Наразі зазвичай використовуютьсяізоляційний матеріалдля кабелів постійного струму використовується поліетилен. Однак дослідники постійно шукають нові потенційні ізоляційні матеріали, такі як поліпропілен (ПП). Тим не менш, використання ПП як ізоляційного матеріалу для кабелів створює кілька проблем.
1. Механічні властивості
Щоб відповідати основним вимогам до транспортування, монтажу та експлуатації кабелів постійного струму, ізоляційний матеріал повинен мати певну механічну міцність, включаючи добру гнучкість, подовження при розриві та ударостійкість за низьких температур. Однак ПП, як висококристалічний полімер, демонструє жорсткість у робочому діапазоні температур. Крім того, він демонструє крихкість та схильність до розтріскування в умовах низьких температур, не виконуючи цих умов. Тому дослідження повинні зосередитися на зміцненні та модифікації ПП для вирішення цих проблем.
2. Стійкість до старіння
Під час тривалого використання ізоляція кабелів постійного струму поступово старіє через комбінований вплив високої напруженості електричного поля та термоциклування. Це старіння призводить до зниження механічних та ізоляційних властивостей, а також до зниження пробивної міцності, що зрештою впливає на надійність та термін служби кабелю. Старіння ізоляції кабелю включає механічні, електричні, теплові та хімічні аспекти, причому найбільше занепокоєння викликають електричне та теплове старіння. Хоча додавання антиоксидантів може певною мірою покращити стійкість поліпропілену до термоокислювального старіння, погана сумісність між антиоксидантами та поліпропіленом, міграція та їх домішки як добавок впливають на характеристики ізоляції поліпропілену. Тому, покладаючись виключно на антиоксиданти для покращення стійкості поліпропілену до старіння, неможливо задовольнити вимоги щодо терміну служби та надійності ізоляції кабелів постійного струму, що вимагає подальших досліджень щодо модифікації поліпропілену.
3. Характеристики ізоляції
Об'ємний заряд, як один з факторів, що впливають на якість та термін службивисоковольтні кабелі постійного струму, суттєво впливає на локальний розподіл електричного поля, діелектричну міцність та старіння ізоляційного матеріалу. Ізоляційні матеріали для кабелів постійного струму повинні пригнічувати накопичення об'ємного заряду, зменшувати ін'єкцію об'ємних зарядів однієї полярності та перешкоджати генерації об'ємних зарядів різної полярності, щоб запобігти спотворенню електричного поля всередині ізоляції та інтерфейсів, забезпечуючи незмінну пробивну міцність та термін служби кабелю.
Коли кабелі постійного струму залишаються в однополярному електричному полі протягом тривалого часу, електрони, іони та іонізація домішок, що генеруються на матеріалі електрода всередині ізоляції, перетворюються на об'ємні заряди. Ці заряди швидко мігрують та накопичуються в зарядові пакети, відомі як накопичення об'ємного заряду. Тому, при використанні поліпропілену (PP) у кабелях постійного струму необхідні модифікації для придушення генерації та накопичення заряду.
4. Теплопровідність
Через погану теплопровідність тепло, що утворюється під час роботи кабелів постійного струму на основі поліпропілену, не може швидко розсіюватися, що призводить до різниці температур між внутрішньою та зовнішньою сторонами ізоляційного шару, створюючи нерівномірне температурне поле. Електропровідність полімерних матеріалів збільшується зі зростанням температури. Тому зовнішня сторона ізоляційного шару з нижчою провідністю стає схильною до накопичення заряду, що призводить до зниження напруженості електричного поля. Крім того, градієнти температури спричиняють інжекцію та міграцію великої кількості об'ємних зарядів, що ще більше спотворює електричне поле. Чим більший градієнт температури, тим більше відбувається накопичення об'ємного заряду, що посилює спотворення електричного поля. Як обговорювалося раніше, висока температура, накопичення об'ємного заряду та спотворення електричного поля впливають на нормальну роботу та термін служби кабелів постійного струму. Отже, покращення теплопровідності поліпропілену необхідне для забезпечення безпечної експлуатації та тривалого терміну служби кабелів постійного струму.
Час публікації: 04 січня 2024 р.