Raspodjela naprezanja električnog polja u AC kabelima je jednolika, a fokus izolacijskih materijala kabela je na dielektričnoj konstanti, na koju ne utječe temperatura. Nasuprot tome, raspodjela naprezanja u DC kabelima je najveća na unutarnjem sloju izolacije i na nju utječe otpor izolacijskog materijala. Izolacijski materijali pokazuju negativni temperaturni koeficijent, što znači da se s porastom temperature otpor smanjuje.
Kada je kabel u radu, gubici u jezgri uzrokuju porast temperature, što dovodi do promjena u otpornosti izolacijskog materijala. To, pak, uzrokuje promjenu naprezanja električnog polja unutar izolacijskog sloja. Drugim riječima, za istu debljinu izolacije, probojni napon se smanjuje s porastom temperature. Za istosmjerne dalekovode u distribuiranim elektranama, brzina starenja izolacijskog materijala znatno je brža zbog fluktuacija temperature okoline u usporedbi s ukopanim kabelima, što je ključna točka koju treba napomenuti.
Tijekom proizvodnje slojeva izolacije kabela, neizbježno se unose nečistoće. Te nečistoće imaju relativno niži otpor izolacije i neravnomjerno su raspoređene duž radijalnog smjera izolacijskog sloja. To rezultira različitim volumskim otporom na različitim mjestima. Pod utjecajem istosmjernog napona, električno polje unutar izolacijskog sloja također će se mijenjati, uzrokujući brže starenje područja s najnižim volumskim otporom i postanak potencijalnih točaka kvara.
AC kabeli ne pokazuju ovaj fenomen. Jednostavno rečeno, naprezanje na materijalima AC kabela je ravnomjerno raspoređeno, dok je kod DC kabela izolacijsko naprezanje uvijek koncentrirano na najslabijim točkama. Stoga bi proizvodni procesi i standardi za AC i DC kabele trebali biti različito upravljani.
Umreženi polietilen (XLPE)Izolirani kabeli se široko koriste u AC primjenama zbog svojih izvrsnih dielektričnih i fizičkih svojstava, kao i visokog omjera cijene i performansi. Međutim, kada se koriste kao DC kabeli, suočavaju se sa značajnim izazovom vezanim uz prostorni naboj, što je posebno kritično kod visokonaponskih DC kabela. Kada se polimeri koriste kao izolacija DC kabela, veliki broj lokaliziranih zamki unutar izolacijskog sloja uzrokuje nakupljanje prostornih naboja. Utjecaj prostornih naboja na izolacijske materijale uglavnom se odražava u dva aspekta: izobličenje električnog polja i učinci izobličenja neelektričnog polja, a oba su vrlo štetna za izolacijski materijal.
Prostorni naboj odnosi se na višak naboja izvan električne neutralnosti unutar strukturne jedinice makroskopskog materijala. U krutim tvarima, pozitivni ili negativni prostorni naboji vezani su na lokalizirane energetske razine, 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 nakupljaju na granici između pozitivne elektrode, a pozitivni ioni se nakupljaju na granici između negativne elektrode. U izmjeničnom električnom polju, migracija pozitivnih i negativnih naboja ne može pratiti brze promjene u električnom polju frekvencije napajanja, pa se efekti prostornog naboja ne javljaju. Međutim, u istosmjernom električnom polju električno polje se raspoređuje prema otporu, što dovodi do stvaranja prostornih naboja i utječe na raspodjelu električnog polja. XLPE izolacija sadrži veliki broj lokaliziranih stanja, što efekte prostornog naboja čini posebno ozbiljnima.
XLPE izolacija je kemijski umrežena, tvoreći integriranu umreženu strukturu. Kao nepolarni polimer, sam kabel može se usporediti s velikim kondenzatorom. Kada se zaustavi prijenos istosmjerne struje, to je ekvivalentno punjenju kondenzatora. Iako je jezgra vodiča uzemljena, ne dolazi do učinkovitog pražnjenja, ostavljajući značajnu količinu istosmjerne energije pohranjenu u kabelu kao prostorni naboji. Za razliku od kabela za izmjeničnu struju, gdje se prostorni naboji raspršuju kroz dielektrične gubitke, ti se naboji akumuliraju na defektima u kabelu.
Tijekom vremena, s čestim prekidima napajanja ili fluktuacijama u jakosti struje, XLPE izolirani kabeli akumuliraju sve više i više prostornih naboja, ubrzavajući starenje izolacijskog sloja i smanjujući vijek trajanja kabela.
Vrijeme objave: 10. ožujka 2025.