В настоящее время широко используетсяизоляционный материалДля кабелей постоянного тока используется полиэтилен. Однако исследователи постоянно ищут новые перспективные изоляционные материалы, такие как полипропилен (ПП). Тем не менее, использование ПП в качестве изоляционного материала для кабелей сопряжено с рядом проблем.
1. Механические свойства
Для удовлетворения основных требований к транспортировке, монтажу и эксплуатации кабелей постоянного тока изоляционный материал должен обладать определенной механической прочностью, включая хорошую гибкость, относительное удлинение при разрыве и ударопрочность при низких температурах. Однако полипропилен, будучи высококристаллическим полимером, сохраняет жесткость в рабочем диапазоне температур. Кроме того, он проявляет хрупкость и склонность к растрескиванию при низких температурах, что не позволяет ему соответствовать этим требованиям. Поэтому исследования должны быть направлены на повышение прочности и модифицирование полипропилена для решения этих проблем.
2. Сопротивление старению
При длительном использовании изоляция кабеля постоянного тока постепенно стареет из-за комбинированного воздействия высокой напряженности электрического поля и термоциклирования. Это старение приводит к снижению механических и изоляционных свойств, а также уменьшению прочности на пробой, что в конечном итоге влияет на надежность и срок службы кабеля. Старение изоляции кабеля включает механические, электрические, термические и химические аспекты, причем электрическое и термическое старение являются наиболее проблемными. Хотя добавление антиоксидантов может в определенной степени улучшить стойкость ПП к термоокислительному старению, плохая совместимость антиоксидантов с ПП, миграция и их примеси в качестве добавок влияют на изоляционные характеристики ПП. Следовательно, опора исключительно на антиоксиданты для улучшения стойкости ПП к старению не может удовлетворить требованиям к сроку службы и надежности изоляции кабеля постоянного тока, что требует дальнейших исследований по модификации ПП.
3. Эффективность изоляции
Пространственный заряд, как один из факторов, влияющих на качество и срок службывысоковольтные кабели постоянного тока, существенно влияет на локальное распределение электрического поля, электрическую прочность диэлектрика и старение изоляционного материала. Изоляционные материалы для кабелей постоянного тока должны подавлять накопление пространственного заряда, уменьшать инжекцию однополярных пространственных зарядов и препятствовать возникновению разнополярных пространственных зарядов, чтобы предотвратить искажение электрического поля в изоляции и интерфейсах, обеспечивая неизменную прочность на пробой и срок службы кабеля.
Когда кабели постоянного тока длительное время находятся в однополярном электрическом поле, электроны, ионы и примеси, ионизированные в материале электрода внутри изоляции, превращаются в пространственные заряды. Эти заряды быстро мигрируют и накапливаются в зарядовых пакетах, что называется накоплением пространственного заряда. Поэтому при использовании полипропилена в кабелях постоянного тока необходимы модификации для подавления генерации и накопления заряда.
4. Теплопроводность
Из-за плохой теплопроводности тепло, выделяющееся во время работы кабелей постоянного тока на основе ПП, не может быстро рассеиваться, что приводит к разнице температур между внутренней и внешней сторонами изоляционного слоя, создавая неравномерное температурное поле. Электропроводность полимерных материалов увеличивается с ростом температуры. Следовательно, внешняя сторона изоляционного слоя с меньшей проводимостью становится склонной к накоплению заряда, что приводит к снижению напряженности электрического поля. Более того, градиенты температуры вызывают инжекцию и миграцию большого количества пространственных зарядов, что еще больше искажает электрическое поле. Чем больше градиент температуры, тем больше происходит накопление пространственного заряда, что усиливает искажение электрического поля. Как обсуждалось ранее, высокая температура, накопление пространственного заряда и искажение электрического поля влияют на нормальную работу и срок службы кабелей постоянного тока. Следовательно, улучшение теплопроводности ПП необходимо для обеспечения безопасной эксплуатации и длительного срока службы кабелей постоянного тока.
Время публикации: 04 января 2024 г.