Sự phân bố ứng suất điện trường trong cáp AC là đồng đều, và trọng tâm của vật liệu cách điện cáp là 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 trong cùng của vật liệu cách điện và bị ảnh hưởng bởi điện trở suất của vật liệu cách điện. Vật liệu cách điện thể hiện hệ số nhiệt độ âm, có nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm.
Khi cáp hoạt động, tổn hao lõi làm cho nhiệt độ tăng lên, dẫn đến sự thay đổi điện trở suất của vật liệu cách điện. Điều này, đến lượt nó, làm cho điện trường trong lớp cách điện thay đổi. Nói cách khác, với cùng độ dày lớp cách điện, điện áp đánh thủng giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với các đường dây chính DC trong các trạm phân phối điện, tốc độ lão hóa của vật liệu cách điện nhanh hơn đáng kể do sự dao động của nhiệt độ môi trường so với cáp ngầm, đây là một điểm quan trọng cần lưu ý.
Trong quá trình sản xuất các lớp cách điện cáp, tạp chất là điều không thể tránh khỏi. Những tạp chất này có điện trở suất cách điện tương đối thấp hơn và phân bố không đều dọc theo hướng xuyên tâm của lớp cách điện. Điều này dẫn đến điện trở suất thể tích thay đổi 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 những điểm tiềm ẩn gây hỏng hóc.
Cáp AC không thể hiện hiện tượng này. Nói một cách đơn giản, ứng suất trên vật liệu cáp AC được phân bố đồng đều, trong khi ở cáp DC, ứng suất cách điện luôn tập trung tại các điểm yếu nhất. Do đó, quy trình sản xuất và tiêu chuẩn cho cáp AC và DC cần được quản lý khác nhau.
Polyethylene liên kết chéo (XLPE)Cáp cách điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dòng điện xoay chiều (AC) nhờ các đặc tính vật lý và điện môi tuyệt vời, cũng như tỷ lệ hiệu suất trên chi phí cao. Tuy nhiên, khi được sử dụng làm cáp dòng điện một chiều (DC), chúng phải đối mặt với một thách thức đáng kể liên quan đến điện tích không gian, đặc biệt là trong các cáp DC cao áp. Khi polyme được sử dụng làm vật liệu cách điện cho cáp DC, một lượng lớn các bẫy điện tích 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 không phải biến dạng điện trường, cả hai đều gây hại nghiêm trọng cho vật liệu cách điện.
Điện tích không gian đề cập đến điện tích dư thừa vượt quá mức trung hòa 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 các polaron liên kết. Sự phân cực điện tích không gian xảy ra khi có các ion tự do trong vật liệu điện môi. Do sự 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 điện trường xoay chiều (AC), sự di chuyển của các điện tích dương và âm không thể theo kịp những thay đổi nhanh chóng của điện trường tần số nguồn, do đó hiệu ứng điện tích không gian không xảy ra. Tuy nhiên, trong điện trường một chiều (DC), 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. Vật liệu cách điện XLPE chứa một lượng lớn các trạng thái cục bộ, khiến hiệu ứng điện tích không gian trở nên 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 polyme không phân cực, bản thân cáp có thể được ví như một tụ điện lớn. Khi quá trình truyền tải DC dừng lại, nó tương đương với việc nạp điện cho một tụ điện. Mặc dù lõi dẫn được nối đất, nhưng quá trình phóng điện hiệu quả không xảy ra, để lại một lượng đáng kể năng lượng DC được lưu trữ trong cáp dưới dạng điện tích không gian. Không giống như cáp điện AC, nơi điện tích không gian được tiêu tán thông qua tổn hao điện môi, các điện tích này tích tụ tại các khuyết tật trong cáp.
Theo thời gian, với tình trạng mất điện thường xuyên hoặc dao động cường độ dòng điện, cáp cách điện XLPE tích tụ ngày càng nhiều điện tích không gian, đẩy nhanh quá trình lão hóa lớp cách điện và làm giảm tuổi thọ của cáp.
Thời gian đăng bài: 10/03/2025