Alternatif akım (AC) kablolarındaki elektrik alan gerilimi dağılımı homojendir ve kablo yalıtım malzemelerinin odak noktası, sıcaklıktan etkilenmeyen dielektrik sabitidir. Buna karşılık, doğru akım (DC) kablolarındaki gerilim dağılımı yalıtımın iç katmanında en yüksektir ve yalıtım malzemesinin özdirenci tarafından etkilenir. Yalıtım malzemeleri negatif bir sıcaklık katsayısı sergiler, yani sıcaklık arttıkça özdirenç azalır.
Bir kablo çalışırken, çekirdek kayıpları sıcaklığın yükselmesine neden olur ve bu da yalıtım malzemesinin özdirencinde değişikliklere yol açar. Bu da yalıtım katmanı içindeki elektrik alan geriliminin değişmesine neden olur. Başka bir deyişle, aynı yalıtım kalınlığı için, sıcaklık yükseldikçe arıza gerilimi azalır. Dağıtılmış güç istasyonlarındaki DC ana hatlarında, ortam sıcaklığındaki dalgalanmalar nedeniyle yalıtım malzemesinin yaşlanma hızı, gömülü kablolara kıyasla önemli ölçüde daha hızlıdır; bu da dikkate alınması gereken kritik bir noktadır.
Kablo yalıtım katmanlarının üretiminde kaçınılmaz olarak safsızlıklar oluşur. Bu safsızlıklar nispeten daha düşük yalıtım direncine sahiptir ve yalıtım katmanının radyal yönü boyunca düzensiz bir şekilde dağılır. Bu durum, farklı yerlerde değişen hacimsel dirençle sonuçlanır. Doğru akım voltajı altında, yalıtım katmanı içindeki elektrik alanı da değişir ve bu da en düşük hacimsel dirence sahip alanların daha hızlı yaşlanmasına ve potansiyel arıza noktaları haline gelmesine neden olur.
AC kablolarında bu olgu görülmez. Basitçe ifade etmek gerekirse, AC kablo malzemelerindeki gerilim eşit olarak dağılırken, DC kablolarda yalıtım gerilimi her zaman en zayıf noktalarda yoğunlaşır. Bu nedenle, AC ve DC kabloların üretim süreçleri ve standartları farklı şekilde ele alınmalıdır.
Çapraz bağlı polietilen (XLPE)Yalıtımlı kablolar, mükemmel dielektrik ve fiziksel özelliklerinin yanı sıra yüksek maliyet-performans oranları nedeniyle AC uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, DC kablo olarak kullanıldıklarında, özellikle yüksek voltajlı DC kablolarda kritik olan uzay yükü ile ilgili önemli bir zorlukla karşı karşıya kalırlar. Polimerler DC kablo yalıtımı olarak kullanıldığında, yalıtım katmanı içindeki çok sayıda lokalize tuzak, uzay yüklerinin birikmesine neden olur. Uzay yüklerinin yalıtım malzemeleri üzerindeki etkisi esas olarak iki açıdan kendini gösterir: elektrik alan bozulması ve elektrik alan bozulması dışındaki etkiler; her ikisi de yalıtım malzemesi için son derece zararlıdır.
Uzay yükü, makroskopik bir malzemenin yapısal birimi içindeki elektriksel nötrlüğün ötesindeki fazla yükü ifade eder. Katılarda, pozitif veya negatif uzay yükleri, yerelleştirilmiş enerji seviyelerine bağlıdır ve bağlı polaronlar şeklinde polarizasyon etkileri sağlar. Uzay yükü polarizasyonu, dielektrik bir malzemede serbest iyonlar bulunduğunda meydana gelir. İyon hareketinden dolayı, negatif iyonlar pozitif elektrot yakınındaki arayüzde, pozitif iyonlar ise negatif elektrot yakınındaki arayüzde birikir. Alternatif akım (AC) elektrik alanında, pozitif ve negatif yüklerin göçü, güç frekansı elektrik alanındaki hızlı değişimlere ayak uyduramaz, bu nedenle uzay yükü etkileri oluşmaz. Bununla birlikte, doğru akım (DC) elektrik alanında, elektrik alanı özdirenç doğrultusunda dağılır, bu da uzay yüklerinin oluşmasına ve elektrik alanı dağılımını etkilemesine yol açar. XLPE yalıtımı, çok sayıda yerelleştirilmiş durum içerdiğinden, uzay yükü etkileri özellikle şiddetlidir.
XLPE izolasyonu kimyasal olarak çapraz bağlanarak entegre bir çapraz bağlı yapı oluşturur. Polar olmayan bir polimer olarak, kablonun kendisi büyük bir kapasitöre benzetilebilir. DC iletimi durduğunda, bu bir kapasitörün şarj olmasına eşdeğerdir. İletken çekirdek topraklanmış olsa da, etkili deşarj gerçekleşmez ve önemli miktarda DC enerjisi kabloda uzay yükleri olarak depolanır. Uzay yüklerinin dielektrik kayıpları yoluyla dağıldığı AC güç kablolarının aksine, bu yükler kablodaki kusurlarda birikir.
Zamanla, sık sık yaşanan elektrik kesintileri veya akım şiddetindeki dalgalanmalar nedeniyle, XLPE yalıtımlı kablolar giderek daha fazla uzay yükü biriktirir; bu da yalıtım katmanının yaşlanmasını hızlandırır ve kablonun kullanım ömrünü kısaltır.
Yayın tarihi: 10 Mart 2025