ข้อกำหนดด้านฉนวนสำหรับสายไฟ DC และปัญหาเกี่ยวกับ PP

ปัจจุบันที่นิยมใช้กันวัสดุฉนวนสำหรับสาย DC คือโพลีเอทิลีน อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกำลังมองหาวัสดุฉนวนที่มีศักยภาพมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น โพลีโพรพีลีน (PP) อย่างไรก็ตาม การใช้ PP เป็นวัสดุฉนวนสายเคเบิลทำให้เกิดปัญหาหลายประการ

 

1. คุณสมบัติทางกล

เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการขนส่ง การติดตั้ง และการทำงานของสายไฟ DC วัสดุฉนวนต้องมีความแข็งแรงทางกล รวมถึงความยืดหยุ่นที่ดี การยืดตัวเมื่อขาด และทนต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม PP ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่มีผลึกสูง มีความแข็งแกร่งภายในช่วงอุณหภูมิในการทำงาน นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความเปราะบางและความไวต่อการแตกร้าวในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยไม่สามารถตอบสนองเงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้นการวิจัยจึงต้องเน้นไปที่การเสริมความแข็งแกร่งและการปรับเปลี่ยน PP เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

 

2. ความต้านทานต่อความชรา

ในระหว่างการใช้งานในระยะยาว ฉนวนสายไฟ DC จะค่อยๆ มีอายุมากขึ้น เนื่องจากผลรวมของความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงและวงจรความร้อน การเสื่อมสภาพนี้ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลและฉนวนลดลง รวมถึงความแข็งแรงในการพังทลายลดลง ซึ่งท้ายที่สุดจะส่งผลต่อความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของสายเคเบิล อายุของฉนวนสายเคเบิลครอบคลุมถึงลักษณะทางกล ไฟฟ้า ความร้อน และเคมี โดยอายุทางไฟฟ้าและความร้อนเป็นประเด็นที่เกี่ยวข้องมากที่สุด แม้ว่าการเติมสารต้านอนุมูลอิสระจะช่วยเพิ่มความต้านทานของ PP ต่อการแก่ชราจากปฏิกิริยาออกซิเดชันจากความร้อนได้ในระดับหนึ่ง แต่ความเข้ากันได้ต่ำระหว่างสารต้านอนุมูลอิสระกับ PP การโยกย้าย และความเจือปนของสารเหล่านี้เนื่องจากสารเติมแต่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของฉนวนของ PP ดังนั้น การพึ่งพาสารต้านอนุมูลอิสระเพียงอย่างเดียวเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของ PP จึงไม่สามารถตอบสนองอายุการใช้งานและข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือของฉนวนสายไฟ DC ได้ จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยน PP

 

3. ประสิทธิภาพของฉนวน

ค่าพื้นที่ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อคุณภาพและอายุการใช้งานของสายไฟ DC ไฟฟ้าแรงสูงส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการกระจายสนามไฟฟ้าในท้องถิ่น ความเป็นฉนวน และการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน วัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิล DC จำเป็นต้องระงับการสะสมของประจุในพื้นที่ ลดการฉีดประจุของพื้นที่ที่มีขั้วเหมือนกัน และขัดขวางการสร้างประจุของพื้นที่ที่มีขั้วต่างกันเพื่อป้องกันการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าภายในฉนวนและส่วนต่อประสาน เพื่อให้มั่นใจว่าความแข็งแรงในการสลายจะไม่ได้รับผลกระทบและ อายุการใช้งานของสายเคเบิล

เมื่อสายไฟ DC ยังคงอยู่ในสนามไฟฟ้าแบบขั้วเดียวเป็นเวลานาน อิเล็กตรอน ไอออน และไอออนไนซ์ที่ไม่บริสุทธิ์ที่เกิดขึ้นที่วัสดุอิเล็กโทรดภายในฉนวนจะกลายเป็นประจุในอวกาศ ประจุเหล่านี้จะย้ายอย่างรวดเร็วและสะสมเป็นแพ็กเก็ตประจุ หรือที่เรียกว่าการสะสมของประจุอวกาศ ดังนั้น เมื่อใช้ PP ในสายไฟ DC จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อระงับการสร้างและการสะสมประจุ

 

4. การนำความร้อน

เนื่องจากการนำความร้อนไม่ดี ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของสายเคเบิล DC ที่ใช้ PP จึงไม่กระจายออกไปในทันที ส่งผลให้อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างด้านในและด้านนอกของชั้นฉนวน ทำให้เกิดสนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุโพลีเมอร์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นด้านนอกของชั้นฉนวนที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมของประจุ ส่งผลให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าลดลง นอกจากนี้ การไล่ระดับของอุณหภูมิยังทำให้เกิดการพุ่งและการเคลื่อนตัวของประจุอวกาศจำนวนมาก และทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวมากขึ้น ยิ่งการไล่ระดับของอุณหภูมิยิ่งมากขึ้น การสะสมประจุในอวกาศก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้สนามไฟฟ้าเกิดการบิดเบือนมากขึ้น ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น อุณหภูมิสูง การสะสมประจุของพื้นที่ และการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าส่งผลต่อการทำงานปกติและอายุการใช้งานของสายเคเบิล DC ดังนั้น การปรับปรุงค่าการนำความร้อนของ PP จึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจในการทำงานที่ปลอดภัยและอายุการใช้งานของสายไฟ DC ยาวนานขึ้น