Spenningsfordelingen i det elektriske feltet i AC-kabler er jevn, og fokuset i kabelisolasjonsmaterialer er på den dielektriske konstanten, som ikke påvirkes av temperatur. I DC-kabler er derimot spenningsfordelingen høyest i det indre laget av isolasjonen og påvirkes av resistiviteten til isolasjonsmaterialet. Isolasjonsmaterialer har en negativ temperaturkoeffisient, som betyr at resistiviteten synker når temperaturen øker.
Når en kabel er i drift, fører kjernetapene til at temperaturen stiger, noe som fører til endringer i isolasjonsmaterialets resistivitet. Dette fører igjen til at den elektriske feltspenningen i isolasjonslaget varierer. Med andre ord, for samme isolasjonstykkelse synker gjennomslagsspenningen når temperaturen stiger. For likestrømsledninger i distribuerte kraftverk er aldringshastigheten til isolasjonsmaterialet betydelig raskere på grunn av svingninger i omgivelsestemperaturen sammenlignet med nedgravde kabler, noe som er et kritisk punkt å merke seg.
Under produksjonen av kabelisolasjonslag introduseres uunngåelig urenheter. Disse urenhetene har relativt lavere isolasjonsresistivitet og er ujevnt fordelt langs isolasjonslagets radielle retning. Dette resulterer i varierende volumresistivitet på forskjellige steder. Under likespenning vil det elektriske feltet i isolasjonslaget også variere, noe som fører til at områdene med lavest volumresistivitet eldes raskere og blir potensielle sviktpunkter.
AC-kabler viser ikke dette fenomenet. Enkelt sagt er spenningen på AC-kabelmaterialene jevnt fordelt, mens i DC-kabler er isolasjonsspenningen alltid konsentrert på de svakeste punktene. Derfor bør produksjonsprosessene og standardene for AC- og DC-kabler håndteres forskjellig.
Tverrbundet polyetylen (XLPE)Isolerte kabler er mye brukt i AC-applikasjoner på grunn av deres utmerkede dielektriske og fysiske egenskaper, samt deres høye kostnad-ytelsesforhold. Når de brukes som DC-kabler, står de imidlertid overfor en betydelig utfordring knyttet til romladning, noe som er spesielt kritisk i høyspent-DC-kabler. Når polymerer brukes som DC-kabelisolasjon, forårsaker et stort antall lokaliserte feller i isolasjonslaget akkumulering av romladninger. Virkningen av romladninger på isolasjonsmaterialer gjenspeiles hovedsakelig i to aspekter: elektrisk feltforvrengning og ikke-elektriske feltforvrengning, som begge er svært skadelige for isolasjonsmaterialet.
Romladning refererer til overskuddsladningen utover elektrisk nøytralitet innenfor en strukturell enhet av et makroskopisk materiale. I faste stoffer er positive eller negative romladninger bundet til lokaliserte energinivåer, noe som gir polarisasjonseffekter i form av bundne polaroner. Romladningspolarisering oppstår når frie ioner er tilstede i et dielektrisk materiale. På grunn av ionebevegelse akkumuleres negative ioner ved grensesnittet nær den positive elektroden, og positive ioner akkumuleres ved grensesnittet nær den negative elektroden. I et elektrisk vekselstrømsfelt kan ikke migrasjonen av positive og negative ladninger holde tritt med de raske endringene i det elektriske feltet for effektfrekvens, så romladningseffekter oppstår ikke. I et elektrisk likestrømsfelt fordeler imidlertid det elektriske feltet seg i henhold til resistivitet, noe som fører til dannelse av romladninger og påvirker fordelingen av det elektriske feltet. XLPE-isolasjon inneholder et stort antall lokaliserte tilstander, noe som gjør romladningseffektene spesielt alvorlige.
XLPE-isolasjon er kjemisk tverrbundet og danner en integrert tverrbundet struktur. Som en ikke-polar polymer kan selve kabelen sammenlignes med en stor kondensator. Når likestrømsoverføringen stopper, tilsvarer det å lade en kondensator. Selv om lederkjernen er jordet, skjer det ikke effektiv utladning, noe som etterlater en betydelig mengde likestrømsenergi lagret i kabelen som romladninger. I motsetning til vekselstrømskabler, hvor romladninger avgis gjennom dielektriske tap, akkumuleres disse ladningene ved defekter i kabelen.
Over tid, med hyppige strømbrudd eller svingninger i strømstyrken, akkumulerer XLPE-isolerte kabler flere og flere romladninger, noe som akselererer aldringen av isolasjonslaget og reduserer kabelens levetid.
Publiseringstidspunkt: 10. mars 2025