V současné době se běžně používanéizolační materiálPro stejnosměrné kabely je použit polyethylen. Výzkumníci však neustále hledají další potenciální izolační materiály, jako je polypropylen (PP). Použití PP jako izolačního materiálu pro kabely však představuje několik problémů.
1. Mechanické vlastnosti
Aby izolační materiál splňoval základní požadavky na přepravu, instalaci a provoz stejnosměrných kabelů, musí mít určitou mechanickou pevnost, včetně dobré flexibility, prodloužení a odolnosti proti nárazu za nízkých teplot. PP, jakožto vysoce krystalický polymer, však vykazuje v rozsahu provozních teplot tuhost. Kromě toho vykazuje křehkost a náchylnost k praskání v prostředí s nízkými teplotami, kde tyto podmínky nesplňuje. Výzkum se proto musí zaměřit na zpevňování a modifikaci PP, aby se tyto problémy řešily.
2. Odolnost proti stárnutí
Během dlouhodobého používání izolace stejnosměrných kabelů postupně stárne v důsledku kombinovaných účinků vysoké intenzity elektrického pole a tepelných cyklů. Toto stárnutí vede ke snížení mechanických a izolačních vlastností a také ke snížení průrazné pevnosti, což v konečném důsledku ovlivňuje spolehlivost a životnost kabelu. Stárnutí izolace kabelů zahrnuje mechanické, elektrické, tepelné a chemické aspekty, přičemž elektrické a tepelné stárnutí je nejproblematičtější. Přestože přidání antioxidantů může do určité míry zlepšit odolnost PP vůči tepelně oxidačnímu stárnutí, špatná kompatibilita mezi antioxidanty a PP, jejich migrace a jejich nečistoty jako přísady ovlivňují izolační vlastnosti PP. Proto spoléhání se pouze na antioxidanty pro zlepšení odolnosti PP proti stárnutí nemůže splnit požadavky na životnost a spolehlivost izolace stejnosměrných kabelů, což vyžaduje další výzkum v oblasti modifikace PP.
3. Izolační vlastnosti
Prostorový náboj jako jeden z faktorů ovlivňujících kvalitu a životnostvysokonapěťové stejnosměrné kabely, významně ovlivňuje lokální rozložení elektrického pole, dielektrickou pevnost a stárnutí izolačního materiálu. Izolační materiály pro stejnosměrné kabely musí potlačovat akumulaci prostorového náboje, snižovat vstřikování prostorových nábojů stejné polarity a bránit vzniku prostorových nábojů odlišné polarity, aby se zabránilo deformaci elektrického pole v izolaci a rozhraních, a tím se zajistila neovlivněná průrazná pevnost a životnost kabelu.
Pokud jsou stejnosměrné kabely delší dobu vystaveny unipolárnímu elektrickému poli, elektrony, ionty a nečistoty generované ionizací na elektrodovém materiálu uvnitř izolace se stávají prostorovými náboji. Tyto náboje rychle migrují a hromadí se do nábojových paketů, což je známé jako akumulace prostorového náboje. Proto jsou při použití PP v stejnosměrných kabelech nutné úpravy, které potlačí generování a akumulaci náboje.
4. Tepelná vodivost
Kvůli špatné tepelné vodivosti se teplo generované během provozu stejnosměrných kabelů na bázi PP nemůže rychle odvádět, což vede k teplotním rozdílům mezi vnitřní a vnější stranou izolační vrstvy a vytváří nerovnoměrné teplotní pole. Elektrická vodivost polymerních materiálů se zvyšuje se zvyšující se teplotou. Vnější strana izolační vrstvy s nižší vodivostí je proto náchylná k akumulaci náboje, což vede ke snížení intenzity elektrického pole. Teplotní gradienty navíc způsobují vstřikování a migraci velkého množství prostorových nábojů, což dále deformuje elektrické pole. Čím větší je teplotní gradient, tím více dochází k akumulaci prostorového náboje, což zesiluje deformaci elektrického pole. Jak již bylo uvedeno, vysoká teplota, akumulace prostorového náboje a deformace elektrického pole ovlivňují normální provoz a životnost stejnosměrných kabelů. Proto je pro zajištění bezpečného provozu a prodloužení životnosti stejnosměrných kabelů nezbytné zlepšit tepelnou vodivost PP.
Čas zveřejnění: 4. ledna 2024