ข้อกำหนดด้านฉนวนสำหรับสายเคเบิล DC และปัญหาเกี่ยวกับ PP

ปัจจุบันที่ใช้กันทั่วไปวัสดุฉนวนฉนวนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสายเคเบิล DC คือ โพลีเอทิลีน อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกำลังมองหาวัสดุฉนวนที่มีศักยภาพมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น โพลีโพรพีลีน (PP) ถึงกระนั้น การใช้ PP เป็นวัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิลก็มีปัญหาหลายประการ

 

1. คุณสมบัติทางกล

เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการขนส่ง การติดตั้ง และการใช้งานสายเคเบิล DC วัสดุฉนวนต้องมีคุณสมบัติความแข็งแรงเชิงกลในระดับหนึ่ง รวมถึงความยืดหยุ่นที่ดี การยืดตัวก่อนขาด และความทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม PP ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างผลึกสูง มีความแข็งในขอบเขตอุณหภูมิการทำงาน นอกจากนี้ยังเปราะและแตกง่ายในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ซึ่งไม่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้น การวิจัยจึงต้องมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความแข็งแรงและการปรับปรุงคุณสมบัติของ PP เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

 

2. ความต้านทานต่อความเสื่อมสภาพตามวัย

ในระหว่างการใช้งานระยะยาว ฉนวนสายเคเบิล DC จะค่อยๆ เสื่อมสภาพลงเนื่องจากผลกระทบร่วมกันของความเข้มสนามไฟฟ้าสูงและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การเสื่อมสภาพนี้ทำให้คุณสมบัติทางกลและฉนวนลดลง รวมถึงความแข็งแรงในการทนต่อการแตกตัวลดลง ซึ่งท้ายที่สุดจะส่งผลต่อความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของสายเคเบิล การเสื่อมสภาพของฉนวนสายเคเบิลนั้นครอบคลุมถึงด้านกล ไฟฟ้า ความร้อน และเคมี โดยการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้าและความร้อนเป็นสิ่งที่น่ากังวลที่สุด แม้ว่าการเติมสารต้านอนุมูลอิสระจะช่วยเพิ่มความต้านทานของ PP ต่อการเสื่อมสภาพจากออกซิเดชันและความร้อนได้ในระดับหนึ่ง แต่ความเข้ากันได้ที่ไม่ดีระหว่างสารต้านอนุมูลอิสระและ PP การเคลื่อนย้าย และสิ่งเจือปนของสารต้านอนุมูลอิสระในฐานะสารเติมแต่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของฉนวน PP ดังนั้น การพึ่งพาสารต้านอนุมูลอิสระเพียงอย่างเดียวเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของ PP จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของฉนวนสายเคเบิล DC ได้ จึงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับปรุงคุณสมบัติของ PP

 

3. ประสิทธิภาพการเป็นฉนวน

ประจุไฟฟ้าในอวกาศ เป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพและอายุการใช้งานของสายเคเบิล DC แรงดันสูงซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการกระจายตัวของสนามไฟฟ้าในพื้นที่ ความแข็งแรงของฉนวน และการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน วัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิล DC จำเป็นต้องยับยั้งการสะสมของประจุในพื้นที่ ลดการฉีดประจุในพื้นที่ที่มีขั้วเดียวกัน และขัดขวางการเกิดประจุในพื้นที่ที่มีขั้วต่างกัน เพื่อป้องกันการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าภายในฉนวนและส่วนต่อประสาน ทำให้มั่นใจได้ว่าความแข็งแรงในการทนต่อการแตกตัวและอายุการใช้งานของสายเคเบิลจะไม่ได้รับผลกระทบ

เมื่อสายเคเบิล DC อยู่ในสนามไฟฟ้าขั้วเดียวเป็นเวลานาน อิเล็กตรอน ไอออน และการแตกตัวเป็นไอออนของสิ่งเจือปนที่เกิดขึ้นที่วัสดุขั้วไฟฟ้าภายในฉนวนจะกลายเป็นประจุอวกาศ ประจุเหล่านี้จะเคลื่อนที่และสะสมตัวอย่างรวดเร็วเป็นกลุ่มประจุ ซึ่งเรียกว่าการสะสมของประจุอวกาศ ดังนั้น เมื่อใช้ PP ในสายเคเบิล DC จึงจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อยับยั้งการเกิดและการสะสมของประจุ

 

4. ค่าการนำความร้อน

เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของสายเคเบิล DC ที่ทำจาก PP จึงไม่สามารถระบายออกได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านในและด้านนอกของชั้นฉนวน ทำให้เกิดสนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้น ด้านนอกของชั้นฉนวนที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมประจุ ทำให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าลดลง นอกจากนี้ ความแตกต่างของอุณหภูมิยังทำให้เกิดการฉีดและการเคลื่อนที่ของประจุจำนวนมาก ซึ่งทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวมากขึ้น ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิมากเท่าใด การสะสมของประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวมากขึ้น ดังที่กล่าวมาแล้ว อุณหภูมิสูง การสะสมของประจุ และการบิดเบี้ยวของสนามไฟฟ้า ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติและอายุการใช้งานของสายเคเบิล DC ดังนั้น การปรับปรุงค่าการนำความร้อนของ PP จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนานของสายเคเบิล DC