Sjøkabel fra Nexans lagt ut. Foto: Nexans

Isolasjonen i masseimpregnerte sjøkabler tåler muligens høyere temperaturer enn tidligere antatt. Fremtidige sjøkabler kan i så fall belastes hardere, og det betyr vesentlig økt overføringsevne.

Forskningsprosjektet «Mass impregnated non-draining HVDC submarine cables», som blir gjennomført ved SINTEF Energi med Nexans Norway som oppdragsgiver, har så langt gitt oppsiktsvekkende resultater.

Forskningen kan få stor betydning for design av nye sjøkabler, men kanskje også for hvordan eksisterende sjøkabler driftes.

Prosjektet, der også Statnett, Svenska Kraftnät og Fingrid deltar, har undersøkt hvordan isolasjonen oppfører seg som følge av de betydelige trykkvariasjonene som oppstår når kabelen utsettes for store lastendringer.

– De undersjøiske kablene har vist seg å være svært robuste og driftssikre. Det har lenge vært spekulert på om slike kabler kan tåle hardere belastning, men så langt har det manglet kunnskap om dette. Nå vet vi mer om det som skjer i kabelen og hva som er begrensningene, sier sjefforsker Magne Runde i SINTEF Energi til Energiteknikk.

Ingen aldring

Det er tatt papirprøver fra de første kablene som ble lagt over Skagerrak, og Runde forteller at de viser at det ikke er tegn til nedbryting og aldring, slik tilfellet kan være i isolasjonen i gamle transformatorer.

Det skjer ingen nevneverdig kjemisk nedbryting, utfordringen er de mekaniske påkjenningene isolasjonen kan bli utsatt for. Det gjelder spesielt de store interne trykkvariasjonene vi får når kabelen blir belastet med hurtige opp- og nedkjøringer.

Det har vært utført en rekke forsøk i SINTEF Energy Lab i Trondheim der kabellengder på 4-5 meter er blitt belastet med store strømstyrker, opp til 1400 ampere. Underveis er trykket blitt målt inne i isolasjonen, som består av over 200 lag med papir impregnert med tykkolje.

Trykk på 33 bar

– I disse forsøkene har trykket i isolasjonen i kablene variert fra vakuum og til opptil 33 bar. Så store trykkendringer er tidligere ikke blitt målt og publisert, så her har vi fått ny kunnskap. Når du har slike store trykkforskjeller i en belastet og varm kabel, vil oljen bli lettflytende og kunne presses utover gjennom papirlagene. Det kan oppstå hulrom i de innerste isolasjonslagene der det er blitt lite olje. Dette svekker isolasjonen, og kan i verste fall føre til havari når lasten slås av og temperaturen faller, sier Runde.

Han legger til at hurtige lastendringer kan gi store trykkforskjeller, og det må man ta hensyn til ved driften av slike kabler. Dersom man har detaljert forståelse av mekanismene som virker, kan man belaste slike kabler hardere enn det gjøres i dag, uten at det øker risikoen for feil.

Numerisk modell

Gjennom prosjektet er det utviklet en numerisk modell for å kunne simulere interne trykk og oljestrømming, samt beregne elektriske felt- og temperaturfordelinger i isolasjonslaget til kabelen under drift. Runde legger til at modellen støtter opp under antagelsen om at forflytting av tykkolje i isolasjonslaget under drift kan være en viktig prosess for denne typen kabler.

–Vi gjør nå ytterligere forsøk i laboratoriet og utvikler modellen videre for å få enda bedre forståelse av mekanismene og hvilke belastningsmønstre som kan tillates for kablene, sier Runde.

1200 MW per kabel

Parallelt med laboratorieforsøkene i Trondheim har Nexans i sitt høyspenningslaboratorium i Halden kjørt fullskala typetesting av sjøkabler for spenninger opp til 525 kV, som samsvarer med maksimal driftsspenning på installerte masseimpregnerte HVDC-kabler.

Det er nå gjort en vellykket test av den første 600 kV-kabelen. I tillegg til økt spenning ble denne typetesten utført med høyere lederstrøm. Det betyr at overføringsevnen er økt til mer enn 1100 MW per kabel, noe som gjør det mulig å komme opp i 2200 MW i en bipolar konfigurasjon.

Videre er det produsert en 600 kV masseimpregnert HVDC-kabel med ytterligere økt overføringskapasitet, opp mot 1200 MW per kabel. Denne kabelen blir nå typetestet mekanisk og elektrisk i henhold til internasjonale standarder.

Det fireårige FoU-prosjektet blir avsluttet neste år. Totalrammen er 36,5 millioner kroner, hvorav 13,5 millioner kroner kommer fra Forskningsrådets ENERGIX-program. Prosjektleder i SINTEF Energi er Anne Sønsterud Jansen.

Funnene i studien kan påvirke kjøringen av de eksisterende kablene, ifølge Statnett (se egen sak).