ข้อกำหนดด้านฉนวนสำหรับสายไฟ DC และปัญหาเกี่ยวกับ PP

ในปัจจุบันนิยมใช้กันแพร่หลายวัสดุฉนวนสำหรับสาย DC คือโพลีเอทิลีน อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังคงพยายามค้นหาวัสดุฉนวนที่มีศักยภาพอื่นๆ เช่น โพลีโพรพิลีน (PP) อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม การใช้ PP เป็นวัสดุฉนวนสายก็มีปัญหาหลายประการ

 

1. คุณสมบัติทางกล

เพื่อตอบสนองความต้องการพื้นฐานสำหรับการขนส่ง การติดตั้ง และการทำงานของสายเคเบิล DC วัสดุฉนวนจะต้องมีความแข็งแรงทางกลบางอย่าง รวมถึงความยืดหยุ่นที่ดี การยืดตัวเมื่อขาด และความต้านทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม PP ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มีผลึกสูง แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งภายในช่วงอุณหภูมิการทำงาน นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นถึงความเปราะบางและไวต่อการแตกร้าวในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิต่ำ ซึ่งไม่เป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้น การวิจัยจะต้องมุ่งเน้นไปที่การทำให้ PP แข็งแกร่งขึ้นและปรับเปลี่ยนเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

 

2. ความต้านทานต่อความชรา

เมื่อใช้เป็นเวลานาน ฉนวนของสายเคเบิล DC จะค่อยๆ เสื่อมสภาพลงเนื่องจากผลรวมของความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเสื่อมสภาพนี้ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลและฉนวนลดลง รวมถึงความแข็งแรงในการพังทลายลดลง ซึ่งส่งผลต่อความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของสายเคเบิลในที่สุด การเสื่อมสภาพของฉนวนสายเคเบิลรวมถึงด้านกลไก ไฟฟ้า ความร้อน และเคมี โดยด้านไฟฟ้าและความร้อนเป็นปัญหาที่น่ากังวลที่สุด แม้ว่าการเติมสารต้านอนุมูลอิสระจะช่วยเพิ่มความต้านทานของ PP ต่อการเสื่อมสภาพจากออกซิเดชันเนื่องจากความร้อนได้ในระดับหนึ่ง แต่ความเข้ากันได้ที่ไม่ดีระหว่างสารต้านอนุมูลอิสระและ PP การเคลื่อนตัว และสิ่งเจือปนของสารต้านอนุมูลอิสระในฐานะสารเติมแต่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพฉนวนของ PP ดังนั้น การพึ่งพาสารต้านอนุมูลอิสระเพียงอย่างเดียวเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของ PP จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของฉนวนสายเคเบิล DC ได้ จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการดัดแปลง PP

 

3. ประสิทธิภาพของฉนวน

ค่าใช้จ่ายพื้นที่เป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อคุณภาพและอายุการใช้งานของสายไฟ DC แรงดันสูง, ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการกระจายของสนามไฟฟ้าในพื้นที่ ความแข็งแรงของฉนวนไฟฟ้า และการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน วัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิล DC จำเป็นต้องระงับการสะสมของประจุในช่องว่าง ลดการฉีดประจุในช่องว่างที่มีขั้วเหมือนกัน และขัดขวางการสร้างประจุในช่องว่างที่มีขั้วต่างกัน เพื่อป้องกันการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าภายในฉนวนไฟฟ้าและอินเทอร์เฟซ ทำให้มั่นใจได้ว่าความแข็งแรงในการพังทลายและอายุการใช้งานของสายเคเบิลจะไม่ได้รับผลกระทบ

เมื่อสายเคเบิล DC อยู่ในสนามไฟฟ้าขั้วเดียวเป็นเวลานาน อิเล็กตรอน ไอออน และไอออนไนเซชันของสิ่งเจือปนที่เกิดขึ้นที่วัสดุอิเล็กโทรดภายในฉนวนจะกลายเป็นประจุในอวกาศ ประจุเหล่านี้จะเคลื่อนที่และสะสมอย่างรวดเร็วในกลุ่มประจุ ซึ่งเรียกว่าการสะสมประจุในอวกาศ ดังนั้น เมื่อใช้ PP ในสายเคเบิล DC จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อระงับการสร้างและการสะสมประจุ

 

4. การนำความร้อน

เนื่องจากการนำความร้อนต่ำ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของสายเคเบิล DC ที่ทำจาก PP จึงไม่สามารถระบายออกได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านในและด้านนอกของชั้นฉนวน ทำให้เกิดสนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุโพลีเมอร์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้น ด้านนอกของชั้นฉนวนที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมประจุ ส่งผลให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าลดลง นอกจากนี้ การไล่ระดับอุณหภูมิยังทำให้ประจุในช่องว่างจำนวนมากถูกฉีดและเคลื่อนตัว ทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบือนมากขึ้น ยิ่งไล่ระดับอุณหภูมิมากขึ้น ประจุในช่องว่างก็จะสะสมมากขึ้น ส่งผลให้การบิดเบือนของสนามไฟฟ้ารุนแรงขึ้น ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อุณหภูมิสูง การสะสมประจุในช่องว่าง และการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติและอายุการใช้งานของสายเคเบิล DC ดังนั้น การปรับปรุงค่าการนำความร้อนของ PP จึงมีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิล DC จะทำงานอย่างปลอดภัยและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น