Vannbarrieresystem for polymere HVAC og HVDC sjøkabler

The main objective of this project is to qualify and verify mechanical and economical robust subsea cable constructions dedicated to offshore installations of energy supply and windmill farms. The project is a continuation of two previous Norwegian Research Council projects where the main goal has been to replace lead sheathings which still are the prevailing solution for water barrier in high voltage subsea cables. The objectives of the previous projects have been to establish relevant methods for measurements of water barrier property data to calculate water permeability for relevant polymeric sheathing materials. Unique data for a selection of materials have been achieved. These data have been used in numerical models for calculation of water ingress in different actual constructions under different physical conditions. Further developments of the numerical models have been an activity of this project as well. The basic idea of this development is that the water barrier constructions shall have high service reliability and secure a long service life of the subsea cables. Generally, our motivations in the development of a replacement of the lead as water barrier is the environmental aspect, to reduce the weight and thus increase the capacity under transport, and to reduce the mechanical tension under lay out. An extra motivation in this phase of the development is to find a construction that can withstand mechanical stress i.e. the dynamics at floating installations as offshore windmills. The voltage level of such installation is steadily increasing something that creates needs of a functional water barrier for dynamic solutions. Lead has too poor dynamic mechanical properties for such applications due to early fatigue. This project has the following objectives in regard of construction and properties: - Identify designs and produce full scale subsea cables - Establish criteria for life time assessments - Evaluate long term impact of mechanical stress - Identify the water barrier properties of actual constructions at relevant temperatures and hydrostatic pressures - Verification of full scale designs - Continue the development of a barrier foil Two full scale production trials have been performed early in project with designs developed in this project. Production facilities on processing the materials have been tested and objects for further testing activities were made. Performed or ongoing activities are 1) Aging tests as basis for criteria for life time assessments, like study of water treeing at increasing relative humidity 2) Measurements of moisture migrations in barrier designs and 3) Electrical and mechanical testing on produced objects. Test rigs are especially built for purpose with good results achieved. Water ingress trials on constructions have given very satisfactory results on both water treeing and electrical testing. One dynamic construction based on data from this project has been delivered to oil installation in North Sea.

Den overordnede ideen med prosjektet er å teste og verifisere vannbarrierematerialer og design som nylig er utviklet for HVAC og HVDC polymere sjøkabler i fullskala. Det skal tas utgangspunkt i materialene og ulike design som er utviklet og patentert i pr osjektet "Utvikling og evaluering av ulike barrieresystem for statiske og dynamiske sjøkabler" (192900/S60) som blir avsluttet i 2012. Slike barrieresystem kan revolusjonere det tradisjonelle sjøkabeldesignet som er i bruk i dag, og gjøre for eksempel bru k av blykappe unødvendig. Hvorfor er det nødvendig med et barrieresystem for vann? Tradisjonelt er en metallisk ytterkappe brukt for å beskytte høyspentkabler mot fuktinntrengning til isolasjonssystemet. For landkabler er dette typisk et aluminiums lamina t som er 0,2 mm tykt. For sjøkabler blir det vanligvis benyttet et 3,5 mm tykt blylag. Fuktighet i masseimpregnerte eller olje-papir isolerte sjøkabler er spesielt kritisk da det kan gå kort tid (uker) fra vanninntrenging oppstår til kabelfeil. For polyme re kabelsystemer kan tiden fra skade på den metalliske vannbarrieren til kabelfeil ta flere år. Det derfor nødvendig med en vannbarriere eller et barrieresystem for å sikre en tilstrekkelig lang levetid. Det forventes en levetid på minst 40 år for sjøkabl er. Utfordringene ligger i å oppfylle alle ønskede egenskaper med konseptet under utvikling: - Mekanisk robust - Lav vekt - Svært gode vannbarriereegenskaper - Miljøvennlig - Lave kostnader Dynamisk mekanisk påkjenning kan føre til utmatting og skade på kabelsystemer med en tradisjonell metallisk ytterkappe (for eksempel en tykk blykappe). Dynamisk belastning under vanlig drift kan også påkjennes kabler for elektrifisering av oljeinstallasjoner på norsk sokkel. Det er et klart behov for alternative kappe løsninger og kappesystem som er mer robuste for for slike påkjenninger. Et lettere konstruksjon , uten bly, vil øke kapasitet ved transport og minske mekanisk belastning under utlegging på dypt vann.