Characterization of the Electrical Resistivity and Water Sorption Properties of a Semiconducting Swelling Tape

Abstract: I närvaro av fukt och lokaliserade fältförbättringar kan vattenträd utvecklas inom polymerisoleringen av HV subsea kraftkablar. Vattenträd tenderar att växa obemärligt och försämra isolationsegenskaperna med tiden. Fuktigheten i isoleringen kan effektivt reduceras genom applicering av halvledande svällningsband. Halvledande svullnadstejp ger en unik kombination av elektrisk ledningsförmåga och stor vattenhållande kapacitet. Detta hänför sig till förekomsten av ledande kolsvart (CB) respektive superabsorberande polymer (SAP) partiklar. För att förstå massatransportegenskaperna hos vattenånga inom ett svällande tejp bestämdes transportkoefficienterna. Sorptionen av vattenånga avslöjade koncentrationsberoende transportkoefficienter och en allmän ökning i diffusion och löslighet med ökande vattenaktivitet. Detta tillskrives SAP-komponenternas hygroskopiska och polyelektrolytegenskaper och resulterade i en ökning i diffusiviteten med en faktor 100, vid ökning av relativ fuktighet (RH) från 7 till 65%. Vid högre vattenaktivitet antogs att bildandet av immobila vattenklyftor minskade diffusionen av vattenånga. Flera sorptionslägen föreslogs för sorptionsbeteendet hos tejpen mellan 10 och 80% RH. Införandet av konduktivitet inom bandet minskar potentiella skillnader genom flera kabelskikt och efterföljande fältförbättringar. Konduktivitets- och vattensorptionsegenskaperna hos det halvledande svällningsbandet kan emellertid ändras genom mekaniska kompressioner, som utövas av omgivande kabelkomponenter. Den elektriska resistiviteten hos ett fuktigt svällande tejp under belastning bestämdes därför. På grund av bandets anisotropi utfördes elektriska resistivitetsmätningar över (radiell riktning) och tillsammans med (axiell riktning) tejpen. Bandens radiella och axiella riktningar dominerades av närvaron av SAP och CB. En signifikant minskning av bandets radiella resistivitet observerades när fuktigheten ökades från 40% till 60% RH. Resistiviteten minskade med en faktor 100. Ingen signifikant effekt av kompression observerades, men tejpen visade en minskande trend i resistivitet med ökande kompression. Vid 60% RH-radiell resistivitet närmade sig axiell resistivitet, och påverkan av SAP sänks. Den axiella resistiviteten var omkring 18 Ωcm. Tejpens axiella resistivitet påverkades mindre av fuktighet och kompression än den radiella resistiviteten. Åldrande avslöjar försämring av svullnadshöjd, men hade ingen inverkan på bandresistivitet.