A váltakozó áramú kábelekben az elektromos tér feszültségeloszlása egyenletes, és a kábelszigetelő anyagok fókuszában a dielektromos állandó áll, amelyet a hőmérséklet nem befolyásol. Ezzel szemben az egyenáramú kábelekben a feszültségeloszlás a szigetelés belső rétegénél a legnagyobb, és a szigetelőanyag ellenállása befolyásolja. A szigetelőanyagok negatív hőmérsékleti együtthatót mutatnak, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedésével az ellenállás csökken.
Amikor egy kábel üzemel, a vasveszteségek a hőmérséklet emelkedését okozzák, ami a szigetelőanyag ellenállásának változásához vezet. Ez viszont a szigetelőrétegen belüli elektromos térerősség változását okozza. Más szóval, azonos szigetelésvastagság mellett a letörési feszültség csökken a hőmérséklet emelkedésével. Az elosztott erőművekben található egyenáramú gerincvezetékek esetében a szigetelőanyag öregedési sebessége jelentősen gyorsabb a környezeti hőmérséklet ingadozása miatt a földbe fektetett kábelekhez képest, ami egy fontos szempont.
A kábelszigetelő rétegek gyártása során elkerülhetetlenül szennyeződések kerülnek a rendszerbe. Ezek a szennyeződések viszonylag alacsonyabb szigetelési ellenállással rendelkeznek, és egyenetlenül oszlanak el a szigetelő réteg sugárirányában. Ez változó térfogati ellenállást eredményez a különböző helyeken. Egyenfeszültség alatt a szigetelő rétegen belüli elektromos tér is változik, aminek következtében a legalacsonyabb térfogati ellenállású területek gyorsabban öregednek, és potenciális meghibásodási pontokká válnak.
A váltakozó áramú kábeleknél ez a jelenség nem tapasztalható. Egyszerűen fogalmazva, a váltakozó áramú kábelek anyagaira nehezedő terhelés egyenletesen oszlik el, míg az egyenáramú kábeleknél a szigetelési terhelés mindig a leggyengébb pontokon koncentrálódik. Ezért az váltakozó áramú és egyenáramú kábelek gyártási folyamatait és szabványait eltérően kell kezelni.
Térhálós polietilén (XLPE)A szigetelt kábeleket széles körben használják váltakozó áramú alkalmazásokban kiváló dielektromos és fizikai tulajdonságaik, valamint magas ár-érték arányuk miatt. Egyenáramú kábelként azonban jelentős kihívással szembesülnek a tértöltéssel kapcsolatban, ami különösen kritikus a nagyfeszültségű egyenáramú kábeleknél. Amikor polimereket használnak egyenáramú kábelszigetelésként, a szigetelőrétegen belüli nagyszámú lokalizált csapda a tértöltések felhalmozódását okozza. A tértöltések hatása a szigetelőanyagokra főként két aspektusban tükröződik: az elektromos tér torzulásában és a nem elektromos tér torzulási hatásaiban, amelyek mindkettő rendkívül káros a szigetelőanyagra nézve.
A tértöltés a makroszkopikus anyag szerkezeti egységén belüli, az elektromos semlegességen túli többlettöltést jelenti. Szilárd anyagokban a pozitív vagy negatív tértöltések lokalizált energiaszintekhez kötődnek, polarizációs hatásokat eredményezve kötött polaronok formájában. A tértöltés-polarizáció akkor következik be, amikor szabad ionok vannak jelen egy dielektromos anyagban. Az ionmozgás miatt a negatív ionok a pozitív elektróda közelében lévő határfelületen halmozódnak fel, a pozitív ionok pedig a negatív elektróda közelében lévő határfelületen. Váltakozó áramú elektromos térben a pozitív és negatív töltések migrációja nem tud lépést tartani a teljesítményfrekvenciás elektromos tér gyors változásaival, így a tértöltés-hatások nem jelentkeznek. Egyenáramú elektromos térben azonban az elektromos tér az ellenállás szerint oszlik el, ami tértöltések kialakulásához vezet, és befolyásolja az elektromos tér eloszlását. Az XLPE szigetelés nagyszámú lokalizált állapotot tartalmaz, ami különösen súlyossá teszi a tértöltés-hatásokat.
Az XLPE szigetelés kémiailag térhálósított, integrált térhálós szerkezetet alkotva. Apoláris polimerként maga a kábel egy nagy kondenzátorhoz hasonlítható. Amikor az egyenáramú átvitel megszűnik, az egyenértékű egy kondenzátor töltésével. Bár a vezető magja földelt, effektív kisülés nem történik, így jelentős mennyiségű egyenáramú energia tárolódik a kábelben tértöltések formájában. A váltakozó áramú tápkábelekkel ellentétben, ahol a tértöltések dielektromos veszteségek révén disszipálódnak, ezek a töltések a kábel hibáinál halmozódnak fel.
Idővel, gyakori áramkimaradások vagy az áramerősség ingadozása miatt az XLPE szigetelésű kábelek egyre több tértöltést halmoznak fel, ami felgyorsítja a szigetelőréteg öregedését és csökkenti a kábel élettartamát.
Közzététel ideje: 2025. márc. 10.