Distribusi tegangan medan listrik pada kabel AC seragam, dan fokus material insulasi kabel adalah pada konstanta dielektrik, yang tidak terpengaruh oleh suhu. Sebaliknya, distribusi tegangan pada kabel DC paling tinggi pada lapisan dalam insulasi dan dipengaruhi oleh resistivitas material insulasi. Material insulasi menunjukkan koefisien suhu negatif, yang berarti bahwa seiring peningkatan suhu, resistivitas menurun.
Saat kabel beroperasi, rugi-rugi inti menyebabkan kenaikan suhu, yang mengakibatkan perubahan resistivitas material insulasi. Hal ini, pada gilirannya, menyebabkan tegangan medan listrik di dalam lapisan insulasi bervariasi. Dengan kata lain, untuk ketebalan insulasi yang sama, tegangan tembus menurun seiring kenaikan suhu. Untuk saluran induk DC di pembangkit listrik terdistribusi, laju penuaan material insulasi jauh lebih cepat akibat fluktuasi suhu sekitar dibandingkan dengan kabel yang terkubur, yang merupakan poin penting yang perlu diperhatikan.
Selama produksi lapisan insulasi kabel, pengotor tak terelakkan akan muncul. Pengotor ini memiliki resistivitas insulasi yang relatif lebih rendah dan terdistribusi tidak merata di sepanjang arah radial lapisan insulasi. Hal ini mengakibatkan resistivitas volume yang bervariasi di berbagai lokasi. Di bawah tegangan DC, medan listrik di dalam lapisan insulasi juga akan bervariasi, menyebabkan area dengan resistivitas volume terendah menua lebih cepat dan berpotensi menjadi titik kegagalan.
Kabel AC tidak menunjukkan fenomena ini. Sederhananya, tegangan pada material kabel AC terdistribusi secara merata, sementara pada kabel DC, tegangan isolasi selalu terkonsentrasi pada titik terlemah. Oleh karena itu, proses dan standar manufaktur untuk kabel AC dan DC harus dikelola secara berbeda.
Polietilena ikatan silang (XLPE)Kabel berisolasi banyak digunakan dalam aplikasi arus bolak-balik (AC) karena sifat dielektrik dan fisiknya yang sangat baik, serta rasio biaya-kinerjanya yang tinggi. Namun, ketika digunakan sebagai kabel DC, kabel ini menghadapi tantangan signifikan terkait muatan ruang, yang khususnya krusial pada kabel DC tegangan tinggi. Ketika polimer digunakan sebagai insulasi kabel DC, sejumlah besar perangkap terlokalisasi di dalam lapisan insulasi menyebabkan akumulasi muatan ruang. Dampak muatan ruang pada material insulasi terutama tercermin dalam dua aspek: distorsi medan listrik dan efek non-distorsi medan listrik, yang keduanya sangat merugikan material insulasi.
Muatan ruang mengacu pada muatan berlebih di luar netralitas listrik dalam unit struktural bahan makroskopis. Dalam 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 bahan dielektrik. Karena pergerakan ion, ion negatif terakumulasi pada antarmuka dekat elektroda positif, dan ion positif terakumulasi pada antarmuka dekat elektroda negatif. Dalam medan listrik AC, migrasi muatan positif dan negatif tidak dapat mengimbangi perubahan cepat dalam medan listrik frekuensi daya, sehingga efek muatan ruang tidak terjadi. Namun, dalam medan listrik DC, medan listrik terdistribusi sesuai dengan resistivitas, yang mengarah pada pembentukan muatan ruang dan memengaruhi distribusi medan listrik. Isolasi XLPE mengandung sejumlah besar keadaan terlokalisasi, membuat efek muatan ruang menjadi sangat parah.
Isolasi XLPE terikat silang secara kimiawi, membentuk struktur ikatan silang yang terintegrasi. Sebagai polimer non-polar, kabel itu sendiri dapat diibaratkan seperti kapasitor besar. Ketika transmisi DC berhenti, hal ini setara dengan pengisian kapasitor. Meskipun inti konduktor dibumikan, pelepasan muatan efektif tidak terjadi, sehingga sejumlah besar energi DC tersimpan di dalam kabel sebagai muatan ruang. Tidak seperti kabel daya AC, di mana muatan ruang didisipasikan melalui rugi-rugi dielektrik, muatan ini terakumulasi pada cacat pada kabel.
Seiring berjalannya waktu, dengan seringnya terjadi pemadaman listrik atau fluktuasi kekuatan arus, kabel berisolasi XLPE mengumpulkan semakin banyak muatan ruang, yang mempercepat penuaan lapisan insulasi dan mengurangi masa pakai kabel.
Waktu posting: 10-Mar-2025