Требования к изоляции кабелей постоянного тока и проблемы с полипропиленом

В настоящее время широко используетсяизоляционный материалдля кабелей постоянного тока — полиэтилен. Однако исследователи постоянно ищут более потенциальные изоляционные материалы, такие как полипропилен (ПП). Тем не менее, использование ПП в качестве изоляционного материала для кабелей представляет ряд проблем.

 

1. Механические свойства

Чтобы соответствовать основным требованиям 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 ПП, как высококристаллический полимер, проявляет жесткость в своем рабочем диапазоне температур. Кроме того, он проявляет хрупкость и подверженность растрескиванию в низкотемпературных средах, не отвечая этим условиям. Поэтому исследования должны быть сосредоточены на упрочнении и модификации ПП для решения этих проблем.

 

2. Устойчивость к 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 к снижению 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 тревожными. Хотя добавление антиоксидантов может в определенной степени улучшить устойчивость ПП к термоокислительному старению, плохая совместимость антиоксидантов с ПП, миграция и их примеси в качестве добавок влияют на характеристики изоляции ПП. Поэтому полагаться только на антиоксиданты для улучшения устойчивости ПП к старению не может соответствовать 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, диэлектрическую прочность и старение изоляционного материала. Изоляционные материалы для кабелей постоянного тока должны подавлять накопление пространственного заряда, уменьшать инжекцию однополярных пространственных зарядов и препятствовать образованию 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 остаются в однополярном электрическом поле в течение длительного периода, электроны, ионы и ионизация примесей, образующиеся в материале электрода внутри изоляции, становятся пространственными зарядами. Эти заряды быстро мигрируют и накапливаются в зарядовых пакетах, что известно как накопление пространственного заряда. Поэтому при использовании PP в кабелях постоянного тока необходимы модификации для подавления генерации и накопления заряда.

 

4. Теплопроводность

Из-за плохой теплопроводности тепло, выделяемое при работе 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. Поэтому внешняя сторона изоляционного слоя с более низкой 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, еще больше искажая электрическое поле. Чем больше градиент температуры, тем больше происходит накопление пространственного заряда, усиливая 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 работы и длительного срока службы кабелей постоянного тока.