Wymagania izolacyjne dla kabli prądu stałego i problemy z PP

Obecnie powszechnie stosowanymmateriał izolacyjnyW przypadku kabli prądu stałego polietylen jest niezbędny. Naukowcy stale poszukują jednak nowych, potencjalnych materiałów izolacyjnych, takich jak polipropylen (PP). Niemniej jednak, stosowanie PP jako materiału izolacyjnego do kabli wiąże się z pewnymi problemami.

 

1. Właściwości mechaniczne

Aby spełnić podstawowe wymagania dotyczące transportu, instalacji i eksploatacji kabli prądu stałego, materiał izolacyjny musi charakteryzować się określoną wytrzymałością mechaniczną, w tym dobrą elastycznością, wydłużeniem przy zerwaniu oraz odpornością na uderzenia w niskich temperaturach. Jednakże PP, jako polimer wysokokrystaliczny, wykazuje sztywność w zakresie temperatur roboczych. Ponadto, wykazuje kruchość i podatność na pękanie w niskich temperaturach, co nie spełnia tych warunków. Dlatego badania muszą skupić się na hartowaniu i modyfikacji PP, aby rozwiązać te problemy.

 

2. Odporność na starzenie

Podczas długotrwałego użytkowania izolacja kabli prądu stałego ulega stopniowemu starzeniu z powodu łącznego oddziaływania wysokiego natężenia pola elektrycznego i cykli termicznych. Proces ten prowadzi do pogorszenia właściwości mechanicznych i izolacyjnych, a także zmniejszenia wytrzymałości na przebicie, co ostatecznie wpływa na niezawodność i żywotność kabla. Starzenie się izolacji kabli obejmuje aspekty mechaniczne, elektryczne, termiczne i chemiczne, przy czym najbardziej niepokojące są starzenie elektryczne i termiczne. Chociaż dodanie przeciwutleniaczy może w pewnym stopniu poprawić odporność PP na starzenie oksydacyjne, słaba kompatybilność przeciwutleniaczy z PP, migracja i zanieczyszczenia wynikające z dodatków wpływają na właściwości izolacyjne PP. Dlatego też, poleganie wyłącznie na przeciwutleniaczach w celu poprawy odporności PP na starzenie nie może spełnić wymagań dotyczących żywotności i niezawodności izolacji kabli prądu stałego, co wymaga dalszych badań nad modyfikacją PP.

 

3. Wydajność izolacji

Opłata kosmiczna jako jeden z czynników wpływających na jakość i żywotnośćkable wysokiego napięcia prądu stałego, znacząco wpływa na lokalny rozkład pola elektrycznego, wytrzymałość dielektryczną i starzenie się materiału izolacyjnego. Materiały izolacyjne kabli prądu stałego muszą tłumić akumulację ładunków przestrzennych, redukować wprowadzanie ładunków przestrzennych o tej samej polaryzacji i zapobiegać generowaniu ładunków przestrzennych o innej polaryzacji, aby zapobiec zniekształceniom pola elektrycznego w izolacji i na stykach, zapewniając niezmienną wytrzymałość na przebicia i żywotność kabla.

Gdy kable prądu stałego pozostają w jednobiegunowym polu elektrycznym przez dłuższy czas, elektrony, jony i jonizacja domieszek generowane na materiale elektrody w izolacji stają się ładunkami przestrzennymi. Ładunki te szybko migrują i gromadzą się w pakietach ładunków, co jest znane jako akumulacja ładunku przestrzennego. Dlatego, stosując PP w kablach prądu stałego, konieczne są modyfikacje w celu ograniczenia generowania i akumulacji ładunków.

 

4. Przewodność cieplna

Z powodu słabej przewodności cieplnej, ciepło wytwarzane podczas pracy kabli prądu stałego 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. W związku z tym zewnętrzna strona warstwy izolacyjnej o niższej przewodności staje się podatna na akumulację ładunku, co prowadzi do zmniejszenia natężenia pola elektrycznego. Ponadto gradienty temperatury powodują wstrzykiwanie i migrację dużej liczby ładunków przestrzennych, co dodatkowo zniekształca pole elektryczne. Im większy gradient temperatury, tym większa akumulacja ładunku przestrzennego, nasilając zniekształcenie pola elektrycznego. Jak wspomniano wcześniej, wysoka temperatura, akumulacja ładunku przestrzennego i zniekształcenie pola elektrycznego wpływają na normalną pracę i żywotność kabli prądu stałego. Dlatego poprawa przewodności cieplnej PP jest konieczna, aby zapewnić bezpieczną pracę i wydłużyć żywotność kabli prądu stałego.