Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Characterization of the Electrical Resistivity and Water Sorption Properties of a Semiconducting Swelling Tape
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH).
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Karakterisering av en semiledande svällande tejp (Swedish)
Abstract [sv]

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.

Abstract [en]

In presence of moisture and localized field enhancements water trees might develop within the polymeric insulation of HV subsea power cables. Water trees tend to grow unnoticeable and deteriorate the insulation properties with time. The humidity within the insulation can efficiently be reduced through the application of semiconducting swelling tapes. Semi conducting swelling tapes provide a unique combination of electrical conductivity and a large water retention capacity. This is attributed to the presence of conductive carbon black (CB) and superabsorbent polymer (SAP) particles, respectively.

To understand the mass transport properties of water vapor within a swelling tape, transport coefficients were determined. The sorption of water vapor revealed concentration dependent transport coefficients and a general increase in diffusion and solubility with increasing water activity. This was attributed to the hygroscopic and polyelectrolyte properties of the SAP components and resulted in an increase in diffusivity by a factor of 100, when increasing the relative humidity (RH) from 7 to 65 %. At higher water activity, it was assumed that the formation of immobile water clusters reduced the diffusion of water vapor. Several sorption modes were suggested for the sorption behaviour of the tape between 10 to 80 % RH.

The introduction of conductivity within the tape reduces potential differences throughout several cable layers and subsequent field enhancements. However, conductivity and water sorption properties of the semi-conductive swelling tape can be altered by mechanical compressions, exerted by surrounding cable components. The electrical resistivity of a humid swelling tape under load was therefore determined. Due to the anisotropy of the tape, electrical resistivity measurements were performed across (radial direction) and along with (axial direction) the tape. The radial and axial directions of the tape were dominated by the presence of SAPs and CBs, respectively. A significant reduction in radial resistivity of the tape was observed when increasing the humidity from 40 % to 60 % RH. The resistivity decreased by a factor of 100. No significant effect of compression was observed, but the tape showed a decreasing trend in resistivity with increasing compression. At 60 % RH radial resistivity approached axial resistivity, and the influence of SAPs is reduced. The axial resistivity was around 18 Ωcm. The axial resistivity of the tape was less affected by humidity and compression than the radial resistivity.

Ageing reveal deterioration of swelling height, but had no influence on tape resistivity.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 64
National Category
Polymer Technologies
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-259662OAI: oai:DiVA.org:kth-259662DiVA, id: diva2:1352847
External cooperation
NTNU; Sintef Energy Research
Educational program
Degree of Master - Macromolecular Materials
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-09-20 Created: 2019-09-20 Last updated: 2019-09-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2306 kB)2 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2306 kBChecksum SHA-512
5c01ad4a6714773709b576baf0e444a6d4b2cbdd38adaa1c82ea5e645781b737c9e1eeacbde17cf190730a232da5ad486c613e2af33262cbca21f66c6b33198e
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH)
Polymer Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 2 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 8 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf