Distribuția tensiunii câmpului electric în cablurile de curent alternativ este uniformă, iar accentul materialelor de izolație a cablurilor se pune pe constanta dielectrică, care nu este afectată de temperatură. În schimb, distribuția tensiunii în cablurile de curent continuu este cea mai mare în stratul interior al izolației și este influențată de rezistivitatea materialului izolator. Materialele izolatoare prezintă un coeficient de temperatură negativ, ceea ce înseamnă că, pe măsură ce temperatura crește, rezistivitatea scade.
Când un cablu este în funcțiune, pierderile în miez determină creșterea temperaturii, ceea ce duce la modificări ale rezistivității materialului izolator. Acest lucru, la rândul său, determină variația solicitării câmpului electric din interiorul stratului izolator. Cu alte cuvinte, pentru aceeași grosime a izolației, tensiunea de străpungere scade odată cu creșterea temperaturii. Pentru liniile principale de curent continuu din stațiile electrice distribuite, rata de îmbătrânire a materialului izolator este semnificativ mai rapidă din cauza fluctuațiilor temperaturii ambiante, comparativ cu cablurile îngropate, ceea ce este un punct critic de reținut.
În timpul producției straturilor de izolație pentru cabluri, sunt introduse inevitabil impurități. Aceste impurități au o rezistivitate a izolației relativ mai mică și sunt distribuite neuniform de-a lungul direcției radiale a stratului de izolație. Acest lucru duce la variații ale rezistivității volumice în diferite locații. Sub tensiune continuă, câmpul electric din interiorul stratului de izolație va varia, de asemenea, determinând zonele cu cea mai mică rezistivitate volumică să îmbătrânească mai repede și să devină potențiale puncte de defecțiune.
Cablurile de curent alternativ nu prezintă acest fenomen. În termeni simpli, tensiunea asupra materialelor cablurilor de curent alternativ este distribuită uniform, în timp ce în cazul cablurilor de curent continuu, tensiunea de izolație este întotdeauna concentrată în punctele cele mai slabe. Prin urmare, procesele de fabricație și standardele pentru cablurile de curent alternativ și curent continuu ar trebui gestionate diferit.
Polietilenă reticulată (XLPE)Cablurile izolate sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile de curent alternativ datorită proprietăților lor dielectrice și fizice excelente, precum și raportului lor ridicat cost-performanță. Cu toate acestea, atunci când sunt utilizate ca cabluri de curent continuu, acestea se confruntă cu o provocare semnificativă legată de sarcina spațială, care este deosebit de critică în cablurile de curent continuu de înaltă tensiune. Atunci când polimerii sunt utilizați ca izolație pentru cablurile de curent continuu, un număr mare de capcane localizate în stratul de izolație provoacă acumularea de sarcini spațiale. Impactul sarcinilor spațiale asupra materialelor izolatoare se reflectă în principal în două aspecte: efectele de distorsiune a câmpului electric și efectele de distorsiune a câmpului non-electric, ambele fiind extrem de dăunătoare materialului izolator.
Sarcina spațială se referă la excesul de sarcină dincolo de neutralitatea electrică în cadrul unei unități structurale a unui material macroscopic. În solide, sarcinile spațiale pozitive sau negative sunt legate de niveluri de energie localizate, producând efecte de polarizare sub formă de polaroni legați. Polarizarea sarcinii spațiale are loc atunci când ionii liberi sunt prezenți într-un material dielectric. Datorită mișcării ionilor, ionii negativi se acumulează la interfața din apropierea electrodului pozitiv, iar ionii pozitivi se acumulează la interfața din apropierea electrodului negativ. Într-un câmp electric de curent alternativ, migrarea sarcinilor pozitive și negative nu poate ține pasul cu schimbările rapide ale câmpului electric de frecvență industrială, astfel încât efectele sarcinii spațiale nu apar. Într-un câmp electric de curent continuu, însă, câmpul electric se distribuie în funcție de rezistivitate, ducând la formarea de sarcini spațiale și afectând distribuția câmpului electric. Izolația XLPE conține un număr mare de stări localizate, ceea ce face ca efectele sarcinii spațiale să fie deosebit de severe.
Izolația XLPE este reticulată chimic, formând o structură reticulată integrată. Fiind un polimer nepolar, cablul în sine poate fi asemănat cu un condensator mare. Când transmisia de curent continuu se oprește, acest lucru este echivalent cu încărcarea unui condensator. Deși miezul conductorului este legat la masă, nu are loc o descărcare eficientă, lăsând o cantitate semnificativă de energie continuă stocată în cablu sub formă de sarcini spațiale. Spre deosebire de cablurile de alimentare de curent alternativ, unde sarcinile spațiale sunt disipate prin pierderi dielectrice, aceste sarcini se acumulează la defectele cablului.
În timp, din cauza întreruperilor frecvente de curent sau a fluctuațiilor intensității curentului, cablurile izolate cu XLPE acumulează din ce în ce mai multe sarcini spațiale, accelerând îmbătrânirea stratului de izolație și reducând durata de viață a cablului.
Data publicării: 10 martie 2025