För närvarande är den vanligt förekommandeisoleringsmaterialför likströmskablar är polyeten. Forskare söker dock ständigt efter fler potentiella isoleringsmaterial, såsom polypropen (PP). Att använda PP som kabelisoleringsmaterial medför dock flera problem.
1. Mekaniska egenskaper
För att uppfylla de grundläggande kraven för transport, installation och drift av likströmskablar måste isoleringsmaterialet ha en viss mekanisk hållfasthet, inklusive god flexibilitet, brottöjning och slagtålighet vid låg temperatur. PP, som är en högkristallin polymer, uppvisar dock styvhet inom sitt arbetstemperaturområde. Dessutom uppvisar den sprödhet och är benägen att spricka i lågtemperaturmiljöer och uppfyller inte dessa villkor. Därför måste forskningen fokusera på att härda och modifiera PP för att hantera dessa problem.
2. Åldringsmotstånd
Under långvarig användning åldras DC-kabelisolering gradvis på grund av de kombinerade effekterna av hög elektrisk fältintensitet och termisk cykling. Detta åldrande leder till en minskning av de mekaniska och isolerande egenskaperna, samt en minskning av genombrottshållfastheten, vilket i slutändan påverkar kabelns tillförlitlighet och livslängd. Åldrande av kabelisolering inkluderar mekaniska, elektriska, termiska och kemiska aspekter, där elektrisk och termisk åldring är de mest oroande. Även om tillsats av antioxidanter kan förbättra PP:s motståndskraft mot termisk oxidativ åldring i viss mån, påverkar dålig kompatibilitet mellan antioxidanter och PP, migration och deras föroreningar som tillsatser PP:s isoleringsprestanda. Att enbart förlita sig på antioxidanter för att förbättra PP:s åldringsbeständighet kan därför inte uppfylla livslängds- och tillförlitlighetskraven för DC-kabelisolering, vilket kräver ytterligare forskning om att modifiera PP.
3. Isoleringsprestanda
Utrymmeskostnad, som en av faktorerna som påverkar kvaliteten och livslängden påhögspännings-DC-kablar, påverkar den lokala elektriska fältfördelningen, den dielektriska hållfastheten och åldringen av isoleringsmaterialet avsevärt. Isoleringsmaterial för DC-kablar måste undertrycka ackumulering av rymdladdningar, minska injektionen av rymdladdningar med lika polaritet och hindra genereringen av rymdladdningar med olika polaritet för att förhindra elektrisk fältförvrängning i isoleringen och gränssnitten, vilket säkerställer opåverkad genombrottshållfasthet och kabellivslängd.
När DC-kablar befinner sig i ett unipolärt elektriskt fält under en längre tid, blir elektronerna, jonerna och den föroreningsjonisering som genereras vid elektrodmaterialet i isoleringen rymdladdningar. Dessa laddningar migrerar snabbt och ackumuleras till laddningspaket, känt som ackumulering av rymdladdning. Därför, när PP används i DC-kablar, är modifieringar nödvändiga för att undertrycka laddningsgenerering och ackumulering.
4. Värmeledningsförmåga
På grund av dålig värmeledningsförmåga kan värme som genereras under driften av PP-baserade DC-kablar inte avledas snabbt, vilket resulterar i temperaturskillnader mellan isoleringsskiktets inre och yttre sidor, vilket skapar ett ojämnt temperaturfält. Den elektriska ledningsförmågan hos polymermaterial ökar med stigande temperaturer. Därför blir den yttre sidan av isoleringsskiktet med lägre ledningsförmåga benägen för laddningsackumulering, vilket leder till minskad elektrisk fältintensitet. Dessutom orsakar temperaturgradienter injektion och migration av ett stort antal rymdladdningar, vilket ytterligare förvränger det elektriska fältet. Ju större temperaturgradienten är, desto mer rymdladdningsackumulering sker, vilket intensifierar den elektriska fältförvrängningen. Som tidigare diskuterats påverkar hög temperatur, rymdladdningsackumulering och elektrisk fältförvrängning den normala driften och livslängden för DC-kablar. Därför är det nödvändigt att förbättra värmeledningsförmågan hos PP för att säkerställa säker drift och förlängd livslängd för DC-kablar.
Publiceringstid: 4 januari 2024