דרישות בידוד לכבלים של DC ובעיות עם PP

נכון לעכשיו, הנפוץחומר בידודעבור כבלי DC הוא פוליאתילן. עם זאת, החוקרים מחפשים ברציפות יותר חומרי בידוד פוטנציאליים, כמו פוליפרופילן (PP). עם זאת, השימוש ב- PP כחומר בידוד כבלים מציג מספר בעיות.

 

1. תכונות מכניות

כדי לעמוד בדרישות הבסיסיות לתחבורה, התקנה ותפעול של כבלי DC, על חומר הבידוד להיות בעל חוזק מכני מסוים, כולל גמישות טובה, התארכות בהפסקה ועמידות להשפעה בטמפרטורה נמוכה. עם זאת, PP, כפולימר גבישי ביותר, מציג קשיחות בטווח הטמפרטורה שלו. בנוסף, זה מראה על שבירות ורגישות לפיצוח בסביבות בטמפרטורה נמוכה, ואינו עומד בתנאים אלה. לכן, על המחקר להתמקד בהקשחתה ושינוי PP כדי לטפל בסוגיות אלה.

 

2. התנגדות הזדקנות

במהלך שימוש לטווח הארוך, בידוד כבל DC מתבגר בהדרגה בגלל ההשפעות המשולבות של עוצמת שדה חשמלית גבוהה ורכיבה על אופניים תרמיים. הזדקנות זו מובילה להפחתה בתכונות המכניות והבידוד, כמו גם לירידה בחוזק הפירוק, ובסופו של דבר משפיעה על האמינות וחיי השירות של הכבל. הזדקנות בידוד הכבלים כוללת היבטים מכניים, חשמליים, תרמיים וכימיים, כאשר ההזדקנות החשמלית והתרמית היא העניינית ביותר. אף על פי שהוספת נוגדי חמצון יכולה לשפר את ההתנגדות של PP להזדקנות חמצונית תרמית במידה מסוימת, תאימות לקויה בין נוגדי חמצון ל- PP, הגירה, והטומאה שלהם כתוספים משפיעה על ביצועי הבידוד של PP. לפיכך, הסתמכות אך ורק על נוגדי חמצון לשיפור התנגדות ההזדקנות של PP אינה יכולה לעמוד בתוחלת החיים והדרישות האמינות של בידוד כבל DC, מה שמחייב מחקר נוסף על שינוי PP.

 

3. ביצועי בידוד

מטען חלל, כאחד הגורמים המשפיעים על איכות ותוחלת החיים שלכבלי DC במתח גבוה, משפיע באופן משמעותי על התפלגות השדה החשמלי המקומי, חוזק הדיאלקטרי והזדקנות חומרי הבידוד. חומרי בידוד לכבלים של DC צריכים לדכא את הצטברות מטען החלל, להפחית את הזרקת מטעני החלל כמו קוטביות, ולפריע לייצור מטעני שטח של קוטביות כדי למנוע עיוות שדה חשמלי בתוך הבידוד והממשקים, מה שמבטיחים חוזק הפירוק ללא השפעה ותוחם חיי כבלים.

כאשר כבלי DC נשארים בשדה חשמלי חד -קוטבי לתקופה ממושכת, האלקטרונים, היונים והיינון הטומאה שנוצרו בחומר האלקטרודה בתוך הבידוד הופכים למטעני שטח. מטענים אלה נודדים במהירות ומצטברים לחבילות מטען, המכונות הצטברות מטען שטח. לכן, בעת שימוש ב- PP בכבלי DC, שינויים נחוצים כדי לדכא את ייצור הטעינה וההצטברות.

 

4 מוליכות תרמית

בשל מוליכות תרמית לקויה, חום שנוצר במהלך הפעלת כבלי DC מבוססי PP אינו יכול להתפוגג מייד, וכתוצאה מכך הבדלי טמפרטורה בין הצדדים הפנימיים והחיצוניים של שכבת הבידוד, ויוצרים שדה טמפרטורה לא אחיד. המוליכות החשמלית של חומרי פולימר עולה עם עליית הטמפרטורות. לפיכך, הצד החיצוני של שכבת הבידוד עם מוליכות נמוכה יותר נוטה להצטברות מטען, מה שמוביל להפחתת עוצמת השדה החשמלי. יתר על כן, שיפועי טמפרטורה גורמים להזרקה ולהגירה של מספר גדול של מטעני שטח, ומעוותים עוד יותר את השדה החשמלי. ככל שמדרגת הטמפרטורה גדולה יותר, הצטברות מטען שטח מתרחשת יותר, מעצימה את עיוות השדה החשמלי. כפי שנדון קודם לכן, טמפרטורה גבוהה, הצטברות מטען חלל ועיוות שדה חשמלי משפיעים על הפעולה והחיי השירות הרגילים של כבלי DC. לפיכך, שיפור המוליכות התרמית של PP נחוץ כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה ואת חיי השירות הממושכים של כבלי DC.