Sự phân bố ứng suất điện trường trong cáp AC là đồng đều, và vật liệu cách điện của cáp tập trung vào hằng số điện môi, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Ngược lại, sự phân bố ứng suất trong cáp DC cao nhất ở lớp cách điện bên trong và bị ảnh hưởng bởi điện trở suất của vật liệu cách điện. Vật liệu cách điện có hệ số nhiệt độ âm, nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm.
Khi cáp hoạt động, tổn thất lõi cáp làm tăng nhiệt độ, dẫn đến thay đổi điện trở suất của vật liệu cách điện. Điều này, đến lượt nó, làm thay đổi ứng suất điện trường bên trong lớp cách điện. Nói cách khác, với cùng độ dày cách điện, điện áp đánh thủng giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với đường dây trung kế DC trong các nhà máy điện phân tán, tốc độ lão hóa của vật liệu cách điện nhanh hơn đáng kể do sự biến động của nhiệt độ môi trường so với cáp ngầm, đây là một điểm quan trọng cần lưu ý.
Trong quá trình sản xuất lớp cách điện cáp, tạp chất chắc chắn sẽ được đưa vào. Các tạp chất này có điện trở suất cách điện tương đối thấp và phân bố không đều dọc theo hướng xuyên tâm của lớp cách điện. Điều này dẫn đến điện trở suất thể tích khác nhau ở các vị trí khác nhau. Dưới điện áp DC, điện trường bên trong lớp cách điện cũng sẽ thay đổi, khiến các khu vực có điện trở suất thể tích thấp nhất bị lão hóa nhanh hơn và trở thành các điểm tiềm ẩn nguy cơ hỏng hóc.
Cáp AC không có hiện tượng này. Nói một cách đơn giản, ứng suất trên vật liệu cáp AC được phân bố đều, trong khi ở cáp DC, ứng suất cách điện luôn tập trung ở những điểm yếu nhất. Do đó, quy trình sản xuất và tiêu chuẩn cho cáp AC và DC cần được quản lý khác nhau.
Polyetylen liên kết ngang (XLPE)Cáp cách điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng AC nhờ các đặc tính điện môi và vật lý tuyệt vời, cũng như tỷ lệ chi phí/hiệu suất cao. Tuy nhiên, khi được sử dụng làm cáp DC, chúng phải đối mặt với một thách thức đáng kể liên quan đến điện tích không gian, đặc biệt quan trọng trong cáp DC điện áp cao. Khi sử dụng polyme làm vật liệu cách điện cho cáp DC, một lượng lớn các bẫy cục bộ bên trong lớp cách điện gây ra sự tích tụ điện tích không gian. Tác động của điện tích không gian lên vật liệu cách điện chủ yếu được thể hiện ở hai khía cạnh: biến dạng điện trường và các hiệu ứng biến dạng phi điện trường, cả hai đều gây hại nghiêm trọng cho vật liệu cách điện.
Điện tích không gian là lượng điện tích dư thừa vượt quá mức trung hòa về điện trong một đơn vị cấu trúc của vật liệu vĩ mô. Trong chất rắn, điện tích không gian dương hoặc âm liên kết với các mức năng lượng cục bộ, tạo ra hiệu ứng phân cực dưới dạng polaron liên kết. Phân cực điện tích không gian xảy ra khi các ion tự do có mặt trong vật liệu điện môi. Do chuyển động của ion, các ion âm tích tụ tại giao diện gần điện cực dương và các ion dương tích tụ tại giao diện gần điện cực âm. Trong trường điện xoay chiều, sự di chuyển của các điện tích dương và âm không thể theo kịp những thay đổi nhanh chóng trong trường điện tần số công suất, do đó hiệu ứng điện tích không gian không xảy ra. Tuy nhiên, trong trường điện một chiều, điện trường phân bố theo điện trở suất, dẫn đến sự hình thành điện tích không gian và ảnh hưởng đến sự phân bố điện trường. Lớp cách điện XLPE chứa một số lượng lớn các trạng thái cục bộ, khiến hiệu ứng điện tích không gian đặc biệt nghiêm trọng.
Lớp cách điện XLPE được liên kết chéo hóa học, tạo thành một cấu trúc liên kết chéo tích hợp. Là một polymer không phân cực, bản thân cáp có thể được ví như một tụ điện lớn. Khi dòng điện một chiều (DC) dừng lại, nó tương đương với việc tích điện cho tụ điện. Mặc dù lõi dẫn điện được nối đất, hiện tượng phóng điện hiệu quả không xảy ra, để lại một lượng lớn năng lượng DC được lưu trữ trong cáp dưới dạng điện tích không gian. Không giống như cáp nguồn AC, nơi điện tích không gian bị tiêu tán thông qua tổn thất điện môi, các điện tích này tích tụ tại các khuyết tật trên cáp.
Theo thời gian, do thường xuyên mất điện hoặc cường độ dòng điện thay đổi, cáp cách điện XLPE tích tụ ngày càng nhiều điện tích không gian, đẩy nhanh quá trình lão hóa của lớp cách điện và làm giảm tuổi thọ của cáp.
Thời gian đăng: 10-03-2025