Разпределението на напрежението в електрическото поле в кабелите за променлив ток е равномерно, а фокусът на изолационните материали за кабели е върху диелектричната константа, която не се влияе от температурата. За разлика от това, разпределението на напрежението в кабелите за постоянен ток е най-високо във вътрешния слой на изолацията и се влияе от съпротивлението на изолационния материал. Изолационните материали показват отрицателен температурен коефициент, което означава, че с повишаване на температурата съпротивлението намалява.
Когато кабелът е в експлоатация, загубите в сърцевината водят до повишаване на температурата, което води до промени в съпротивлението на изолационния материал. Това от своя страна води до промяна в напрежението на електрическото поле в изолационния слой. С други думи, при една и съща дебелина на изолацията, пробивното напрежение намалява с повишаване на температурата. При магистралните линии за постоянен ток в разпределените електроцентрали скоростта на стареене на изолационния материал е значително по-бърза поради колебанията в температурата на околната среда в сравнение със заровените кабели, което е критичен момент, който трябва да се отбележи.
По време на производството на кабелни изолационни слоеве неизбежно се въвеждат примеси. Тези примеси имат относително по-ниско съпротивление на изолацията и са неравномерно разпределени по радиалната посока на изолационния слой. Това води до различно обемно съпротивление на различни места. Под действието на постоянно напрежение електрическото поле в изолационния слой също ще варира, което води до по-бързо стареене на зоните с най-ниско обемно съпротивление и превръщането им в потенциални точки на повреда.
Променливотоковите кабели не проявяват това явление. Казано по-просто, напрежението върху материалите на променливотоковите кабели е равномерно разпределено, докато при постояннотоковите кабели изолационното напрежение винаги е концентрирано в най-слабите точки. Следователно, производствените процеси и стандартите за променливотокови и постояннотокови кабели трябва да се управляват по различен начин.
Омрежен полиетилен (XLPE)Изолираните кабели се използват широко в променливотокови приложения поради отличните си диелектрични и физични свойства, както и високото си съотношение цена-качество. Когато обаче се използват като постояннотокови кабели, те са изправени пред значително предизвикателство, свързано с пространствения заряд, което е особено критично при високоволтови постояннотокови кабели. Когато полимерите се използват като изолация на постояннотокови кабели, голям брой локализирани капани в изолационния слой причиняват натрупване на пространствени заряди. Въздействието на пространствените заряди върху изолационните материали се отразява главно в два аспекта: изкривяване на електрическото поле и ефекти на изкривяване на неелектрическото поле, като и двата са силно вредни за изолационния материал.
Пространственият заряд се отнася до излишния заряд отвъд електрическата неутралност в рамките на структурна единица на макроскопичен материал. В твърдите тела положителните или отрицателните пространствени заряди са свързани с локализирани енергийни нива, осигурявайки поляризационни ефекти под формата на свързани полярони. Поляризацията на пространствения заряд възниква, когато в диелектричен материал присъстват свободни йони. Поради движението на йоните, отрицателните йони се натрупват на границата близо до положителния електрод, а положителните йони се натрупват на границата близо до отрицателния електрод. В променливотоково електрическо поле миграцията на положителни и отрицателни заряди не може да се справи с бързите промени в електрическото поле с честота на захранване, така че не се наблюдават ефекти на пространствения заряд. В постояннотоково електрическо поле обаче електрическото поле се разпределя според съпротивлението, което води до образуване на пространствени заряди и влияе върху разпределението на електрическото поле. XLPE изолацията съдържа голям брой локализирани състояния, което прави ефектите на пространствения заряд особено тежки.
XLPE изолацията е химически омрежена, образувайки интегрирана омрежена структура. Като неполярен полимер, самият кабел може да се оприличи на голям кондензатор. Когато предаването на постоянен ток спре, това е еквивалентно на зареждане на кондензатор. Въпреки че сърцевината на проводника е заземена, не се получава ефективно разреждане, оставяйки значително количество постоянен ток, съхранено в кабела като пространствени заряди. За разлика от захранващите кабели за променлив ток, където пространствените заряди се разсейват чрез диелектрични загуби, тези заряди се натрупват при дефекти в кабела.
С течение на времето, при чести прекъсвания на захранването или колебания в силата на тока, кабелите с XLPE изолация натрупват все повече и повече пространствени заряди, ускорявайки стареенето на изолационния слой и намалявайки експлоатационния живот на кабела.
Време на публикуване: 10 март 2025 г.