Attualmente, il comunemente usatomateriale isolantePer i cavi in corrente continua si utilizza il polietilene. Tuttavia, i ricercatori sono costantemente alla ricerca di materiali isolanti più promettenti, come il polipropilene (PP). Ciononostante, l'utilizzo del PP come materiale isolante per cavi presenta diversi problemi.
1. Proprietà meccaniche
Per soddisfare i requisiti di base per il trasporto, l'installazione e il funzionamento dei cavi in corrente continua, il materiale isolante deve possedere una certa resistenza meccanica, tra cui una buona flessibilità, allungamento a rottura e resistenza agli urti a basse temperature. Tuttavia, il PP, essendo un polimero altamente cristallino, presenta rigidità all'interno del suo intervallo di temperatura di esercizio. Inoltre, mostra fragilità e suscettibilità alla fessurazione in ambienti a bassa temperatura, non soddisfacendo quindi tali condizioni. Pertanto, la ricerca deve concentrarsi sul miglioramento della tenacità e sulla modifica del PP per risolvere questi problemi.
2. Resistenza all'invecchiamento
Durante l'utilizzo prolungato, l'isolamento dei cavi in corrente continua (CC) invecchia gradualmente a causa degli effetti combinati dell'elevata intensità del campo elettrico e dei cicli termici. Questo invecchiamento comporta una riduzione delle proprietà meccaniche e di isolamento, nonché una diminuzione della rigidità dielettrica, compromettendo in ultima analisi l'affidabilità e la durata del cavo. L'invecchiamento dell'isolamento dei cavi comprende aspetti meccanici, elettrici, termici e chimici, tra cui quelli elettrici e termici sono i più problematici. Sebbene l'aggiunta di antiossidanti possa migliorare in una certa misura la resistenza del PP all'invecchiamento termo-ossidativo, la scarsa compatibilità tra antiossidanti e PP, la migrazione e la presenza di impurità come additivi influiscono sulle prestazioni di isolamento del PP. Pertanto, affidarsi esclusivamente agli antiossidanti per migliorare la resistenza all'invecchiamento del PP non è sufficiente a soddisfare i requisiti di durata e affidabilità dell'isolamento dei cavi in CC, rendendo necessarie ulteriori ricerche sulla modifica del PP.
3. Prestazioni di isolamento
La carica spaziale, in quanto uno dei fattori che influenzano la qualità e la durata di vita dicavi CC ad alta tensioneCiò ha un impatto significativo sulla distribuzione locale del campo elettrico, sulla rigidità dielettrica e sull'invecchiamento del materiale isolante. I materiali isolanti per i cavi CC devono sopprimere l'accumulo di carica spaziale, ridurre l'iniezione di cariche spaziali di polarità simile e impedire la generazione di cariche spaziali di polarità opposta per prevenire la distorsione del campo elettrico all'interno dell'isolamento e delle interfacce, garantendo una rigidità dielettrica e una durata del cavo inalterate.
Quando i cavi in corrente continua rimangono in un campo elettrico unipolare per un periodo prolungato, gli elettroni, gli ioni e le impurità generate nel materiale degli elettrodi all'interno dell'isolamento diventano cariche spaziali. Queste cariche migrano rapidamente e si accumulano in pacchetti di carica, fenomeno noto come accumulo di carica spaziale. Pertanto, quando si utilizza il PP nei cavi in corrente continua, sono necessarie delle modifiche per sopprimere la generazione e l'accumulo di carica.
4. Conduttività termica
A causa della scarsa conduttività termica, il calore generato durante il funzionamento dei cavi CC a base di PP non riesce a dissiparsi rapidamente, con conseguenti differenze di temperatura tra il lato interno e quello 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 minore conduttività, è soggetto all'accumulo di carica, 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 carica spaziale, intensificando la distorsione del campo elettrico. Come discusso in precedenza, le alte temperature, l'accumulo di carica spaziale e la distorsione del campo elettrico influiscono sul normale funzionamento e sulla durata dei cavi CC. Pertanto, è necessario migliorare la conduttività termica del PP per garantire un funzionamento sicuro e una maggiore durata dei cavi CC.
Data di pubblicazione: 4 gennaio 2024