Raspodjela napona električnog polja u AC kablovima je ujednačena, a fokus izolacijskih materijala kablova je na dielektričnoj konstanti, na koju ne utiče temperatura. Nasuprot tome, raspodjela napona u DC kablovima je najveća na unutrašnjem sloju izolacije i na nju utiče otpornost izolacijskog materijala. Izolacijski materijali pokazuju negativni temperaturni koeficijent, što znači da se otpornost smanjuje s porastom temperature.
Kada je kabel u radu, gubici u jezgru uzrokuju porast temperature, što dovodi do promjena u otpornosti izolacijskog materijala. To, zauzvrat, uzrokuje promjenu napona električnog polja unutar izolacijskog sloja. Drugim riječima, za istu debljinu izolacije, probojni napon se smanjuje s porastom temperature. Kod DC dalekovoda u distribuiranim elektranama, brzina starenja izolacijskog materijala je znatno brža zbog fluktuacija temperature okoline u poređenju sa zakopanim kablovima, što je ključna tačka koju treba napomenuti.
Tokom proizvodnje slojeva izolacije kablova, nečistoće se neizbježno unose. Ove nečistoće imaju relativno nižu otpornost izolacije i neravnomjerno su raspoređene duž radijalnog smjera izolacijskog sloja. To rezultira različitim zapreminskim otporom na različitim lokacijama. Pod utjecajem istosmjernog napona, električno polje unutar izolacijskog sloja također će varirati, uzrokujući brže starenje područja s najnižom zapreminskom otpornošću i njihovo brže nastajanje.
AC kablovi ne pokazuju ovaj fenomen. Jednostavno rečeno, napon na materijalima AC kablova je ravnomjerno raspoređen, dok je kod DC kablova napon izolacije uvijek koncentriran na najslabijim tačkama. Stoga bi proizvodni procesi i standardi za AC i DC kablove trebali biti različito regulisani.
Umreženi polietilen (XLPE)Izolovani kablovi se široko koriste u AC primjenama zbog svojih odličnih dielektričnih i fizičkih svojstava, kao i visokog odnosa cijene i performansi. Međutim, kada se koriste kao DC kablovi, suočavaju se sa značajnim izazovom vezanim za prostorni naboj, što je posebno kritično kod visokonaponskih DC kablova. Kada se polimeri koriste kao izolacija DC kablova, veliki broj lokalizovanih zamki unutar izolacijskog sloja uzrokuje akumulaciju prostornih naboja. Uticaj prostornih naboja na izolacione materijale uglavnom se ogleda u dva aspekta: izobličenje električnog polja i efekti izobličenja neelektričnog polja, a oba su veoma štetna za izolacioni materijal.
Prostorni naboj se odnosi na višak naboja izvan električne neutralnosti unutar strukturne jedinice makroskopskog materijala. U čvrstim tijelima, pozitivni ili negativni prostorni naboji vezani su za lokalizirane energetske nivoe, pružajući efekte polarizacije u obliku vezanih polarona. Polarizacija prostornog naboja nastaje kada su slobodni ioni prisutni u dielektričnom materijalu. Zbog kretanja iona, negativni ioni se akumuliraju na granici blizu pozitivne elektrode, a pozitivni ioni se akumuliraju na granici blizu negativne elektrode. U naizmjeničnom električnom polju, migracija pozitivnih i negativnih naboja ne može pratiti brze promjene u električnom polju frekvencije napajanja, tako da se efekti prostornog naboja ne javljaju. Međutim, u istosmjernom električnom polju, električno polje se raspoređuje prema otporu, što dovodi do formiranja prostornih naboja i utiče na raspodjelu električnog polja. XLPE izolacija sadrži veliki broj lokaliziranih stanja, što efekte prostornog naboja čini posebno ozbiljnim.
XLPE izolacija je hemijski umrežena, formirajući integriranu umreženu strukturu. Kao nepolarni polimer, sam kabel se može uporediti s velikim kondenzatorom. Kada se zaustavi prijenos istosmjerne struje, to je ekvivalentno punjenju kondenzatora. Iako je jezgra provodnika uzemljena, ne dolazi do efektivnog pražnjenja, ostavljajući značajnu količinu istosmjerne energije pohranjenu u kabelu kao prostorna naboja. Za razliku od AC kablova za napajanje, gdje se prostorna naboja raspršuju kroz dielektrične gubitke, ova naboja se akumuliraju na defektima u kabelu.
Vremenom, s čestim prekidima napajanja ili fluktuacijama u jačini struje, XLPE izolirani kablovi akumuliraju sve više i više prostornih naboja, ubrzavajući starenje izolacijskog sloja i smanjujući vijek trajanja kabela.
Vrijeme objave: 10. mart 2025.