Distribusi tegangan medan listrik pada kabel AC bersifat seragam, dan fokus bahan isolasi kabel adalah pada konstanta dielektrik, yang tidak dipengaruhi oleh suhu. Sebaliknya, distribusi tegangan pada kabel DC paling tinggi pada lapisan dalam isolasi dan dipengaruhi oleh resistivitas bahan isolasi. Bahan isolasi menunjukkan koefisien suhu negatif, yang berarti bahwa seiring peningkatan suhu, resistivitas menurun.
Saat kabel beroperasi, kerugian inti menyebabkan suhu meningkat, yang mengakibatkan perubahan resistivitas material isolasi. Hal ini, pada gilirannya, menyebabkan tegangan medan listrik di dalam lapisan isolasi bervariasi. Dengan kata lain, untuk ketebalan isolasi yang sama, tegangan tembus menurun seiring dengan kenaikan suhu. Untuk saluran utama DC di pembangkit listrik terdistribusi, laju penuaan material isolasi jauh lebih cepat karena fluktuasi suhu lingkungan dibandingkan dengan kabel yang ditanam di bawah tanah, yang merupakan poin penting untuk diperhatikan.
Selama proses produksi lapisan isolasi kabel, kotoran pasti akan masuk. Kotoran ini memiliki resistivitas isolasi yang relatif lebih rendah dan terdistribusi tidak merata sepanjang arah radial lapisan isolasi. Hal ini mengakibatkan resistivitas volume yang bervariasi di lokasi yang berbeda. Di bawah tegangan DC, medan listrik di dalam lapisan isolasi juga akan bervariasi, menyebabkan area dengan resistivitas volume terendah menua lebih cepat dan menjadi titik potensial kegagalan.
Kabel AC tidak menunjukkan fenomena ini. Sederhananya, tegangan pada material kabel AC terdistribusi secara merata, sedangkan pada kabel DC, tegangan isolasi selalu terkonsentrasi pada titik terlemah. Oleh karena itu, proses manufaktur dan standar untuk kabel AC dan DC harus dikelola secara berbeda.
Polietilen yang terikat silang (XLPE)Kabel berisolasi banyak digunakan dalam aplikasi AC karena sifat dielektrik dan fisikanya yang sangat baik, serta rasio biaya-kinerjanya yang tinggi. Namun, ketika digunakan sebagai kabel DC, kabel ini menghadapi tantangan signifikan terkait muatan ruang, yang sangat penting pada kabel DC tegangan tinggi. Ketika polimer digunakan sebagai isolasi kabel DC, sejumlah besar perangkap lokal di dalam lapisan isolasi menyebabkan akumulasi muatan ruang. Dampak muatan ruang pada material isolasi terutama tercermin dalam dua aspek: distorsi medan listrik dan efek distorsi medan non-listrik, yang keduanya sangat merugikan material isolasi.
Muatan ruang mengacu pada muatan berlebih di luar netralitas listrik dalam unit struktural material makroskopis. Pada padatan, muatan ruang positif atau negatif terikat pada tingkat energi terlokalisasi, memberikan efek polarisasi dalam bentuk polaron terikat. Polarisasi muatan ruang terjadi ketika ion bebas hadir dalam material dielektrik. Karena pergerakan ion, ion negatif terakumulasi di antarmuka dekat elektroda positif, dan ion positif terakumulasi di antarmuka dekat elektroda negatif. Dalam medan listrik AC, migrasi muatan positif dan negatif tidak dapat mengimbangi perubahan cepat pada medan listrik frekuensi daya, sehingga efek muatan ruang tidak terjadi. Namun, dalam medan listrik DC, medan listrik terdistribusi sesuai dengan resistivitas, menyebabkan pembentukan muatan ruang dan memengaruhi distribusi medan listrik. Isolasi XLPE mengandung sejumlah besar keadaan terlokalisasi, membuat efek muatan ruang menjadi sangat parah.
Isolasi XLPE dihubungkan silang secara kimia, membentuk struktur terhubung silang terintegrasi. Sebagai polimer non-polar, kabel itu sendiri dapat diibaratkan seperti kapasitor besar. Ketika transmisi DC berhenti, itu setara dengan pengisian kapasitor. Meskipun inti konduktor diarde, pelepasan muatan yang efektif tidak terjadi, sehingga sejumlah besar energi DC tersimpan di dalam kabel sebagai muatan ruang. Tidak seperti kabel daya AC, di mana muatan ruang dihilangkan melalui kerugian dielektrik, muatan ini menumpuk pada kerusakan di kabel.
Seiring waktu, dengan seringnya terjadi pemadaman listrik atau fluktuasi kekuatan arus, kabel berinsulasi XLPE mengakumulasi semakin banyak muatan ruang, mempercepat penuaan lapisan isolasi dan mengurangi masa pakai kabel.
Waktu posting: 10 Maret 2025