متطلبات العزل لكابلات التيار المستمر والمشكلات المتعلقة بالبولي بروبلين

حاليا، يتم استخدام عادةمادة عازلةيُستخدم البولي إيثيلين في كابلات التيار المستمر. ومع ذلك، يسعى الباحثون باستمرار إلى إيجاد مواد عزل أكثر فعالية، مثل البولي بروبيلين (PP). مع ذلك، يُثير استخدام البولي بروبيلين (PP) كعازل للكابلات العديد من المشاكل.

 

1. الخصائص الميكانيكية

لتلبية المتطلبات الأساسية لنقل وتركيب وتشغيل كابلات التيار المستمر، يجب أن تتمتع مادة العزل بقوة ميكانيكية معينة، تشمل مرونة جيدة، واستطالة عند الانقطاع، ومقاومة للصدمات في درجات الحرارة المنخفضة. ومع ذلك، يتميز البولي بروبلين (PP)، كونه بوليمرًا عالي التبلور، بصلابة ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر هشاشة وقابلية للتشقق في بيئات درجات الحرارة المنخفضة، مما يفشل في تلبية هذه الشروط. لذلك، يجب أن يركز البحث على تقوية البولي بروبلين وتعديله لمعالجة هذه المشكلات.

 

2. مقاومة الشيخوخة

خلال الاستخدام طويل الأمد، يتقدم عزل كابلات التيار المستمر في العمر تدريجيًا نتيجةً للتأثيرات المشتركة لشدة المجال الكهربائي العالية والدورة الحرارية. يؤدي هذا التقدم في العمر إلى انخفاض في الخواص الميكانيكية والعزلية، بالإضافة إلى انخفاض في قوة الانهيار، مما يؤثر في النهاية على موثوقية الكابل وعمره الافتراضي. يشمل شيخوخة عزل الكابلات جوانب ميكانيكية وكهربائية وحرارية وكيميائية، ويُعدّ التقدم في العمر الكهربائي والحراري الأكثر إثارة للقلق. على الرغم من أن إضافة مضادات الأكسدة يمكن أن تُحسّن مقاومة البولي بروبلين للشيخوخة التأكسدية الحرارية إلى حد ما، إلا أن ضعف التوافق بين مضادات الأكسدة والبولي بروبلين، وهجرتهما، وشوائبهما كمضافات تؤثر على أداء عزل البولي بروبلين. لذلك، فإن الاعتماد فقط على مضادات الأكسدة لتحسين مقاومة البولي بروبلين للشيخوخة لا يفي بمتطلبات العمر الافتراضي والموثوقية لعزل كابلات التيار المستمر، مما يستلزم إجراء المزيد من الأبحاث حول تعديل البولي بروبلين.

 

3. أداء العزل

رسوم المساحة، كأحد العوامل المؤثرة على جودة وعمركابلات التيار المستمر عالية الجهديؤثر هذا بشكل كبير على توزيع المجال الكهربائي المحلي، وقوة العزل، وعمر مادة العزل. يجب أن تمنع مواد عزل كابلات التيار المستمر تراكم الشحنات الفراغية، وتقلل من حقن الشحنات الفراغية متشابهة القطبية، وتمنع توليد الشحنات الفراغية متباينة القطبية، وذلك لمنع تشوه المجال الكهربائي داخل العزل والواجهات، مما يضمن قوة تعطل الكابل وعمره الافتراضي.

عندما تبقى كابلات التيار المستمر في مجال كهربائي أحادي القطب لفترة طويلة، فإن الإلكترونات والأيونات وتأين الشوائب المتولدة في مادة القطب الكهربائي داخل العازل تصبح شحنات فراغية. تنتقل هذه الشحنات بسرعة وتتراكم في حزم شحن، تُعرف باسم تراكم الشحنة الفراغية. لذلك، عند استخدام البولي بروبلين في كابلات التيار المستمر، يلزم إجراء تعديلات لمنع توليد الشحنات وتراكمها.

 

4. الموصلية الحرارية

بسبب ضعف التوصيل الحراري، لا يمكن للحرارة المتولدة أثناء تشغيل كابلات التيار المستمر القائمة على البولي بروبلين أن تتبدد بسرعة، مما يؤدي إلى اختلافات في درجات الحرارة بين الجانبين الداخلي والخارجي لطبقة العزل، مما يخلق مجالًا حراريًا غير متساوٍ. تزداد الموصلية الكهربائية للمواد البوليمرية مع ارتفاع درجات الحرارة. لذلك، يصبح الجانب الخارجي لطبقة العزل ذات الموصلية المنخفضة عرضة لتراكم الشحنات، مما يؤدي إلى انخفاض شدة المجال الكهربائي. علاوة على ذلك، تتسبب تدرجات الحرارة في حقن وهجرة عدد كبير من الشحنات الفراغية، مما يزيد من تشويه المجال الكهربائي. كلما زاد تدرج درجة الحرارة، زاد تراكم الشحنات الفراغية، مما يزيد من تشويه المجال الكهربائي. كما نوقش سابقًا، تؤثر درجة الحرارة المرتفعة وتراكم الشحنات الفراغية وتشوه المجال الكهربائي على التشغيل العادي وعمر خدمة كابلات التيار المستمر. وبالتالي، فإن تحسين الموصلية الحرارية للبولي بروبلين ضروري لضمان التشغيل الآمن وإطالة عمر خدمة كابلات التيار المستمر.