輸電電纜的製作方法

2023-11-11 18:37:32 2

本發明涉及高壓或中壓輸電電纜領域，所述輸電電纜包括導體和絕緣系統，所述絕緣系統包括電絕緣層和半導電層。本發明還涉及製造這種電纜的方法。發明背景高壓或中壓輸電電纜用於將電力從一個地點傳輸到另一個地點，經常埋在地下或置於海底。電纜可以為高壓或中壓直流(HVDC,MVDC)電纜或高壓或中壓交流(HVAC,MVAC)電纜。此類電纜包括由絕緣層包圍的金屬導體。除非電纜適當絕緣，否則顯著漏電流會以電纜徑向從導體流到周圍地面或水。這種漏電流造成顯著電力損失和電絕緣發熱。由於隨著提高溫度電阻減小，絕緣熱可進一步增加漏電流。因此，為了避免電力損失和可能的熱失控，應保持漏電流儘可能小。為了減小漏電流，廣泛使用布置低DC電導率絕緣材料包圍輸電電纜導體的電絕緣系統。在輸電電纜的絕緣系統中用不同聚合材料作為絕緣層，如聚乙烯、聚丙烯或熱塑性彈性體、聚氨酯和交聯聚乙烯(XLPE)或乙烯-丙烯-二烯M級橡膠(EPDM)。尤其在中壓和高壓輸電電纜中，廣泛使用XLPE和使用LDPE作為基礎樹脂。然而，各聚合物基質具有其內在的電和熱機械性質限制，限制總體產品性能。一直需要改善聚合物絕緣。例如，期望提高額定電壓或額定電流及可靠性。也期望改善空間電荷性質或改善輸電電纜的電性能。在現有技術中已有很多嘗試改善絕緣系統。例如，為了改善絕緣性質，已將具有絕緣性質的無機填料引入絕緣系統。WO2012/150285為顯示用水滑石作為絕緣填料的現有技術文獻。各JP4368718A、JP7021850A、JP10269852A、JP11086634A、JP11232942A、JP2006291022A、JP2010280838A、WO2011/122742、WO2011/092533和US2012000694分別顯示用氧化鎂作為絕緣填料。另外，EP1033724,KR20100096392顯示用粘土作為絕緣填料。現已公開一些成果和專利，其中炭黑作為導電填料用於絕緣應用的聚合複合材料。JP2013026048公開用炭黑作為填料。一篇名為「EffectofconductiveinorganicfilleronspacechargecharacteristicsinXLPEasaHVDCinsulatingmaterial(在作為HVDC絕緣材料的XLPE中導電無機填料對空間電荷性質的影響),8thInternationalConferenceonInsulatedPowerCables,Jicable*11-19-232011年6月」的公開論文討論對電荷性質的影響，然而未說明填料類型，該論文來自限定使用炭黑的申請(JP2013026048)的發明人。US20100122833和WO2011093211公開用炭黑作為填料。另外，論文「D.vanderBorn,I.A.Tsekmes,T.J.Person,S.J.Sutton,P.H.F.Morshuis,J.J.Smit,Evaluationofspacechargeaccumulationprocessesinsmallsizepolymericcablemodels(小型聚合電纜模型中空間電荷積累過程的評估),AnnualReportConferenceonElectricalInsulationandDielectricPhenomena(CEIDP),2012,pp.669-672.」也顯示使用炭黑。然而，炭黑有很多缺點，例如，相對較低熱阻、相對較低機械磨損和化學耐性(例如，氧化)。儘管有幾種嘗試改進絕緣材料，但仍需要改善輸電電纜的電性質和改善輸電電纜的可靠性。發明概述因此，本發明的一個目的是提供帶有具有改善的絕緣性質的電絕緣層並且適合高壓或中壓電纜應用的輸電電纜。本發明的另一個目的是提供不需要改變聚合物基質的絕緣層。本發明的另一個目的是提供簡單且成本有效的改進和改性的絕緣材料。本發明的另一個目的是提供可靠電力傳輸。本發明另一個目的是提供一種具有改善空間電荷性質的輸電電纜，尤其是HVDC或MVDC電纜，即，具有低電荷積累，和/或在積累的情況下存在純號電荷，和如果發生積累，有快速電荷衰減。上述目的通過一種高壓或中壓輸電電纜達到，所述輸電電纜包括金屬導體和絕緣系統，所述絕緣系統包括包含第一複合材料的電絕緣層和包含第二複合材料的半導電層。電絕緣層優選由第一複合材料組成，半導電層優選由第二複合材料組成。絕緣層和半導電層布置成包圍導體。絕緣層和半導電層優選徑向和同心布置包圍導體。優選電纜包括至少兩個半導電層。絕緣層中的第一複合材料包含聚合物基質和第一無機導電填料顆粒，其中第一無機導電填料顆粒的量為0.1至10%重量，其中第一無機導電填料顆粒不同於炭黑。第一無機導電填料顆粒可包括金屬氧化物礦物、氧化鋁、二氧化矽、矽酸鹽或鋁矽酸鹽中至少一種的顆粒。顆粒用導電層塗覆。通過用導電層塗覆顆粒，可為顆粒提供所需導電和其它性質。導電層可包含TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Cu2O、ZnO、ZnS、Ta2O5、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、MoO3、In2O3、SnO2、La2O3、Ta2O5、WO3、SiC、B4C、WC、W2C、TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC、Cr3C2、Mo2C、SnxSbyOz中的至少一種或鋁或貴金屬的金屬層。導電層適合基於SnxSbyOz，例如SnSbO2.。根據本發明的一個變型，第一無機導電填料顆粒不含碳或基本不含碳。已發現這種顆粒特別適合用導電層塗覆，該導電層可包含TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Cu2O、ZnO、ZnS、Ta2O5、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、MoO3、In2O3、SnO2、La2O3、Ta2O5、WO3、SnxSbyOz(例如，SnSbO2)中的至少一種或鋁或貴金屬的金屬層。顆粒也可以為純金屬，例如鋁，例如粉末形式。此類顆粒或粉末相對容易製備，並且可給予絕緣層所需的電性質。第一無機導電填料顆粒可具有小片狀形狀。此類填料顆粒進一步提高絕緣材料的介電強度。第一導電填料顆粒的最大尺寸，在本文中稱為顆粒尺寸，可以為0.1至100µm，按SEM(掃描電子顯微鏡)圖像中可見的顆粒的最大尺寸測量。特定尺寸有助於阻止絕緣材料中的導電路徑。尤其是，特定尺寸以及顆粒的特定小片狀形狀還尤其有助於阻止在絕緣材料中形成導電路徑。第一複合材料中第一導電填料顆粒的量基於第一複合材料總重量在0.25%重量至5%重量的範圍內，更優選在0.5%重量至4%重量的範圍內，最優選0.5%重量至2.0%重量的範圍內。已發現，相對低濃度進一步改善空間電荷性質，而不建立導電路徑，同時很好保持或甚至提高機械性能。第一和/或第二複合材料中的聚合物基質可以為聚烯烴基質(例如，聚乙烯基質、聚丙烯基質)、共聚物基質(例如，乙烯-丙烯或乙烯-丁二烯等)或不同聚合物的混合物。聚合物基質可為或可不為交聯聚合物基質。通過交聯聚烯烴基質，使其在較高溫度更抗軟化和形狀損失，例如，高於90℃，尤其在聚合物基質為低密度聚乙烯(LDPE)的情況下。可用交聯劑可以為任何已知交聯劑，例如，過氧化物或偶氮化合物。第一複合材料可進一步包含至少一種選自穩定劑(例如，抗氧化劑)、成核劑、無機填料、交聯劑、交聯促進劑(例如，2,4,6-氰脲酸三烯丙酯)、防焦劑和阻燃劑的添加劑。穩定劑，特別是抗氧化劑，防止氧化的不利影響。可用添加劑改善電纜中第一和/或第二複合材料的某些性質。可在第二複合材料中使用相同添加劑。第二複合材料可包含第一複合材料和第二無機導電填料顆粒，使得第一和第二無機導電填料顆粒的總量為基於第二複合材料總重量17至35%重量。第二無機導電填料顆粒可包括第一導電填料顆粒、炭黑或其組合。通過增加第二複合材料中導電顆粒的總量，使得含量高於逾滲閾值，即，在材料中形成導電路徑，得到半導電材料。由於第一複合材料包含導電填料顆粒，填料顆粒的總含量可在電纜絕緣系統中減小。電纜優選為具有50kV或更高額定電壓的輸電電纜，因此適合用作高壓輸電電纜。優選電纜為高壓直流(HVDC)電纜。本發明的另一個方面涉及製造以上限定輸電電纜的方法，所述方法包括以下步驟：i)提供第一複合材料；ii)提供第二複合材料；iii)提供金屬導體；iv)擠出第二複合材料作為絕緣系統中的第一半導電層；v)擠出第一複合材料作為絕緣系統中的第一絕緣層；並且任選vi)擠出第二複合材料作為絕緣系統中的第二半導電層。本發明的其它特徵和優點將更詳細地在以下本發明的詳述中說明。附圖簡述以下進一步關於附圖說明本發明，其中：圖1示意顯示從船隻到地面或到海底鋪設的高壓或中壓輸電電纜；圖2為本發明的高壓直流輸電電纜的側視圖；圖3為本發明的高壓直流輸電電纜的橫截面圖；圖4為本發明的高壓交流輸電電纜的橫截面圖；圖5為本發明的製造輸電電纜的方法的步驟的流程圖；圖6a為本發明的經塗覆雲母顆粒的SEM圖像；圖6b為具有所示測量線的本發明的經塗覆雲母顆粒的SEM圖像；圖7a和7b顯示LDPE的空間電荷測定的示意圖。圖7a顯示充電圖表，圖7b顯示電荷衰減圖表。圖8a和8b顯示包含1%重量無機導電填料顆粒(Minatec)的LDPE的空間電荷測定的示意圖。圖8a顯示充電圖表，圖8b顯示電荷衰減圖表。發明詳述輸電電纜用於將電力從一個地點傳輸到另一個地點，經常埋在地下或置於海底。關於這一點，輸電電纜指適用於在發電廠和變電站之間大量傳輸電能的電纜。圖1示意顯示從海面200上漂浮的船隻100到海底300鋪設的高壓或中壓輸電電纜1。船隻包括有數個電纜存儲裝置30、40和50和輸送裝置20。電纜可埋在海底，或者可隨意置於海床。在陸地電纜的情況下，電纜可埋在地下。本發明的輸電電纜可以為高壓直流(HVDC)電纜、高壓交流(HVAC)電纜、超高壓(EHV)電纜和中壓電纜。輸電電纜包含導體，導體通常主要由金屬組成，例如銅或鋁。導體由電絕緣系統包圍，該系統包括半導電層(優選兩個半導電層)和絕緣層，其中絕緣層位於半導電之間。通常導體具有大致圓形橫截面，儘管可設想替代形狀。具有絕緣和半導電層的包圍電絕緣系統可具有外周形狀對應於導體外周形狀的橫截面，通常為大致圓形外周，並且絕緣系統可徑向和同心包圍導體。絕緣系統可直接附著到導體並與其直接接觸。然而，本發明的電纜不限於這種設計，可在導體和電絕緣系統之間提供其它中間組分。還應了解，導體和絕緣系統可由其它材料或材料層包圍。其它材料和層可具有不同作用，例如，使不同電纜部分保持在一起，給予電纜機械強度，並保護電纜免受物理和化學侵蝕(例如，腐蝕)。此類材料和層為本領域的技術人員所熟悉。例如，這些其它材料可包括鎧裝，例如鋼絲。圖2為本發明的高壓直流(HVDC)輸電電纜1的側視圖，圖3顯示其橫截面。電纜1包含導體2、徑向最內且最接近導體2的第一半導電層4、徑向包圍第一半導電層2的第一絕緣層6和距離導體徑向最外的第二半導電層8。第一半導電層4、第一絕緣層6和第二半導電層8一起形成輸電電纜1的絕緣系統10(只顯示於圖2)。在絕緣系統中可有多於一個絕緣層，並且可有多於一個半導電層，例如1-4個絕緣層和1-4個半導電層。圖2和3中的輸電電纜1由外護套12包圍。然而，應了解，輸電電纜結構不限於這種設計，可在導體和絕緣層和/或半導電層之間提供中間組分。這些其它部分可具有不同作用，例如，使不同電纜部分保持在一起，給予電纜機械強度，並保護電纜免受物理和化學侵蝕(例如，腐蝕)，這些為本領域的技術人員所熟悉。如上提到，本發明的輸電電纜也可以例如為AC輸電電纜類型。這種電纜包括三個導體，各導體由包含絕緣層和半導電層的單獨介電絕緣系統包圍。HVAC輸電電纜也可包含布置圍繞和包圍上述電纜其餘部分的其它材料和層。這些其它材料和層可具有不同作用，例如，使不同電纜部分保持在一起，如上所述，給予電纜機械強度，並保護免受物理和化學侵蝕(例如，腐蝕)，這些為本領域的技術人員所熟悉。圖4顯示包含三個導體2』的高壓交流輸電電纜1』的橫截面。為了在圖中清楚，附圖標記只關於一個包括絕緣系統的導體顯示，但在此實例中，其它導體也包括相同絕緣系統。各導體2』由相應的第一半導電層4』和第一絕緣層6』及第二半導電層8』徑向包圍。圖3中的輸電電纜1』由外護套12』包圍。由於輸電需求增加，需要更有效和安全的輸電。因此，需要改善輸電電纜的電性質和改進輸電電纜的可靠性。如上提到，這一目的通過本發明的高壓或中壓輸電電纜達到，所述輸電電纜包括金屬導體和絕緣系統，所述絕緣系統包括包含第一複合材料的電絕緣層和包含第二複合材料的半導電層。根據本發明，絕緣層中的第一複合材料包含聚合物基質和第一無機導電填料顆粒，其中第一無機導電填料顆粒的量相對低，為基於第一複合材料總重量0.1至10%重量。第一無機導電填料顆粒不同於炭黑。炭黑是作為炭黑或炭黑基材料（例如，改性炭黑）的材料。炭黑為通過天然氣或石油不完全燃燒產生的黑色的細分散無定形碳形式。本發明輸電電纜中的第一複合材料顯示與純聚合物比較，由於特定填料改善的電性能。由於相對低熱阻、相對低機械磨損和低化學耐性(例如，防炭黑氧化)，炭黑在本發明的第一複合材料中不合乎需要。複合材料是指包含兩種單獨材料組分的材料，例如，聚合物基質和填料(例如，填料顆粒)。絕緣層是指阻電材料層。絕緣材料的電導率可以為例如在20℃約1*10-8至約1*10-20S/m，一般1*10-9至1*10-16。例如，Al2O3的電導率為10-10至10-12S/m。半導電層是指具有低於導體的電導率但不是絕緣體的材料層。半導電材料的電導率可通常在20℃大於10-5S/m，例如達到約10或102S/m。一般電導率在20℃小於103S/m。電導率是指輸電的性質。導電材料的電導率從半導電材料的上限開始，即，在20℃約103。例如，炭黑的電導率為約1000S/m。基本沒有上限，但在實際溶液中，上限為在20℃為約108S/m。聚合物基質是指能夠承載和/或包圍另一種材料(例如，填料顆粒)的聚合物質。第一無機導電填料顆粒第一無機導電填料顆粒可包括金屬氧化物礦物、氧化鋁、二氧化矽、矽酸鹽或鋁矽酸鹽中至少一種的顆粒。第一無機導電填料顆粒用導電層塗覆，以給予顆粒導電性。這些顆粒的無機性質使它們與有機添加劑和炭黑相比更抗熱機械或化學應力。金屬氧化物礦物可以為例如MgO。顆粒優選基於氧化鋁或矽酸鹽，例如雲母。雲母具有形成能夠分層成薄片的層的結晶結構。這些片為化學惰性，介電，絕緣，重量輕，且為片狀。雲母在暴露於電、光、水分和極端溫度時穩定，因此，適合在本發明中用作填料顆粒。第一導電填料顆粒的導電層包含TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Cu2O、ZnO、ZnS、Ta2O5、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、MoO3、In2O3、SnO2、La2O3、Ta2O5、WO3、SiC、B4C、WC、W2C、TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC、Cr3C2、Mo2C、SnxSbyOz(例如，SnSbO2)中的至少一種或鋁或貴金屬的金屬層。優選第一無機導電填料顆粒包括用上述導電層塗覆的無機絕緣顆粒(例如氧化鋁或二氧化矽)或由其組成。根據一個實施方案，無機導電填料顆粒不含碳或基本不含碳。基本不含碳是指不含化學結合碳但可包含很少量或殘餘碳的材料。該量很小，優選小於10000ppm。導電層或基本不含碳的顆粒可包含TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Cu2O、ZnO、ZnS、Ta2O5、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、MoO3、In2O3、SnO2、La2O3、Ta2O5、WO3、SnxSbyOz(例如，SnSbO2)中的至少一種或鋁或貴金屬的金屬層。優選無機導電填料顆粒基於氧化鋁或矽酸鹽，例如雲母，優選用SnxSbyOz塗覆，優選SnSbO2。顆粒也可以為純金屬，例如鋁，例如粉末形式。此類顆粒或粉末相對容易製備，並且可給予絕緣層所需的電性質。第一複合材料中第一導電填料顆粒的濃度選擇為相對低，為基於第一複合材料總重量0.1%重量至10%重量，優選0.25%重量至5%重量，更優選0.5%重量至4%重量，最優選0.5%重量至2.0%重量，以免達到逾滲閾值和建立導電路徑。如果達到逾滲閾值，就會在材料中形成導電路徑，並且不會電絕緣。因此，對於交流(AC)或直流(DC)，通過加入第一導電填料造成的複合材料電導率提高應優選小於涉及純聚合物電導率值的兩個十進位。在絕緣層中使用這種導電填料，即，在沒有逾滲出現時，有利於減少空間電荷積累，因為它們捕集電荷，也有利於加速空間電荷衰減（在已出現時）。此特徵提供大的絕緣改善，尤其在DC電纜中有利。另一個優點是，與超淨絕緣相比，第一複合材料容忍導電雜質，因為導電填料被引入並充分分散於基質。導電填料顆粒的尺寸可為0.1至100μm。尺寸是指顆粒的最大尺寸，按SEM(掃描電子顯微鏡)圖像中可見顆粒的最大尺寸測量。優選導電無機填料具有小片狀形狀。小片狀是指顆粒的長度和寬度尺寸大於顆粒的厚度尺寸。小片狀填料顆粒可進一步提高絕緣材料的介電強度。聚合物基質第一複合材料中的聚合物基質包括可擠出(即，熱塑性)聚合物。可通過熔融擠出處理的任何聚合物基質適用並可在本發明中用作聚合物基質。聚合物基質優選為聚烯烴，如聚乙烯、聚丙烯或熱塑性彈性體或其混合物、聚氨酯或交聯聚乙烯(XLPE)或乙烯-丙烯-二烯M級橡膠(EPDM)。尤其在中壓輸電電纜中廣泛使用XLPE並在高壓(AC和DC)中用LDPE作為基礎樹脂。額外LDPE交聯的主要目的是改善尺寸，並因此改善熱機械穩定性，同時保持其柔性。LDPE具有約115℃的相當低的熔點，而對於XLPE，高於110℃不發生熔融，因此沒有大的軟化和形狀損失。例如，AC電纜工作具有90℃額定最大導體溫度和250℃額定短路。可用交聯劑可以為任何已知交聯劑，例如，過氧化物或偶氮化合物。兩個主要化學交聯途徑，如工業上適用的，包括過氧化二枯基(DCP)用於HV和MV電纜，或矽烷交聯劑用於MV電纜。優選聚合物基質包括交聯聚乙烯或乙烯-丙烯基聚合物。如上提到，這些材料使絕緣層相對熱穩定，同時得到有效絕緣性質。添加劑第一複合材料可進一步包含至少一種選自穩定劑(例如，抗氧化劑)、成核劑、無機填料、交聯劑、交聯促進劑(例如，2,4,6-氰脲酸三烯丙酯)、防焦劑和阻燃劑的添加劑。穩定劑，特別是抗氧化劑，防止氧化的不利影響。可用添加劑改善電纜中第一和/或第二複合材料的某些性質。可在第二複合材料中使用相同添加劑。添加劑可以基於第一或第二複合材料總重量約0-25%重量的量加入。通常，基於第一或第二複合材料總重量，添加劑濃度保持低於約3%重量，但例如在中壓電纜中阻燃劑可以較高濃度使用。無機添加劑的實例為二氧化矽和三水合鋁(Al2O3.3H2O)、玻璃粉、短玻璃纖維、金屬氧化物(如氧化矽)(例如，Aerosil、石英、細石英粉)、金屬氫氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、天然和合成矽酸鹽或其混合物。三水合鋁或氧化矽(例如，Aerosil、石英、細石英粉)特別優選作為無機添加劑。此外，聚合物組合物內此類填料的平均顆粒尺寸分布和存在量對應於通常在高壓電絕緣體中應用的平均顆粒尺寸分布和量。關於金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬氮化物或金屬碳化物的適合金屬的實例為鋁、鉍、鈷、鐵、鎂、鈦、鋅或其混合物。可有利地向發明性第一或第二複合材料加入較少量的一種或多種無機氧化物或鹽，例如CoO、TiO2、Sb2O3、ZnO、Fe2O3、CaCO3或其混合物。優選上述金屬氫氧化物，具體地講，鎂和鋁氫氧化物，以具有可以為0.1至100µm尺寸的顆粒形式使用，優選0.5至10µm。在氫氧化物的情況下，這些可有利地以塗覆顆粒形式使用。通常用含8至24個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸及其金屬鹽作為塗料，例如油酸、棕櫚酸、硬脂酸、異硬脂酸、月桂酸、鎂或鋅硬脂酸鹽或油酸鹽等。第二複合材料在本發明的輸電電纜的半導電層中使用的第二複合材料優選包含第一複合材料和第二無機導電填料顆粒，使得第一和第二無機導電填料顆粒的總量為17至35%重量。由於第一複合材料包含導電填料顆粒，填料顆粒的總含量可在本發明的電纜的絕緣系統中減小。在製造電纜中，絕緣層的第一複合材料經常作為基礎材料用於半導電層的第二複合材料。根據本發明，第一複合材料已包含0.1-10%重量導電填料顆粒。因此，為了使第二複合材料導電，需要比其中第一複合材料包含絕緣填料顆粒的現有技術解決方法更少加入其它導電填料顆粒，例如小到7%重量。第二複合材料可包含可交聯LDPE配料，並且可包含其它添加劑，例如一級和二級抗氧化劑、防焦劑、分散劑或其它無機填料。在HV和MV電纜中應用的半導電層可包含與第一複合材料中相同或不同的聚合物基質和導電無機填料。然後，通過加入具有高於逾滲閾值的含量的導電填料，例如炭黑，調節電性質，例如電導率。以此方式，將導電顆粒的濃度調節到足以使材料半導電。第二無機導電填料顆粒可包含第一導電填料顆粒，即，第二無機導電填料顆粒可以為與第一導電填料顆粒相同的類型，或者，第二無機導電填料顆粒可以為炭黑或其組合。第二填料顆粒也可以為粉末形式的金屬，例如鋁。製造輸電電纜可用任何已知技術製造。第一複合材料和/或第二複合材料可作為預混合複合材料製備。為了製備聚合物和填料及其它添加劑的預混合複合材料，可應用任何混合技術，例如，熔融混合(捏合或擠出)或溶液混合。在可交聯PE的特殊情況下，可使交聯劑(例如，DCP)擴散進入預混合PE填料複合材料。擴散可通過氣相在加熱和壓力時或通過液相施用適合溶劑進行。當然，可使用其它交聯方法。然後，為了得到具有目標絕緣材料的最終電纜，可將預混合混合物用於標準電纜擠出過程，例如，連續硫化(CV)線。在一種供選方法中，可在電纜擠出過程期間將填料和可能的添加劑直接送入LDPE或XLPE。製造方法一般包括以下步驟，並在圖5中圖示說明：i)提供第一複合材料；ii)提供第二複合材料；iii)提供金屬導體；iv)擠出第二複合材料作為絕緣系統中的第一半導電層；v)擠出第一複合材料作為絕緣系統中的第一絕緣層；並且任選vi)擠出第二複合材料作為絕緣系統中的第二半導電層。實施例材料在實施例中使用以下材料：•低密度聚乙烯(LDPE)：Lupolen3020H-純淨級，無添加劑•導電填料：MinatecSCME08-雲母小片(<100µm)，具有基於SnxSbyOz的導電塗層圖6a和6b顯示在複合絕緣材料中使用的導電填料顆粒的SEM圖像。從SEM圖像可以測定，顆粒可在二維面具有25.61µm的最大尺寸，這小於100µm。應注意到，顆粒位於三維面，而SEM圖像是二維的，在測定和實際顆粒尺寸之間可能出現一些變化。方法為了製備本發明的第一複合材料，用雙螺杆擠出機HAAKERheomexOSPTW24在180-190℃熔融混合LDPE與Minatec填料。使用不同量，即，0%重量，0.5%重量，1%重量，和2%重量。為了製備第一複合材料的可交聯級製備顆粒，用1.3phr(份數/百份樹脂)DCP(過氧化二枯基)在以下步驟處理製備的顆粒：1.在真空烘箱中在70℃乾燥純粒料24h。2.在壓熱器中將DCP加到與粒料一起。3.人工搖動10min，並放入75℃封閉壓熱器經歷20h。4.在真空中乾燥粒料過夜。將來自可交聯LDPE複合材料的板樣品在180℃或200℃和200bar在熱壓機中加壓。在XLPE(交聯聚乙烯)板的情況，不應用脫氣。使用BauerDTA100設備，利用2kV/s的電壓上升，用Nytro10XN油對45x45x1mm3樣品測定AC介電強度(60Hz)。將樣品放入樣品池中具有12.5mm直徑的黃銅球形電極間。使用PEANUTS脈衝電聲系統(5-Lab)，施加恆DC電壓到樣品和400Hz/600V信號兩者(測定空間電荷)並利用PVDF傳感器，對0.15mm厚樣品進行室溫空間電荷測定。在70℃和20kV/mm對1mm厚板測定DC電導率，在24和100小時後取值。通過在對二甲苯中索格利特萃取14小時，並用1g樣品(從板切制)測定，測定反映交聯密度的凝膠含量。根據ISO527-2在張力檢驗中測定機械性質。結果電性質介電強度和DC電導率表1.LDPE和包含LDPE和Minatec的複合材料的測定介電強度和DC電導率。表2.XLPE和包含XLPE和Minatec的複合材料的測定介電強度和DC電導率。觀察和結論可從結果看到，包含最高2%重量Minatec導電填料，對LDPE和XLPE二者得到類似介電強度。然而，在使用填料時對分散有顯著改善，例如，在介電強度結果中，由此可以看到，Minatec填料在複合材料中具有穩定作用。從結果也可看到，在XLPE的情況下，引入Minatec(1%重量)，實現DC電導率顯著減小。空間電荷圖7a和7b顯示LDPE的空間電荷測定的圖表。圖7a顯示充電圖表，圖7b顯示電荷衰減圖表。圖8a和8b顯示包含1%重量Minatec的LDPE的空間電荷測定的圖表。圖8a顯示充電圖表，圖8b顯示電荷衰減圖表。在圖7a、7b、8a和8b中，電極位於約0微米距離和約200微米距離，因此，電荷密度相應減小或增加。例如，可在圖7a中看到，以0距離接近第一電極的絕緣材料中的電荷密度為負，因此，有純號電荷。類似地，以200接近第二電極的絕緣材料中的電荷密度為正，因此，有純號電荷。觀察和結論可從測定推斷有顯著純號電荷積累，尤其在顯示LDPE空間電荷測定的圖7a中在接近電極位置的陽極，並且在純LDPE情況下充電時。另外，可從顯示電荷衰減的圖7b推斷有大的電荷儲存，這在1小時後持續，並且穿過顯著距離進入本體。也可從圖8a看到，在LDPE+1%重量Minatec的情況下，在充電時純號電荷積累減小。也可從圖8b看到，與純LDPE比較，有少得多穿透入樣品。因此，通過加入導電Minatec，明顯抑制電荷穿透入本體。機械性質：也研究複合材料的機械性質。楊氏模量是材料硬度的量度，等於每單位橫截面面積施加的負荷:每單位長度的長度增加的比率。屈服應力是金屬或其它材料終止表現彈性的應力水平。應力除以應變不再是常數，將此發生所在的點稱為屈服點。屈服應變是由應力引起的變形的量度。斷裂應力是在斷裂點應力的量度，斷裂應變是在斷裂變形的量度。LDPELDPE+0.5%重量MinatecLDPE+1%重量MinatecLDPE+2%重量Minatec楊氏模量[MPa]157±26221±18263±14268±47屈服應力[MPa]13.0±0.614.3±0.514.7±0.214.5±0.6屈服應變[%]12.3±0.511.3±0.49.9±0.710.5±0.3斷裂應力[MPa]10.5±0.711.4±0.611.7±1.111.5±0.6斷裂應變[%]248±57227±45132±4464±11表3.LDPE和包含LDPE和Minatec的複合材料的測定機械性能XLPEXLPE+1%重量MinatecXLPE+2%重量Minatec楊氏模量[MPa]176±28169±18207±39屈服應力[MPa]9.8±0.910.5±0.410.9±0.9屈服應變[%]15.5±1.013.6±1.713.4.±0.7斷裂應力[MPa]11.8±1.812.1±0.512.9±1.3斷裂應變[%]275±32209±1261±7表4.XLPE和包含XLPE和Minatec的複合材料的測定機械性能觀察和結論可以推斷，對於LDPE和XLPE二者，通過加入Minatec填料，在機械強度(屈服和斷裂應力)方面進行複合材料的機械增強。硬度(楊氏模量)略微增加。因此，可以得出結論，與純聚合物比較，利用本發明的填料改善電性質和機械性質二者。本領域的技術人員應了解，本文提出的技術不限於附圖中公開的實施方案和前文詳述，它們只為了說明目的提供，而本發明可以多種不同方式實施，並且由以下權利要求限定。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp