Расподела напона електричног поља у кабловима за наизменичну струју је равномерна, а фокус материјала за изолацију каблова је на диелектричној константи, на коју не утиче температура. Насупрот томе, расподела напона у кабловима за једносмерну струју је највећа на унутрашњем слоју изолације и на њу утиче отпорност изолационог материјала. Изолациони материјали показују негативан температурни коефицијент, што значи да се отпорност смањује како температура расте.
Када је кабл у раду, губици у језгру узрокују пораст температуре, што доводи до промена отпорности изолационог материјала. То, заузврат, узрокује промену напрезања електричног поља унутар слоја изолације. Другим речима, за исту дебљину изолације, пробојни напон се смањује са порастом температуре. Код једносмерних водова у дистрибуираним електранама, стопа старења изолационог материјала је знатно бржа због флуктуација температуре околине у поређењу са закопаним кабловима, што је критична тачка коју треба напоменути.
Током производње слојева изолације каблова, неизбежно се уносе нечистоће. Ове нечистоће имају релативно нижу отпорност изолације и неравномерно су распоређене дуж радијалног правца слоја изолације. То резултира различитим запреминским отпором на различитим локацијама. Под једносмерним напоном, електрично поље унутар слоја изолације ће се такође мењати, што узрокује да подручја са најнижом запреминском отпорношћу брже старе и постају потенцијалне тачке квара.
АЦ каблови не показују овај феномен. Једноставно речено, напрезање на материјалима АЦ каблова је равномерно распоређено, док је код ДЦ каблова изолационо напрезање увек концентрисано на најслабијим тачкама. Стога би производни процеси и стандарди за АЦ и ДЦ каблове требало да се управљају другачије.
Умрежени полиетилен (XLPE)Изоловани каблови се широко користе у наизменичним применама због својих одличних диелектричних и физичких својстава, као и високог односа цене и перформанси. Међутим, када се користе као каблови за једносмерну струју, суочавају се са значајним изазовом везаним за просторно наелектрисање, што је посебно критично код каблова за једносмерну струју високог напона. Када се полимери користе као изолација каблова за једносмерну струју, велики број локализованих замки унутар изолационог слоја узрокује акумулацију просторног наелектрисања. Утицај просторног наелектрисања на изолационе материјале се углавном огледа у два аспекта: изобличење електричног поља и ефекти изобличења неелектричног поља, а оба су веома штетна за изолациони материјал.
Просторно наелектрисање се односи на вишак наелектрисања изван електричне неутралности унутар структурне јединице макроскопског материјала. У чврстим телима, позитивна или негативна просторна наелектрисања су везана за локализоване енергетске нивое, пружајући ефекте поларизације у облику везаних поларона. Поларизација просторног наелектрисања се јавља када су слободни јони присутни у диелектричном материјалу. Због кретања јона, негативни јони се акумулирају на граници близу позитивне електроде, а позитивни јони се акумулирају на граници близу негативне електроде. У наизменичном електричном пољу, миграција позитивних и негативних наелектрисања не може да прати брзе промене у електричном пољу фреквенције напајања, тако да се ефекти просторног наелектрисања не јављају. Међутим, у једносмерном електричном пољу, електрично поље се распоређује према отпорности, што доводи до формирања просторних наелектрисања и утиче на расподелу електричног поља. XLPE изолација садржи велики број локализованих стања, што ефекте просторног наелектрисања чини посебно озбиљним.
XLPE изолација је хемијски умрежена, формирајући интегрисану умрежену структуру. Као неполарни полимер, сам кабл се може упоредити са великим кондензатором. Када се пренос једносмерне струје заустави, то је еквивалентно пуњењу кондензатора. Иако је језгро проводника уземљено, не долази до ефективног пражњења, остављајући значајну количину једносмерне енергије ускладиштене у каблу као просторна наелектрисања. За разлику од каблова за наизменичну струју, где се просторна наелектрисања расипају кроз диелектричне губитке, ова наелектрисања се акумулирају на дефектима у каблу.
Временом, са честим прекидима напајања или флуктуацијама струје, каблови изоловани XLPE акумулирају све више и више просторних наелектрисања, убрзавајући старење изолационог слоја и смањујући век трајања кабла.
Време објаве: 10. март 2025.