Momenteel wordt het meest gebruiktisolatiemateriaalVoor gelijkstroomkabels wordt polyethyleen gebruikt. Onderzoekers zijn echter continu op zoek naar meer potentiële isolatiematerialen, zoals polypropyleen (PP). Het gebruik van PP als kabelisolatiemateriaal brengt echter verschillende problemen met zich mee.
1. Mechanische eigenschappen
Om te voldoen aan de basisvereisten voor het transport, de installatie en de werking van gelijkstroomkabels, moet het isolatiemateriaal een zekere mechanische sterkte bezitten, waaronder goede flexibiliteit, rek bij breuk en slagvastheid bij lage temperaturen. PP, als een sterk kristallijn polymeer, vertoont echter stijfheid binnen het temperatuurbereik waarin het werkt. Bovendien is het broos en gevoelig voor scheuren in omgevingen met lage temperaturen, waardoor het niet aan deze voorwaarden voldoet. Daarom moet onderzoek zich richten op het versterken en modificeren van PP om deze problemen aan te pakken.
2. Verouderingsbestendigheid
Bij langdurig gebruik veroudert de isolatie van gelijkstroomkabels geleidelijk door de gecombineerde effecten van een hoge elektrische veldsterkte en thermische cycli. Deze veroudering leidt tot een afname van de mechanische en isolerende eigenschappen, evenals een vermindering van de doorslagsterkte, wat uiteindelijk de betrouwbaarheid en levensduur van de kabel beïnvloedt. Veroudering van kabelisolatie omvat mechanische, elektrische, thermische en chemische aspecten, waarbij elektrische en thermische veroudering het meest zorgwekkend zijn. Hoewel het toevoegen van antioxidanten de weerstand van PP tegen thermische oxidatieve veroudering tot op zekere hoogte kan verbeteren, beïnvloeden de slechte compatibiliteit tussen antioxidanten en PP, migratie en de aanwezigheid van onzuiverheden als additieven de isolerende prestaties van PP. Daarom kan het uitsluitend vertrouwen op antioxidanten om de verouderingsweerstand van PP te verbeteren niet voldoen aan de eisen voor levensduur en betrouwbaarheid van gelijkstroomkabelisolatie, waardoor verder onderzoek naar modificatie van PP noodzakelijk is.
3. Isolatieprestaties
Ruimtelading, als een van de factoren die de kwaliteit en levensduur beïnvloedenhoogspanningsgelijkstroomkabelsDit heeft een aanzienlijke invloed op de lokale elektrische veldverdeling, de diëlektrische sterkte en de veroudering van het isolatiemateriaal. Isolatiematerialen voor gelijkstroomkabels moeten de ophoping van ruimtelading onderdrukken, de injectie van ruimteladingen met dezelfde polariteit verminderen en de generatie van ruimteladingen met een tegengestelde polariteit tegengaan om vervorming van het elektrische veld binnen de isolatie en interfaces te voorkomen, waardoor de doorslagsterkte en de levensduur van de kabel niet worden aangetast.
Wanneer gelijkstroomkabels gedurende langere tijd in een unipolair elektrisch veld blijven, worden de elektronen, ionen en onzuiverheden die ontstaan door ionisatie in het elektrodemateriaal binnen de isolatie omgezet in ruimteladingen. Deze ladingen migreren snel en accumuleren in ladingspakketten, een fenomeen dat bekend staat als ruimteladingsaccumulatie. Daarom zijn bij het gebruik van PP in gelijkstroomkabels aanpassingen nodig om de generatie en accumulatie van ladingen te onderdrukken.
4. Thermische geleidbaarheid
Door de slechte thermische geleidbaarheid kan de warmte die tijdens de werking van PP-gebaseerde DC-kabels ontstaat niet snel worden afgevoerd. Dit resulteert in temperatuurverschillen tussen de binnen- en buitenkant van de isolatielaag, waardoor een ongelijkmatig temperatuurveld ontstaat. De elektrische geleidbaarheid van polymere materialen neemt toe met stijgende temperaturen. Daardoor wordt de buitenkant van de isolatielaag met een lagere geleidbaarheid gevoeliger voor ladingsaccumulatie, wat leidt tot een verminderde elektrische veldsterkte. Bovendien veroorzaken temperatuurgradiënten de injectie en migratie van een groot aantal ruimteladingen, waardoor het elektrische veld verder wordt vervormd. Hoe groter de temperatuurgradiënt, hoe meer ruimteladingen zich ophopen en hoe sterker de vervorming van het elektrische veld. Zoals eerder besproken, beïnvloeden hoge temperaturen, ruimteladingsaccumulatie en elektrische veldvervorming de normale werking en levensduur van DC-kabels. Het verbeteren van de thermische geleidbaarheid van PP is daarom noodzakelijk om een veilige werking en een langere levensduur van DC-kabels te garanderen.
Geplaatst op: 4 januari 2024