Derzeit ist die gängige VerwendungIsoliermaterialFür Gleichstromkabel wird Polyethylen verwendet. Forscher suchen jedoch kontinuierlich nach weiteren potenziellen Isoliermaterialien, wie beispielsweise Polypropylen (PP). Die Verwendung von PP als Kabelisolationsmaterial birgt jedoch einige Probleme.
1. Mechanische Eigenschaften
Um die grundlegenden Anforderungen für Transport, Installation und Betrieb von Gleichstromkabeln zu erfüllen, muss das Isoliermaterial bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen, darunter gute Flexibilität, Bruchdehnung und Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen. Polypropylen (PP) ist jedoch als hochkristallines Polymer innerhalb seines Arbeitstemperaturbereichs starr. Darüber hinaus zeigt es Sprödigkeit und Rissanfälligkeit bei niedrigen Temperaturen und erfüllt somit diese Anforderungen nicht. Daher muss die Forschung darauf abzielen, PP zäher zu machen und zu modifizieren, um diese Probleme zu beheben.
2. Alterungsbeständigkeit
Bei Langzeitnutzung altert die Isolierung von Gleichstromkabeln aufgrund der kombinierten Wirkung hoher elektrischer Feldstärken und Temperaturwechselbeanspruchung. Diese Alterung führt zu einer Verringerung der mechanischen und isolierenden Eigenschaften sowie der Durchschlagfestigkeit und beeinträchtigt somit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Kabels. Die Alterung der Kabelisolierung umfasst mechanische, elektrische, thermische und chemische Aspekte, wobei die elektrische und thermische Alterung die kritischsten sind. Obwohl die Zugabe von Antioxidantien die Beständigkeit von Polypropylen (PP) gegenüber thermisch-oxidativer Alterung bis zu einem gewissen Grad verbessern kann, beeinträchtigen die mangelnde Kompatibilität zwischen Antioxidantien und PP, Migration und Verunreinigungen als Additive die Isolationsleistung von PP. Daher reicht es nicht aus, sich allein auf Antioxidantien zur Verbesserung der Alterungsbeständigkeit von PP zu verlassen, um die Anforderungen an Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Gleichstromkabelisolierungen zu erfüllen. Weitere Forschung zur Modifizierung von PP ist daher notwendig.
3. Wärmedämmleistung
Die Raumladung ist einer der Faktoren, die die Qualität und Lebensdauer beeinflussen.Hochspannungs-GleichstromkabelDies hat erhebliche Auswirkungen auf die lokale elektrische Feldverteilung, die Durchschlagsfestigkeit und die Alterung des Isolationsmaterials. Isolationsmaterialien für Gleichstromkabel müssen die Ansammlung von Raumladungen unterdrücken, die Injektion gleichpolarer Raumladungen reduzieren und die Entstehung ungleichpolarer Raumladungen behindern, um elektrische Feldverzerrungen innerhalb der Isolation und an den Grenzflächen zu vermeiden und so die Durchschlagsfestigkeit und die Lebensdauer des Kabels zu gewährleisten.
Wenn Gleichstromkabel über einen längeren Zeitraum einem unipolaren elektrischen Feld ausgesetzt sind, entstehen an den Elektrodenmaterialien innerhalb der Isolierung Elektronen, Ionen und Verunreinigungen durch Ionisation, die zu Raumladungen führen. Diese Ladungen wandern schnell und sammeln sich zu Ladungspaketen an, ein Phänomen, das als Raumladungsansammlung bekannt ist. Daher sind bei der Verwendung von PP in Gleichstromkabeln Modifikationen erforderlich, um die Ladungserzeugung und -ansammlung zu unterdrücken.
4. Wärmeleitfähigkeit
Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit kann die beim Betrieb von PP-basierten Gleichstromkabeln entstehende Wärme nicht schnell abgeführt werden. Dies führt zu Temperaturunterschieden zwischen der Innen- und Außenseite der Isolierschicht und somit zu einem ungleichmäßigen Temperaturfeld. Die elektrische Leitfähigkeit von Polymermaterialien steigt mit zunehmender Temperatur. Daher neigt die Außenseite der Isolierschicht mit der geringeren Leitfähigkeit zur Ladungsansammlung, was die elektrische Feldstärke verringert. Darüber hinaus verursachen Temperaturgradienten die Injektion und Migration einer großen Anzahl von Raumladungen, wodurch das elektrische Feld weiter verzerrt wird. Je größer der Temperaturgradient, desto mehr Raumladungen sammeln sich an und desto stärker wird die Feldverzerrung. Wie bereits erwähnt, beeinträchtigen hohe Temperaturen, Raumladungsansammlungen und Feldverzerrungen den normalen Betrieb und die Lebensdauer von Gleichstromkabeln. Daher ist die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von PP notwendig, um den sicheren Betrieb und die verlängerte Lebensdauer von Gleichstromkabeln zu gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 04.01.2024