متطلبات العزل لكابلات التيار المستمر ومشاكل PP

حاليا، شائعة الاستخداممادة عازلةلكابلات التيار المستمر هي مادة البولي إيثيلين. ومع ذلك، يبحث الباحثون باستمرار عن المزيد من المواد العازلة المحتملة، مثل البولي بروبيلين (PP). ومع ذلك، فإن استخدام PP كمادة عازلة للكابلات يطرح العديد من المشاكل.

 

1. الخواص الميكانيكية

لتلبية المتطلبات الأساسية لنقل، تركيب، وتشغيل كابلات التيار المستمر، يجب أن تمتلك المواد العازلة قوة ميكانيكية معينة، بما في ذلك المرونة الجيدة، الاستطالة عند الكسر، ومقاومة تأثير درجات الحرارة المنخفضة. ومع ذلك، PP، باعتباره بوليمر عالي التبلور، يُظهر صلابة ضمن نطاق درجة حرارة العمل الخاصة به. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يظهر هشاشة وقابلية للتشقق في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، وعدم استيفاء هذه الشروط. ولذلك، يجب أن يركز البحث على تشديد وتعديل PP لمعالجة هذه القضايا.

 

2. مقاومة الشيخوخة

أثناء الاستخدام طويل الأمد، يتقادم عزل كابل التيار المستمر تدريجيًا بسبب التأثيرات المجمعة لكثافة المجال الكهربائي العالية والتدوير الحراري. يؤدي هذا التقادم إلى انخفاض في الخصائص الميكانيكية والعزلية، فضلاً عن انخفاض في قوة الانهيار، مما يؤثر في النهاية على موثوقية الكابل وعمر الخدمة. يشمل تقادم عزل الكابلات الجوانب الميكانيكية والكهربائية والحرارية والكيميائية، مع كون التقادم الكهربائي والحراري هو الأكثر إثارة للقلق. على الرغم من أن إضافة مضادات الأكسدة يمكن أن يحسن مقاومة PP للشيخوخة التأكسدية الحرارية إلى حد ما، إلا أن ضعف التوافق بين مضادات الأكسدة وPP، والهجرة، وشوائبها كإضافات تؤثر على أداء عزل PP. ولذلك، فإن الاعتماد فقط على مضادات الأكسدة لتحسين مقاومة شيخوخة PP لا يمكن أن يلبي متطلبات العمر والموثوقية لعزل كابل التيار المستمر، مما يستلزم إجراء المزيد من الأبحاث حول تعديل PP.

 

3. أداء العزل

شحنة الفضاء، باعتبارها واحدة من العوامل التي تؤثر على الجودة وعمر الخدمةكابلات التيار المستمر ذات الجهد العالي، يؤثر بشكل كبير على توزيع المجال الكهربائي المحلي، وقوة العزل الكهربائي، وشيخوخة المواد العازلة. تحتاج المواد العازلة لكابلات التيار المستمر إلى قمع تراكم الشحنات الفضائية، وتقليل حقن الشحنات الفضائية المشابهة للقطبية، وإعاقة توليد الشحنات الفضائية غير القطبية لمنع تشويه المجال الكهربائي داخل العزل والواجهات، مما يضمن عدم تأثر قوة الانهيار و عمر الكابل.

عندما تظل كابلات التيار المستمر في مجال كهربائي أحادي القطب لفترة طويلة، فإن الإلكترونات والأيونات والتأين الشوائب المتولدة في مادة القطب داخل العزل تصبح شحنات فضائية. وتهاجر هذه الشحنات بسرعة وتتراكم في حزم شحنة، وهو ما يُعرف باسم تراكم الشحنة الفضائية. لذلك، عند استخدام كابلات PP في التيار المستمر، تكون التعديلات ضرورية لمنع توليد الشحن وتراكمه.

 

4. التوصيل الحراري

نظرًا لضعف التوصيل الحراري، لا يمكن أن تتبدد الحرارة المتولدة أثناء تشغيل كابلات DC القائمة على PP بسرعة، مما يؤدي إلى اختلافات في درجات الحرارة بين الجوانب الداخلية والخارجية للطبقة العازلة، مما يؤدي إلى إنشاء مجال درجة حرارة غير متساوٍ. تزداد الموصلية الكهربائية لمواد البوليمر مع ارتفاع درجات الحرارة. ولذلك، يصبح الجانب الخارجي للطبقة العازلة ذات الموصلية المنخفضة عرضة لتراكم الشحنات، مما يؤدي إلى انخفاض شدة المجال الكهربائي. علاوة على ذلك، تؤدي التدرجات الحرارية إلى حقن وهجرة عدد كبير من الشحنات الفضائية، مما يزيد من تشويه المجال الكهربائي. كلما زاد التدرج في درجة الحرارة، زاد تراكم الشحنات الفضائية، مما أدى إلى تكثيف تشويه المجال الكهربائي. كما ناقشنا سابقًا، تؤثر درجة الحرارة المرتفعة وتراكم الشحنات الفضائية وتشوه المجال الكهربائي على التشغيل العادي وعمر الخدمة لكابلات التيار المستمر. ومن ثم، فإن تحسين التوصيل الحراري لـ PP ضروري لضمان التشغيل الآمن وعمر الخدمة الطويل لكابلات التيار المستمر.