(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2437272 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. H01B 7/28 (06.01) H01B 9/00 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 14.03.31 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 13.11.13 (86) Europeisk søknadsnr 116146.9 (86) Europeisk innleveringsdag 11.09.14 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 12.04.04 () Prioritet.09., NO, 139 (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver Nexans, 8, rue du Général Foy, 7008 Paris, FR-Frankrike (72) Oppfinner Furuheim, Knut Magne, Joruns vei 29, 1613 FredrikstadNorge Hvidsten, Sverre, Skjermveien 41A, 7023 TrondheimNorge (74) Fullmektig Onsagers AS, Postboks 1813 Vika, 0123 OSLO, Norge (4) Benevnelse Strømkabel med et vannbarrierelaminat (6) Anførte publikasjoner JP-A- 02 07 072 JP-A- 02 093 247 JP-A- 06 260 834
1 Oppfinnelsens område Foreliggende oppfinnelse vedrører strømkabler som omfatter vannbarrierer og for eksempel høyspenningskabler som er senket ned i vann. Videre vedrører foreliggende oppfinnelse også fremgangsmåter for konstruering av slike vannbarrierer. Bakgrunn for oppfinnelsen 1 2 3 I undersjøiske kabelinstallasjoner må kabelisolasjonen beskyttes fra fuktighet som kan føre til elektrisk svikt. For eksempel i kabelisolasjon som er laget for eksempel av polymerer eller oljeimpregnert papir, så er det mulighet for vanninntrenging når fuktigheten ligger over et visst nivå som etter noe tid kan føre til elektrisk svikt. Ulike typer vannbarrierer blir benyttet i ulike kabelkonstruksjoner, men det dominerende materialet som benyttes til vannbarrierer er bly. Dette er spesielt tilfellet for høyspenningskabler. Bly har vist seg å være et pålitelig og robust kappemateriale i denne sammenhengen, men det har noen velkjente ulemper. Spesielt med store høyspenningsundervannskabler er vektproblematikken viktig fordi bly bidrar til mye av den totale vekten. Tunge kabler bidrar med kostnader i hele verdikjeden, i produksjon, under transport, lagring og utplassering. Til og med når kabelen når sin økonomiske levetid så bidrar kasseringen av en tung kabel med kostnader. Plassering av undervannskabler på dypt vann er av spesiell interesse fordi strekkingen i kabelen kan være anselig. Ett annet problem med bly er når kabler benyttes dynamisk, dvs., når kabelen ikke blir benyttet i en fiksert posisjon. Blykapper har en lav tretthetsgrense, og dette gjør de lite passende i dynamiske applikasjoner. I tillegg til dette er bly ansett som miljøskadelig og i noen markeder er erstatninger for bly nødvendig. For lange høyspenningskabler under vann så vil kapasitivladninger og resulterende strømmer lage problemer dersom de ikke håndteres. Fortrinnsvis blir disse strømmene ledet radialt ut i sjøvannet og ikke langsgående langs kabelen. Dette oppnås ved å benytte ikke-isolerende lag i stedet for isolerende lag i kablene. Ett alternativ som ikke er særlig hensiktsmessig for undersjøiske kabler er å ha kontrollert utladning av kapasitans ved regulære intervaller. Tilleggskostnaden ved å benytte diskontinuerlig utplasserte kabler gjør dette alternativet til en urimelig løsning. Blant andre metallmaterialer som benyttes som vannbarrierer blir oftest aluminium benyttet, for eksempel som en korrugert rørbeskyttelse. Tettheten av aluminium er 2,7 kg/dm 3 mens tettheten av bly er 11,4 kg/dm 3. Likevel blir slike korrugerte aluminiumsbarrierer vanligvis benyttet på landkabler og ikke på undersjøiske kabler. Undersjøiske kabler har ulike og ofte strengere krav.
2 Ett fortrinn med blykapper på kabler er dets plastiske egenskaper. Industrien har i mange år påført bly på kabler med en tykkelse på for eksempel mm. Slike kabler er fremdeles enkle å legge ut. I GB 2486 sees det for seg en fiber optisk kabel med en vannbarriere i formen av for eksempel et aluminium-plastikk-laminat. I fiberoptiske kabler er ikke problemet med vanninntrenging til stede. På fagområdet er fremdeles ikke laminater som er ment å anvendes i mellomspenning- og høyspenningskabler som omfatter en metall-vannbarriere laminert med lag som omfatter halvledende polymerlag for å lade ut kapasitive ladninger til jord (her: sjøvann) blitt presentert. WO014696 beskriver en vannsvellbar tape innenfor en metallisk skjerm, umiddelbart under den siste. I det samme dokumentet blir en annen utførelsesform beskrevet som har en tynn aluminiumsfolie anbrakt og limt under en ytre polymer kappe, der aluminiumsfolien virker som en barriere mot vannpenetrering. 1 2 3 Oppsummering av oppfinnelsen Foreliggende oppfinnelse søker å tilveiebringe en strømkabel med et fleksibelt, ikke elektrisk isolerende vannbarrierelag som kan erstatte en konvensjonell vannbarriere laget av bly. Dens viktigste fortrinn er dens fleksibilitet og spesielt en lavere vekt for det totale vannbarrierekonseptet. Ifølge et første aspekt av foreliggende oppfinnelse blir det tilveiebrakt en strømkabel med et vannbarrierelaminat som omfatter én folie laget av metall som er laminert mellom minst to lag med ikke-isolerende polymerfolier som utgjør et endelig laminat som er ikke-isolerende. For vannbarrierelaminatet er eventuelt minst én av overflatene på laminatet tilpasset å bindes til den andre overflaten av laminatet når laminatet blir pakket eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal bli beskyttet med vannbarrieren. For vannbarrierelaminatet omfatter eventuelt minst én av de ikke-isolerende polymerfoliene lim som er tilpasset å lime nevnte polymerfolie til den ytre overflaten av laminatet når laminatet blir pakket eller viklet rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren, der limet eller limingen er tilpasset til å ikke isolere lagene som blir limt sammen. For vannbarrierelaminatet omfatter eventuelt minst én av polymerfoliene ulike egenskaper i forhold til de til én annen polymerfolie. For vannbarrierelaminatet omfatter eventuelt minst én av polymerfoliene en ulik elastisitetsgrad enn for én annen polymerfolie. Oppfinnelsen vedrører også et vannbarrierelaminat for anvendelse i en strømkabel ifølge oppfinnelsen. Det tekniske hovedtrekket ved et vannbarrierelaminat ifølge oppfinnelsen er at det omfatter folie som er laget av metall som er laminert mellom
3 minst to lag med ikke-isolerende polymerfolier som utgjør et endelig laminat som er ikke-isolerende. Kort beskrivelse av figurene Figur 1 er en perspektivfremstilling av et vannbarrierelaminat som er inkludert i en strømkabel ifølge oppfinnelsen, Figur 2 er en tverrsnittfremstilling av en strømkabel ifølge oppfinnelsen og som omfatter et vannbarrierelaminat, Figur 3 er en forstørret fremstilling av en spesifikk del av strømkabelenvist på figur 2. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen 1 2 3 Med referanse til figur 1 er tre lag 1, 2a, 2b vist for denne foretrukne utførelsesformen av et vannbarrierelaminat som er inkludert i en strømkabel ifølge oppfinnelsen. I midten er den en folie 1 av aluminium eller et annet liknende metall, heretter referert til som metall eller aluminium, og på begge sider er halvledende polymerlag 2a og 2b festet. Aluminiumet er ment å skulle virke som en vannbarriere og et elektrisk ledende lag og kan ha enhver tykkelse. I en foretrukket utførelsesform kan den være rundt mikrometer tykk. Polymerlagene 2a, 2b kan være laget av halvledende polymerfilmer slik som for eksempel polyolefin. Disse filmene 2a, 2b er laget halvledende ved for eksempel å inkludere sot (carbon black) inneholdende polyetylen. Tykkelsen på disse lagene kan også variere mye, og i en foretrukket utførelsesform kan hvert av dem ha en tykkelse på omkring 0 mikrometer. De halvledende lagene 2a, 2b bidrar til å gjøre laminatet 3 mer robust og enkelt å håndtere og ikke så skjørt som aluminiumslaget 1 selv. Aluminiumsfolien 1 er også beskyttet bedre mot galvanisk korrosjon når den er beskyttet på begge sider med lag 2a, 2b. De ulike folielagene 1, 2a, 2b kan være festet til hverandre på ulike måter under konstruksjonen. Én måte å gjøre dette på er å lime dem sammen med passende lim. Dette kan være et lim som ikke isolerer lagene 1, 2a, 2b fra hverandre enten ved sine iboende egenskaper eller på grunn av hvordan det påføres. Ulike typer lim kan tenkes benyttet i foreliggende oppfinnelse. Varm smelte kan benyttes ved eventuelt å dra fordel av varmen som foreligger under produksjon av kabelen. En annen måte å feste de ulike folielagene 1, 2a, 2b til hverandre på er å binde dem sammen med varme og/eller trykk som ekstrusjonsbinding. Binding av lagene 1, 2a,
4 2b sammen kan også bli utført i prosessen for produksjon av de ikke-isolerende foliene 2a, 2b. Den grunnleggende ideen er å lage en elektrisk ikke-isolerende vannbarrierekonstruksjon der et spesielt designet aluminiumsfolielaminat er inkludert. Kommersielt tilgjengelige laminater har ikke de ønskede elektriske egenskapene. I en mellom- til høyspenningsundrvannskabel er det av avgjørende viktighet at de ulike lagene i kabelen, på utsiden av det elektriske isolasjonssystemet, er ikkeisolerende. Dersom lagene i kabelen er ikke-isolerende blir ikke kapasitive strømmer ledet langsgående langs kabelen, men blir tvert i mot ledet direkte, dvs., radialt, inn i sjøvannet. Ett typisk eksempel på anvendelse av oppfinnelsen i en kabel er tilveiebrakt på figur 2. Referanser til ulike lag i denne kabelen er indikert i tabell 1 nedenfor: Leder 6 Halvledende fyllforbindelse 7 Lederskjerm 8 Isolering 3 Metallfolielaminat 9 Kappepolymer Kappepolymer 11 Tape 12 Armering 13 Tape 14 Armering 1 Polypropylengarn og bitumen 16 Polypropylengarn og bitumen 1 Tabell 1
1 2 3 I denne kabelen ligger en leder i sentrum av kabelen med en halvledende fyllforbindelse 6 for å fylle ut rommet mellom tråder. På utsiden av dette er en lederskjerm 7 laget av halvledende polymer anbrakt for å holde lederne samlet. Deretter er et lag med isolasjon 8 som omfatter isolasjon og isolasjonsskjerm finnes på utsiden av dette. På utsiden av dette ligger metallfolielaminatet 3 ifølge oppfinnelsen som en barriere for fuktighet og eventuelt også oksygen. Videre utover finnes en kappe 9 med en første polymer. Denne polymeren kan være av en absorberende type, som er i stand til å absorbere fuktighet som har penetrert. En annen kappe med en andre polymer på utsiden av dette er ment som en barriere for fuktighet. På utsiden av dette er det indikert to sett med tape 11, 13 og armering 12, 14 for å styrke kabelen og for å omfatte en designet friksjon. To lag med polypropylengarnarmert bitumen 1, 16 er lagt på toppen for ytterligere mekanisk beskyttelse. Mer enn ett lag blir ofte benyttet for å bygge opp en ønsket tykkelse. Denne detaljerte beskrivelsen vedrører kun ett eksempel på hvordan foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet i en kabelkonstruksjon, men oppfinnelsen er ikke begrenset til dette ene eksemplet. Funksjonen til det halvledende laminatet av aluminiumsfolie er primært å holde isolasjonssystemet for en høyspenningskabel fri for fuktighet. Sekundært virker det som en oksygenbarriere. Dette medfører at et slikt laminat kan bli inkludert i en mengde konstruksjoner plassert på utsiden av isolasjonssystemet men på innsiden av den mekaniske beskyttelsen av kabelen, slik som mekanisk beskyttende kapper, armering med polypropylengarn, bitumen osv. Aluminiumlaminatfolien har et halvledende design for radialt å lede kapasitive strømmer. Fordelaktig kan plasseringen av laminatet for eksempel være mellom slike lag som polymerkapper og svellbare taper eller andre typer bindinger eller mellom polymerkapper på toppen av svellende taper, andre typer bindinger. Laminatfolien kan også bli benyttet på en slik måte at noen seksjoner av kabelen er designet med halvledende laminat av aluminiumfolie mens andre seksjoner av kabelen er designet med et isolerende laminat av aluminiumsfolie. De siste seksjonene av slike kabler kan fordelaktig bli benyttet for å koble kabler til vindmøller over havoverflaten. Et kabeldesign der alle lagene enten er ledende eller halvledende er foretrukket fremfor andre alternativer fordi dette eliminerer behovet for et metallederlag med kobling til isolasjonsbeskyttelsen og behovet for koblinger mellom metallaget og armeringen i undersjøiske kabler. Et annet fortrinn som oppnås ved å benytte aluminiumlaminat i stedet for bly som vannbarriere er at dette er mer miljøvennlig. Dette er ikke minst viktig på slutten av levetiden til kabelen.
6 I dette dokumentet skal uttrykket «laminat» bety det samme som «vannbarrierelaminat». Det samme gjelder «ikke-isolerende» som skal bety «elektrisk ikke-isolerende».
7 PATENTKRAV 1. Strømkabel omfattende vannbarrierelaminat, karakterisert ved at vannbarrierelaminatet (3) omfatter folie laget 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. Strømkabel ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én av overflatene på laminatet (3) er tilpasset å bindes til den andre overflaten av laminatet (3) når laminatet (3) anbringes på eller vikles rundt den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren. 1 3. Strømkabel ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én av de ikke-isolerende polymerfoliene (2a, 2b) omfatter lim som er tilpasset å klistre nevnte polymerfolie (2a, 2b) til den ytre overflaten av laminatet (3) når laminatet (3) anbringes på eller vikles omkring den indre delen av kabelen som skal beskyttes med vannbarrieren, der limet og klistringen er tilpasset ikke å isolere lagene som blir limt sammen. 4. Strømkabel ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at minst én av polymerfoliene (2a) omfatter forskjellige egenskaper i forhold til egenskapene til én annen polymerfolie (2b). 2. Strømkabel ifølge krav 4, karakterisert ved at minst én av polymerfoliene (2b) omfatter en forskjellig elastisitetsgrad enn én annen polymerfolie (2b). 6. Vannbarrierelaminat til anvendelse i en strømkabel ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til, karakterisert ved at det omfatter folie laget av metall (1) laminert mellom minst to lag med ikke-isolerende polymerfolier (2a, 2b) som utgjør et endelig laminat (3) som er ikke-isolerende.