DC ケーブルの絶縁要件と PP の問題

現在、一般的に使われているのは、断熱材DCケーブルはポリエチレンです。ただし、研究者はポリプロピレン (PP) など、より潜在的な断熱材を探し続けています。それにもかかわらず、ケーブル絶縁材料として PP を使用すると、いくつかの問題が生じます。

 

1. 機械的性質

DC ケーブルの輸送、設置、および操作の基本要件を満たすために、絶縁材料は、良好な柔軟性、破断点伸び、および低温衝撃耐性など、一定の機械的強度を備えている必要があります。ただし、PP は高結晶性ポリマーとして、使用温度範囲内で剛性を示します。さらに、低温環境では脆くなり、亀裂が生じやすくなり、これらの条件を満たせません。したがって、研究はこれらの問題に対処するために PP の強化と修正に焦点を当てる必要があります。

 

2. 耐老化性

長期間使用すると、高電界強度と熱サイクルの複合的な影響により、DC ケーブルの絶縁が徐々に劣化します。この経年劣化は機械的特性や絶縁特性の低下、破壊強度の低下につながり、最終的にはケーブルの信頼性と耐用年数に影響を与えます。ケーブル絶縁の劣化には、機械的、電気的、熱的、化学的側面が含まれますが、電気的劣化と熱的劣化が最も懸念されます。酸化防止剤の添加により、PP の熱酸化老化に対する耐性はある程度向上しますが、酸化防止剤と PP の相溶性の悪さ、移行、添加剤としての不純物が PP の絶縁性能に影響します。したがって、PP の耐老化性を向上させるために酸化防止剤のみに依存するだけでは、DC ケーブル絶縁の寿命と信頼性の要件を満たすことができず、PP を改質するためのさらなる研究が必要になります。

 

3. 絶縁性能

空間電荷は、製品の品質と寿命に影響を与える要因の 1 つです。高圧DCケーブル、局所的な電界分布、絶縁耐力、絶縁材料の経年劣化に大きな影響を与えます。 DC ケーブルの絶縁材料は、空間電荷の蓄積を抑制し、同極性の空間電荷の注入を減らし、異極性の空間電荷の生成を妨げて、絶縁体および界面内の電界歪みを防ぎ、影響を受けない破壊強度と耐久性を確保する必要があります。ケーブルの寿命。

DC ケーブルが単極電界に長期間放置されると、絶縁体内の電極材料で生成された電子、イオン、および不純物のイオン化が空間電荷になります。これらの電荷は急速に移動し、空間電荷の蓄積として知られる電荷パケットに蓄積されます。したがって、DCケーブルにPPを使用する場合には、電荷の発生や蓄積を抑えるための改造が必要となります。

 

4. 熱伝導率

PP ベースの DC ケーブルは熱伝導率が低いため、動作中に発生した熱が速やかに放散されず、絶縁層の内側と外側に温度差が生じ、不均一な温度場が生じます。ポリマー材料の電気伝導率は、温度の上昇とともに増加します。そのため、導電性の低い絶縁層の外側には電荷が蓄積しやすくなり、電界強度が低下します。さらに、温度勾配により大量の空間電荷の注入と移動が引き起こされ、電場がさらに歪められます。温度勾配が大きいほど、より多くの空間電荷の蓄積が発生し、電場の歪みが増大します。前述したように、高温、空間電荷の蓄積、電界の歪みは、DC ケーブルの通常の動作と耐用年数に影響を与えます。したがって、DC ケーブルの安全な動作と長寿命を確保するには、PP の熱伝導率を向上させることが必要です。