Spændingsfordelingen i det elektriske felt i AC-kabler er ensartet, og fokus for kabelisoleringsmaterialer er på den dielektriske konstant, som ikke påvirkes af temperatur. I modsætning hertil er spændingsfordelingen i DC-kabler højest i det indre lag af isoleringen og påvirkes af isoleringsmaterialets resistivitet. Isoleringsmaterialer udviser en negativ temperaturkoefficient, hvilket betyder, at når temperaturen stiger, falder resistiviteten.
Når et kabel er i drift, forårsager tabene i kernen en stigning i temperaturen, hvilket fører til ændringer i isoleringsmaterialets modstand. Dette forårsager igen, at den elektriske feltspænding i isoleringslaget varierer. Med andre ord, for den samme tykkelse af isoleringen falder gennemslagsspændingen, når temperaturen stiger. For DC-hovedkabler i distribuerede kraftværker er isoleringsmaterialets ældningshastighed betydeligt hurtigere på grund af udsving i omgivelsestemperaturen sammenlignet med nedgravede kabler, hvilket er et kritisk punkt at bemærke.
Under produktionen af kabelisoleringslag introduceres der uundgåeligt urenheder. Disse urenheder har en relativt lavere isolationsmodstand og er ujævnt fordelt langs isoleringslagets radiale retning. Dette resulterer i varierende volumenmodstand på forskellige steder. Under jævnspænding vil det elektriske felt i isoleringslaget også variere, hvilket får områder med den laveste volumenmodstand til at ældes hurtigere og blive potentielle fejlpunkter.
AC-kabler udviser ikke dette fænomen. Kort sagt er belastningen på AC-kabelmaterialer jævnt fordelt, mens isolationsbelastningen i DC-kabler altid er koncentreret på de svageste punkter. Derfor bør fremstillingsprocesserne og standarderne for AC- og DC-kabler håndteres forskelligt.
Tværbundet polyethylen (XLPE)Isolerede kabler anvendes i vid udstrækning i AC-applikationer på grund af deres fremragende dielektriske og fysiske egenskaber, samt deres høje omkostnings-ydelsesforhold. Når de anvendes som DC-kabler, står de dog over for en betydelig udfordring relateret til rumladning, hvilket er særligt kritisk i højspændings-DC-kabler. Når polymerer anvendes som DC-kabelisolering, forårsager et stort antal lokaliserede fælder i isoleringslaget akkumulering af rumladninger. Rumladningers indvirkning på isoleringsmaterialer afspejles hovedsageligt i to aspekter: elektrisk feltforvrængning og ikke-elektriske feltforvrængning, som begge er meget skadelige for isoleringsmaterialet.
Rumladning refererer til den overskydende ladning ud over elektrisk neutralitet inden for en strukturel enhed af et makroskopisk materiale. I faste stoffer er positive eller negative rumladninger bundet til lokaliserede energiniveauer, hvilket giver polarisationseffekter i form af bundne polaroner. Rumladningspolarisering forekommer, når frie ioner er til stede i et dielektrisk materiale. På grund af ionbevægelse akkumuleres negative ioner ved grænsefladen nær den positive elektrode, og positive ioner akkumuleres ved grænsefladen nær den negative elektrode. I et elektrisk vekselstrømsfelt kan migrationen af positive og negative ladninger ikke følge med de hurtige ændringer i effektfrekvensens elektriske felt, så rumladningseffekter forekommer ikke. I et elektrisk jævnstrømsfelt fordeler det elektriske felt sig imidlertid i henhold til resistiviteten, hvilket fører til dannelsen af rumladninger og påvirker den elektriske feltfordeling. XLPE-isolering indeholder et stort antal lokaliserede tilstande, hvilket gør rumladningseffekter særligt alvorlige.
XLPE-isolering er kemisk tværbundet og danner en integreret tværbundet struktur. Som en ikke-polær polymer kan selve kablet sammenlignes med en stor kondensator. Når DC-transmissionen stopper, svarer det til at oplade en kondensator. Selvom lederens kerne er jordet, forekommer der ikke effektiv afladning, hvilket efterlader en betydelig mængde DC-energi lagret i kablet som rumladninger. I modsætning til vekselstrømskabler, hvor rumladninger spredes gennem dielektriske tab, akkumuleres disse ladninger ved defekter i kablet.
Over tid, med hyppige strømafbrydelser eller udsving i strømstyrken, akkumulerer XLPE-isolerede kabler flere og flere rumladninger, hvilket fremskynder ældningen af isoleringslaget og reducerer kablets levetid.
Opslagstidspunkt: 10. marts 2025