Tällä hetkellä yleisesti käytettyeristysmateriaaliTasavirtakaapeleissa käytetty eristemateriaali on polyeteeni. Tutkijat etsivät kuitenkin jatkuvasti lisää potentiaalisia eristemateriaaleja, kuten polypropeenia (PP). PP:n käyttö kaapelien eristemateriaalina aiheuttaa kuitenkin useita ongelmia.
1. Mekaaniset ominaisuudet
Täyttääkseen tasavirtakaapeleiden kuljetuksen, asennuksen ja käytön perusvaatimukset eristemateriaalin on oltava mekaanisesti kestävä, mukaan lukien hyvä joustavuus, murtovenymä ja iskunkestävyys alhaisissa lämpötiloissa. PP on kuitenkin erittäin kiteinen polymeeri, jolla on jäykkyyttä käyttölämpötila-alueellaan. Lisäksi se on haurasta ja halkeilemisalttiutta matalissa lämpötiloissa, joten se ei täytä näitä vaatimuksia. Siksi tutkimuksen on keskityttävä PP:n karkaisuun ja muokkaamiseen näiden ongelmien ratkaisemiseksi.
2. Ikääntymisen kestävyys
Pitkäaikaisessa käytössä tasavirtakaapelin eristys vanhenee vähitellen suuren sähkökentän voimakkuuden ja lämpövaihteluiden yhteisvaikutuksesta. Tämä ikääntyminen johtaa mekaanisten ja eristysominaisuuksien heikkenemiseen sekä läpilyöntilujuuden heikkenemiseen, mikä lopulta vaikuttaa kaapelin luotettavuuteen ja käyttöikään. Kaapelieristyksen ikääntymiseen kuuluu mekaanisia, sähköisiä, lämpöön liittyviä ja kemiallisia näkökohtia, joista sähköinen ja lämpöikääntyminen ovat huolestuttavimpia. Vaikka antioksidanttien lisääminen voi parantaa PP:n kestävyyttä lämpö-hapettumiselle jossain määrin, antioksidanttien ja PP:n välinen huono yhteensopivuus, migraatio ja niiden epäpuhtaudet lisäaineina vaikuttavat PP:n eristysominaisuuksiin. Siksi pelkästään antioksidantteihin luottaminen PP:n ikääntymiskestävyyden parantamiseksi ei voi täyttää tasavirtakaapelieristyksen käyttöiän ja luotettavuuden vaatimuksia, mikä edellyttää lisätutkimuksia PP:n modifioinnista.
3. Eristysominaisuudet
Avaruusmaksu yhtenä laatuun ja käyttöikään vaikuttavana tekijänäkorkeajännitteiset tasavirtakaapelit, vaikuttaa merkittävästi paikalliseen sähkökentän jakautumiseen, dielektriseen lujuuteen ja eristysmateriaalin ikääntymiseen. Tasavirtakaapeleiden eristysmateriaalien on estettävä avaruusvarauksen kertymistä, vähennettävä samannapaisten avaruusvarausten injektointia ja estettävä eristysnapaisten avaruusvarausten syntymistä sähkökentän vääristymien estämiseksi eristyksen ja rajapintojen sisällä, varmistaen muuttumattoman läpilyöntilujuuden ja kaapelin käyttöiän.
Kun tasavirtakaapelit pysyvät unipolaarisessa sähkökentässä pitkään, eristeen sisällä olevassa elektrodimateriaalissa syntyvät elektronit, ionit ja epäpuhtauksien ionisaatio muuttuvat avaruusvarauksiksi. Nämä varaukset kulkeutuvat nopeasti ja kertyvät varauspaketeiksi, mikä tunnetaan avaruusvarauksen kertymisenä. Siksi käytettäessä PP:tä tasavirtakaapeleissa tarvitaan muutoksia varauksen muodostumisen ja kertymisen estämiseksi.
4. Lämmönjohtavuus
Huonon lämmönjohtavuuden vuoksi PP-pohjaisten tasavirtakaapeleiden käytön aikana syntyvä lämpö ei pääse haihtumaan nopeasti, mikä johtaa lämpötilaeroihin eristyskerroksen sisä- ja ulkopintojen välillä ja epätasaiseen lämpötilakenttään. Polymeerimateriaalien sähkönjohtavuus kasvaa lämpötilan noustessa. Siksi eristyskerroksen ulkopinta, jonka sähkönjohtavuus on alhaisempi, alttiimmaksi varausten kertymiselle, mikä johtaa sähkökentän voimakkuuden heikkenemiseen. Lisäksi lämpötilagradientit aiheuttavat suuren määrän avaruusvarausten injektointia ja siirtymistä, mikä vääristää sähkökenttää entisestään. Mitä suurempi lämpötilagradientti on, sitä enemmän avaruusvarausten kertymistä tapahtuu, mikä voimistaa sähkökentän vääristymää. Kuten aiemmin käsiteltiin, korkea lämpötila, avaruusvarausten kertyminen ja sähkökentän vääristymä vaikuttavat tasavirtakaapeleiden normaaliin toimintaan ja käyttöikään. Siksi PP-pohjaisten kaapeleiden lämmönjohtavuuden parantaminen on välttämätöntä tasavirtakaapeleiden turvallisen käytön ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi.
Julkaisun aika: 04.01.2024