Obecnie powszechnie stosowanemateriał izolacyjnyw przypadku kabli prądu stałego jest polietylen. Jednakże badacze stale poszukują większej liczby potencjalnych materiałów izolacyjnych, takich jak polipropylen (PP). Niemniej jednak stosowanie PP jako materiału izolacyjnego kabla stwarza kilka problemów.
1. Właściwości mechaniczne
Aby spełnić podstawowe wymagania dotyczące transportu, instalacji i eksploatacji kabli prądu stałego, materiał izolacyjny musi posiadać określoną wytrzymałość mechaniczną, w tym dobrą elastyczność, wydłużenie przy zerwaniu i odporność na uderzenia w niskiej temperaturze. Jednakże PP, jako polimer wysoce krystaliczny, wykazuje sztywność w swoim zakresie temperatur roboczych. Dodatkowo wykazuje kruchość i podatność na pękanie w środowiskach niskotemperaturowych niespełniających tych warunków. Dlatego badania muszą skupiać się na wzmacnianiu i modyfikowaniu PP, aby rozwiązać te problemy.
2. Odporność na starzenie
Podczas długotrwałego użytkowania izolacja kabla prądu stałego stopniowo się starzeje w wyniku połączonego działania wysokiego natężenia pola elektrycznego i cykli termicznych. Starzenie się 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 jest starzenie elektryczne i termiczne. Chociaż dodanie przeciwutleniaczy może w pewnym stopniu poprawić odporność PP na starzenie termooksydacyjne, słaba kompatybilność między przeciwutleniaczami i PP, migracja i ich zanieczyszczenia jako dodatki wpływają na właściwości izolacyjne PP. Dlatego też poleganie wyłącznie na przeciwutleniaczach w celu poprawy odporności PP na starzenie się nie może spełnić wymagań dotyczących trwałości i niezawodności izolacji kabli prądu stałego, co wymaga dalszych badań nad modyfikacją PP.
3. Wydajność izolacji
Ładunek kosmiczny, 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 ładunków kosmicznych, ograniczać wprowadzanie ładunków kosmicznych o tej samej polaryzacji i utrudniać wytwarzanie ładunków kosmicznych o różnej polaryzacji, aby zapobiec zniekształceniom pola elektrycznego w izolacji i interfejsach, zapewniając nienaruszoną wytrzymałość na przebicie i żywotność kabla.
Kiedy kable prądu stałego pozostają przez dłuższy czas w jednobiegunowym polu elektrycznym, elektrony, jony i jonizacja zanieczyszczeń powstające na materiale elektrody w izolacji stają się ładunkami kosmicznymi. Ładunki te szybko migrują i gromadzą się w pakiety ładunków, co jest znane jako akumulacja ładunku kosmicznego. Dlatego w przypadku stosowania PP w kablach prądu stałego konieczne są modyfikacje, aby stłumić wytwarzanie i akumulację ładunku.
4. Przewodność cieplna
Ze względu na słabą przewodność cieplną ciepło powstające podczas pracy kabli prądu stałego na bazie PP nie może zostać szybko rozproszone, co powoduje różnice temperatur pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną warstwy izolacyjnej, tworząc nierównomierne pole temperaturowe. 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. Co więcej, gradienty temperatury powodują wstrzykiwanie i migrację dużej liczby ładunków kosmicznych, co jeszcze bardziej zniekształca pole elektryczne. Im większy gradient temperatury, tym większa akumulacja ładunku przestrzennego, intensyfikując zniekształcenie pola elektrycznego. Jak wspomniano wcześniej, wysoka temperatura, gromadzenie się ładunku przestrzennego i zniekształcenie pola elektrycznego wpływają na normalne działanie i żywotność kabli prądu stałego. Dlatego poprawa przewodności cieplnej PP jest konieczna, aby zapewnić bezpieczną pracę i dłuższą żywotność kabli prądu stałego.
Czas publikacji: 04 stycznia 2024 r