Improved insulation quality in HVAC and HVDC subsea cables

En av verdens ledende produsenter av kraft sjøkabler er Nexans Norway. Selskapet har vunnet kontrakter over hele verden, mye takket være langsiktig forskning og utvikling. Kablene kan overføre stadig mer energi, de kan legges på større dyp og over lenger avstander. Høyere spenning på kablene og mer krevende applikasjoner stiller krav til enda bedre elektrisk isolasjon, og høy kvalitet i alle ledd av produksjonen. I et prosjekt støttet av Forskningsrådet skal Nexans Norway, sammen med SINTEF og en utenlandsk partner, utvikle ny kunnskap og tekniske løsninger i hele produksjonskjeden. Det skal sikre isolasjonskvaliteten og derved gi sikrere drift når kabelen er i sjøen. Innovasjonene som er ventet i prosjektet vil bli svært viktige for utbyggingen av store overføringsnett for kraft til havs. Prosjektet fokuserer på en fundamental forståelse av alvorlighetsgraden på forskjellige typer forurensinger og hvordan disse kan fjernes fra isolasjonssytemet. I tilegg til denne forskningen vil flere fullskala kabler bli produsert og testet. Langtidsegenskapene til disse kablene vil også bli studert i prosjektet. En student fra NTNU tar også sin prosjekt og masteroppagve i prosjektet.

Subsea high voltage AC and DC cables are essential for integration of renewable energy resources such as offshore wind power, realization of subsea grids in the North Sea and reliable exchange of balancing power with Europe. In order to increase the energ y transfer, the voltage rating of the cables must be increased. This puts higher demands on the insulation system, usually made from crosslinked polyethylene, of the cables. For a reliable high performance cable insulation system, cleanliness is a promine nt feature, as contaminations reduce the lifetime and reliability of the cable system significantly. 95% of the contaminations in the polyethylene granules are organic, typically material fragments of e.g. polyethylene or stabilisers with different degree of oxidation. These fragments can be embedded as particles in the raw material (granules). They can also be generated during cable production during long extrusion runs. The key challenges to further increase the cleanliness are to identify the critical organic contaminations and their properties, and how to avoid the introduction of contamination in the cable insulation during all steps of production. In this project, critical contaminations generated during material or cable manufacturing will be expl ored by material characterization and numerical modelling. The electric pre-breakdown of contaminated insulation will be investigated. Based on these results, the critical contaminations will be identified and their properties revealed. Also different te chniques to remove contaminations during cable production will be evaluated. The gained knowledge will provide the foundation to improve the cable quality by assessing optical methods and improved extruder technologies. This will bring forward new funda mental knowledge for the Norwegian cable industry which is essential in order to develop reliable high power subsea transmission polymeric cables with lower cost.