ข้อกำหนดด้านฉนวนสำหรับสาย DC และปัญหาเกี่ยวกับ PP

ปัจจุบันนิยมใช้กันวัสดุฉนวนสำหรับสายไฟฟ้ากระแสตรง (DC) คือโพลีเอทิลีน อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังคงแสวงหาวัสดุฉนวนที่มีศักยภาพเพิ่มเติมอย่างต่อเนื่อง เช่น โพลีโพรพิลีน (PP) อย่างไรก็ตาม การใช้ PP เป็นวัสดุฉนวนสายเคเบิลก็มีปัญหาหลายประการ

 

1. คุณสมบัติเชิงกล

เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการขนส่ง การติดตั้ง และการใช้งานสายไฟฟ้ากระแสตรง วัสดุฉนวนจะต้องมีความแข็งแรงเชิงกลในระดับหนึ่ง ซึ่งรวมถึงความยืดหยุ่นที่ดี การยืดตัวเมื่อขาด และความต้านทานแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม PP ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่มีผลึกสูง จึงมีความแข็งภายในช่วงอุณหภูมิใช้งาน นอกจากนี้ ยังเปราะและแตกง่ายในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิต่ำ ซึ่งไม่เป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้น การวิจัยจึงจำเป็นต้องมุ่งเน้นไปที่การทำให้ PP แข็งแรงขึ้นและปรับเปลี่ยนคุณสมบัติเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

 

2. ความต้านทานต่อความชรา

ในระหว่างการใช้งานในระยะยาว ฉนวนของสายเคเบิล DC จะค่อยๆ เสื่อมสภาพลงเนื่องจากผลกระทบร่วมกันของความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงและวัฏจักรความร้อน การเสื่อมสภาพนี้ทำให้คุณสมบัติเชิงกลและฉนวนลดลง รวมถึงความแข็งแรงในการพังทลายลดลง ซึ่งส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของสายเคเบิลในที่สุด การเสื่อมสภาพของฉนวนสายเคเบิลประกอบด้วยปัจจัยทางกล ไฟฟ้า ความร้อน และเคมี โดยปัจจัยที่น่ากังวลที่สุดคือการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้าและความร้อน แม้ว่าการเติมสารต้านอนุมูลอิสระจะช่วยเพิ่มความต้านทานของ PP ต่อการเสื่อมสภาพจากความร้อนได้ในระดับหนึ่ง แต่ความเข้ากันได้ที่ไม่ดีระหว่างสารต้านอนุมูลอิสระและ PP การเคลื่อนย้าย และสิ่งเจือปนที่เป็นสารเติมแต่ง ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเป็นฉนวนของ PP ดังนั้น การพึ่งพาสารต้านอนุมูลอิสระเพียงอย่างเดียวเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของ PP จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของฉนวนสายเคเบิล DC ได้ จึงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการดัดแปลง PP

 

3. ประสิทธิภาพการป้องกันความร้อน

ค่าใช้จ่ายพื้นที่เป็นปัจจัยหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อคุณภาพและอายุการใช้งานของสายไฟ DC แรงดันสูงส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการกระจายตัวของสนามไฟฟ้าในพื้นที่ ความแข็งแรงของฉนวนไฟฟ้า และการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน วัสดุฉนวนสำหรับสายไฟฟ้ากระแสตรงจำเป็นต้องยับยั้งการสะสมของประจุไฟฟ้าในช่องว่าง ลดการฉีดประจุไฟฟ้าในช่องว่างที่มีขั้วเหมือนกัน และขัดขวางการเกิดประจุไฟฟ้าในช่องว่างที่มีขั้วต่างกัน เพื่อป้องกันการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าภายในฉนวนและส่วนต่อประสาน ซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ว่าความแข็งแรงในการพังทลายและอายุการใช้งานของสายเคเบิลจะไม่ได้รับผลกระทบ

เมื่อสายเคเบิล DC อยู่ในสนามไฟฟ้าขั้วเดียวเป็นระยะเวลานาน อิเล็กตรอน ไอออน และสารเจือปนที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งเกิดขึ้นที่วัสดุอิเล็กโทรดภายในฉนวนจะกลายเป็นประจุไฟฟ้าในอวกาศ ประจุเหล่านี้จะเคลื่อนที่และสะสมอย่างรวดเร็วในแพ็กเก็ตประจุ ซึ่งเรียกว่าการสะสมประจุไฟฟ้าในอวกาศ ดังนั้น เมื่อใช้ PP ในสายเคเบิล DC จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อยับยั้งการสร้างและการสะสมประจุ

 

4. การนำความร้อน

เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของสายเคเบิล DC ที่ทำจาก PP จึงไม่สามารถระบายออกได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านในและด้านนอกของชั้นฉนวน ทำให้เกิดสนามอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้น ด้านนอกของชั้นฉนวนที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมประจุ ส่งผลให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าลดลง นอกจากนี้ การไล่ระดับอุณหภูมิยังทำให้เกิดการฉีดและการเคลื่อนย้ายประจุในช่องว่างจำนวนมาก ซึ่งทำให้สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวมากขึ้น ยิ่งไล่ระดับอุณหภูมิมากเท่าไหร่ การสะสมประจุในช่องว่างก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้การบิดเบี้ยวของสนามไฟฟ้ารุนแรงขึ้น ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว อุณหภูมิสูง การสะสมประจุในช่องว่าง และความบิดเบี้ยวของสนามไฟฟ้า ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติและอายุการใช้งานของสายเคเบิล DC ดังนั้น การปรับปรุงค่าการนำความร้อนของ PP จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยในการใช้งานและอายุการใช้งานที่ยาวนานของสายเคเบิล DC