Vahelduvvoolukaablite elektrivälja pingejaotus on ühtlane ning kaabliisolatsioonimaterjalide puhul on keskmes dielektriline konstant, mida temperatuur ei mõjuta. Seevastu alalisvoolukaablite pingejaotus on suurim isolatsiooni sisemise kihi juures ja seda mõjutab isolatsioonimaterjali eritakistus. Isolatsioonimaterjalidel on negatiivne temperatuurikoefitsient, mis tähendab, et temperatuuri tõustes eritakistus väheneb.
Kui kaabel on töökorras, põhjustavad südamiku kaod temperatuuri tõusu, mis omakorda põhjustab isolatsioonimaterjali takistuse muutusi. See omakorda põhjustab isolatsioonikihi elektrivälja pinge varieerumist. Teisisõnu, sama isolatsioonipaksuse korral väheneb läbilöögipinge temperatuuri tõustes. Hajutatud elektrijaamade alalisvoolu magistraalliinide puhul on isolatsioonimaterjali vananemiskiirus ümbritseva õhu temperatuuri kõikumiste tõttu oluliselt kiirem võrreldes maetud kaablitega, mis on oluline punkt.
Kaabliisolatsioonikihtide tootmisel satuvad paratamatult sisse lisandeid. Neil lisanditel on suhteliselt madalam isolatsioonitakistus ja need on isolatsioonikihi radiaalsuunas ebaühtlaselt jaotunud. Selle tulemuseks on erinevates kohtades erinev mahutakistus. Alalispinge all varieerub ka isolatsioonikihi elektriväli, mille tagajärjel madalaima mahutakistusega alad vananevad kiiremini ja muutuvad potentsiaalseteks rikkekohtadeks.
Vahelduvvoolukaablite puhul seda nähtust ei esine. Lihtsamalt öeldes on vahelduvvoolukaabli materjalidele mõjuv pinge ühtlaselt jaotunud, samas kui alalisvoolukaablite puhul koondub isolatsioonipinge alati kõige nõrgematesse kohtadesse. Seetõttu tuleks vahelduvvoolu- ja alalisvoolukaablite tootmisprotsesse ja standardeid hallata erinevalt.
Ristseotud polüetüleen (XLPE)Isoleeritud kaableid kasutatakse laialdaselt vahelduvvoolurakendustes tänu oma suurepärastele dielektrilistele ja füüsikalistele omadustele ning kõrgele hinna ja kvaliteedi suhtele. Alalisvoolukaablitena kasutamisel seisavad nad aga silmitsi olulise väljakutsega, mis on seotud ruumlaenguga, mis on eriti oluline kõrgepinge alalisvoolukaablite puhul. Kui alalisvoolukaablite isolatsioonina kasutatakse polümeere, põhjustab suur hulk isolatsioonikihis olevaid lokaliseeritud lõkse ruumlaengute kogunemist. Ruumlaengute mõju isolatsioonimaterjalidele kajastub peamiselt kahes aspektis: elektrivälja moonutus ja mitteelektrilise välja moonutused, mis mõlemad on isolatsioonimaterjalile väga kahjulikud.
Ruumilaeng viitab makroskoopilise materjali struktuuriüksuse elektrilise neutraalsuse piiridest kaugemale ulatuvale liiglaengule. Tahketes ainetes on positiivsed või negatiivsed ruumilaengud seotud lokaliseeritud energiatasemetega, tekitades polarisatsiooniefekte seotud polaronide kujul. Ruumilaengu polarisatsioon tekib siis, kui dielektrilises materjalis on vabu ioone. Ioonide liikumise tõttu kogunevad negatiivsed ioonid positiivse elektroodi lähedal asuvale liidesele ja positiivsed ioonid negatiivse elektroodi lähedal asuvale liidesele. Vahelduvvoolu elektriväljas ei suuda positiivsete ja negatiivsete laengute migratsioon sammu pidada võimsussageduse elektrivälja kiirete muutustega, seega ruumilaengu efekte ei teki. Alalisvoolu elektriväljas aga jaotub elektriväli vastavalt takistusele, mis viib ruumilaengute moodustumiseni ja mõjutab elektrivälja jaotust. XLPE-isolatsioon sisaldab suurt hulka lokaliseeritud olekuid, mistõttu ruumilaengu efektid on eriti tugevad.
XLPE-isolatsioon on keemiliselt ristseotud, moodustades integreeritud ristseotud struktuuri. Mittepolaarse polümeerina võib kaablit ennast võrrelda suure kondensaatoriga. Kui alalisvoolu ülekanne peatub, on see samaväärne kondensaatori laadimisega. Kuigi juhi südamik on maandatud, ei toimu efektiivset tühjenemist, jättes kaablisse märkimisväärse hulga alalisvooluenergiat ruumlaengutena salvestunuks. Erinevalt vahelduvvoolukaablitest, kus ruumlaengud hajuvad dielektriliste kadude kaudu, akumuleeruvad need laengud kaabli defektides.
Aja jooksul, sagedaste elektrikatkestuste või voolutugevuse kõikumiste korral, kogunevad XLPE-isolatsiooniga kaablitele üha rohkem ruumilaenguid, kiirendades isolatsioonikihi vananemist ja lühendades kaabli kasutusiga.
Postituse aeg: 10. märts 2025