В настоящее время широко используетсяизоляционный материалдля кабелей постоянного тока – полиэтилен. Однако исследователи постоянно ищут новые потенциальные изоляционные материалы, такие как полипропилен (ПП). Тем не менее, использование полипропилена в качестве изоляционного материала для кабеля 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, в том числе хорошей гибкостью, удлинением при разрыве и ударопрочностью при низких температурах. Однако ПП, как высококристаллический полимер, проявляет жесткость в пределах рабочего диапазона температур. Кроме того, он проявляет хрупкость и склонность к растрескиванию в условиях низких температур, не выдерживая этих условий. Поэтому исследования должны быть сосредоточены на ужесточении и модификации полипропилена для решения этих проблем.
2. Сопротивление старению
При длительном использовании изоляция кабеля постоянного тока постепенно стареет из-за совокупного воздействия высокой напряженности электрического поля и термоциклирования. Такое старение приводит к снижению механических и изоляционных свойств, а также снижению пробойной прочности, что в конечном итоге влияет на надежность и срок службы кабеля. Старение изоляции кабеля включает в себя механические, электрические, термические и химические аспекты, причем наиболее важными являются электрическое и термическое старение. 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 изоляционные характеристики ПП. Таким образом, полагаться только на антиоксиданты для повышения устойчивости ПП к старению не может удовлетворить требования к сроку службы и надежности изоляции кабелей постоянного тока, что требует дальнейших исследований по модификации ПП.
3. Характеристики изоляции
Объемный 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 объемного заряда, уменьшать введение объемных зарядов одинаковой полярности и препятствовать образованию объемных зарядов разной полярности, чтобы предотвратить искажение электрического поля внутри изоляции и интерфейсов, обеспечивая неизменную прочность на пробой и срок службы кабеля.
Когда кабели постоянного тока остаются в униполярном электрическом поле в течение длительного периода времени, электроны, ионы и ионизация примесей, генерируемые в материале электрода внутри изоляции, становятся пространственными зарядами. Эти заряды быстро мигрируют и накапливаются в пакеты зарядов, известные как накопление пространственного заряда. Поэтому при использовании ПП в кабелях постоянного тока необходимы модификации для подавления образования и накопления заряда.
4. Теплопроводность
Из-за плохой теплопроводности тепло, образующееся при эксплуатации кабелей постоянного тока на основе ПП, не может быстро рассеиваться, в результате чего возникает разница температур между внутренней и внешней сторонами изоляционного слоя, создавая неравномерное температурное поле. Электропроводность полимерных материалов увеличивается с повышением температуры. Поэтому внешняя сторона изоляционного слоя с меньшей проводимостью становится склонной к накоплению заряда, что приводит к снижению напряженности электрического поля. Более того, температурные градиенты вызывают инжекцию и миграцию большого количества объемных 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 искажения электрического поля влияют на нормальную работу и срок службы кабелей постоянного тока. Следовательно, улучшение теплопроводности ПП необходимо для обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы кабелей постоянного тока.
Время публикации: 04 января 2024 г.