В настоящее время широко используетсяизоляционный материалДля кабелей постоянного тока используется полиэтилен. Однако исследователи постоянно ищут новые потенциальные 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, удлинение при разрыве и ударопрочность при низких температурах. Однако полипропилен (ПП), как высококристаллический полимер, проявляет жесткость в пределах своего рабочего температурного диапазона. Кроме того, он проявляет хрупкость и склонность к растрескиванию в условиях низких температур, не соответствуя этим условиям. Поэтому исследования должны быть сосредоточены на повышении прочности и модификации ПП для решения этих проблем.
2. Устойчивость к старению
При длительной эксплуатации изоляция кабеля постоянного тока постепенно стареет из-за совокупного воздействия высокой интенсивности электрического поля и термических циклов. Это старение приводит к снижению механических и изоляционных свойств, а также к уменьшению прочности на пробой, что в конечном итоге влияет на надежность и срок службы кабеля. Старение изоляции кабеля включает в себя механические, электрические, термические и химические аспекты, при этом электрическое и термическое старение вызывают наибольшую обеспокоенность. Хотя добавление антиоксидантов может в определенной степени улучшить устойчивость полипропилена к термическому окислительному старению, плохая совместимость антиоксидантов с полипропиленом, их миграция и наличие примесей в качестве добавок влияют на изоляционные характеристики полипропилена. Поэтому полагаться исключительно на антиоксиданты для повышения устойчивости полипропилена к старению не может удовлетворить требованиям к сроку службы и надежности изоляции кабеля постоянного тока, что требует дальнейших исследований по модификации полипропилена.
3. Теплоизоляционные характеристики
Заряд пространства, как один из факторов, влияющих на качество и срок службывысоковольтные кабели постоянного токаЭто существенно влияет на распределение локального электрического поля, диэлектрическую прочность и старение изоляционного материала. Изоляционные материалы для кабелей постоянного тока должны подавлять накопление пространственного заряда, уменьшать инжекцию однополярных пространственных зарядов и препятствовать генерации разнополярных пространственных зарядов, чтобы предотвратить искажение электрического поля внутри изоляции и интерфейсов, обеспечивая тем самым неизменную прочность на пробой и срок службы кабеля.
Когда кабели постоянного тока длительное время находятся в однополярном электрическом поле, электроны, ионы и ионизация примесей, генерируемые в материале электрода внутри изоляции, превращаются в пространственные заряды. Эти заряды быстро перемещаются и накапливаются в зарядовые пакеты, известные как накопление пространственного заряда. Поэтому при использовании полипропилена в кабелях постоянного тока необходимы модификации для подавления генерации и накопления заряда.
4. Теплопроводность
Из-за низкой теплопроводности тепло, выделяемое при работе кабелей постоянного тока на основе полипропилена, не может быстро рассеиваться, что приводит к разнице температур между внутренней и внешней сторонами изоляционного слоя и созданию неравномерного температурного поля. Электрическая проводимость полимерных материалов увеличивается с повышением температуры. Следовательно, внешняя сторона изоляционного слоя с более низкой проводимостью становится склонна к накоплению заряда, что приводит к снижению напряженности электрического поля. Кроме того, температурные градиенты вызывают инжекцию и миграцию большого количества пространственных зарядов, что еще больше искажает электрическое поле. Чем больше температурный градиент, тем больше происходит накопление пространственных зарядов, усиливая искажение электрического поля. Как обсуждалось ранее, высокая температура, накопление пространственных зарядов и искажение электрического поля влияют на нормальную работу и срок службы кабелей постоянного тока. Следовательно, улучшение теплопроводности полипропилена необходимо для обеспечения безопасной работы и увеличения срока службы кабелей постоянного тока.
Дата публикации: 04.01.2024