V súčasnosti sa bežne používaizolačný materiálpre DC káble je polyetylén. Výskumníci však neustále hľadajú ďalšie potenciálne izolačné materiály, ako je polypropylén (PP). Použitie PP ako izolačného materiálu káblov však predstavuje niekoľko problémov.
1. Mechanické vlastnosti
Na splnenie základných požiadaviek na prepravu, inštaláciu a prevádzku káblov jednosmerného prúdu musí mať izolačný materiál určitú mechanickú pevnosť, vrátane dobrej pružnosti, predĺženia pri pretrhnutí a odolnosti proti nárazu pri nízkych teplotách. Avšak PP, ako vysoko kryštalický polymér, vykazuje tuhosť v rámci svojho pracovného teplotného rozsahu. Okrem toho vykazuje krehkosť a náchylnosť na praskanie v prostredí s nízkou teplotou, pričom tieto podmienky nespĺňa. Preto sa výskum musí zamerať na sprísnenie a úpravu PP na riešenie týchto problémov.
2. Odolnosť proti starnutiu
Počas dlhodobého používania izolácia DC kábla postupne starne v dôsledku kombinovaných účinkov vysokej intenzity elektrického poľa a tepelného cyklovania. Toto starnutie vedie k zníženiu mechanických a izolačných vlastností, ako aj zníženiu prieraznej pevnosti, čo v konečnom dôsledku ovplyvňuje spoľahlivosť a životnosť kábla. Starnutie izolácie káblov zahŕňa mechanické, elektrické, tepelné a chemické aspekty, pričom elektrické a tepelné starnutie sa týka najviac. Hoci pridanie antioxidantov môže do určitej miery zlepšiť odolnosť PP voči tepelnému oxidačnému starnutiu, zlá kompatibilita medzi antioxidantmi a PP, migrácia a ich nečistoty ako prísad ovplyvňujú izolačné vlastnosti PP. Preto samotné spoliehanie sa na antioxidanty na zlepšenie odolnosti PP proti starnutiu nemôže splniť požiadavky na životnosť a spoľahlivosť izolácie DC káblov, čo si vyžaduje ďalší výskum modifikácie PP.
3. Izolačný výkon
Vesmírny náboj, ako jeden z faktorov ovplyvňujúcich kvalitu a životnosťvysokonapäťové DC káble, výrazne ovplyvňuje miestne rozloženie elektrického poľa, dielektrickú pevnosť a starnutie izolačného materiálu. Izolačné materiály pre káble jednosmerného prúdu musia potlačiť akumuláciu priestorového náboja, znížiť vstrekovanie priestorových nábojov s rovnakou polaritou a brániť generovaniu priestorových nábojov s rozdielnou polaritou, aby sa zabránilo skresleniu elektrického poľa v izolácii a rozhraniach, čím sa zabezpečí neovplyvnená prierazná pevnosť a životnosť kábla.
Keď káble jednosmerného prúdu zostanú v unipolárnom elektrickom poli dlhší čas, elektróny, ióny a ionizácia nečistôt generovaná v materiáli elektródy v izolácii sa stane priestorovým nábojom. Tieto náboje rýchlo migrujú a akumulujú sa do nábojových paketov, známych ako akumulácia vesmírneho náboja. Preto pri použití PP v jednosmerných kábloch sú potrebné úpravy na potlačenie tvorby a akumulácie náboja.
4. Tepelná vodivosť
Kvôli zlej 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, čo vytvára nerovnomerné teplotné pole. Elektrická vodivosť polymérnych materiálov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Preto sa vonkajšia strana izolačnej vrstvy s nižšou vodivosťou stáva náchylnou na akumuláciu náboja, čo vedie k zníženiu intenzity elektrického poľa. Okrem toho teplotné gradienty spôsobujú vstrekovanie a migráciu veľkého počtu vesmírnych nábojov, čo ďalej deformuje elektrické pole. Čím väčší je teplotný gradient, tým väčšia je akumulácia priestorového náboja, čím sa zintenzívňuje skreslenie elektrického poľa. Ako už bolo uvedené, vysoká teplota, akumulácia priestorového náboja a skreslenie elektrického poľa ovplyvňujú normálnu prevádzku a životnosť káblov jednosmerného prúdu. Zlepšenie tepelnej vodivosti PP je preto nevyhnutné na zabezpečenie bezpečnej prevádzky a predĺženej životnosti jednosmerných káblov.
Čas odoslania: Jan-04-2024