Porazdelitev napetosti električnega polja v kablih za izmenični tok je enakomerna, poudarek izolacijskih materialov kablov pa je na dielektrični konstanti, na katero temperatura ne vpliva. Nasprotno pa je porazdelitev napetosti v kablih za enosmerni tok najvišja na notranji plasti izolacije in nanjo vpliva upornost izolacijskega materiala. Izolacijski materiali imajo negativni temperaturni koeficient, kar pomeni, da se upornost z naraščanjem temperature zmanjšuje.
Ko je kabel v delovanju, izgube v jedru povzročijo dvig temperature, kar vodi do sprememb v upornosti izolacijskega materiala. To pa posledično povzroči spreminjanje napetosti električnega polja znotraj izolacijske plasti. Z drugimi besedami, pri enaki debelini izolacije se prebojna napetost zmanjšuje z naraščanjem temperature. Pri enosmernih daljnovodih v porazdeljenih elektrarnah je stopnja staranja izolacijskega materiala zaradi nihanj temperature okolice bistveno hitrejša v primerjavi z zakopanimi kabli, kar je ključna točka, ki jo je treba upoštevati.
Med proizvodnjo izolacijskih plasti kablov se neizogibno vnesejo nečistoče. Te nečistoče imajo relativno nižjo izolacijsko upornost in so neenakomerno porazdeljene vzdolž radialne smeri izolacijske plasti. To povzroči različno volumsko upornost na različnih mestih. Pod enosmerno napetostjo se spreminja tudi električno polje znotraj izolacijske plasti, zaradi česar se območja z najnižjo volumsko upornostjo hitreje starajo in postanejo potencialne točke odpovedi.
Pri kablih za izmenični tok se ta pojav ne pojavlja. Preprosto povedano, napetost na materialih kablov za izmenični tok je enakomerno porazdeljena, medtem ko je pri kablih za enosmerni tok izolacijska napetost vedno skoncentrirana na najšibkejših točkah. Zato je treba proizvodne procese in standarde za kable za izmenični in enosmerni tok upravljati drugače.
Zamreženi polietilen (XLPE)Izolirani kabli se pogosto uporabljajo v izmeničnih aplikacijah zaradi svojih odličnih dielektričnih in fizikalnih lastnosti ter visokega razmerja med ceno in zmogljivostjo. Vendar pa se pri uporabi kot enosmerni kabli soočajo z velikim izzivom, povezanim s prostorskim nabojem, ki je še posebej kritičen pri visokonapetostnih enosmernih kablih. Ko se polimeri uporabljajo kot izolacija enosmernih kablov, veliko število lokaliziranih pasti v izolacijski plasti povzroči kopičenje prostorskih nabojev. Vpliv prostorskih nabojev na izolacijske materiale se odraža predvsem v dveh vidikih: popačenju električnega polja in učinkih popačenja neelektričnega polja, ki sta oba zelo škodljiva za izolacijski material.
Prostorski naboj se nanaša na presežek naboja onkraj električne nevtralnosti znotraj strukturne enote makroskopskega materiala. V trdnih snoveh so pozitivni ali negativni prostorski naboji vezani na lokalizirane energijske nivoje, kar povzroča polarizacijske učinke v obliki vezanih polaronov. Polarizacija prostorskega naboja se pojavi, ko so v dielektričnem materialu prisotni prosti ioni. Zaradi gibanja ionov se negativni ioni kopičijo na vmesniku blizu pozitivne elektrode, pozitivni ioni pa na vmesniku blizu negativne elektrode. V izmeničnem električnem polju migracija pozitivnih in negativnih nabojev ne more slediti hitrim spremembam električnega polja omrežne frekvence, zato se učinki prostorskega naboja ne pojavijo. V enosmernem električnem polju pa se električno polje porazdeli glede na upornost, kar vodi do nastanka prostorskih nabojev in vpliva na porazdelitev električnega polja. Izolacija iz XLPE vsebuje veliko število lokaliziranih stanj, zaradi česar so učinki prostorskega naboja še posebej hudi.
Izolacija iz XLPE je kemično zamrežena in tvori integrirano zamreženo strukturo. Ker je kabel nepolarni polimer, ga lahko primerjamo z velikim kondenzatorjem. Ko se prenos enosmernega toka ustavi, je to enakovredno polnjenju kondenzatorja. Čeprav je jedro prevodnika ozemljeno, do učinkovitega praznjenja ne pride, zato se v kablu shrani znatna količina enosmerne energije kot prostorski naboji. Za razliko od kablov za izmenični tok, kjer se prostorski naboji razpršijo zaradi dielektričnih izgub, se ti naboji kopičijo na mestih napak v kablu.
Sčasoma, zaradi pogostih prekinitev napajanja ali nihanj toka, se v kablih z izolacijo iz XLPE kopičijo vedno več prostorskih nabojev, kar pospešuje staranje izolacijske plasti in skrajša življenjsko dobo kabla.
Čas objave: 10. marec 2025