Η κατανομή τάσεων του ηλεκτρικού πεδίου στα καλώδια AC είναι ομοιόμορφη και η εστίαση των υλικών μόνωσης καλωδίων είναι στη διηλεκτρική σταθερά, η οποία δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Αντίθετα, η κατανομή τάσεων στα καλώδια DC είναι υψηλότερη στο εσωτερικό στρώμα της μόνωσης και επηρεάζεται από την ειδική αντίσταση του μονωτικού υλικού. Τα μονωτικά υλικά εμφανίζουν αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας, που σημαίνει ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η ειδική αντίσταση μειώνεται.
Όταν ένα καλώδιο βρίσκεται σε λειτουργία, οι απώλειες στον πυρήνα προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας, οδηγώντας σε αλλαγές στην ειδική αντίσταση του μονωτικού υλικού. Αυτό, με τη σειρά του, προκαλεί μεταβολή της τάσης του ηλεκτρικού πεδίου εντός του μονωτικού στρώματος. Με άλλα λόγια, για το ίδιο πάχος μόνωσης, η τάση διάσπασης μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Για τις γραμμές συνεχούς ρεύματος σε κατανεμημένους σταθμούς παραγωγής ενέργειας, ο ρυθμός γήρανσης του μονωτικού υλικού είναι σημαντικά ταχύτερος λόγω των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας περιβάλλοντος σε σύγκριση με τα θαμμένα καλώδια, κάτι που είναι κρίσιμο σημείο που πρέπει να σημειωθεί.
Κατά την παραγωγή στρωμάτων μόνωσης καλωδίων, αναπόφευκτα εισάγονται ακαθαρσίες. Αυτές οι ακαθαρσίες έχουν σχετικά χαμηλότερη αντίσταση μόνωσης και είναι ανομοιόμορφα κατανεμημένες κατά μήκος της ακτινικής κατεύθυνσης του στρώματος μόνωσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ποικίλη αντίσταση όγκου σε διαφορετικές θέσεις. Υπό τάση συνεχούς ρεύματος, το ηλεκτρικό πεδίο εντός του στρώματος μόνωσης θα ποικίλλει επίσης, με αποτέλεσμα οι περιοχές με τη χαμηλότερη αντίσταση όγκου να γερνούν ταχύτερα και να γίνονται πιθανά σημεία αστοχίας.
Τα καλώδια AC δεν παρουσιάζουν αυτό το φαινόμενο. Με απλά λόγια, η τάση στα υλικά των καλωδίων AC κατανέμεται ομοιόμορφα, ενώ στα καλώδια DC, η τάση μόνωσης συγκεντρώνεται πάντα στα πιο αδύναμα σημεία. Επομένως, οι διαδικασίες και τα πρότυπα κατασκευής για τα καλώδια AC και DC θα πρέπει να αντιμετωπίζονται διαφορετικά.
Διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (XLPE)Τα μονωμένα καλώδια χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές εναλλασσόμενου ρεύματος λόγω των εξαιρετικών διηλεκτρικών και φυσικών ιδιοτήτων τους, καθώς και της υψηλής σχέσης κόστους-απόδοσης. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιούνται ως καλώδια συνεχούς ρεύματος, αντιμετωπίζουν μια σημαντική πρόκληση που σχετίζεται με το φορτίο χώρου, το οποίο είναι ιδιαίτερα κρίσιμο στα καλώδια συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης. Όταν χρησιμοποιούνται πολυμερή ως μόνωση καλωδίων συνεχούς ρεύματος, ένας μεγάλος αριθμός τοπικών παγίδων εντός του μονωτικού στρώματος προκαλεί τη συσσώρευση φορτίων χώρου. Η επίδραση των φορτίων χώρου στα μονωτικά υλικά αντικατοπτρίζεται κυρίως σε δύο πτυχές: την παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου και τις επιδράσεις παραμόρφωσης μη ηλεκτρικού πεδίου, οι οποίες είναι και οι δύο ιδιαίτερα επιζήμιες για το μονωτικό υλικό.
Το φορτίο χώρου αναφέρεται στο πλεονάζον φορτίο πέρα από την ηλεκτρική ουδετερότητα μέσα σε μια δομική μονάδα ενός μακροσκοπικού υλικού. Στα στερεά, τα θετικά ή αρνητικά φορτία χώρου συνδέονται με εντοπισμένα επίπεδα ενέργειας, παρέχοντας φαινόμενα πόλωσης με τη μορφή δεσμευμένων πολαρόνων. Η πόλωση φορτίου χώρου συμβαίνει όταν υπάρχουν ελεύθερα ιόντα σε ένα διηλεκτρικό υλικό. Λόγω της κίνησης των ιόντων, τα αρνητικά ιόντα συσσωρεύονται στη διεπαφή κοντά στο θετικό ηλεκτρόδιο και τα θετικά ιόντα συσσωρεύονται στη διεπαφή κοντά στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο εναλλασσόμενου ρεύματος, η μετανάστευση θετικών και αρνητικών φορτίων δεν μπορεί να συμβαδίσει με τις ταχείες αλλαγές στο ηλεκτρικό πεδίο συχνότητας ισχύος, επομένως δεν εμφανίζονται φαινόμενα φορτίου χώρου. Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο συνεχούς ρεύματος, ωστόσο, το ηλεκτρικό πεδίο κατανέμεται ανάλογα με την ειδική αντίσταση, οδηγώντας στο σχηματισμό φορτίων χώρου και επηρεάζοντας την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου. Η μόνωση XLPE περιέχει μεγάλο αριθμό εντοπισμένων καταστάσεων, καθιστώντας τα φαινόμενα φορτίου χώρου ιδιαίτερα σοβαρά.
Η μόνωση XLPE είναι χημικά διασυνδεδεμένη, σχηματίζοντας μια ενσωματωμένη διασυνδεδεμένη δομή. Ως μη πολικό πολυμερές, το ίδιο το καλώδιο μπορεί να παρομοιαστεί με έναν μεγάλο πυκνωτή. Όταν η μετάδοση συνεχούς ρεύματος σταματά, αυτό ισοδυναμεί με τη φόρτιση ενός πυκνωτή. Παρόλο που ο πυρήνας του αγωγού είναι γειωμένος, δεν λαμβάνει χώρα αποτελεσματική εκφόρτιση, αφήνοντας μια σημαντική ποσότητα ενέργειας συνεχούς ρεύματος αποθηκευμένη στο καλώδιο ως χωρικά φορτία. Σε αντίθεση με τα καλώδια εναλλασσόμενου ρεύματος, όπου τα χωρικά φορτία διαχέονται μέσω διηλεκτρικών απωλειών, αυτά τα φορτία συσσωρεύονται σε ελαττώματα στο καλώδιο.
Με την πάροδο του χρόνου, με συχνές διακοπές ρεύματος ή διακυμάνσεις στην ένταση του ρεύματος, τα καλώδια με μόνωση XLPE συσσωρεύουν όλο και περισσότερα φορτία χώρου, επιταχύνοντας τη γήρανση του μονωτικού στρώματος και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του καλωδίου.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Μαρτίου 2025