Attualmente, il metodo comunemente utilizzatomateriale isolantePer i cavi CC, il polietilene è il materiale isolante più utilizzato. Tuttavia, i ricercatori sono costantemente alla ricerca di altri potenziali materiali isolanti, come il polipropilene (PP). Tuttavia, l'utilizzo del PP come materiale isolante per i cavi presenta diversi problemi.
1. Proprietà meccaniche
Per soddisfare i requisiti di base per il trasporto, l'installazione e il funzionamento dei cavi CC, il materiale isolante deve possedere una certa resistenza meccanica, tra cui buona flessibilità, allungamento a rottura e resistenza agli urti a bassa temperatura. Tuttavia, il PP, essendo un polimero altamente cristallino, mostra rigidità nell'intervallo di temperature di esercizio. Inoltre, mostra fragilità e suscettibilità alla fessurazione in ambienti a bassa temperatura, non soddisfacendo tali requisiti. Pertanto, la ricerca deve concentrarsi sul rafforzamento e sulla modifica del PP per affrontare questi problemi.
2. Resistenza all'invecchiamento
Durante l'uso a lungo termine, l'isolamento dei cavi CC invecchia gradualmente a causa dell'effetto combinato di elevata intensità del campo elettrico e cicli termici. Questo invecchiamento porta a una riduzione delle proprietà meccaniche e isolanti, nonché a una diminuzione della resistenza alla rottura, influendo in definitiva sull'affidabilità e sulla durata del cavo. L'invecchiamento dell'isolamento dei cavi comprende aspetti meccanici, elettrici, termici e chimici, con l'invecchiamento elettrico e termico che rappresentano i più preoccupanti. Sebbene l'aggiunta di antiossidanti possa migliorare in una certa misura la resistenza del PP all'invecchiamento termico ossidativo, la scarsa compatibilità tra antiossidanti e PP, la migrazione e la presenza di impurità come additivi influiscono sulle prestazioni isolanti del PP. Pertanto, affidarsi esclusivamente agli antiossidanti per migliorare la resistenza all'invecchiamento del PP non può soddisfare i requisiti di durata e affidabilità dell'isolamento dei cavi CC, rendendo necessarie ulteriori ricerche sulla modifica del PP.
3. Prestazioni di isolamento
La carica spaziale, come uno dei fattori che influenzano la qualità e la durata di vita dicavi CC ad alta tensione, influisce significativamente sulla distribuzione locale del campo elettrico, sulla rigidità dielettrica e sull'invecchiamento del materiale isolante. I materiali isolanti per cavi CC devono sopprimere l'accumulo di carica spaziale, ridurre l'iniezione di cariche spaziali di polarità uguale e ostacolare la generazione di cariche spaziali di polarità diversa per prevenire la distorsione del campo elettrico all'interno dell'isolamento e delle interfacce, garantendo inalterata la resistenza alla rottura e la durata del cavo.
Quando i cavi CC rimangono immersi in un campo elettrico unipolare per un periodo prolungato, gli elettroni, gli ioni e la ionizzazione delle impurità generati dal materiale dell'elettrodo all'interno dell'isolamento si trasformano in cariche spaziali. Queste cariche migrano rapidamente e si accumulano in pacchetti di cariche, un fenomeno noto come accumulo di carica spaziale. Pertanto, quando si utilizza il PP nei cavi CC, sono necessarie modifiche per sopprimere la generazione e l'accumulo di cariche.
4. Conduttività termica
A causa della scarsa conduttività termica, il calore generato durante il funzionamento dei cavi CC in PP non può dissiparsi rapidamente, con conseguenti differenze di temperatura tra il lato interno ed esterno dello strato isolante, creando un campo termico non uniforme. La conduttività elettrica dei materiali polimerici aumenta con l'aumentare della temperatura. Pertanto, il lato esterno dello strato isolante con conduttività inferiore è soggetto ad accumulo di cariche, con conseguente riduzione dell'intensità del campo elettrico. Inoltre, i gradienti di temperatura causano l'iniezione e la migrazione di un gran numero di cariche spaziali, distorcendo ulteriormente il campo elettrico. Maggiore è il gradiente di temperatura, maggiore è l'accumulo di cariche spaziali, intensificando la distorsione del campo elettrico. Come discusso in precedenza, l'alta temperatura, l'accumulo di cariche spaziali e la distorsione del campo elettrico influiscono sul normale funzionamento e sulla durata dei cavi CC. Pertanto, migliorare la conduttività termica del PP è necessario per garantire un funzionamento sicuro e una durata prolungata dei cavi CC.
Data di pubblicazione: 04-01-2024