현재 일반적으로 사용되는단열재DC 케이블의 경우 폴리에틸렌이 가장 널리 사용됩니다. 그러나 연구자들은 폴리프로필렌(PP)과 같은 더 잠재적인 절연 재료를 지속적으로 찾고 있습니다. 그럼에도 불구하고 PP를 케이블 절연 재료로 사용하는 데에는 몇 가지 문제가 있습니다.
1. 기계적 성질
DC 케이블의 운송, 설치 및 작동에 필요한 기본 요건을 충족하기 위해 절연 재료는 우수한 유연성, 파단 신율, 저온 충격 저항성을 포함한 일정한 기계적 강도를 가져야 합니다. 그러나 고결정성 고분자인 PP는 작동 온도 범위에서 강성을 나타냅니다. 또한, 저온 환경에서는 취성과 균열 발생에 취약하여 이러한 요건을 충족하지 못합니다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 PP의 인성 강화 및 개질 연구에 집중해야 합니다.
2. 노화 방지
장기간 사용하는 동안 DC 케이블 절연은 높은 전계 강도와 열 사이클링의 복합적인 영향으로 인해 점진적으로 노화됩니다. 이러한 노화는 기계적 및 절연 특성의 저하와 파괴 강도 감소로 이어져 궁극적으로 케이블의 신뢰성과 수명에 영향을 미칩니다. 케이블 절연 노화는 기계적, 전기적, 열적, 화학적 측면을 모두 포함하며, 특히 전기적 및 열적 노화가 가장 우려되는 부분입니다. 산화방지제를 첨가하면 PP의 열 산화 노화 저항성을 어느 정도 향상시킬 수 있지만, 산화방지제와 PP의 낮은 상용성, 마이그레이션, 그리고 첨가제로서의 불순물은 PP의 절연 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 산화방지제에만 의존하여 PP의 노화 저항성을 향상시키는 것은 DC 케이블 절연의 수명 및 신뢰성 요건을 충족할 수 없으므로, PP 개질에 대한 추가 연구가 필요합니다.
3. 단열 성능
공간 전하는 품질과 수명에 영향을 미치는 요소 중 하나입니다.고전압 DC 케이블, 국부 전계 분포, 유전 강도 및 절연 재료 노화에 상당한 영향을 미칩니다. DC 케이블용 절연 재료는 절연 및 계면 내 전계 왜곡을 방지하기 위해 공간 전하 축적을 억제하고, 동극성 공간 전하 주입을 줄이며, 이극성 공간 전하 생성을 억제해야 합니다. 이를 통해 절연 파괴 강도와 케이블 수명을 손상 없이 유지할 수 있습니다.
DC 케이블이 단극성 전기장에 장시간 노출되면 절연체 내부의 전극 물질에서 생성된 전자, 이온, 그리고 불순물 이온이 공간 전하를 형성합니다. 이러한 전하는 빠르게 이동하여 전하 다발로 축적되는데, 이를 공간 전하 축적이라고 합니다. 따라서 DC 케이블에 PP를 사용할 때는 전하 생성 및 축적을 억제하기 위한 수정이 필요합니다.
4. 열전도도
PP 기반 DC 케이블은 열전도도가 낮기 때문에 작동 중 발생하는 열이 신속하게 방출되지 않아 절연층 내외부 사이에 온도 차이가 발생하여 불균일한 온도장을 형성합니다. 고분자 재료의 전기 전도도는 온도가 상승함에 따라 증가합니다. 따라서 전도도가 낮은 절연층 외측은 전하 축적이 발생하기 쉬워 전계 강도가 감소합니다. 또한, 온도 구배는 많은 공간 전하의 주입 및 이동을 유발하여 전계를 더욱 왜곡시킵니다. 온도 구배가 클수록 공간 전하 축적이 더 많아져 전계 왜곡이 심화됩니다. 앞서 설명한 바와 같이 고온, 공간 전하 축적 및 전계 왜곡은 DC 케이블의 정상적인 작동 및 수명에 영향을 미칩니다. 따라서 DC 케이블의 안전한 작동과 수명 연장을 위해서는 PP의 열전도도를 향상시키는 것이 필수적입니다.
게시 시간: 2024년 1월 4일