Isolationsanforderungen für Gleichstromkabel und Probleme mit PP

Derzeit wird häufig verwendetIsoliermaterialfür Gleichstromkabel ist Polyethylen. Forscher suchen jedoch kontinuierlich nach weiteren potenziellen Dämmmaterialien wie Polypropylen (PP). Dennoch birgt die Verwendung von PP als Kabelisolationsmaterial einige Probleme.

 

1. Mechanische Eigenschaften

Um die grundlegenden Anforderungen für den Transport, die Installation und den Betrieb von Gleichstromkabeln zu erfüllen, muss das Isolationsmaterial über eine bestimmte mechanische Festigkeit verfügen, einschließlich guter Flexibilität, Bruchdehnung und Kälteschlagfestigkeit. Allerdings weist PP als hochkristallines Polymer innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs eine Steifigkeit auf. Darüber hinaus zeigt es Sprödigkeit und Rissanfälligkeit in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen und erfüllt diese Bedingungen nicht. Daher muss sich die Forschung auf die Verstärkung und Modifizierung von PP konzentrieren, um diese Probleme anzugehen.

 

2. Alterungsbeständigkeit

Bei längerem Gebrauch altert die DC-Kabelisolierung aufgrund der kombinierten Wirkung hoher elektrischer Feldstärke und Temperaturwechsel allmählich. Diese Alterung führt zu einer Verschlechterung der mechanischen und Isolationseigenschaften sowie einer Abnahme der Durchschlagsfestigkeit, was letztendlich Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Kabels hat. 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 gegenüber thermisch-oxidativer Alterung bis zu einem gewissen Grad verbessern kann, beeinträchtigen eine schlechte Kompatibilität zwischen Antioxidantien und PP, Migration und deren Verunreinigungen als Additive die Isolationsleistung von PP. Daher kann die alleinige Verwendung von Antioxidantien zur Verbesserung der Alterungsbeständigkeit von PP die Anforderungen an die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der DC-Kabelisolierung nicht erfüllen, sodass weitere Untersuchungen zur Modifizierung von PP erforderlich sind.

 

3. Isolationsleistung

Raumladung als einer der Faktoren, die die Qualität und Lebensdauer von beeinflussenHochspannungs-Gleichstromkabel, wirkt sich erheblich auf die lokale Verteilung des elektrischen Feldes, die Durchschlagsfestigkeit und die Alterung des Isoliermaterials aus. Isoliermaterialien für Gleichstromkabel müssen die Ansammlung von Raumladungen unterdrücken, die Injektion von Raumladungen gleicher Polarität reduzieren und die Erzeugung von Raumladungen ungleicher Polarität verhindern, um eine Verzerrung des elektrischen Feldes innerhalb der Isolierung und der Schnittstellen zu verhindern und eine unbeeinträchtigte Durchschlagsfestigkeit sicherzustellen Lebensdauer des Kabels.

Wenn Gleichstromkabel über einen längeren Zeitraum in einem unipolaren elektrischen Feld bleiben, werden die am Elektrodenmaterial innerhalb der Isolierung erzeugten Elektronen, Ionen und Verunreinigungsionisationen zu Raumladungen. Diese Ladungen wandern schnell und sammeln sich zu Ladungspaketen an, was als Ansammlung von Raumladungen 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 beim Betrieb von DC-Kabeln auf PP-Basis entstehende Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden, was zu Temperaturunterschieden zwischen der Innen- und Außenseite der Isolationsschicht führt und ein ungleichmäßiges Temperaturfeld erzeugt. Die elektrische Leitfähigkeit von Polymermaterialien steigt mit steigenden Temperaturen. Daher neigt die Außenseite der Isolationsschicht mit geringerer Leitfähigkeit zur Ladungsansammlung, was zu einer verringerten elektrischen Feldstärke führt. Darüber hinaus verursachen Temperaturgradienten die Injektion und Migration einer großen Anzahl von Raumladungen, was das elektrische Feld weiter verzerrt. Je größer der Temperaturgradient ist, desto stärker kommt es zur Ansammlung von Raumladungen, was die Verzerrung des elektrischen Feldes verstärkt. Wie bereits erwähnt, beeinträchtigen hohe Temperaturen, die Ansammlung von Raumladungen und die Verzerrung des elektrischen Feldes 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.