Next Generation High Voltage Subsea Transmission Cables: Influence of electric field, NaCl impurities and thermal cycling rate on insulation lifetime

• Main Author: Henry, Jordan
• Format: Dissertation
• Language: English

For å kunne utvikle dynamiske undervannskabler med en konkurransedyktig levetid, behøves det kunnskap om hvordan vanntrær forplanter seg i materialet. Det har blitt gjennomført en litterær vurdering av faktorene som påvirker vanntrærenes vekst. Fokuset i denne oppgaven er dispersjon, overmetning, hydrostatisk trykk, elektrostriktive krefter, ionisk hydrering og hvilken effekt den termiske syklusen har på disse faktorene. Eksperimenter ble gjennomført på seksti Rogowski formede testobjekter som ble produsert med en tykkelse på 0,7 mm. Halvparten av de produserte testobjektene inneholdt tjue natriumklorid urenheter, som ble holdt inne i XLPE isolasjonsmaterialet. Natriumklorid ble anvendt for å legge til rette for vekst av vanntrær slik at studien kunne gjennomføres. Et eksperimentelt oppsett ble utviklet inne i et Votsch Industrietechnil VC$^3$ 4034 klimaskap for å aldre testobjektene over en treukersperiode. Oppsettet var i stand til å kjøre testobjektene i partier på tjue, fra 90$^\circ$C til 50$^\circ$C. Det ble gjennomført tre ulike aldringseksperimenter, og i hvert parti ble ti testobjekter energisert til henholdsvis 10 kV/mm og 3kV/mm. Det første eksperimentet ble gjennomført i en syklusrate på 1$^\circ$C/min og dette ble gjentatt trettifem ganger. Det andre ble gjennomført i en syklusrate på 0,1$^\circ$C/min, og også der ble det gjennomført trettifem sykluser. Det tredje aldringseksperimentet hadde en konstant temperatur på 90$^\circ$C over tre uker. Alle andre eksperimentelle aspekter inkludert testobjektene, var identiske. Da aldringseksperimentene var gjennomført, ble alle de seksti testobjektene utsatt for en nedbrytningsprosess. Dette ble gjort tilfeldig der aldringsparameterne var ukjente for eksperimentatoren til et sammenbrudd hadde oppstått. Denne nedbrytningstestingen ble gjennomført med en 50 Hz AC strømkilde og en 220 v/100 kV transformator. Spenningen ble påført i trinn på 2kV med en to minutters pause mellom hvert trinn. Nedbrytningstestingen avslørte en 29,21\% degradering av strømmen i objektene med en syklusrate på 0,1$^\circ$C/min sammenlignet med de som ble utsatt for en konstant temperatur på 90 $^\circ$C. Begge settene sammenlignet ble eldet ved 10 kV/mm med natriumklorid. Strømmen ble ytterligere redusert når syklusraten ble økt fra 0,1$^\circ$ C/min to 1 C/min, men denne gangen kun med 10,02 %. Alle de seksti testobjektene opplevde vekst av vanntrær gjennom aldringsprosessen. Lengden på det lengste vanntreet ble observert å øke