현재 일반적으로 사용되는절연 재료직류 케이블의 절연재로는 폴리에틸렌이 주로 사용됩니다. 하지만 연구자들은 폴리프로필렌(PP)과 같은 더욱 유망한 절연재를 끊임없이 연구하고 있습니다. 그러나 PP를 케이블 절연재로 사용하는 데에는 몇 가지 문제점이 있습니다.
1. 기계적 특성
직류 케이블의 운송, 설치 및 작동에 필요한 기본 요건을 충족하기 위해서는 절연 재료가 우수한 유연성, 파단 신율 및 저온 충격 저항성을 포함한 특정 기계적 강도를 가져야 합니다. 그러나 고결정성 고분자인 PP는 사용 온도 범위 내에서 강성을 나타냅니다. 또한 저온 환경에서 취성이 강하고 균열이 발생하기 쉬워 이러한 조건을 충족하지 못합니다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 PP의 인성 강화 및 개량에 대한 연구가 필요합니다.
2. 노화 저항성
장기간 사용 시, 직류 케이블 절연체는 높은 전기장 강도와 열 순환의 복합적인 영향으로 인해 점차 노화됩니다. 이러한 노화는 기계적 및 절연 특성의 저하와 절연 파괴 강도의 감소를 초래하여 궁극적으로 케이블의 신뢰성과 수명에 영향을 미칩니다. 케이블 절연체의 노화는 기계적, 전기적, 열적, 화학적 측면을 포함하며, 그중에서도 전기적 노화와 열적 노화가 가장 큰 문제로 여겨집니다. 산화방지제를 첨가하면 PP의 열산화 노화 저항성을 어느 정도 향상시킬 수 있지만, 산화방지제와 PP 간의 낮은 상용성, 이동, 그리고 첨가제로서의 불순물 함유는 PP의 절연 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 산화방지제에만 의존하여 PP의 노화 저항성을 향상시키는 것은 직류 케이블 절연체의 수명과 신뢰성 요구 사항을 충족할 수 없으므로 PP의 개질에 대한 추가 연구가 필요합니다.
3. 절연 성능
공간 전하는 품질과 수명에 영향을 미치는 요소 중 하나입니다.고전압 DC 케이블이는 국부적인 전기장 분포, 절연 강도 및 절연 재료의 노화에 상당한 영향을 미칩니다. 직류 케이블용 절연 재료는 절연체 및 계면 내부의 전기장 왜곡을 방지하고 절연 파괴 강도와 케이블 수명을 유지하기 위해 공간 전하 축적을 억제하고, 동극성 공간 전하의 주입을 줄이며, 이극성 공간 전하의 생성을 저해해야 합니다.
직류 케이블이 단극 전기장에 장시간 노출되면 절연체 내부의 전극 재료에서 생성된 전자, 이온 및 불순물 이온이 공간 전하로 변환됩니다. 이러한 전하는 빠르게 이동하여 전하 덩어리를 형성하는데, 이를 공간 전하 축적이라고 합니다. 따라서 직류 케이블에 PP(폴리머 피복재)를 사용할 경우, 전하 생성 및 축적을 억제하기 위한 조치가 필요합니다.
4. 열전도율
PP 기반 DC 케이블은 열전도율이 낮아 작동 중 발생하는 열이 신속하게 발산되지 못하고 절연층의 내외부 온도차가 발생하여 불균일한 온도장을 형성합니다. 고분자 재료의 전기 전도율은 온도가 상승함에 따라 증가하므로, 전도율이 낮은 절연층 외측면에는 전하가 축적되기 쉬워 전기장 강도가 감소합니다. 또한, 온도 구배는 다량의 공간 전하의 주입 및 이동을 유발하여 전기장을 더욱 왜곡시킵니다. 온도 구배가 클수록 공간 전하 축적이 심해져 전기장 왜곡이 더욱 커집니다. 앞서 논의한 바와 같이 고온, 공간 전하 축적 및 전기장 왜곡은 DC 케이블의 정상 작동 및 수명에 영향을 미칩니다. 따라서 DC 케이블의 안전한 작동과 수명 연장을 위해서는 PP의 열전도율을 향상시키는 것이 필수적입니다.
게시 시간: 2024년 1월 4일