For tiden er den vanlig brukteisolasjonsmaterialefor DC-kabler er polyetylen. Forskere leter imidlertid kontinuerlig etter flere potensielle isolasjonsmaterialer, som polypropylen (PP). Bruk av PP som kabelisolasjonsmateriale byr imidlertid på flere problemer.
1. Mekaniske egenskaper
For å oppfylle de grunnleggende kravene for transport, installasjon og drift av likestrømskabler, må isolasjonsmaterialet ha en viss mekanisk styrke, inkludert god fleksibilitet, bruddforlengelse og slagfasthet ved lav temperatur. PP, som en høykrystallinsk polymer, viser imidlertid stivhet innenfor sitt driftstemperaturområde. I tillegg viser den sprøhet og er mottakelig for sprekkdannelser i lavtemperaturmiljøer, og oppfyller ikke disse betingelsene. Derfor må forskningen fokusere på å herde og modifisere PP for å løse disse problemene.
2. Aldringsmotstand
Ved langvarig bruk eldes DC-kabelisolasjon gradvis på grunn av de kombinerte effektene av høy elektrisk feltintensitet og termisk sykling. Denne aldringen fører til en reduksjon i de mekaniske og isolasjonsegenskapene, samt en reduksjon i gjennombruddsstyrken, noe som til slutt påvirker kabelens pålitelighet og levetid. Aldring av kabelisolasjon inkluderer mekaniske, elektriske, termiske og kjemiske aspekter, der elektrisk og termisk aldring er de mest bekymringsfulle. Selv om tilsetning av antioksidanter kan forbedre PPs motstand mot termisk oksidativ aldring til en viss grad, påvirker dårlig kompatibilitet mellom antioksidanter og PP, migrasjon og deres urenheter som tilsetningsstoffer PPs isolasjonsytelse. Derfor kan det å utelukkende stole på antioksidanter for å forbedre PPs aldringsmotstand ikke oppfylle levetids- og pålitelighetskravene til DC-kabelisolasjon, noe som nødvendiggjør ytterligere forskning på modifisering av PP.
3. Isolasjonsytelse
Plassbelastning, som en av faktorene som påvirker kvaliteten og levetiden tilhøyspent DC-kabler, påvirker den lokale elektriske feltfordelingen, den dielektriske styrken og aldringen av isolasjonsmaterialet betydelig. Isolasjonsmaterialer for DC-kabler må undertrykke akkumulering av romladning, redusere injeksjon av romladninger med lik polaritet og hindre generering av romladninger med ulik polaritet for å forhindre forvrengning av elektrisk felt i isolasjonen og grensesnittene, noe som sikrer upåvirket gjennomslagsstyrke og kabellevetid.
Når likestrømskabler forblir i et unipolart elektrisk felt over lengre tid, blir elektronene, ionene og urenhetsioniseringen som genereres ved elektrodematerialet i isolasjonen, til romladninger. Disse ladningene migrerer raskt og akkumuleres i ladningspakker, kjent som akkumulering av romladning. Derfor, når man bruker PP i likestrømskabler, er det nødvendig med modifikasjoner for å undertrykke ladningsgenerering og -akkumulering.
4. Varmeledningsevne
På grunn av dårlig varmeledningsevne kan ikke varmen som genereres under drift av PP-baserte DC-kabler forsvinne raskt, noe som resulterer i temperaturforskjeller mellom innsiden og utsiden av isolasjonslaget, noe som skaper et ujevnt temperaturfelt. Den elektriske ledningsevnen til polymermaterialer øker med stigende temperaturer. Derfor blir yttersiden av isolasjonslaget med lavere ledningsevne utsatt for ladningsakkumulering, noe som fører til redusert elektrisk feltintensitet. Dessuten forårsaker temperaturgradienter injeksjon og migrasjon av et stort antall romladninger, noe som ytterligere forvrenger det elektriske feltet. Jo større temperaturgradienten er, desto mer romladningsakkumulering skjer, noe som intensiverer den elektriske feltforvrengningen. Som diskutert tidligere, påvirker høy temperatur, romladningsakkumulering og elektrisk feltforvrengning normal drift og levetid for DC-kabler. Derfor er det nødvendig å forbedre den termiske ledningsevnen til PP for å sikre sikker drift og forlenget levetid for DC-kabler.
Publisert: 04.01.2024