Προς το παρόν, τα συνήθως χρησιμοποιούμεναμονωτικό υλικόγια τα καλώδια συνεχούς ρεύματος είναι το πολυαιθυλένιο. Ωστόσο, οι ερευνητές αναζητούν συνεχώς περισσότερα πιθανά μονωτικά υλικά, όπως το πολυπροπυλένιο (PP). Παρ' όλα αυτά, η χρήση του PP ως μονωτικού υλικού καλωδίων παρουσιάζει αρκετά προβλήματα.
1. Μηχανικές Ιδιότητες
Για να πληρούνται οι βασικές απαιτήσεις για τη μεταφορά, την εγκατάσταση και τη λειτουργία καλωδίων DC, το μονωτικό υλικό πρέπει να διαθέτει συγκεκριμένη μηχανική αντοχή, όπως καλή ευκαμψία, επιμήκυνση κατά τη θραύση και αντοχή σε κρούσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, το PP, ως ένα πολυμερές υψηλής κρυσταλλικότητας, παρουσιάζει ακαμψία εντός του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας του. Επιπλέον, παρουσιάζει ευθραυστότητα και ευαισθησία σε ρωγμές σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας, μη πληρώντας αυτές τις προϋποθέσεις. Επομένως, η έρευνα πρέπει να επικεντρωθεί στην σκλήρυνση και την τροποποίηση του PP για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων.
2. Αντίσταση στη γήρανση
Κατά τη μακροχρόνια χρήση, η μόνωση καλωδίων DC γερνάει σταδιακά λόγω των συνδυασμένων επιδράσεων της υψηλής έντασης ηλεκτρικού πεδίου και του θερμικού κύκλου. Αυτή η γήρανση οδηγεί σε μείωση των μηχανικών και μονωτικών ιδιοτήτων, καθώς και σε μείωση της αντοχής σε διάσπαση, επηρεάζοντας τελικά την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του καλωδίου. Η γήρανση της μόνωσης καλωδίων περιλαμβάνει μηχανικές, ηλεκτρικές, θερμικές και χημικές πτυχές, με την ηλεκτρική και θερμική γήρανση να είναι οι πιο ανησυχητικές. Αν και η προσθήκη αντιοξειδωτικών μπορεί να βελτιώσει την αντοχή του PP στη θερμική οξειδωτική γήρανση σε κάποιο βαθμό, η κακή συμβατότητα μεταξύ αντιοξειδωτικών και PP, η μετανάστευση και οι ακαθαρσίες τους ως πρόσθετα επηρεάζουν την απόδοση της μόνωσης του PP. Επομένως, η αποκλειστική εξάρτηση από αντιοξειδωτικά για τη βελτίωση της αντοχής του PP στη γήρανση δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις διάρκειας ζωής και αξιοπιστίας της μόνωσης καλωδίων DC, απαιτώντας περαιτέρω έρευνα για την τροποποίηση του PP.
3. Απόδοση μόνωσης
Το φορτίο χώρου, ως ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα και τη διάρκεια ζωής τουκαλώδια υψηλής τάσης DC, επηρεάζει σημαντικά την τοπική κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου, τη διηλεκτρική αντοχή και τη γήρανση του μονωτικού υλικού. Τα μονωτικά υλικά για καλώδια συνεχούς ρεύματος πρέπει να καταστέλλουν τη συσσώρευση φορτίου χώρου, να μειώνουν την έγχυση φορτίων χώρου παρόμοιας πολικότητας και να εμποδίζουν τη δημιουργία φορτίων χώρου διαφορετικής πολικότητας, ώστε να αποτρέπεται η παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου εντός της μόνωσης και των διεπαφών, διασφαλίζοντας την ανεπηρέαστη αντοχή διάσπασης και τη διάρκεια ζωής του καλωδίου.
Όταν τα καλώδια συνεχούς ρεύματος παραμένουν σε μονοπολικό ηλεκτρικό πεδίο για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα ηλεκτρόνια, τα ιόντα και ο ιονισμός των ακαθαρσιών που παράγονται στο υλικό του ηλεκτροδίου εντός της μόνωσης μετατρέπονται σε χωρικά φορτία. Αυτά τα φορτία μεταναστεύουν γρήγορα και συσσωρεύονται σε πακέτα φορτίου, κάτι που είναι γνωστό ως συσσώρευση χωρικού φορτίου. Επομένως, όταν χρησιμοποιείται PP σε καλώδια συνεχούς ρεύματος, είναι απαραίτητες τροποποιήσεις για την καταστολή της δημιουργίας και συσσώρευσης φορτίου.
4. Θερμική αγωγιμότητα
Λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας, η θερμότητα που παράγεται κατά τη λειτουργία των καλωδίων συνεχούς ρεύματος με βάση το PP δεν μπορεί να διαλυθεί άμεσα, με αποτέλεσμα διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής πλευράς του μονωτικού στρώματος, δημιουργώντας ένα ανομοιόμορφο πεδίο θερμοκρασίας. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των πολυμερών υλικών αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Επομένως, η εξωτερική πλευρά του μονωτικού στρώματος με χαμηλότερη αγωγιμότητα γίνεται επιρρεπής σε συσσώρευση φορτίου, οδηγώντας σε μειωμένη ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Επιπλέον, οι διαβαθμίσεις θερμοκρασίας προκαλούν την έγχυση και τη μετανάστευση μεγάλου αριθμού χωρικών φορτίων, παραμορφώνοντας περαιτέρω το ηλεκτρικό πεδίο. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαβάθμιση θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η συσσώρευση χωρικών φορτίων, εντείνοντας την παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου. Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, η υψηλή θερμοκρασία, η συσσώρευση χωρικών φορτίων και η παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου επηρεάζουν την κανονική λειτουργία και τη διάρκεια ζωής των καλωδίων συνεχούς ρεύματος. Ως εκ τούτου, η βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας του PP είναι απαραίτητη για να διασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία και η παρατεταμένη διάρκεια ζωής των καλωδίων συνεχούς ρεύματος.
Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιανουαρίου 2024