A distribuzione di a tensione di u campu elettricu in i cavi AC hè uniforme, è l'attenzione di i materiali d'isolamentu di i cavi hè focalizzata nantu à a costante dielettrica, chì ùn hè micca affettata da a temperatura. In cuntrastu, a distribuzione di a tensione in i cavi DC hè a più alta in u stratu internu di l'isolamentu è hè influenzata da a resistività di u materiale d'isolamentu. I materiali d'isolamentu presentanu un coefficientu di temperatura negativu, vale à dì chì quandu a temperatura aumenta, a resistività diminuisce.
Quandu un cavu hè in funziunamentu, e perdite in u core causanu un aumentu di a temperatura, ciò chì porta à cambiamenti in a resistività di u materiale isolante. Questu, à u so tornu, face varià a tensione di u campu elettricu in u stratu isolante. In altre parole, per u listessu spessore di isolamentu, a tensione di rottura diminuisce cù l'aumentu di a temperatura. Per e linee principali CC in e centrali elettriche distribuite, u ritmu di invecchiamentu di u materiale isolante hè significativamente più veloce per via di e fluttuazioni di a temperatura ambiente paragunatu à i cavi interrati, ciò chì hè un puntu criticu da nutà.
Durante a pruduzzione di strati d'isolamentu di cavi, l'impurità sò inevitabilmente introdutte. Queste impurità anu una resistività d'isolamentu relativamente più bassa è sò distribuite in modu irregulare longu a direzzione radiale di u stratu d'isolamentu. Questu si traduce in una resistività di volume variabile in diversi lochi. Sottu tensione continua, u campu elettricu in u stratu d'isolamentu varierà ancu, pruvucendu chì e zone cù a resistività di volume più bassa invechjanu più rapidamente è diventanu potenziali punti di fallimentu.
I cavi AC ùn presentanu micca stu fenomenu. In termini simplici, a tensione nantu à i materiali di i cavi AC hè distribuita uniformemente, mentre chì in i cavi DC, a tensione d'isolamentu hè sempre cuncentrata in i punti più debuli. Dunque, i prucessi di fabricazione è i standard per i cavi AC è DC devenu esse gestiti in modu diversu.
Polietilene reticolatu (XLPE)I cavi isolati sò largamente usati in l'applicazioni AC per via di e so eccellenti proprietà dielettriche è fisiche, è ancu di u so altu rapportu costu-prestazioni. Tuttavia, quandu sò usati cum'è cavi DC, si trovanu di fronte à una sfida significativa ligata à a carica spaziale, chì hè particularmente critica in i cavi DC d'alta tensione. Quandu i polimeri sò usati cum'è isolamentu di cavi DC, un gran numeru di trappule lucalizzate in u stratu d'isolamentu causanu l'accumulazione di cariche spaziali. L'impattu di e cariche spaziali nantu à i materiali isolanti si riflette principalmente in dui aspetti: l'effetti di distorsione di u campu elettricu è di distorsione di u campu non elettricu, tramindui assai dannosi per u materiale isolante.
A carica spaziale si riferisce à a carica in eccessu oltre a neutralità elettrica in una unità strutturale di un materiale macroscopicu. In i solidi, e cariche spaziali positive o negative sò ligate à livelli d'energia lucalizati, furnendu effetti di polarizazione in forma di polaroni ligati. A polarizazione di a carica spaziale si verifica quandu l'ioni liberi sò presenti in un materiale dielettricu. A causa di u muvimentu di l'ioni, l'ioni negativi s'accumulanu à l'interfaccia vicinu à l'elettrodu pusitivu, è l'ioni pusitivi s'accumulanu à l'interfaccia vicinu à l'elettrodu negativu. In un campu elettricu AC, a migrazione di e cariche positive è negative ùn pò micca tene u passu cù i rapidi cambiamenti in u campu elettricu di frequenza di putenza, dunque l'effetti di carica spaziale ùn si verificanu micca. In un campu elettricu DC, tuttavia, u campu elettricu si distribuisce secondu a resistività, purtendu à a furmazione di cariche spaziali è affettendu a distribuzione di u campu elettricu. L'insulazione XLPE cuntene un gran numeru di stati lucalizati, rendendu l'effetti di carica spaziale particularmente severi.
L'insulazione XLPE hè reticolata chimicamente, furmendu una struttura reticolata integrata. Cum'è un polimeru non polare, u cavu stessu pò esse paragunatu à un grande condensatore. Quandu a trasmissione DC si ferma, hè equivalente à carica un condensatore. Ancu s'è u core di u cunduttore hè messa à terra, ùn si verifica micca una scarica efficace, lascendu una quantità significativa di energia DC immagazzinata in u cavu cum'è cariche spaziali. À u cuntrariu di i cavi di alimentazione AC, induve e cariche spaziali sò dissipate per via di perdite dielettriche, queste cariche s'accumulanu in i difetti di u cavu.
Cù u tempu, cù interruzioni frequenti di corrente o fluttuazioni di a forza di corrente, i cavi isolati XLPE accumulanu sempre più cariche spaziali, accelerendu l'invecchiamentu di u stratu d'isolamentu è riducendu a durata di vita di u cavu.
Data di publicazione: 10 di marzu di u 2025