Momenteel de meest gebruikteisolatie materiaalvoor DC-kabels is polyethyleen. Onderzoekers zijn echter voortdurend op zoek naar meer potentiële isolatiematerialen, zoals polypropyleen (PP). Niettemin levert het gebruik van PP als kabelisolatiemateriaal verschillende problemen op.
1. Mechanische eigenschappen
Om te voldoen aan de basisvereisten voor het transport, de installatie en de werking van DC-kabels, moet het isolatiemateriaal een bepaalde mechanische sterkte bezitten, waaronder een goede flexibiliteit, rek bij breuk en slagvastheid bij lage temperaturen. PP vertoont echter, als een zeer kristallijn polymeer, stijfheid binnen het werktemperatuurbereik. Bovendien vertoont het broosheid en gevoeligheid voor scheuren in omgevingen met lage temperaturen, waardoor het niet aan deze voorwaarden voldoet. Daarom moet het onderzoek zich richten op het versterken en aanpassen van PP om deze problemen aan te pakken.
2. Weerstand tegen veroudering
Tijdens langdurig gebruik veroudert de isolatie van DC-kabels geleidelijk als gevolg van de gecombineerde effecten van hoge elektrische veldintensiteit en thermische cycli. Deze veroudering leidt tot een vermindering van de mechanische en isolatie-eigenschappen, evenals een afname 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 de meest zorgwekkende 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, de migratie en hun onzuiverheid als additieven de isolatieprestaties van PP. Daarom kan het uitsluitend vertrouwen op antioxidanten om de verouderingsbestendigheid van PP te verbeteren niet voldoen aan de levensduur- en betrouwbaarheidseisen van DC-kabelisolatie, wat verder onderzoek naar het modificeren van PP noodzakelijk maakt.
3. Isolatieprestaties
Ruimtelading, als een van de factoren die de kwaliteit en levensduur vanhoogspannings-DC-kabelsheeft een aanzienlijke invloed op de lokale verdeling van het elektrische veld, de diëlektrische sterkte en de veroudering van isolatiemateriaal. Isolatiematerialen voor DC-kabels moeten de accumulatie van ruimtelading onderdrukken, de injectie van ruimteladingen met dezelfde polariteit verminderen en de opwekking van ruimteladingen met ongelijke polariteit belemmeren om elektrische veldvervorming binnen de isolatie en interfaces te voorkomen, waardoor een onaangetaste doorslagsterkte wordt gegarandeerd en levensduur van de kabel.
Wanneer DC-kabels gedurende langere tijd in een unipolair elektrisch veld blijven, worden de elektronen, ionen en onzuiverheidionisatie gegenereerd door het elektrodemateriaal in de isolatie ruimteladingen. Deze ladingen migreren snel en stapelen zich op tot ladingspakketten, ook wel de accumulatie van ruimtelading genoemd. Daarom zijn bij gebruik van PP in DC-kabels aanpassingen nodig om het genereren en accumuleren van lading te onderdrukken.
4. Thermische geleidbaarheid
Vanwege de slechte thermische geleidbaarheid kan de warmte die wordt gegenereerd tijdens de werking van op PP gebaseerde DC-kabels niet snel verdwijnen, wat resulteert in temperatuurverschillen tussen de binnen- en buitenkant van de isolatielaag, waardoor een ongelijkmatig temperatuurveld ontstaat. De elektrische geleidbaarheid van polymeermaterialen neemt toe bij stijgende temperaturen. Daarom wordt de buitenzijde van de isolatielaag met een lagere geleidbaarheid gevoelig voor ladingsaccumulatie, wat leidt tot een verminderde elektrische veldintensiteit. Bovendien veroorzaken temperatuurgradiënten de injectie en migratie van een groot aantal ruimteladingen, waardoor het elektrische veld verder wordt verstoord. Hoe groter de temperatuurgradiënt, hoe meer accumulatie van ruimtelading plaatsvindt, waardoor de vervorming van het elektrische veld wordt versterkt. Zoals eerder besproken, beïnvloeden hoge temperaturen, accumulatie van ruimtelading en vervorming van het elektrische veld de normale werking en levensduur van DC-kabels. Daarom is het verbeteren van de thermische geleidbaarheid van PP noodzakelijk om de veilige werking en langere levensduur van DC-kabels te garanderen.
Posttijd: 04-jan-2024