V súčasnosti sa bežne používaizolačný materiálPre jednosmerné káble je použitý polyetylén. Výskumníci však neustále hľadajú ďalšie potenciálne izolačné materiály, ako napríklad polypropylén (PP). Použitie PP ako izolačného materiálu pre káble však predstavuje niekoľko problémov.
1. Mechanické vlastnosti
Aby izolačný materiál spĺňal základné požiadavky na prepravu, inštaláciu a prevádzku jednosmerných káblov, musí mať určitú mechanickú pevnosť vrátane dobrej flexibility, predĺženia a odolnosti voči nárazu pri nízkych teplotách. PP ako vysoko kryštalický polymér však vykazuje tuhosť v rozsahu pracovných teplôt. Okrem toho vykazuje krehkosť a náchylnosť na praskanie v prostredí s nízkymi teplotami, čím tieto podmienky nespĺňa. Preto sa výskum musí zamerať na spevňovanie a modifikáciu PP, aby sa tieto problémy riešili.
2. Odolnosť voči starnutiu
Počas dlhodobého používania izolácia jednosmerných káblov postupne starne v dôsledku kombinovaných účinkov vysokej intenzity elektrického poľa a tepelných cyklov. Toto starnutie vedie k zníženiu mechanických a izolačných vlastností, ako aj k zníženiu pevnosti v prieraze, čo v konečnom dôsledku ovplyvňuje spoľahlivosť a životnosť kábla. Starnutie izolácie káblov zahŕňa mechanické, elektrické, tepelné a chemické aspekty, pričom najproblematickejšie je elektrické a tepelné starnutie. Hoci pridanie antioxidantov môže do určitej miery zlepšiť odolnosť PP voči tepelno-oxidačnému starnutiu, zlá kompatibilita medzi antioxidantmi a PP, migrácia a ich nečistoty ako prísady ovplyvňujú izolačné vlastnosti PP. Preto spoliehanie sa výlučne na antioxidanty na zlepšenie odolnosti PP voči starnutiu nemôže splniť požiadavky na životnosť a spoľahlivosť izolácie jednosmerných káblov, čo si vyžaduje ďalší výskum v oblasti modifikácie PP.
3. Izolačný výkon
Priestorový náboj ako jeden z faktorov ovplyvňujúcich kvalitu a životnosťvysokonapäťové jednosmerné káble, významne ovplyvňuje lokálne rozloženie elektrického poľa, dielektrickú pevnosť a starnutie izolačného materiálu. Izolačné materiály pre jednosmerné káble musia potláčať akumuláciu priestorového náboja, znižovať vnášanie priestorových nábojov s rovnakou polaritou a brániť vzniku priestorových nábojov s odlišnou polaritou, aby sa zabránilo skresleniu elektrického poľa v izolácii a rozhraniach, čím sa zabezpečí neovplyvnená prierazná pevnosť a životnosť kábla.
Keď sú jednosmerné káble dlhší čas v unipolárnom elektrickom poli, elektróny, ióny a ionizácia nečistôt generované na materiáli elektródy v izolácii sa stanú priestorovými nábojmi. Tieto náboje rýchlo migrujú a akumulujú sa do nábojových paketov, čo je známe ako akumulácia priestorového náboja. Preto sú pri použití PP v jednosmerných kábloch potrebné úpravy na potlačenie generovania a akumulácie náboja.
4. Tepelná vodivosť
Kvôli nízkej tepelnej vodivosti sa teplo generované počas prevádzky jednosmerných káblov na báze PP nemôže rýchlo rozptýliť, čo vedie k teplotným rozdielom medzi vnútornou a vonkajšou stranou izolačnej vrstvy a vytvára nerovnomerné teplotné pole. Elektrická vodivosť polymérnych materiálov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Preto je vonkajšia strana izolačnej vrstvy s nižšou vodivosťou náchylná na akumuláciu náboja, čo vedie k zníženiu intenzity elektrického poľa. Teplotné gradienty navyše spôsobujú vstrekovanie a migráciu veľkého množstva priestorových nábojov, čo ďalej skresľuje elektrické pole. Čím väčší je teplotný gradient, tým viac dochádza k akumulácii priestorového náboja, čo zintenzívňuje skreslenie elektrického poľa. Ako už bolo spomenuté, vysoká teplota, akumulácia priestorového náboja a skreslenie elektrického poľa ovplyvňujú normálnu prevádzku a životnosť jednosmerných káblov. Preto je zlepšenie tepelnej vodivosti PP nevyhnutné na zabezpečenie bezpečnej prevádzky a predĺženia životnosti jednosmerných káblov.
Čas uverejnenia: 4. januára 2024