直流電纜的制作方法

專利名稱：直流電纜的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有包含聚乙烯組合物(PE)絕緣系統的直流電纜(DC電纜)。聚乙烯組合物是擠壓的交聯PE組合物(XLPE組合物)。本發明特別涉及用于輸配電力的絕緣直流電纜。該絕緣系統包括許多層，例如內半導電屏蔽層、擠壓絕緣層和外半導電屏蔽層。
至少擠壓絕緣包含以交聯聚乙烯為基礎的電絕緣組合物，該組合物通常具有包含交聯劑，防焦劑和抗氧劑的添加劑體系。
背景技術：
雖然許多輸配電的一級供電系統曾以DC技術為基礎，但是這些DC系統很快被采用交流電(AC)的系統所替代。AC系統具有在發電電壓、輸電電壓和配電電壓之間易于轉換的理想特性。在本世紀前五十年，現代供電系統的開發僅僅以AC輸電系統為基礎。然而，到20世紀50年代對長距離輸送系統的需求日益增多，清楚表明在某些情況下，采用DC系統會更有益。已經顯現的優點包括減少了通常遇到的與AC系統穩定性相關的問題；設備利用率更高，因為系統的功率因素總是統一的；以及在較高工作電壓下，對給定的絕緣厚度或偏差的應用能力。針對這些非常顯著的優點，必須權衡將AC轉換為DC和將DC再轉換到AC的終端設備的高成本。然而，對于給定傳輸功率來說，終端設備成本不變，所以對于長距離電路來說，認為DC輸電系統是經濟的。因此，對于長距離輸電系統來說，即，當輸電距離通常超過下述長度時，DC技術是經濟的，所述長度即輸電設備節約成本超過終端設備成本時的長度。
DC操作的重要好處是，介電損耗有效減少，因此在設備效率和節能方面提供了顯著效益。DC電流漏電量極小，在額定電流計算時甚至可以忽略這一漏電量，而在AC電纜中介電損失使額定電流大大減小。這對較高的電壓系統來說，是相當重要的。同樣，在DC電纜中高電容也不是一種負擔。典型的DC傳輸電纜包括導線和絕緣系統，后者包括許多層，如內半導電屏蔽層、絕緣基體和外半導體屏蔽層。電纜還配有套管、增強材料等，以承受水的滲透和任何機械磨損或者在生產安裝及使用期間外力的作用。
迄今幾乎所有的這類DC電纜系統均已用于海底跨接電纜或與此相關的地面電纜。對于長距離跨接來說，可以選擇經整體浸漬的隔離紙絕緣型電纜，因為在壓力下不受長度限制。它已用于450kV的工作電壓。迄今，用電絕緣油浸漬的所有紙質絕緣體基本上已經得到應用，但是諸如聚丙烯紙層合物的層狀材料的應用正在被說明用于電壓高達500kV的場所以利于提高脈沖強度并減少直徑。
就AC輸送電纜而論，在決定DC電纜絕緣厚度時，瞬態電壓是必須考慮的一個因素。已經發現，當電纜全負荷工作時，當與工作電壓極性相反的瞬態電壓強加于系統時，會出現最麻煩的情況。如果該電纜與架空線路相連，這種情況的發生通常會產生閃光瞬變的結果。
基于聚乙烯(PE)或者交聯聚乙烯(XLPE)的擠壓成型固體絕緣材料在AC輸配絕緣電纜中應用幾乎有40年的歷史。所以多年來一直研究在DC電纜絕緣中使用XLPE和PE的可能性。具有這種絕緣材料的電纜具有與整體浸漬電纜相同的優點，即，對于DC傳輸來說，對線路長度沒有限制，它們還有在較高溫度下工作的潛力。對于XLPE來說，可使傳統的DC電纜工作溫度從50℃上升為90℃。由此提供了增加輸電負荷的可能性。然而，對于所有尺寸的電纜說，還不能充分發揮這些材料的潛力。認為其主要原因之一是，不置于DC電場之中時，會在電介質中產生并積累空間電荷。這些空間電荷使電應力分布畸變，并由于聚合物的高電阻率使之長期持續。當絕緣體內的空間電荷經受DC電場力的時候，這些空間電荷以形成類似于電容器的極化模型的方式進行積累。有兩種基本類型的空間電荷積累模型，其區別在于空間電荷積累的極性。空間電荷積累導致實際電場中某些點局部電場的增加，在考慮絕緣材料的幾何尺寸和介電特性的同時就應該預期到這一點。在實際電場中觀察到的局部電場增加量也許是所預計電場的5倍甚至10部。因此，電纜絕緣的設計電場必須包括，考慮到這種相當高的電場的安全系數，結果導致在電纜絕緣中使用較厚的和／或更昂貴的材料。空間電荷的積累是一個緩慢過程，所以，當電纜以相同極性長期工作之后，電纜的極性發生反轉，此時，該問題就暴露出來了。反轉的結果使電容電場與空間電荷積累所產生的電場疊加在一起，極大電場應力點從界面運動到絕緣體內部。力圖通過使用添加劑降低絕緣電阻來改善這種情況而不過份影響其它性能。迄今，它尚不能與采用浸漬紙絕緣電纜獲得的電性能相比，也沒有安裝于商品化聚合物的絕緣DC電纜。然而，對于250kV電纜，成功的實驗室試驗已經見諸于報導，采用具有礦物填料的XLPE絕緣材料，其最大應力為20kV／mm(Y．Maekawa等，DC XLPE電纜的研究與開發，JiCable′91，第562～569頁)。該應力值與用作整體浸漬的紙質電纜的典型值32kV／mm相匹敵。
一種用于AC電纜絕緣材料的擠壓樹脂組合物，一般包含作為基體聚合物的聚乙烯樹脂，其中還含有各種添加劑，例如過氧化物交聯劑、防焦劑和抗氧劑或抗氧劑體系。對于擠壓絕緣材料來說，其半導電屏蔽層一般也是擠壓成形的，并包括一種樹脂組合物，該樹脂組合物除了基體聚合物和導電或半導電填料之外還基本上包含同類添加劑。絕緣電纜中的各個擠壓層。一般常常以聚乙烯樹脂為基礎。一般所說的及在本申請中的聚乙烯樹脂是指以聚乙烯或以乙烯共聚物為基礎的樹脂，乙烯共聚物中乙烯單體構成了聚合物的大部分。這樣的聚乙烯樹脂可以由乙烯和一種或多種可與乙烯共聚的單體組成。LDPE低密度聚乙烯是目前AC電纜中主要的絕緣基礎材料。為了改善擠壓絕緣材料的物理性能，及其在這類電纜的生產、運輸、敷設和應用中承受降解和分解的能力，以聚乙烯為基礎的組合物一般含有的添加劑，如下-穩定添加劑，如抗氧劑，阻止因氧化、輻射等發生分解的電子捕捉劑；-潤滑添加劑，如硬脂酸，以增加可加工性；-增加耐電應力能力的添加劑，如一種拒水劑，如聚乙二醇、聚硅氧烷等；和-交聯劑如過氧化物，其受熱分解為自由基，引發聚乙烯樹脂進行交聯，有時還與下述人物組合使用-具有提高交聯密度能力的不飽和化合物；-避免過早交聯的防焦劑。
各種添加劑種類的數目很大，其可能的組合也基本沒有限制。在選擇添加劑或添加劑組合的時候，旨在在改善一種或多種性能的同時，保持其它性能，或者，如果可能的話，其它性能也得到改善。然而，實際上，總是難以預測加入添加劑時所產生的發生變化所有可能的副作用。在其它情況下，所預計的真正有價值的改進必須接受某些較小的負作用，但是總是以將這些負作用減至最小為目標。
在AC電纜中用作擠壓成形的交聯絕緣材料的一種典型聚乙烯基樹脂組合物包括97．1～98．9wt％的熔體流動速率為0．4～2．5g／10min的低密度聚乙烯(922kg／m3)，其含有如上所述的添加劑體系。
這些添加劑能夠包括0．1～0．5wt％抗氧劑，例如但不限于SANTONOXR(Flexsys公司)，其化學名稱為4，4’-硫代雙(6-叔丁基間甲酚)，和1．0～2．4wt％交聯劑，例如但不限于DICUP R(Hercules化學公司)，其化學名稱為過氧化異丙苯。
雖然長期以來已知使用這些XLPE組合物存在一些缺點，但是其優點，例如其能夠防止焦化，即防止過早交聯，已勝過這些缺點。另外，眾所周知這類XLPE組合物在DC電場中呈現較強的形成空間電荷的傾向，結果使該組合物不能應用DC電纜的絕緣系統。然而，也已知延時況氣，即，將交聯電纜絕緣材料長期暴露在高溫高真空下，在DC電壓應力下會減少空間電荷積累的傾向。一般認為真空處理脫除絕緣材料中過氧化物的分解產物，如甲基·苯基酮和枯基醇，因此空間電荷積累減少。脫氣工藝是一種可與紙絕緣浸漬相比擬的耗時間歇工藝，因此，成本高。所以，如果不需要進行脫氣過程，則是有利的。大多數已知的用于AC電纜擠壓絕緣材料的交聯聚乙烯組合物呈現空間電荷積累的趨勢，這使它們不適于應用在DC電纜絕緣系統中。
已經明白，在LDPE中加入包含羰基基團的少量添加劑量具有兩個目的，即增加電阻率和減少空間電荷積累。這個加入羰基的步驟，或者通過使聚乙烯氧化，或者通過一氧化碳與乙烯共聚來實施。羰基基團被認為起到捕獲空間電荷的作用，因此當絕緣材料置于DC-電場中時，任何空間電荷的流動受到限制，空間電荷的積累，使交聯絕緣材料內產生了極化模型。然而，在高溫下，如在約40℃以上的溫度下，已注意到，具有解捕獲的傾向，并因此使空間電荷的積累增加。有機酸和酐形式的添加劑也呈現相似的作用。另外，已經提出，為了獲得較高的DC擊穿強度，通過將極性單元引入到聚合物中進行聚乙烯的分子改性。例如日本專利出版物JP-A-210610報導了，為了上述目的將諸如馬來酸酐，MAH，的酐接枝到聚乙烯上。所得交聯的絕緣材料顯示，空間電荷積累減少，這歸因于交聯聚合物鏈結構的極性增加，結論是固定在交聯結構中的接枝MAH基本起著任何空間電荷的捕獲位置的作用。在JP-A-210610中，報導了加入約0．02wt％至約0．5wt％的MAH的交聯聚乙烯，使交聯組合物適于作DC電纜絕緣材料，同時伴隨著空間電荷積累減少。為了改善交聯結構的極性及與此有關的交聯絕緣材料中空間電荷積累的減少，所使用的其他添加劑還有離聚物、丙烯酸金屬鹽、羧酸和醋酸鹽。
因此，急欲提供一種具有聚合物基電絕緣系統的絕緣DC-電纜，所述絕緣系統包含擠壓XLPE組合物，其適用于DC輸配電電網和設備中的輸配電電纜。這種電纜一般采用涂敷和加工擠壓的XLPE基的絕緣材料的方法來生產，能夠實施該過程的方式不需要任何耗費長時間的間歇處理工藝，例如浸漬或脫氣，即，電纜的真空處理，以保證電纜絕緣材料穩定且恒定的介電性能以及高而恒定的介電強度。該電纜絕緣材料還顯示低的空間電荷積累趨勢，高的DC擊穿強度、高脈沖強度和高絕緣電阻。由于生產時間和生產成本的下降，本發明會在技術和經濟兩方面都比現有技術有所創新，還提供了用于電纜絕緣系統涂敷和加工的基本連續的或者至少半連續工藝的可能性。另外，它還將進一步保持或改善包括以浸漬的紙為基礎的絕緣材料的傳統DC電纜的可靠性、以及維護要求低和工作壽命長的特點。采用一種擠壓聚合物絕緣材料代替浸漬紙或纖維素基絕緣材料，除了使介電強度增加從而使工作電壓增加外還具有改善電纜的可處理性和耐久性的優點。
特別想望的是，提供一種下述的絕緣DC電纜，其中在絕緣系統中含有擠壓的和交聯的PE組合物，它包含三維交聯結構，該結構具有捕獲空間電荷的位置，因此限制了任何空間電荷的流動和在擠壓絕緣材料中極化。空間電荷的發展。這種在絕緣材料中空間電荷積累減小的趨勢，作為一種額外的經濟優點，提供了降低電纜絕緣材料設計尺寸安全因子的可能性。尤其想望這類電纜能夠在輸配電的電網或設備中的特定條件下進行工作。
發明概述本發明的一個目的提供一種能滿足上述特定的要求的絕緣DC電纜。按照本發明，這一目的可以通過如權利要求1的前序部分中所定義的、具有聚合物基絕緣系統的DC電纜來達到了，所述絕緣系統包含包覆在導體外的擠壓交聯的聚乙烯組合物，其特征可按照權利要求1的特征部分，通過進一步限制來表征。其它權利要求2～12中的特征可進一步表征本發明DC電纜開發。
本發明的另一個目的是提供一種按照上文規定的絕緣DC電纜的制造方法。按照本發明，借且于在權利要求13前序部分中所定義的制備含聚合物基絕緣系統的絕緣DC電纜的方法達到了這個目的，所述絕緣系統包含包覆在導體外的擠壓交聯的聚乙烯組合物，其特征可按照權利要求13的特征部分，通過進一步限制來表征。通過權利要求14～20中的特征可進一步表征本發明方法的進一步開發。
發明詳述為了使擠壓聚乙烯或交聯聚乙烯(XLPE)用作DC電纜的絕緣材料，必須考慮幾個因素。最重要的問題是在DC電壓應力下的空間電荷積累。本發明通過將少量極性共聚單體加入到聚乙烯鏈中，實現了通常在工作DC電纜中出現的空間電荷積累的顯著下降。其中極性共聚單體的通式為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等于數字1～20，R是H或CH3，X是O或NH。優選m等于1，5，6或9。
完成這一過程的方式為在聚合期間加入上述極性共聚單體，在主鏈中形成鏈段；或者在接枝過程中引入側基。在絕緣化合物中的極性單體用量為所有聚合物的0．1wt％以上，優選為0．1～5wt％，和最優選0．5～1．5wt％。
按照本發明的一個實施方案，極性共聚單體以甲基丙烯酰胺為基礎，其通式為CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中n等于2或3。
在n等于3的情況下，單體稱作二甲氨基-丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)。
按照本發明的第二個實施方案，極性共聚單體以丙烯酰胺為基礎，其通式為CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。
按照本發明的第三個實施方案，極性共聚單體以甲基丙烯酸酯為基礎，其通式為CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2式中n等于2或3。
按照本發明的可供選擇的第5個實施方案，極性共聚單體以丙烯酸酯為基礎，其通式為CH2=CH-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2式中n等于2或3。
按照本發明的可供選擇的第6個實施方案，極性共聚單體以甲基丙烯酸和齊聚乙二醇為基礎，其通式為CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2-CH2O-)mH式中m等于數字1～20，優選m為1，5，6，或9。
按照本發明的可供選擇的第7個實施方案，極性共聚單體以丙烯酸和齊聚乙二醇為基礎，其通式為CH2=CH-CO-O-(CH2-CH2O-)mH式中m等于數字1～20，優選m等于1，5，6或9。
制造絕緣DC電纜的方法包括下述步驟-配混PE組合物；-擠出配混的聚乙烯組合物，作為包覆在導體周圍的聚合物基絕緣系統的一部分；和-接著按照本發明以通常的方式使PE組合物交聯成XLPE組合物，即，將極性共聚單體引入XLPE組合物中，所用極性共聚單體在上文中已述，其通式為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等于數字1～20，R為H或CH3，和X是O或NH。優選m等于1，5，6，或9。
按照本發明方法的第一個實施方案，將極性單體在聚合反應之前或聚合反應期間加入乙烯中，按照這種方法，共聚用單體插到聚合物主鏈之中并與聚乙烯鏈結合成一體。共聚單體加入量為最終聚合物的1wt％左右，一般用量為最終聚合物的0．1～5wt％，更優選用量為最終聚合物的0．5～1．5wt％。
按照本發明方法的第二個實施方案，使乙烯和極性單體以與第一個實施方案中相同的方法進行共聚，只是共聚單體的用量此處為5wt％以上至40wt％，優選為最終聚合物的25～35wt％。隨后，通過將具有大量極性共聚單體的共聚物與直鏈聚乙烯配混，使所述共聚物烯釋，直至極性共聚單體平均含量近似于最終聚合物的1wt％，一般含量為0．1～5wt％，更優選含量為最終聚合物的0．5～1．5wt％。
按照本發明方法的第三個實施方案，將極性單體接技到乙烯均聚物上。接技過程能夠在聚合過程之后以單獨步驟進行，或者在聚乙烯基的電纜絕緣材料擠壓和／或交聯期間進行。
聚乙烯主鏈中極性基團的數目約為每1000個碳原子有1個極性基團。
按照本發明的具有擠壓交聯絕緣系統的DC電纜具有許多突出優點，所述絕緣系統包括交聯聚乙烯組合物(XLPE)，還有引入XLPE之中的極性單體。所述優點例如
-空間電荷積累趨勢顯著降低，結果極化空間電荷產生的趨勢也低；-DC擊穿強度增加。
這樣，按照本發明的電纜，在擠壓、交聯期間使用高溫的時候或者在其它高溫條件下，使擠壓電纜絕緣系統具有良好的和穩定性性能。
如果能將擠壓XLPE組合物中的任何未反應的過氧化物交聯劑或任何副產物或降解產物的含量減至最小，以便進一步降低空間電荷的任何趨勢，那末總是有利的。因此，經一擠壓和交聯的PE組合物的過氧化物含量應小于5％，優選為小于2％。由此，本發明的DC-電纜恰好可滿足用于DC電纜的具體要求，而不再要求經過費時的間歇處理。基本除去或大幅度降低DC電纜絕緣材料中的過量過氧化物殘余物是有利的，其原因在于過氧化物交聯劑的成本，更重要的在于過氧化物交聯劑因分解可能會形成令人討厭的副產物，如甲烷和枯醇，它們是空間電荷的來源。
對于按照本發明生產的DC電纜來說，與具有包含擠壓XLPE組合物的絕緣系統的現有技術電纜相比，得到了所有這些有利的性能和改進，不存在與現有技術生產的電纜有關的許多缺點。空間電荷積累趨勢基本降低，使極性空間電荷發展趨勢降低，確保，維持或改善了包括浸漬紙絕緣材料的傳統DC電纜的高的DC擊穿強度。另外，按照本發明的DC電纜的絕緣性能具有長期穩定性，如此電纜的工作壽命得以維持或者增加。獲得這些好處尤其憑借的是下述方面的組合將極性鏈段引入XLPE中，PE組合物在擠出和交聯之前以及擠出和交聯期間控制地進行加工，以及實施與擠出和交聯有關的定型，其中工藝變量如溫度、壓力、加工時間和大氣組成是可以調節的。
按照本發明的DC電纜提供了通過基本連續的方法進行生產的能力，而不需要諸如浸漬或脫氣之類的任何耗時的間歇步驟，借此使生產時間顯著降低，因此生產成本也顯著降低，而沒有損害電纜技術性能的危險。
上文限定的DC電纜在特定條件下，主要是在應用于輸配電力的電網或設備的高壓輸電或配電電纜中，具有特別有利的優勢，這是由于改善了熱性能，同時又保持或改進了電性能。這些是特別重要的，因為這些設備的設計壽命很長，而安裝在遠處或者甚至海底的這些設備的維修通道有限。按照本發明生產的高壓直流電纜的另一個優點是通過采用基本連續的工藝能夠顯著縮短生產時間，所述工藝不包括需要對電纜全長或部分長度進行間歇處理的操作步驟；與常規電纜相比，其具有成本方面的優勢。
附圖簡述參照附圖和實例可更詳細地敘述本發明。

圖1示出按照本發明的一個實施方案的高壓直流輸電電纜的橫截面。圖2a至2d表示測試板的空間電荷記錄曲線，用現有絕緣AC電纜的XLPE組合物的板與本發明組合物的板進行對比試驗。
優選實施方案、實例的敘述按照本發明的實施方案的DC電纜示于圖1，自內向外包含-多股絞合導線10；-第一擠壓半導體屏蔽層11，其位于導線10外周圍和導線絕緣材料12內側；-擠壓導線絕緣材料12，其采用如上文所述的擠壓交聯組合物；-第二擠壓半導體屏蔽層13’，其位于導線絕緣材料12的外側；-金屬網14；和-位于金屬網14外側外包覆層或皮層15。
DC電纜，當認為適合時，能夠采用各種功能或其它部分以各種方式進一步得到補充。例如，在外擠出屏蔽層13的外面補充金屬絲形式的增強材料、引入金屬／聚合物界面或按下述得到的一種徑向系統的密封化合物或水溶脹粉末，例如，一種耐腐蝕金屬聚乙烯層合物和由諸如帶狀或粉末等水溶脹材料得到的縱向水密封材料，這些材料均位于皮層15之下。導線不需要絞合，但可以形成任何所要求的形狀和結構，例如，多股金屬絲導線、實心導線或弧形導線。
實例1對比實驗制備用于現有技術絕緣AC-電纜的XLPE組合物試驗板以及按照本發明用于絕緣DC電纜的XLPE組合物試驗板；所得試驗板經加工，并評價空間電荷積累趨勢；評價通過采用Pulsed ElectroAccoustic(PEA)技術記錄空間電荷來進行。本領域眾所周知PEA技術，Takada等敘述在IEEE Trans．Electr．Insul，第EI-22(No4)卷，第497～501頁(1987)。
a．制備聚乙烯組合物，其方法為將約1wt％二甲氨丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)加入到約99wt％低密度聚乙烯組合物中，其中該PE組合物包含約98wt％，熔體流動速率為0．8g／10min的低密度聚乙烯(922kg／m3)，以及約2wt％的抗氧劑和過氧化物交聯劑的傳統體系。
由此制備的聚乙烯在130℃下模塑制得2mm厚的試驗板。然后將兩個半導體電極模塑在試驗板上，使該組件在180℃電氣壓機中進行交聯15min。
隨后在PEA分析設備中，在50℃下檢驗所得的2mm厚的交聯試片，其中試片被插入到兩個扁平電極之間，并經受40kV電壓的直流電場作用。即，一個電極接地，另一個電極保持電壓為+40kV。記錄試片的空間電荷分布，如圖2a所示。假設任意單位空間電荷／體積與試片厚度存在函數關系，即，在接地電極處坐標為0，x表示在向+40kV電極的方向上從接地電極計算的距離。
b．將如比較例a那樣制備的、包含DMAPMA的同樣的聚乙烯組合物的在130℃模塑得到了2mm厚的試片。將兩個半導體電極模塑在所得試片上，使該組件在250℃電氣壓機中進行交聯30分鐘。
隨后在PEA分析設備中，在50℃下檢驗所得的2mm厚的交聯試片，其中試片被插入到兩個扁平電極之間，并經受40kV電壓的直流電場作用。即，一個電極接地，另一個電極保持電壓為+40kV。記錄試片的空間電荷分布，如圖2b所示。假設任意單位空間電荷／體積與試片厚度存在函數關系，即，在接地電極處坐標為0，x表示在向+40kV電極的方向上從接地電極計算的距離。
c．在130℃下使包括實例a和b中所使用的組分、但不含DMAPMA的一種常規聚乙烯組合物模塑制得2mm厚的試片。
將兩個半導體電極模塑在試片上，使該組件在180℃電氣壓機中交聯15min。
隨后在PEA分析設備中，在50℃下檢驗所得的2mm厚的交聯試片，其中試片被插入到兩個扁平電極之間，并經受40kV電壓的直流電場作用。即，一個電極接地，另一個電極保持電壓為+40kV。記錄試片的空間電荷分布，如圖2c所示。假設任意單位空間電荷／體積與試片厚度存在函數關系，即，在接地電極處坐標為0，x表示在向+40kV電極的方向上從接地電極計算的距離。
d．實例c那樣的聚乙烯組合物在130℃下模塑制得2mm厚的試片將兩個半導體電極膜塑在試片上，使所得組件在250℃電氣壓機中進行交聯30min。
隨后在PEA分析設備中，在50℃下檢驗所得的2mm厚的交聯試片，其中試片被插入到兩個扁平電極之間，并經受40kV電壓的直流電場作用。即，一個電極接地，另一個電極保持電壓為+40kV。記錄試片的空間電荷分布，如圖2d所示。假設任意單位空間電荷／體積與試片厚度存在函數關系，即，在接地電極處坐標為0，x表示在向+40kV電極的方向上從接地電極計算的距離。
比較各個試驗所得的結論在施加DC電壓后，記錄3hr實例1a、1b、1c和1d樣品的空間電荷曲線，其結果分別示于圖2a、2b、2c和2d。顯而易見，通常在用于AC XLPE電纜的絕緣材料中有高的空間電荷積累(參見圖2c和2d)而對于按照本發明的、由比較實例所示的兩種組合物來說，空間電荷積累的趨勢顯著下降，參見圖2a和2b。
權利要求
1．一種具有聚合物基絕緣系統的絕緣DC電纜，該絕緣系統包括以擠壓交聯聚乙烯，XLPE，為基礎的組合物，它包覆在導線周圍，該絕緣DC電纜的特征在于，XLPE基組合物包括一種以極性鏈段形式存在的極性改性劑，所述極性鏈段包括具有下列通式的極性共聚單體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等于數字1～20；R是氫或CH3；和X是O或NH。
2．權利要求1的DC電纜，其特征在于該極性共聚單體為XLPE主鏈的一部分存在。
3．權利要求1的DC電纜，其特征在于該極性共聚單體作為接技到XLPE上的側基存在。
4．權利要求1，2或3中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體在XLPE組合物中的存在量大于0．1wt％。
5．權利要求4中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體在XLPE組合物中的存在量為所有聚合物的0．5～1．5wt％。
6．前述權利要求中任何一項的DC電纜，其特征在于，該極性單體是以甲基丙烯酰胺為基礎的極性共聚單體，其通式為CH2=C(CH3)-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。
7．權利要求6的DC電纜，其特征在于n等于3和該極性單體是二甲氨基-丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)。
8．權利要求1～5中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體以丙烯酰胺為基礎，其通式為CH2=CH-CO-NH-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。
9．權利要求1～5中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體以甲基丙烯酸酯為基礎，其通式為CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。
10．權利要求1～5中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體以丙烯酸酯為基礎，其通式為CH2=CH-CO-O-(CH2)n-N(CH3)2式中，n等于2或3。
11．權利要求1～5中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體以甲基丙烯酸和齊聚乙二醇為基礎，其通式為CH2=C(CH3)-CO-O-(CH2-CH2O-)mH式中，m等于數字1～20，優選n為1，5，6或9。
12．權利要求1～5中任何一項的DC電纜，其特征在于該極性單體以丙烯酸和齊聚乙二醇為基礎，其通式為CH2=CH-CO-O-(CH2-CH2O-)mH式中，m等于數字1～20，優選n等于1，5，6或9。
13．一種制造絕緣DC電纜的方法，包括以下步驟配混PE組合物、擠壓所述配混聚乙烯組合物，作為包覆于導線周圍的聚合物基絕緣系統的一部分，隨后使PE組合物交聯形成XLPE組合物，其特征在于將具有以下通式的極性共聚單體引入到XLPE組合物中。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等于數字1～20；R是H或CH3；和X是O或NH。
14．權利要求13的方法，其特征在于將極性單體接枝到聚乙烯鏈中。
15．權利要求13或14的方法，其特征在于將極性單體在聚合反應之前或期間加到乙烯中，和隨后在聚合反應期間極性單體被引入到XLPE的主鏈中作為其中的一部分。
16．權利要求15的方法，其特征在于該極性共聚單體的加入量為最終聚合物的0．1～5wt％。
17．權利要求15的方法，其特征在于該極性共聚單體的加入量為最終聚合物的5～40wt％，隨后，大量的極性共聚單體通過使共聚物與直鏈聚乙烯配混而被稀釋，直至極性共聚單體的平均含量為0．1～5wt％。
18．權利要求13或14的方法，其特征在于該極性單體接枝到乙烯均聚物上。
19．權利要求18的方法，其特征在于該極性單體以單獨步驟在聚合過程之后接枝到乙烯均聚物上。
20．權利要求18的方法，其特征在于該極性單體在聚乙烯基電纜絕緣材料擠壓和／或交聯期間接枝到乙烯均聚物上。
全文摘要
一種具有聚合物基絕緣系統絕緣DC電纜,該絕緣系統包括一種以擠壓和交聯的聚乙烯(XLPE)為基礎為組合物,該組合物包覆于導線周圍;以及制造所述電纜的一種方法。以XLPE為基礎的組合物包括一種以極性鏈段形式存在的極性改性劑,所述鏈段包括具有如下通式的一種極性共聚單體:CH
文檔編號H01B9/00GK1292147SQ9980335
公開日2001年4月18日 申請日期1999年2月22日 優先權日1998年2月25日
發明者P·卡斯滕森, A·古斯塔夫松, A·法卡斯, A·艾利松, J·O·波斯特倫, B·古斯塔夫松, U·尼爾松, A·坎普斯 申請人:Abb股份有限公司