Derzeit wird häufigIsoliermaterialFür Gleichstromkabel ist Polyethylen. Forscher suchen jedoch ständig nach weiteren potenziellen Isoliermaterialien, wie beispielsweise Polypropylen (PP). Die Verwendung von PP als Kabelisolationsmaterial bringt jedoch einige Probleme mit sich.
1. Mechanische Eigenschaften
Um die grundlegenden Anforderungen für Transport, Installation und Betrieb von Gleichstromkabeln zu erfüllen, muss das Isoliermaterial eine gewisse mechanische Festigkeit aufweisen, darunter gute Flexibilität, Bruchdehnung und Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen. PP ist als hochkristallines Polymer jedoch innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs starr. Darüber hinaus ist es in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen spröde und rissanfällig und erfüllt diese Bedingungen nicht. Daher muss sich die Forschung auf die Härtung und Modifizierung von PP konzentrieren, um diese Probleme zu lösen.
2. Alterungsbeständigkeit
Bei langfristiger Nutzung altert die Isolierung von Gleichstromkabeln aufgrund der kombinierten Wirkung von hoher elektrischer Feldstärke und Temperaturwechselbeanspruchung allmählich. Diese Alterung führt zu einer Verschlechterung der mechanischen und isolierenden Eigenschaften sowie zu einer Verringerung der Durchschlagsfestigkeit, was sich letztlich auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Kabels auswirkt. Die Alterung der Kabelisolierung umfasst mechanische, elektrische, thermische und chemische Aspekte, wobei die elektrische und thermische Alterung am besorgniserregendsten ist. Obwohl die Zugabe von Antioxidantien die Beständigkeit von PP gegen thermische oxidative Alterung bis zu einem gewissen Grad verbessern kann, beeinträchtigen eine mangelnde Kompatibilität zwischen Antioxidantien und PP, Migration und deren Verunreinigungen als Zusatzstoffe die Isolierleistung von PP. Daher kann die Verbesserung der Alterungsbeständigkeit von PP durch Antioxidantien allein nicht die Anforderungen an Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Gleichstromkabelisolierung erfüllen, was weitere Forschung zur Modifizierung von PP erforderlich macht.
3. Isolationsleistung
Raumladung als einer der Faktoren, die die Qualität und Lebensdauer vonHochspannungs-Gleichstromkabel, hat erhebliche Auswirkungen auf die lokale elektrische Feldverteilung, die Durchschlagsfestigkeit und die Alterung des Isoliermaterials. Isoliermaterialien für Gleichstromkabel müssen die Ansammlung von Raumladungen unterdrücken, die Injektion von Raumladungen gleicher Polarität reduzieren und die Entstehung von Raumladungen ungleicher Polarität verhindern, um eine Verzerrung des elektrischen Feldes innerhalb der Isolierung und der Schnittstellen zu verhindern und so eine unbeeinflusste Durchschlagsfestigkeit und Kabellebensdauer zu gewährleisten.
Wenn Gleichstromkabel längere Zeit in einem unipolaren elektrischen Feld verbleiben, werden die am Elektrodenmaterial innerhalb der Isolierung erzeugten Elektronen, Ionen und Fremdionen zu Raumladungen. Diese Ladungen wandern schnell und akkumulieren sich zu Ladungspaketen, was als Raumladungsakkumulation bezeichnet wird. Daher sind bei der Verwendung von PP in Gleichstromkabeln Modifikationen erforderlich, um die Ladungserzeugung und -akkumulation zu unterdrücken.
4. Wärmeleitfähigkeit
Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit kann die während des Betriebs von PP-basierten Gleichstromkabeln erzeugte Wärme nicht sofort abgeleitet werden. Dies führt zu Temperaturunterschieden zwischen der Innen- und Außenseite der Isolierschicht und erzeugt ein ungleichmäßiges Temperaturfeld. Die elektrische Leitfähigkeit von Polymermaterialien nimmt mit steigenden Temperaturen zu. Daher neigt die Außenseite der Isolierschicht mit geringerer Leitfähigkeit zur Ladungsakkumulation, was zu einer geringeren elektrischen Feldstärke führt. Darüber hinaus verursachen Temperaturgradienten die Injektion und Migration einer großen Zahl von Raumladungen, wodurch das elektrische Feld weiter verzerrt wird. Je größer der Temperaturgradient, desto mehr Raumladungsakkumulation tritt auf, was die Verzerrung des elektrischen Felds verstärkt. Wie bereits erwähnt, beeinträchtigen hohe Temperaturen, Raumladungsakkumulation und elektrische Feldverzerrung den normalen Betrieb und die Lebensdauer von Gleichstromkabeln. Daher ist eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von PP notwendig, um den sicheren Betrieb und eine längere Lebensdauer von Gleichstromkabeln zu gewährleisten.
Beitragszeit: 04.01.2024