Obecnie powszechnie stosowanymmateriał izolacyjnydla kabli DC jest polietylen. Jednak naukowcy ciągle poszukują bardziej potencjalnych materiałów izolacyjnych, takich jak polipropylen (PP). Niemniej jednak stosowanie PP jako materiału izolacyjnego do kabli stwarza kilka problemów.
1. Właściwości mechaniczne
Aby spełnić podstawowe wymagania dotyczące transportu, instalacji i eksploatacji kabli prądu stałego, materiał izolacyjny musi posiadać pewną wytrzymałość mechaniczną, w tym dobrą elastyczność, wydłużenie przy zerwaniu i odporność na uderzenia w niskiej temperaturze. Jednak PP, jako wysoce krystaliczny polimer, wykazuje sztywność w zakresie temperatur roboczych. Ponadto wykazuje kruchość i podatność na pękanie w środowiskach o niskiej temperaturze, co nie spełnia tych warunków. Dlatego badania muszą skupić się na hartowaniu i modyfikowaniu PP, aby rozwiązać te problemy.
2. Odporność na starzenie
Podczas długotrwałego użytkowania izolacja kabla DC stopniowo się starzeje z powodu połączonych efektów wysokiego natężenia pola elektrycznego i cykli termicznych. To starzenie prowadzi do zmniejszenia właściwości mechanicznych i izolacyjnych, a także zmniejszenia wytrzymałości na przebicie, co ostatecznie wpływa na niezawodność i żywotność kabla. Starzenie się izolacji kabla obejmuje aspekty mechaniczne, elektryczne, termiczne i chemiczne, przy czym najbardziej niepokojące jest starzenie elektryczne i termiczne. Chociaż dodanie przeciwutleniaczy może poprawić odporność PP na termiczne starzenie oksydacyjne w pewnym stopniu, słaba kompatybilność między przeciwutleniaczami a PP, migracja i ich zanieczyszczenia jako dodatki wpływają na wydajność izolacji PP. Dlatego też poleganie wyłącznie na przeciwutleniaczach w celu poprawy odporności na starzenie PP nie może spełnić wymagań dotyczących żywotności i niezawodności izolacji kabla DC, co wymaga dalszych badań nad modyfikacją PP.
3. Wydajność izolacji
Opłata za przestrzeń jako jeden z czynników wpływających na jakość i żywotnośćkable prądu stałego wysokiego napięcia, znacząco wpływa na lokalny rozkład pola elektrycznego, wytrzymałość dielektryczną i starzenie się materiału izolacyjnego. Materiały izolacyjne do kabli prądu stałego muszą tłumić gromadzenie się ładunku przestrzennego, zmniejszać wstrzykiwanie ładunków przestrzennych o tej samej biegunowości i utrudniać generowanie ładunków przestrzennych o innej biegunowości, aby zapobiec zniekształceniom pola elektrycznego w izolacji i interfejsach, zapewniając niezmienioną wytrzymałość na przebicie i żywotność kabla.
Gdy kable DC pozostają w polu elektrycznym unipolarnym przez dłuższy czas, elektrony, jony i jonizacja zanieczyszczeń generowane w materiale elektrody wewnątrz izolacji stają się ładunkami przestrzennymi. Ładunki te szybko migrują i gromadzą się w pakietach ładunków, znanych jako akumulacja ładunku przestrzennego. Dlatego przy stosowaniu PP w kablach DC konieczne są modyfikacje w celu stłumienia generowania i akumulacji ładunku.
4. Przewodność cieplna
Ze względu na słabą przewodność cieplną ciepło wytwarzane podczas pracy kabli DC na bazie PP nie może się szybko rozproszyć, co powoduje różnice temperatur między wewnętrzną i zewnętrzną stroną warstwy izolacyjnej, tworząc nierównomierne pole temperatur. Przewodność elektryczna materiałów polimerowych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego zewnętrzna strona warstwy izolacyjnej o niższej przewodności staje się podatna na gromadzenie się ładunku, co prowadzi do zmniejszenia natężenia pola elektrycznego. Ponadto gradienty temperatury powodują wtrysk i migrację dużej liczby ładunków przestrzennych, co dodatkowo zniekształca pole elektryczne. Im większy gradient temperatury, tym więcej ładunków przestrzennych się gromadzi, nasilając zniekształcenie pola elektrycznego. Jak omówiono wcześniej, wysoka temperatura, gromadzenie się ładunków przestrzennych i zniekształcenie pola elektrycznego wpływają na normalną pracę i żywotność kabli DC. Dlatego też poprawa przewodności cieplnej PP jest konieczna, aby zapewnić bezpieczną pracę i wydłużoną żywotność kabli DC.
Czas publikacji: 04-01-2024