Spänningsfördelningen i det elektriska fältet i AC-kablar är jämn, och fokus för kabelisoleringsmaterial ligger på den dielektriska konstanten, som inte påverkas av temperaturen. Däremot är spänningsfördelningen i DC-kablar högst vid isoleringens inre lager och påverkas av isoleringsmaterialets resistivitet. Isoleringsmaterial uppvisar en negativ temperaturkoefficient, vilket innebär att resistiviteten minskar när temperaturen ökar.
När en kabel är i drift orsakar kärnförlusterna att temperaturen stiger, vilket leder till förändringar i isoleringsmaterialets resistivitet. Detta orsakar i sin tur att den elektriska fältspänningen i isoleringsskiktet varierar. Med andra ord, för samma isoleringstjocklek minskar genombrottsspänningen när temperaturen stiger. För likströmsledningar i distribuerade kraftverk är isoleringsmaterialets åldrandehastighet betydligt snabbare på grund av fluktuationer i omgivningstemperaturen jämfört med nedgrävda kablar, vilket är en kritisk punkt att notera.
Under tillverkningen av kabelisoleringsskikt introduceras oundvikligen föroreningar. Dessa föroreningar har relativt lägre isolationsresistivitet och är ojämnt fördelade längs isoleringsskiktets radiella riktning. Detta resulterar i varierande volymresistivitet på olika platser. Under likspänning kommer det elektriska fältet i isoleringsskiktet också att variera, vilket gör att områdena med lägst volymresistivitet åldras snabbare och blir potentiella felpunkter.
AC-kablar uppvisar inte detta fenomen. Enkelt uttryckt är spänningen på AC-kabelmaterial jämnt fördelad, medan isoleringsspänningen i DC-kablar alltid är koncentrerad till de svagaste punkterna. Därför bör tillverkningsprocesser och standarder för AC- och DC-kablar hanteras olika.
Tvärbunden polyeten (XLPE)Isolerade kablar används ofta i växelströmstillämpningar på grund av deras utmärkta dielektriska och fysikaliska egenskaper, såväl som deras höga kostnads-prestandaförhållande. Men när de används som likströmskablar står de inför en betydande utmaning relaterad till rymdladdning, vilket är särskilt kritiskt i högspänningskablar för likström. När polymerer används som likströmskablars isolering orsakar ett stort antal lokala fällor i isoleringsskiktet ansamling av rymdladdningar. Rymdladdningarnas inverkan på isoleringsmaterial återspeglas huvudsakligen i två aspekter: elektrisk fältdistorsion och icke-elektriska fältdistorsionseffekter, vilka båda är mycket skadliga för isoleringsmaterialet.
Rymdladdning avser överskottsladdningen utöver elektrisk neutralitet inom en strukturell enhet av ett makroskopiskt material. I fasta ämnen är positiva eller negativa rymdladdningar bundna till lokaliserade energinivåer, vilket ger polarisationseffekter i form av bundna polaroner. Rymdladdningspolarisering sker när fria joner finns i ett dielektriskt material. På grund av jonrörelse ackumuleras negativa joner vid gränssnittet nära den positiva elektroden, och positiva joner ackumuleras vid gränssnittet nära den negativa elektroden. I ett elektriskt växelfält kan migrationen av positiva och negativa laddningar inte hålla jämna steg med de snabba förändringarna i det elektriska fältet för effektfrekvens, så rymdladdningseffekter uppstår inte. I ett elektriskt likströmsfält fördelas dock det elektriska fältet enligt resistivitet, vilket leder till bildandet av rymdladdningar och påverkar det elektriska fältets fördelning. XLPE-isolering innehåller ett stort antal lokaliserade tillstånd, vilket gör rymdladdningseffekter särskilt allvarliga.
XLPE-isolering är kemiskt tvärbunden och bildar en integrerad tvärbunden struktur. Som en opolär polymer kan själva kabeln liknas vid en stor kondensator. När likströmsöverföringen upphör motsvarar det att ladda en kondensator. Även om ledarkärnan är jordad sker ingen effektiv urladdning, vilket lämnar en betydande mängd likströmsenergi lagrad i kabeln som rymdladdningar. Till skillnad från växelströmskablar, där rymdladdningar avleds genom dielektriska förluster, ackumuleras dessa laddningar vid defekter i kabeln.
Med tiden, vid frekventa strömavbrott eller fluktuationer i strömstyrkan, ackumulerar XLPE-isolerade kablar mer och mer rymdladdningar, vilket påskyndar åldringen av isoleringsskiktet och minskar kabelns livslängd.
Publiceringstid: 10 mars 2025