Fundamentals of Polyethylene Composites for HVDC Cable Insulation – Interfaces and Charge Carriers

Tid: On 2020-08-26 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_wQLokbhFTZOvJq6GIKSMmQ, Stockholm (English)

Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap

Respondent: Mattias E. Karlsson , Polymera material

Opponent: Professor Mikael Skrifvars, Högskolan i Borås

Handledare: Associated Professor Richard Olsson, Polymera material

Abstract

Distribution av elektrisk energi över långa avstånd genom att använda högspänd likström (HVDC) blir allt viktigare för att ställa om till en förnyelsebar energiproduktion (t.ex. solkraft, vindkraft och vattenkraft). Med ökad driftspänning kan längre kabelsystem användas på grund av minskade förluster, men detta ställer högre krav på isoleringsmaterialet. Nya koncept med bättre isolerande egenskaper (t.ex. lägre konduktivitet) än dagens tvärbundna polyeten (PE) måste utvecklas för att kunna uppnå målet med en driftspänning på 1 MV till 2030. Kompositer bestående av nanopartiklar i PE är ett lovande alternativ som är ca. 100 gånger mer isolerande än PE men kunskapen om varför kompositer uppvisar bättre isolerande egenskaper är inte komplett.

Egenskaper hos PE och inorganiska nanopartiklar studeras i detta projekt för att utvärdera vilken betydelse olika parametrar har för DC konduktiviteten. För ren PE så påverkade polymerens morfologi och oxidation konduktiviteten signifikant. För nanokompositer är gränsytan mellan partikel och polymer viktig för kompositens egenskaper och det visades att polära molekyler som finns i kabelisolering av PE adsorberades på partikelytorna. Det föreslogs att adsorptionen bidrar till en renare polymer i kompositerna, vilket i sin tur minskar konduktiviteten. Termineringar på zinkoxidpartiklar undersöktes i detalj och partiklar med en majoritet av syre på ytan ökade kompositens konduktivitet 2 gånger jämfört med dominerande termineringar av zink. Ytor helt täckta av syre ökade konduktiviteten 10 gånger. Påverkan av funktionaliteten på partikelytan kunde studeras oberoende av andra parametrar genom att använda större mikropartiklar, vilket inte är möjligt för nanopartiklar. Slutsatsen att partikelytor med kolväten som liknar PE sänkte konduktiviteten jämfört med syredominerande ytor kunde även bekräftas för kompositer med nanopartiklar.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273541