, thus making it unusable in insulation systems for DC cables. However, it is also known that extensive degassing, i.e. exposure of the crosslinked cable at high temperatures to a high vacuum for long periods of time, will result in somewhat reduced tendency for space charge accumulation below DC field strength. It is a common belief that vacuum treatment removes the peroxide decomposition products, such as "acetophenone" and "cumyl alcohol", from the insulation, thereby reducing the space charge accumulation. Degassing is a time consuming batch process comparable to impregnation of paper insulations and thus costly. Therefore, it is advantageous if the need for degassing is removed. Most known crosslinked polyethylene compositions used as extruded insulation in AC cable show a tendency to space charge accumulation, which makes them unsuitable for use in insulation systems for DC cables.

Det är känt att tillsätta små mängder av ett tillsatsmedel innefattande karbonyl- grupper till en LDPE för det dubbla syftet att öka resistiviteten och minska rymd- laddningsackumuleringen. Sådan tillsats av karbonyl åstadkommes genom en sampolymerisering av kolmonoxid och eten. Karbonylgrupperna tros verka såsom fällor för rymdladdningar, varvid mobiliteten för eventuella rymdladdningar begrän- sas och utvecklingen av ett polariserat mönster inuti den tvärbundna isoleringen som ett resultat av rymdladdningsackumulering när isoleringen utsätts för ett DC- fält. Emellertid har man noterat en tendens till frisläppning från fällorna och där- med en ökad rymdladdningsackumulering, vid förhöjda temperaturer, t.ex. tempe- raturer över ca 40°C. Ytterligare molâra modiﬁeringar av polyetenen har föreslagits genom införande av polära enheter i polymeren för att erhålla en högre DC- hållfasthet. Exempelvis rapporteras i den japanska patentpublikationen JP-A- 511 942 6 210610 att en anhydrid såsom maleinsyranhydrid, MAH, har yrnpats på polyeten i detta syfte. Det resulterande tvärbundna isoleringsmaterialet uppvisade en mins- kad rymdladdningsackumulering som hänfördes till den ökade polariteten hos den tvärbundna polymerkedjestrukturen, och man drog slutsatsen att de ympade MAI-I- grupperna, vilka är fixerade inuti den tvärbundna strukturen, verkar såsom fällor för eventuella rymdladdningar. I JP-A-210610 rapporterades det också att tvärbun- den polyeten med tillsatser av MAI-I vid nivåer motsvarande från ca 0,02 till ca 0,5 vikt% resulterade i en tvårbunden komposition lämplig att använda såsom isolering i en DC-kabel med en minskad rymdladdningsackumulering. Andra tillsatser som använts för sådan polär modifiering av den tvärbundna strukturen och därmed Sammanhörande reduktion av rymdladdníngsackumulering i den tvärbundna isole- ringen år jonomerer, akrylmetallsalter, karboxylsyra och acetater.It is known to add small amounts of an additive comprising carbonyl groups to an LDPE for the dual purpose of increasing resistivity and reducing space charge accumulation. Such addition of carbonyl is accomplished by a copolymerization of carbon monoxide and ethylene. The carbonyl groups are believed to act as traps for space charges, limiting the mobility of any space charges and the development of a polarized pattern within the crosslinked insulation as a result of space charge accumulation when the insulation is exposed to a DC field. However, a tendency to release from the traps and thus an increased space charge accumulation, at elevated temperatures, e.g. temperatures above approx. 40 ° C. Additional molar modifications of the polyethylene have been proposed by introducing polar units into the polymer to obtain a higher DC strength. For example, Japanese Patent Publication JP-A-511 942 6 210610 reports that an anhydride such as maleic anhydride, MAH, has been grafted onto polyethylene for this purpose. The resulting crosslinked insulating material exhibited a reduced space charge accumulation due to the increased polarity of the crosslinked polymer chain structure, and it was concluded that the grafted MAI-I groups fixed within the crosslinked structure act as traps for any space charges. In JP-A-210610 it was also reported that crosslinked polyethylene with additions of MAI-I at levels corresponding to from about 0.02 to about 0.5% by weight resulted in a crosslinked composition suitable for use as insulation in a DC cable. with a reduced space charge accumulation. Other additives used for such polar modification of the crosslinked structure and the associated reduction of space charge accumulation in the crosslinked insulation are ionomers, acrylic metal salts, carboxylic acid and acetates.

Det är sålunda önskvärt att åstadkomma en process för produktion av en isolerad DC-kabel med ett elektriskt isoleringssystem baserad på extruderad polymer, lämp- ligt att använda såsom en transmissions- och distributionskabel i nätverk och in- stallationer för DC-transmission och distribution av elektrisk kraft. Processen för applicering och behandling av det extruderade isoleringssystemet skall företrädesvis utföras på ett sätt så att det inte föreligger något behov för tidsödande satsvis be- handling (t.ex. vakuumbehandling) av kabeln för att säkerställa stabila och konsi- stenta dielektriska egenskaper och en hög och konsistent elektrisk hållfasthet hos kabelisoleringen. Den resulterande kabelisolering skall vidare uppvisa en låg ten- dens till rymdladdningsackumulering, en hög DC-hållfasthet, en hög stöthållfasthet och hög isoleringsresistans. Anammandet av en sådan process skulle erbjuda både tekniska och ekonomiska framsteg i förhållande till metoder enligt teknikens ståndpunkt, eftersom produktionstid och produktionskostnader kan reduceras och man tillhandahåller möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller åtminstone semi-kontinuerlig process för pàförande och behandling av kabelisoleringssystemet.Thus, it is desirable to provide a process for producing an insulated DC cable with an electrical insulation system based on extruded polymer, suitable for use as a transmission and distribution cable in networks and installations for DC transmission and distribution of electrical force. The process for application and treatment of the extruded insulation system should preferably be carried out in such a way that there is no need for time consuming batch treatment (eg vacuum treatment) of the cable to ensure stable and consistent dielectric properties and a high and consistent electrical strength of the cable insulation. The resulting cable insulation should further exhibit a low tendency to space charge accumulation, a high DC strength, a high impact strength and high insulation resistance. The adoption of such a process would offer both technical and economic advances over prior art methods, as production time and production costs can be reduced and the possibility of a substantially continuous or at least semi-continuous process for the installation and treatment of the cable insulation system is provided.

Vidare skall processen säkerställa att pålitligheten, kraven på ringa underhåll och den långa livslängden hos en konventionell DC-kabel innefattande en isolering ba- serad på impregnerat papper, skall upprätthållas eller förbättras. Ersättningen av en isolering baserad på impregnerat papper eller cellulosa med en extruderad poly- merísolering skall såsom en extra fördel öppna för en ökning av den elektriska hållfastheten och sålunda medge en ökning i driftsspänningar, förbättra hanterbar- heten och robustheten hos kabeln. Speciellt skall den extruderade och tvärbundna PE-kompositionen som ingår i isoleringssystemet påföras och behandlas på ett så- dant sätt att den tvårbundna, tredimensionella tvärbundna strukturen uppvisar fällor för rymdladdningar, varvid rörligheten för eventuella rymdladdningar begrän- 511 942 7 sas, och utvecklingen av en polariserad rymdladdningsproﬁl inuti den extruderade isoleringen. En sådan reduktion i tendensen till rymdladdningsackumulering i iso- leringen ger såsom en extra ekonomisk fördel en förmåga att reducera säkerhets- faktorer i nominella värden som används för dimensionering av kabelisoleringen.Furthermore, the process must ensure that the reliability, low maintenance requirements and longevity of a conventional DC cable, including an insulation based on impregnated paper, are maintained or improved. The replacement of an insulation based on impregnated paper or cellulose with an extruded polymer insulation should, as an additional advantage, open up for an increase in the electrical strength and thus allow an increase in operating voltages, improve the handleability and robustness of the cable. In particular, the extruded and cross-linked PE composition included in the insulation system must be applied and treated in such a way that the cross-linked, three-dimensional cross-linked structure has traps for space charges, limiting the mobility of any space charges, and the development of a polarized space charge profile inside the extruded insulation. Such a reduction in the tendency to space charge accumulation in the insulation provides, as an additional economic advantage, an ability to reduce safety factors in nominal values used for dimensioning the cable insulation.

En kabel, såsom den definieras i de föregående styckena, skall vara lämplig för drift under specifika betingelser som råder i högspänningstransniissions- eller distribu- tionskablarria som används i nätverk eller i installationer för transmission eller distribution av elektrisk kraft.A cable, as defined in the preceding paragraphs, shall be suitable for operation under specific conditions prevailing in high voltage transmission or distribution cables used in networks or in installations for the transmission or distribution of electric power.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med denna uppﬁnning är att tillhandahålla en metod för produktion av en isolerad elektrisk DC-kabel såsom speciﬁcerats i det föregående. Detta åstadkom- mer i enlighet med uppfinningen medelst en metod som definieras i ingressen till krav 1, för tillverkning av en isolerad kabel som har ett polymerbaserat isolerings- system innefattande en extruderad, tvärbunden polyetenkomposition anordnad runt om en ledare, som kännetecknas av de ytterligare åtgärderna enligt den kän- neteckriande delen av krav 1. Vidareutvecklingar av metoden enligt uppfinningen kännetecknas av särdragen i de tillkommande kraven 2 till 13.SUMMARY OF THE INVENTION An object of this invention is to provide a method for producing an insulated electrical DC cable as specified above. This is achieved in accordance with the invention by a method defined in the preamble of claim 1, for the manufacture of an insulated cable having a polymer-based insulation system comprising an extruded, cross-linked polyethylene composition arranged around a conductor, which is characterized by the further measures according to the characterizing part of claim 1. Further developments of the method according to the invention are characterized by the features of the appended claims 2 to 13.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Detta år en metod för produktion av en isolerad elektrisk DC-kabel som innefattar stegen att extrudera ett polymerbaserat isoleringssystem som innefattar en kompo- underad polyetenkomposition, PE-komposition, runt om en ledare och därefter tvärbinda PE-kompositionen, där PE-kompositionen är förbehandlad så att den re- sulterande tvårbundna PE-kompositionen, XLPE-kompositionen, innefattar polära grupper bundna till den tvärbundna strukturen som åstadkommits genom införan- de av molekylärt syre i den kompounderade PE-kompositionen innan PE- komposition extruderas från extruderhuvudet.DESCRIPTION OF THE INVENTION This is a method of manufacturing an insulated DC electrical cable comprising the steps of extruding a polymer-based insulation system comprising a composite polyethylene composition, PE composition, around a conductor and then crosslinking the PE composition, wherein the PE composition the composition is pretreated so that the resulting crosslinked PE composition, the XLPE composition, comprises polar groups attached to the crosslinked structure created by introducing molecular oxygen into the compounded PE composition before PE composition is extruded from the extruder head.

I enlighet med en utföringsform inßrs det molekylära syret i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling innan PE-kompositionen införs i extruderhu- vudet. Typiskt matas PE-kompositionen i form av PE-granuler, in i extrudem och det molekylära syret införs i PE-granulcnia i en förbehandling innan införing i ex- truderhuvudet. Företrädesvis uﬁrs förbehandlingen enligt denna utföringsform i en speciell behållare som hör samman med extrudermatningssystemet eller inuti matningssystemet innan extruderhuvudet. Enligt en alternativ utföringsform införs 511942 8 det molekylära syret i den kompounderade PE-kompositionen i en förbehandling inuti extrudem. Också i detta fall föreligger kompositionen i form av granuler, vilka matas in i extrudern. Alternativt införs det molekylära syret i PE-smältaren i extru- dem under extruderingsprocessen.According to one embodiment, the molecular oxygen in the compounded PE composition is introduced into a pretreatment before the PE composition is introduced into the extruder head. Typically, the PE composition is fed in the form of PE granules, into the extruder and the molecular oxygen is introduced into the PE granules in a pretreatment before insertion into the extruder head. Preferably, the pretreatment according to this embodiment is in a special container associated with the extruder feed system or inside the feed system before the extruder head. In an alternative embodiment, the molecular oxygen in the compounded PE composition is introduced into a pretreatment within the extruder. Also in this case the composition is in the form of granules, which are fed into the extruder. Alternatively, the molecular oxygen is introduced into the PE smelter in the extruder during the extrusion process.

Lösligheten för molekylärt syre i polyeten (50% kristallinitet) är i storleksordningen 0,05 cmß (STP) /cm3 bar. Detta betyder att polyeten i jämvikt med atmosfären (2 1% syre) kommer att innehålla 0,01 cm3 syre / cm3 polyeten. Denna mängd syre kom- mer att upplösas i den smälta PE efter extrudering.The solubility of molecular oxygen in polyethylene (50% crystallinity) is in the order of 0.05 cmß (STP) / cm3 bar. This means that polyethylene in equilibrium with the atmosphere (2 1% oxygen) will contain 0.01 cm3 oxygen / cm3 polyethylene. This amount of oxygen will dissolve in the molten PE after extrusion.

Under tvårbindningsreaktionen kommer peroxiden att nedbrytas och bilda fria ra- dikaler. De fria radikalema kommer att attackera polymermolekylema och bilda fria polymerradikaler. Reaktionen mellan de fria polymerradikalerna och det molekylära syret är mycket snabb som ett resultat av förekomsten av två oparade elektroner i det molekylära syret i dess grundtillstånd. Detta gör att syre beter sig såsom en bi- radikal och dess reaktion med fria polymerradikaler kan jämföras med reaktioner mellan tvä radikaler. Dessa reaktioner kännetecknas av mycket låg aktiverings- energi. Produkten av reaktionen mellan en fri polymerradikal och en syremolekyl är en peroxiradikal. Den mest sannolika termineringsreaktionen för primära och se- kundâra peroxiradikaler är disproportionering till alkoholer och aldehyder respekti- ve till alkoholketoner. Dessa alkoholer, aldehyder och ketoner är polära delar. Om allt syre som upplösts i PE vid jämvikt med atmosfärsluft reagerar på ovanstående sätt kommer en polär del per 100 000 monomerenheter att formas.During the crosslinking reaction, the peroxide will decompose to form free radicals. The free radicals will attack the polymer molecules and form free polymer radicals. The reaction between the free polymer radicals and the molecular oxygen is very fast as a result of the presence of two unpaired electrons in the molecular oxygen in its basic state. This means that oxygen behaves like a bi-radical and its reaction with free polymer radicals can be compared with reactions between two radicals. These reactions are characterized by very low activation energy. The product of the reaction between a free polymer radical and an oxygen molecule is a peroxy radical. The most probable termination reaction for primary and secondary peroxy radicals is disproportionation to alcohols and aldehydes to alcohol ketones, respectively. These alcohols, aldehydes and ketones are polar parts. If all the oxygen dissolved in PE at equilibrium with atmospheric air reacts in the above way, one polar part per 100,000 monomer units will be formed.

Lösligheten för syre i PE är proportionell mot syrets partialtryck. Sålunda, genom att öka trycket, kommer mängden syre som upplöses att öka, och därmed antalet polära delar. Antalet polära delar kan kontrolleras helt och hållet genom att kon- trollera mängden upplöst syre. Exempelvis vid ett syretryck om 2 bar kommer an- talet polära delar att bli ca 1 per 10 000 monomerenheter.The solubility of oxygen in PE is proportional to the partial pressure of oxygen. Thus, by increasing the pressure, the amount of oxygen dissolved will increase, and thus the number of polar parts. The number of polar parts can be controlled completely by checking the amount of dissolved oxygen. For example, at an oxygen pressure of 2 bar, the number of polar parts will be about 1 per 10,000 monomer units.

För att uppnå en effekt på rymdladdningsackumuleringen bör antalet polära delar vara större än 1 per 50 000 monomerenheter, motsvarande en jämvikt med luft, syrepartialtryck om 0,4 bar.To achieve an effect on the space charge accumulation, the number of polar parts should be greater than 1 per 50,000 monomer units, corresponding to an equilibrium with air, oxygen partial pressure of 0.4 bar.

För att införa det önskade antalet syremolekyler i PE-kompositionen, utsätts PE- kompositionen för ett ökat syretryck. Detta kan uppnås genom att öka partialtryck- et för vilken syreinnehållande atmosfär som helst som står i kontakt med PE- kompositionen, vid de steg som är lämpliga för införande av molekylärt syre i PE- 511 942 9 komposition. Typiskt utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg som överstiger 0,2 bar men är lägre än 20 bar. Företrädesvis utsätts PE-kompositionen för ett sy- retryck, pO2 som uppgår till från 0,4 till 5 bar.To introduce the desired number of oxygen molecules into the PE composition, the PE composition is subjected to an increased oxygen pressure. This can be achieved by increasing the partial pressure of any oxygen-containing atmosphere in contact with the PE composition, at the steps suitable for introducing molecular oxygen into the PE composition. Typically, the PE composition is subjected to an oxygen pressure, pO 2, which exceeds 0.2 bar but is lower than 20 bar. Preferably, the PE composition is exposed to an oxygen pressure, pO2, which amounts to from 0.4 to 5 bar.

Metoden utförs typiskt på ett sådant sätt att syret åtminstone initialt upplöses i PE- kompositionen. I enlighet med en utföringsform konditioneras PE-kompositionen som innefattade upplöst syre därefter i anslutning till extruderingen och tvärbind- ningen av isoleringssystemet på ett sådant sätt att det upplösta syret bringas att reagera med PE-kompositionen, och polära grupper införs i de tredimensionella nätverket som bildas i den tvärbundna PE-kompositionen.The method is typically performed in such a way that the oxygen at least initially dissolves in the PE composition. According to one embodiment, the PE composition comprising dissolved oxygen is then conditioned in connection with the extrusion and crosslinking of the insulation system in such a way that the dissolved oxygen is reacted with the PE composition, and polar groups are introduced into the three-dimensional networks formed. in the crosslinked PE composition.

Isoleringen som baseras på kompounderad polyeten extruderas typiskt och tvär- binds vid en förhöjd temperatur och under en tidsperiod som är tillräckligt lång för att tvärbinda isoleringen.The insulation based on compound polyethylene is typically extruded and crosslinked at an elevated temperature and for a period of time long enough to crosslink the insulation.

En DC-kabel som produceras enligt uppﬁnningen med ett extruderat, tvärbundet isoleringssystem innefattande en tvårbunden polyetenkomposition, XLPE, med den specifika behandling som nämnts ovan uppvisar avsevärda fördelar, såsom; - en avsevärt reducerad tendens till rymdladdningsackumulering som resulterar i låg tendens till utveckling av en polariserad rymdladdningsproﬁl, - en ökad DC-hållfasthet.A DC cable produced according to the invention with an extruded, crosslinked insulation system comprising a crosslinked polyethylene composition, XLPE, with the specific treatment mentioned above exhibits considerable advantages, such as; a significantly reduced tendency to space charge accumulation which results in a low tendency to develop a polarized space charge profile, - an increased DC strength.

Processen enligt uppﬁnningen erbjuder möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller semikontinuerlig process för påfåring och behandling av det extruderade isole- ringssystemet utan något behov av satsvis behandling, såsom urgasning eller im- pregnering för att säkerställa prestanda och stabilitet hos det extruderade kabel- isoleringssystemet.The process according to the invention offers the possibility of a substantially continuous or semi-continuous process for applying and treating the extruded insulation system without any need for batch treatment, such as degassing or impregnation to ensure the performance and stability of the extruded cable insulation system.

Alla dessa fördelaktiga egenskaper och förbättringar i förhållande till kablar produ- cerade med processer enligt teknikens ståndpunkt för produktion av kablar inne- fattande ett isoleringssystem med en extruderad XLPE-komposition, uppnås för en DC-kabel producerad i enlighet med uppﬁnningen utan de många nackdelar som hör samman med vissa kablar som produceras med processer enligt teknikens ståndpunkt. Den avsevärt reducerade tendensen till rymdladdningsackumulering säkerställer att den höga DC-hållfastheten hos konventionella DC-kablar, innefat- tande en isolering av impregnerat papper, upprätthålles eller förbättras. Vidare uppvisar isoleringsegenskapema hos en DC-kabel som producerats enligt uppfin- ningen en allmän långtidsstabilitet, så att livslängden för kabeln upprätthålles eller 511942 10 ökas. Detta uppnås särskilt genom den kontrollerade behandlingen av PE- kompositionen innan och under extrudering och tvärbindning, och konditionering- en som utförs i anslutning till extruderingen och tvårbindningen, där processvari- abler såsom temperaturer, tryck, behandlingstider, atmosfärskomposition och i synnerhet partialtrycket för syre eller andra gasformiga molekyler som sannolikt upplöses i PE-kompositionen enligt uppfmningen, såsom kommer att exemplifieras i det följande.All these advantageous properties and improvements over cables produced by prior art processes for producing cables comprising an insulation system with an extruded XLPE composition are achieved for a DC cable produced in accordance with the invention without the many disadvantages that associated with certain cables produced by processes according to the state of the art. The considerably reduced tendency for space charge accumulation ensures that the high DC strength of conventional DC cables, including an insulation of impregnated paper, is maintained or improved. Furthermore, the insulating properties of a DC cable produced according to the invention show a general long-term stability, so that the service life of the cable is maintained or increased. This is achieved in particular by the controlled treatment of the PE composition before and during extrusion and crosslinking, and the conditioning carried out in connection with the extrusion and crosslinking, where process variables such as temperatures, pressures, treatment times, atmospheric composition and in particular the partial pressure of oxygen or other gaseous molecules that are likely to dissolve in the PE composition of the invention, as will be exemplified below.

Processen enligt uppfinningen erbjuder möjligheten att producera en DC-kabel med ett fast dielektrikum i en väsentligen kontinuerlig process utan några tidsödande satsvísa steg såsom urgasning, och öppnar därmed för en avsevärd reduktion i pro- duktionstid och sålunda produktionskostnader, utan att man riskerar kabelns tek- niska prestanda.The process according to the invention offers the possibility of producing a DC cable with a solid dielectric in a substantially continuous process without any time-consuming batch steps such as degassing, and thus opens up for a considerable reduction in production time and thus production costs, without risking the cable technology. technical performance.

En DC-kabel som producerats med en process som definieras i det föregående, är speciellt fördelaktig för drift under de specifika betingelser som råder vid högspån- ningstransmissions- eller distributionskablar som används i nätverk eller installa- tioner för transmission eller distribution av elektrisk kraft, på grund av de förbätt- rade terrniska egenskapema kombinerat med bibehållna eller förbättrade elektriska egenskaper. Detta är särskilt viktigt på grund av den långa livslängden som sådana installationer är utformade för, och den begränsade åtkomstmöjligheten för under- håll vid sådana installationer, vilka är installerade på avlägsna platser och till och med under vatten. En ytterligare fördel med en kabel för högspänd likström som producerats i enlighet med uppfinningen är att produktionstiden väsentligt kan re- duceras genom att anamma en väsentligen kontinuerlig process, fri från driftsteg som kräver satvis behandling av fullständiga kabellångder eller delar av längder, vilket erbjuder kostnadsfördelar i jämförelse med konventionella kablar.A DC cable produced by a process defined above is particularly advantageous for operation under the specific conditions of high voltage transmission or distribution cables used in networks or installations for the transmission or distribution of electric power, on due to the improved thermal properties combined with maintained or improved electrical properties. This is particularly important due to the long service life for such installations, and the limited access for maintenance at such installations, which are installed in remote locations and even under water. A further advantage of a high voltage direct current cable produced in accordance with the invention is that the production time can be significantly reduced by adopting a substantially continuous process, free from operating steps that require satwise treatment of complete cable lengths or parts of lengths, offering cost advantages in comparison with conventional cables.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj med hänvisning till ritningarna och exempel. Figur l visar en snittvy av en kabel för överföring av högspänd likspän- ningsenergi i enlighet med en utföringsform av uppﬁnningen. Figur 2 visar en skiss av en process för att påföra ett isoleringssystem, som innefattar en extruderad och tvärbunden polyetenkompositíon på en kabel.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples. Figure 1 shows a sectional view of a cable for transmitting high-voltage direct voltage energy in accordance with an embodiment of the invention. Figure 2 shows a sketch of a process for applying an insulation system comprising an extruded and crosslinked polyethylene composition on a cable.

DC-kabeln enligt denutföringsforrn av uppfinningen som visas i figur 1, innefattar från centrum och utåt; 511 942 1 1 - en tvinnad multi-trådledare 10; - en första extruderad halvledande skärm 1 l anordnad runt om och på utsidan av ledaren 10 och inuti en ledarisolering 12.; - en extruderad ledarisolering 12 med en extruderad, tvärbunden komposition såsom beskrivits i det föregående; - en andra extruderad halvledande skärm 13, anordnad på utsidan av ledarisole- ringen 12; - ett metallnät 14; och - ett yttre hölje eller en mantel 15 arrangerad på utsidan av metallskärmen 14.The DC cable according to the embodiment of the invention shown in Figure 1 comprises from the center and outwards; 511 942 1 1 - a twisted multi-wire conductor 10; a first extruded semiconductor screen 11l arranged around and on the outside of the conductor 10 and inside a conductor insulation 12; an extruded conductor insulation 12 with an extruded, crosslinked composition as described above; a second extruded semiconductor screen 13, arranged on the outside of the conductor insulation 12; a metal mesh 14; and - an outer casing or sheath 15 arranged on the outside of the metal screen 14.

Kabeln kan då så bedöms lämpligt ytterligare kompletteras på olika sätt med olika funktionella skikt eller andra särdrag. Den kan t.ex. kompletteras med en förstärk- ning i form av metalltrådar på utsidan av den yttre extruderade skärmen 13, en förseglingsfórening eller ett vattensvällande pulver infört i metall/ polymergränsytor, eller ett system åstadkommet genom t.ex. ett korrosionsbeständigt metall- polyetenlaminat och i ländriktningen löpande vattenförsegling, åstadkommen me- delst vattensvällande material, t.ex. tejp eller pulver under manteln 15. Ledaren behöver inte vara tvinnad utan kan ha vilken önskad from och konstitution som helst, t.ex. en tvinnad ﬂertrådsledare, en solid ledare eller en segmenterad ledare.The cable can then, if deemed appropriate, be further supplemented in different ways with different functional layers or other features. It can e.g. supplemented with a reinforcement in the form of metal wires on the outside of the outer extruded screen 13, a sealing compound or a water-swelling powder introduced into metal / polymer interfaces, or a system provided by e.g. a corrosion-resistant metal-polyethylene laminate and lumbar waterproofing, achieved by means of water-swelling material, e.g. tape or powder under the mantle 15. The conductor does not have to be twisted but can have any desired religion and constitution, e.g. a twisted wire conductor, a solid conductor or a segmented conductor.

I den process som visas i ﬁgur 2 matas ledaren från en avvulkningsanordning 26 genom extruderutrustningen 21, 22 23 och andra behandlings- och konditione- ringsanordningar 24, 25 och tas slutligen upp på en upprullningsanordning 27 för kabelkärnan. Avhasplingsanordningen för ledaren 26 och upprullningsanordningen för kabelkärrian illustreras i ﬁgur 2 såsom hasplar eller trummor lämpliga för diskreta längder, men kan vara av vilken lämplig typ som helst som inkluderar an- ordningar för väsentligen kontinuerlig hantering av den tillhandahållna ledaren och producerade kabeln. Ledaren föres över ett första hjul 28 genom en förvârmare för ledaren där den förvärms vid en lämplig temperatur innan isoleringssystemet påfö- res medelst extrudering. Processen som visas i ﬁgur 2 är lämplig för sann trippel- extrudering där en extruder med ett trippelhuvud används. Det inre och det yttre halvledande skiktet påföres med användning av två separata extruderanordningar 22 och en tillkommande tredje extruder används för huvudisoleringen. Efter extru- deringsmomentet föres den isolerade kabeln genom en trycksatt härdnings- och kylkammare 24, där betingelserna kontrolleras för att säkerställa den önskade tvärbindningsgraden och andra strukturella karakteristika som kan åstadkommas genom denna kontrollerade kondiüonering och kylning av det extruderade isole- 511 942 12 ringssystemet. Därefter dras kabeln genom en avdragningscaterpillar 30 och över ett andra hjul innan den tas upp till ytterligare behandling och/ eller leverans.In the process shown in Figure 2, the conductor is fed from a deburring device 26 through the extruder equipment 21, 22 23 and other processing and conditioning devices 24, 25 and is finally taken up on a winding device 27 for the cable core. The unwinding device for the conductor 26 and the winding device for the cable carriage are illustrated in Figure 2 as reels or drums suitable for discrete lengths, but may be of any suitable type which includes devices for substantially continuous handling of the supplied conductor and the produced cable. The conductor is passed over a first wheel 28 through a preheater for the conductor where it is preheated at a suitable temperature before the insulation system is applied by extrusion. The process shown in Figure 2 is suitable for true triple extrusion where an extruder with a triple head is used. The inner and outer semiconductor layers are applied using two separate extruder devices 22 and an additional third extruder is used for the main insulation. After the extrusion step, the insulated cable is passed through a pressurized curing and cooling chamber 24, where the conditions are checked to ensure the desired degree of crosslinking and other structural characteristics that can be achieved by this controlled conditioning and cooling of the extruded insulation system. Thereafter, the cable is routed through a stripping caterpillar 30 and over a second wheel before being taken up for further processing and / or delivery.

Polyetenkompositionen som används tillförs typiskt till extrudern såsom ett granu- lat vilket matas genom ett matningssystem 210. Molekylårt syre införs i det kompo- underade PE-granulatet i en förbehandling innan PE införs i extrudern 2 1 eller i en förbehandling inuti extrudem 21. Altemativt införs det molekylära syret i PE- smältan i extrudem 21 under extruderingsprocessen. Typiskt matas PE-granulerna in i extrudern och smältes.The polyethylene composition used is typically fed to the extruder as a granulate which is fed through a feed system 210. Molecular oxygen is introduced into the compounded PE granulate in a pretreatment before PE is introduced into the extruder 2 1 or into a pretreatment inside the extruder 21. Alternatively, the molecular oxygen in the PE melt in the extruder 21 during the extrusion process. Typically, the PE granules are fed into the extruder and melted.

Förbehandlingen kan utföras i en speciell behållare Sammanhörande med extru- dermatningssystemet 210, eller inuti någon av de existerande delarna 2 1 1, 2 12 i rnatningssystemet 213 eller extrudern 2 1. Typiskt utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg, som överstiger 0,2 bar men som är lägre än 20 bar i matningssy- stemet 210 eller extrudern 21, för att införa den erforderliga mängden syre i PE- kompositionen. Lösligheten för molekylärt syre i polyeten (50% kristallinitet) är i storleksordningen 0,05 cmß (STP) /cm3 bar. Detta betyder att polyeten i jämvikt med atrnosfärsluft (2 1% syre) kommer att innehålla ca 0,01 cm3 polyeten. Denna mängd syre kommer att upplösas i den smälta PE efter extrudering. I enlighet med en spe- ciﬁk utföringsform utsätts PE-kompositionen för ett syretryck, pOg, som uppgår till från 0,4 till 5 bar. Metoden utförs typiskt på ett sådant sätt att syret åtminstone initialt upplöses i PE-kompositionen, och PE-kompositionen som innefattar upplöst syre konditioneras därefter i anslutning till extrudering och tvärbindning av extra- deringssystemet, så att det upplösta syret bringas att reagera med PE- kompositionen och polära grupper införs i det tredimensionella närverket som bil- das i den tvärbundna PE-kompositionen. Isoleringen baserad på kompounderad polyeten extruderas typiskt och tvärbinds vid en förhöjd temperatur och under en tidsperiod som är tillräckligt lång för att tvärbinda isoleringen. Detta uppnås genom att kontrollera processemai extrudern 21, extruderhuvudet 23 och kammaren 24 för trycksatt härdning och kylning, på ett lämpligt sätt såsom antytts i det föregå- ende.The pretreatment can be performed in a special container associated with the extruder feed system 210, or inside any of the existing parts 2 1 1, 2 12 of the feed system 213 or the extruder 2 1. Typically, the PE composition is subjected to an oxygen pressure, pOg, which exceeds 0, 2 bar but which is lower than 20 bar in the feed system 210 or the extruder 21, to introduce the required amount of oxygen into the PE composition. The solubility of molecular oxygen in polyethylene (50% crystallinity) is in the order of 0.05 cmß (STP) / cm3 bar. This means that polyethylene in equilibrium with atmospheric air (2 1% oxygen) will contain about 0.01 cm3 of polyethylene. This amount of oxygen will dissolve in the molten PE after extrusion. In accordance with a specific embodiment, the PE composition is subjected to an oxygen pressure, pOg, which amounts to from 0.4 to 5 bar. The method is typically performed in such a way that the oxygen at least initially dissolves in the PE composition, and the PE composition comprising dissolved oxygen is then conditioned in connection with extrusion and crosslinking of the extraction system, so that the dissolved oxygen is reacted with the PE composition. and polar groups are introduced into the three-dimensional network formed in the crosslinked PE composition. The insulation based on compounded polyethylene is typically extruded and crosslinked at an elevated temperature and for a period of time long enough to crosslink the insulation. This is accomplished by controlling the process of the extruder 21, the extruder head 23 and the pressure curing and cooling chamber 24, in a suitable manner as indicated above.

En DC-kabel som producerats enligt uppfinningen med ett extruderat, tvärbundet isoleringssystem innefattande en tvârbunden polyetenkomposition, XLPE, med den specifika behandling som nämnts ovan uppvisar avsevärda fördelar såsom: - en väsentligt reducerad tendens till rymdladdningsackumulering som resulterar i en låg tendens till utveckling av en polariserad rymdladdningsproﬁl, - en ökad DC-hållfasthet. 511 942 13 Processen enligt uppﬁnningen erbjuder möjligheten till en väsentligen kontinuerlig eller sernikontinuerlig process för påförande och behandling av det extruderade isoleringssystemet, utan något behov av satsvisa behandlingar, såsom urgasning eller irnpregnering, för att säkerställa prestanda och stabilitet hos det extruderade kabelisoleríngssystemet.A DC cable produced according to the invention with an extruded, cross-linked insulation system comprising a cross-linked polyethylene composition, XLPE, with the specific treatment mentioned above has considerable advantages such as: a significantly reduced tendency to space charge accumulation which results in a low tendency to develop a polarized space charge profile, an increased DC strength. The process according to the invention offers the possibility of a substantially continuous or continuous process for applying and treating the extruded insulation system, without any need for batch treatments, such as degassing or impregnation, to ensure the performance and stability of the extruded cable insulation system.

Claims

511 942 1 4 PATENT CLAIMS

A method of manufacturing an insulated electric DC cable comprising the steps of extruding a polymer-based insulation system comprising a compounded polyethylene composition, PE composition, around a conductor, and then crosslinking the PE composition, the PE composition being pretreated in such a manner that the resulting crosslinked PE composition (XLPE composition) comprises polar groups attached to the crosslinked structure, characterized in that molecular oxygen is introduced into the compounded PE composition before the PE composition is extruded from the extruder head.

A method according to claim 1, characterized in that the molecular oxygen is introduced into the compounded PE composition in a pretreatment before it is introduced into the extruder head.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the PE composition in the form of granules is fed into the extruder and that molecular oxygen is introduced into the PE granules before treatment before it is introduced into the extruder.

Method according to claim 3, characterized in that the pretreatment is carried out in a special container associated with the extruder feeding system.

5. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the molecular oxygen is introduced into the compounded PE composition in a pretreatment inside the extruder.

6. A method according to claim 5, characterized in that the PE composition in the form of granules is fed into the extruder and that the molecular oxygen is introduced into the PE granules inside the extruder feeding system.

A method according to claim 5, characterized in that the PE composition in the form of granules is fed into the extruder, that the PE granules are melted in the extruder and that the molecular oxygen is introduced into the PE melt.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the PE composition is exposed to an increased oxygen pressure.

Method according to claim 8, characterized in that the PE composition is exposed to oxygen pressure, pOQ, which exceeds 0.2 bar. 511 942 15

Method according to claim 9, characterized in that the PE composition is subjected to oxygen pressure, pOg, which amounts to from 0.4 to 5 bar.

Method according to one of Claims 8 to 11, characterized in! by exposing the PE composition to an oxygen-enriched atmosphere.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen is dissolved in the PE composition.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the PE composition comprising dissolved oxygen is conditioned in connection with the extrusion and crosslinking of the insulation system, so that the dissolved oxygen is reacted with the PE composition, and polar groups are introduced into it. the three-dimensional network formed in the crosslinked PE composition.