Attualmente, quello comunemente usatomateriale isolanteper i cavi DC è polietilene. Tuttavia, i ricercatori sono alla continua ricerca di materiali isolanti più potenziali, come il polipropilene (PP). Tuttavia, l’utilizzo del PP come materiale isolante dei 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, inclusa una buona flessibilità, allungamento alla rottura e resistenza agli urti a bassa temperatura. Tuttavia, il PP, essendo un polimero altamente cristallino, mostra rigidità nel suo intervallo di temperature di esercizio. Inoltre, mostra fragilità e suscettibilità alla fessurazione in ambienti a bassa temperatura, non riuscendo a soddisfare queste condizioni. 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 del cavo CC invecchia gradualmente a causa degli effetti combinati dell'elevata intensità del campo elettrico e del ciclo termico. Questo invecchiamento porta ad una riduzione delle proprietà meccaniche e di isolamento, nonché ad una diminuzione della resistenza alla rottura, influenzando in definitiva l'affidabilità e la durata del cavo. L’invecchiamento dell’isolamento dei cavi comprende aspetti meccanici, elettrici, termici e chimici, tra cui l’invecchiamento elettrico e termico è quello più preoccupante. Sebbene l'aggiunta di antiossidanti possa migliorare in una certa misura la resistenza del PP all'invecchiamento ossidativo termico, la scarsa compatibilità tra antiossidanti e PP, la migrazione e la loro impurità come additivi influenzano le prestazioni di isolamento del PP. Pertanto, fare affidamento esclusivamente sugli 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
Carica spaziale, come uno dei fattori che influenzano la qualità e la durata della vitacavi CC ad alta tensione, ha un impatto significativo sulla distribuzione del campo elettrico locale, 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 con polarità simile e ostacolare la generazione di cariche spaziali con polarità diversa per prevenire la distorsione del campo elettrico all'interno dell'isolamento e delle interfacce, garantendo resistenza alla rottura inalterata e durata del cavo.
Quando i cavi CC rimangono in un campo elettrico unipolare per un periodo prolungato, gli elettroni, gli ioni e la ionizzazione delle impurità generati nel materiale dell'elettrodo all'interno dell'isolamento diventano cariche spaziali. Queste cariche migrano rapidamente e si accumulano in pacchetti di carica, noti come accumulo di carica spaziale. Pertanto, quando si utilizza il PP nei cavi CC, sono necessarie modifiche per eliminare la generazione e l’accumulo di carica.
4. Conducibilità termica
A causa della scarsa conduttività termica, il calore generato durante il funzionamento dei cavi CC a base di PP non può dissiparsi rapidamente, con conseguenti differenze di temperatura tra i lati interno ed esterno dello strato isolante, creando un campo di temperatura irregolare. La conduttività elettrica dei materiali polimerici aumenta con l'aumento della temperatura. Pertanto, il lato esterno dello strato isolante con conduttività inferiore diventa soggetto ad accumulo di carica, con conseguente riduzione dell’intensità del campo elettrico. Inoltre, i gradienti di temperatura provocano 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, l'alta temperatura, 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 il funzionamento sicuro e una durata prolungata dei cavi CC.
Orario di pubblicazione: 04 gennaio 2024