דרישות בידוד עבור כבלי DC ובעיות עם PP

נכון לעכשיו, הנפוץחומר בידודעבור כבלי DC הוא פוליאתילן. עם זאת, חוקרים מחפשים ללא הרף חומרי בידוד פוטנציאליים נוספים, כגון פוליפרופילן (PP). עם זאת, השימוש ב-PP כחומר בידוד כבלים מציג מספר בעיות.

 

1. מאפיינים מכניים

כדי לעמוד בדרישות הבסיסיות להובלה, התקנה ותפעול של כבלי DC, חומר הבידוד חייב להיות בעל חוזק מכני מסוים, כולל גמישות טובה, התארכות בשבירה ועמידות בפני פגיעות בטמפרטורה נמוכה. עם זאת, PP, כפולימר גבישי מאוד, מפגין קשיחות בטווח טמפרטורת העבודה שלו. בנוסף, הוא מראה שבירות ורגישות לסדקים בסביבות בטמפרטורה נמוכה, ואינו עומד בתנאים אלה. לכן, המחקר חייב להתמקד בהקשחה ושינוי של PP כדי לטפל בבעיות אלו.

 

2. התנגדות להזדקנות

במהלך שימוש ארוך טווח, בידוד כבל DC מזדקן בהדרגה בשל ההשפעות המשולבות של עוצמת שדה חשמלי גבוהה ומחזוריות תרמית. הזדקנות זו מובילה להפחתה בתכונות המכניות והבידוד, כמו גם לירידה בחוזק התמוטטות, ובסופו של דבר משפיעה על האמינות וחיי השירות של הכבל. הזדקנות בידוד כבלים כוללת היבטים מכניים, חשמליים, תרמיים וכימיים, כאשר ההזדקנות החשמלית והתרמית היא המדאיגה ביותר. למרות שהוספת נוגדי חמצון יכולה לשפר את העמידות של PP להזדקנות חמצונית תרמית במידה מסוימת, תאימות לקויה בין נוגדי חמצון ל-PP, הגירה והטומאה שלהם כתוספים משפיעים על ביצועי הבידוד של PP. לכן, הסתמכות רק על נוגדי חמצון כדי לשפר את עמידות ההזדקנות של PP אינה יכולה לעמוד בדרישות תוחלת החיים והאמינות של בידוד כבל DC, מה שמחייב מחקר נוסף על שינוי PP.

 

3. ביצועי בידוד

מטען שטח, כאחד הגורמים המשפיעים על איכות ותוחלת החיים שלכבלי DC במתח גבוה, משפיע באופן משמעותי על חלוקת השדה החשמלי המקומי, החוזק הדיאלקטרי והזדקנות חומרי הבידוד. חומרי בידוד לכבלי DC צריכים לדכא את הצטברות מטען החלל, לצמצם את הזרקת מטענים בחלל בקוטביות דומה, ולעכב יצירת מטענים בחלל בקוטביות לא דומה כדי למנוע עיוות שדה חשמלי בתוך הבידוד והממשקים, להבטיח חוזק התמוטטות בלתי מושפע. תוחלת חיים של כבל.

כאשר כבלי DC נשארים בשדה חשמלי חד קוטבי לתקופה ממושכת, האלקטרונים, היונים והיינון הטומאה הנוצרים בחומר האלקטרודה בתוך הבידוד הופכים למטענים בחלל. מטענים אלה נודדים במהירות ומצטברים לתוך חבילות מטען, המכונה הצטברות מטען בחלל. לכן, בעת שימוש ב-PP בכבלי DC, יש צורך בשינויים כדי לדכא ייצור והצטברות מטען.

 

4. מוליכות תרמית

בשל מוליכות תרמית ירודה, חום הנוצר במהלך פעולת כבלי DC מבוססי PP אינו יכול להתפזר באופן מיידי, וכתוצאה מכך הפרשי טמפרטורה בין הצדדים הפנימיים והחיצוניים של שכבת הבידוד, ויוצרים שדה טמפרטורה לא אחיד. המוליכות החשמלית של חומרים פולימריים עולה עם עליית הטמפרטורות. לכן, הצד החיצוני של שכבת הבידוד עם מוליכות נמוכה יותר הופך נוטה להצטברות מטען, מה שמוביל להפחתת עוצמת השדה החשמלי. יתר על כן, שיפועים טמפרטורה גורמים להזרקה והגירה של מספר רב של מטענים בחלל, ומעוותים עוד יותר את השדה החשמלי. ככל ששיפוע הטמפרטורה גדול יותר, כך מתרחשת הצטברות מטען שטח רב יותר, מה שמגביר את עיוות השדה החשמלי. כפי שנדון קודם לכן, טמפרטורה גבוהה, הצטברות מטען בחלל ועיוות שדה חשמלי משפיעים על הפעולה הרגילה וחיי השירות של כבלי DC. לפיכך, יש צורך בשיפור המוליכות התרמית של PP כדי להבטיח פעולה בטוחה וחיי שירות ממושכים של כבלי DC.