متطلبات العزل لكابلات التيار المستمر ومشاكل البولي بروبيلين

حالياً، تُستخدم بشكل شائعمادة عازلةيُستخدم البولي إيثيلين عادةً في عزل كابلات التيار المستمر. ومع ذلك، يسعى الباحثون باستمرار إلى إيجاد مواد عازلة أخرى محتملة، مثل البولي بروبيلين (PP). إلا أن استخدام البولي بروبيلين كمادة عازلة للكابلات يطرح العديد من المشاكل.

 

1. الخواص الميكانيكية

لتلبية المتطلبات الأساسية لنقل وتركيب وتشغيل كابلات التيار المستمر، يجب أن تتمتع مادة العزل بقوة ميكانيكية معينة، بما في ذلك مرونة جيدة، واستطالة عند الكسر، ومقاومة للصدمات في درجات الحرارة المنخفضة. ومع ذلك، يُظهر البولي بروبيلين، باعتباره بوليمرًا عالي التبلور، صلابة ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر هشاشة وقابلية للتشقق في بيئات درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعله غير قادر على تلبية هذه الشروط. لذلك، يجب أن يركز البحث على تقوية البولي بروبيلين وتعديله لمعالجة هذه المشكلات.

 

2. مقاومة الشيخوخة

أثناء الاستخدام طويل الأمد، يتلف عزل كابلات التيار المستمر تدريجيًا نتيجةً لتأثيرات شدة المجال الكهربائي العالية والتغيرات الحرارية المتكررة. يؤدي هذا التلف إلى انخفاض في الخصائص الميكانيكية وخصائص العزل، بالإضافة إلى انخفاض في قوة العزل، مما يؤثر في النهاية على موثوقية الكابل وعمره الافتراضي. يشمل تلف عزل الكابل جوانب ميكانيكية وكهربائية وحرارية وكيميائية، ويُعد التلف الكهربائي والحراري الأكثر إثارة للقلق. على الرغم من أن إضافة مضادات الأكسدة قد تُحسّن مقاومة البولي بروبيلين للتلف التأكسدي الحراري إلى حدٍ ما، إلا أن ضعف التوافق بين مضادات الأكسدة والبولي بروبيلين، وهجرة هذه المضادات، ووجود شوائب فيها كمضافات، كلها عوامل تؤثر على أداء عزل البولي بروبيلين. لذلك، فإن الاعتماد على مضادات الأكسدة وحدها لتحسين مقاومة البولي بروبيلين للتلف لا يفي بمتطلبات العمر الافتراضي والموثوقية لعزل كابلات التيار المستمر، مما يستدعي إجراء المزيد من الأبحاث حول تعديل البولي بروبيلين.

 

3. أداء العزل

الشحنة الفضائية، كأحد العوامل المؤثرة على جودة وعمر...كابلات التيار المستمر عالية الجهديؤثر ذلك بشكل كبير على توزيع المجال الكهربائي المحلي، وقوة العزل الكهربائي، وعمر مواد العزل. يجب أن تعمل مواد عزل كابلات التيار المستمر على كبح تراكم الشحنات الفضائية، والحد من حقن الشحنات الفضائية ذات القطبية المتشابهة، ومنع توليد الشحنات الفضائية ذات القطبية المختلفة، وذلك لمنع تشوه المجال الكهربائي داخل العزل والوصلات، مما يضمن عدم تأثر قوة العزل الكهربائي وعمر الكابل.

عندما تبقى كابلات التيار المستمر في مجال كهربائي أحادي القطب لفترة طويلة، تتحول الإلكترونات والأيونات وتأين الشوائب المتولدة عند مادة القطب داخل العازل إلى شحنات فضائية. تنتقل هذه الشحنات بسرعة وتتراكم في حزم شحنة، وهو ما يُعرف بتراكم الشحنة الفضائية. لذلك، عند استخدام البولي بروبيلين في كابلات التيار المستمر، يلزم إجراء تعديلات لكبح توليد الشحنات وتراكمها.

 

4. الموصلية الحرارية

بسبب ضعف التوصيل الحراري، لا تتبدد الحرارة المتولدة أثناء تشغيل كابلات التيار المستمر المصنوعة من البولي بروبيلين بسرعة، مما يؤدي إلى اختلافات في درجات الحرارة بين الجانبين الداخلي والخارجي لطبقة العزل، وبالتالي خلق مجال حراري غير متجانس. تزداد الموصلية الكهربائية للمواد البوليمرية مع ارتفاع درجات الحرارة. لذلك، يصبح الجانب الخارجي لطبقة العزل، ذو الموصلية المنخفضة، أكثر عرضة لتراكم الشحنات، مما يؤدي إلى انخفاض شدة المجال الكهربائي. علاوة على ذلك، تتسبب تدرجات درجة الحرارة في حقن وانتقال عدد كبير من الشحنات الفضائية، مما يزيد من تشوه المجال الكهربائي. كلما زاد تدرج درجة الحرارة، زاد تراكم الشحنات الفضائية، مما يزيد من تشوه المجال الكهربائي. كما ذُكر سابقًا، تؤثر درجة الحرارة المرتفعة وتراكم الشحنات الفضائية وتشوه المجال الكهربائي على التشغيل الطبيعي وعمر خدمة كابلات التيار المستمر. لذا، يُعد تحسين التوصيل الحراري للبولي بروبيلين ضروريًا لضمان التشغيل الآمن وإطالة عمر خدمة كابلات التيار المستمر.