الزامات عایق برای کابل های DC و مشکلات با PP

در حال حاضر، معمولا استفاده می شودمواد عایقبرای کابل های DC پلی اتیلن است. با این حال، محققان به طور مداوم به دنبال مواد عایق بالقوه بیشتری مانند پلی پروپیلن (PP) هستند. با این وجود، استفاده از PP به عنوان ماده عایق کابل مشکلات متعددی را ایجاد می کند.

 

1. خواص مکانیکی

برای برآوردن الزامات اساسی برای حمل و نقل، نصب و راه اندازی کابل های DC، مواد عایق باید دارای استحکام مکانیکی خاصی از جمله انعطاف پذیری خوب، کشیدگی در هنگام شکست و مقاومت در برابر ضربه در دمای پایین باشد. با این حال، PP، به عنوان یک پلیمر بسیار کریستالی، سفتی را در محدوده دمای کاری خود نشان می دهد. علاوه بر این، شکنندگی و حساسیت به ترک خوردگی را در محیط‌های با دمای پایین نشان می‌دهد که این شرایط را برآورده نمی‌کند. بنابراین، تحقیقات باید بر سخت‌تر کردن و اصلاح PP برای رسیدگی به این مسائل متمرکز شود.

 

2. مقاومت در برابر پیری

در طول استفاده طولانی مدت، عایق کابل DC به دلیل اثرات ترکیبی شدت میدان الکتریکی بالا و چرخه حرارتی به تدریج پیر می شود. این کهنه شدن منجر به کاهش خواص مکانیکی و عایق و همچنین کاهش قدرت شکست می شود که در نهایت بر قابلیت اطمینان و عمر مفید کابل تأثیر می گذارد. پیری عایق کابل شامل جنبه های مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و شیمیایی است که قدیمی شدن الکتریکی و حرارتی نگران کننده ترین آنها است. اگرچه افزودن آنتی اکسیدان ها می تواند مقاومت PP را در برابر پیری اکسیداتیو حرارتی تا حدی بهبود بخشد، سازگاری ضعیف بین آنتی اکسیدان ها و PP، مهاجرت و ناخالصی آنها به عنوان مواد افزودنی بر عملکرد عایق PP تأثیر می گذارد. بنابراین، صرفاً تکیه بر آنتی اکسیدان ها برای بهبود مقاومت در برابر پیری PP نمی تواند طول عمر و الزامات قابلیت اطمینان عایق کابل DC را برآورده کند، و نیاز به تحقیقات بیشتر در مورد اصلاح PP دارد.

 

3. عملکرد عایق

شارژ فضایی به عنوان یکی از عوامل موثر بر کیفیت و طول عمرکابل های ولتاژ بالا DC، به طور قابل توجهی بر توزیع میدان الکتریکی محلی، قدرت دی الکتریک و پیری مواد عایق تأثیر می گذارد. مواد عایق برای کابل‌های DC باید تجمع بار فضایی را مهار کنند، تزریق بارهای فضایی با قطبیت مشابه را کاهش دهند، و مانع از تولید بارهای فضایی با قطبیت غیرمشابه شوند تا از اعوجاج میدان الکتریکی در عایق و رابط‌ها جلوگیری کنند، و از قدرت شکست بی‌تأثیر اطمینان حاصل کنند. طول عمر کابل

هنگامی که کابل‌های DC برای مدت طولانی در میدان الکتریکی تک قطبی باقی می‌مانند، الکترون‌ها، یون‌ها و یونیزاسیون ناخالصی تولید شده در مواد الکترود درون عایق به بارهای فضایی تبدیل می‌شوند. این بارها به سرعت مهاجرت می کنند و در بسته های بار جمع می شوند که به عنوان تجمع بار فضایی شناخته می شود. بنابراین، هنگام استفاده از PP در کابل های DC، تغییراتی برای سرکوب تولید و انباشت شارژ ضروری است.

 

4. هدایت حرارتی

به دلیل هدایت حرارتی ضعیف، گرمای تولید شده در طول کارکرد کابل های DC مبتنی بر PP نمی تواند به سرعت دفع شود و در نتیجه اختلاف دما بین دو طرف داخلی و خارجی لایه عایق ایجاد می شود و یک میدان دمایی ناهموار ایجاد می کند. رسانایی الکتریکی مواد پلیمری با افزایش دما افزایش می یابد. بنابراین، قسمت بیرونی لایه عایق با رسانایی کمتر مستعد تجمع بار می شود که منجر به کاهش شدت میدان الکتریکی می شود. علاوه بر این، گرادیان دما باعث تزریق و مهاجرت تعداد زیادی بار فضایی می شود و میدان الکتریکی را بیشتر مخدوش می کند. هر چه گرادیان دما بیشتر باشد، انباشت بار فضایی بیشتری رخ می دهد و اعوجاج میدان الکتریکی را تشدید می کند. همانطور که قبلاً بحث شد، دمای بالا، تجمع بار فضایی و اعوجاج میدان الکتریکی بر عملکرد عادی و عمر مفید کابل‌های DC تأثیر می‌گذارد. از این رو، بهبود هدایت حرارتی PP برای اطمینان از عملکرد ایمن و عمر طولانی کابل‌های DC ضروری است.