La distribució de la tensió del camp elèctric en els cables de corrent altern és uniforme, i l'enfocament dels materials d'aïllament dels cables es centra en la constant dielèctrica, que no es veu afectada per la temperatura. En canvi, la distribució de la tensió en els cables de corrent continu és més alta a la capa interior de l'aïllament i està influenciada per la resistivitat del material aïllant. Els materials d'aïllament presenten un coeficient de temperatura negatiu, és a dir, que a mesura que augmenta la temperatura, la resistivitat disminueix.
Quan un cable està en funcionament, les pèrdues del nucli fan que la temperatura augmenti, cosa que provoca canvis en la resistivitat del material aïllant. Això, al seu torn, fa que la tensió del camp elèctric dins de la capa d'aïllament variï. En altres paraules, per al mateix gruix d'aïllament, la tensió de ruptura disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Per a les línies troncals de CC en centrals elèctriques distribuïdes, la velocitat d'envelliment del material aïllant és significativament més ràpida a causa de les fluctuacions de la temperatura ambient en comparació amb els cables enterrats, la qual cosa és un punt crític a tenir en compte.
Durant la producció de capes d'aïllament de cables, inevitablement s'introdueixen impureses. Aquestes impureses tenen una resistivitat d'aïllament relativament baixa i es distribueixen de manera desigual al llarg de la direcció radial de la capa d'aïllament. Això resulta en una resistivitat de volum variable en diferents llocs. Sota voltatge de corrent continu, el camp elèctric dins de la capa d'aïllament també variarà, fent que les zones amb la resistivitat de volum més baixa envellisquen més ràpidament i es converteixin en possibles punts de fallada.
Els cables de CA no presenten aquest fenomen. En termes senzills, la tensió en els materials dels cables de CA es distribueix uniformement, mentre que en els cables de CC, la tensió d'aïllament sempre es concentra en els punts més febles. Per tant, els processos de fabricació i els estàndards per als cables de CA i CC s'han de gestionar de manera diferent.
Polietilè reticulat (XLPE)Els cables aïllats s'utilitzen àmpliament en aplicacions de corrent altern a causa de les seves excel·lents propietats dielèctriques i físiques, així com la seva alta relació cost-rendiment. Tanmateix, quan s'utilitzen com a cables de corrent continu, s'enfronten a un repte important relacionat amb la càrrega espacial, que és particularment crítica en els cables de corrent continu d'alta tensió. Quan s'utilitzen polímers com a aïllament de cables de corrent continu, un gran nombre de trampes localitzades dins de la capa d'aïllament provoquen l'acumulació de càrregues espacials. L'impacte de les càrregues espacials en els materials d'aïllament es reflecteix principalment en dos aspectes: la distorsió del camp elèctric i els efectes de distorsió del camp no elèctric, tots dos molt perjudicials per al material d'aïllament.
La càrrega espacial es refereix a l'excés de càrrega més enllà de la neutralitat elèctrica dins d'una unitat estructural d'un material macroscòpic. En els sòlids, les càrregues espacials positives o negatives estan lligades a nivells d'energia localitzats, proporcionant efectes de polarització en forma de polarons lligats. La polarització de la càrrega espacial es produeix quan hi ha ions lliures presents en un material dielèctric. A causa del moviment dels ions, els ions negatius s'acumulen a la interfície prop de l'elèctrode positiu, i els ions positius s'acumulen a la interfície prop de l'elèctrode negatiu. En un camp elèctric de corrent altern, la migració de càrregues positives i negatives no pot seguir el ritme dels canvis ràpids en el camp elèctric de freqüència industrial, de manera que no es produeixen efectes de càrrega espacial. En un camp elèctric de corrent continu, però, el camp elèctric es distribueix segons la resistivitat, cosa que porta a la formació de càrregues espacials i afecta la distribució del camp elèctric. L'aïllament XLPE conté un gran nombre d'estats localitzats, cosa que fa que els efectes de la càrrega espacial siguin particularment greus.
L'aïllament de XLPE està reticulat químicament, formant una estructura reticulada integrada. Com a polímer no polar, el cable en si es pot comparar amb un condensador gran. Quan la transmissió de CC s'atura, equival a carregar un condensador. Tot i que el nucli conductor està connectat a terra, no es produeix una descàrrega efectiva, deixant una quantitat significativa d'energia de CC emmagatzemada al cable com a càrregues espacials. A diferència dels cables d'alimentació de CA, on les càrregues espacials es dissipen a través de pèrdues dielèctriques, aquestes càrregues s'acumulen en defectes del cable.
Amb el temps, amb interrupcions freqüents de l'alimentació o fluctuacions en la intensitat del corrent, els cables aïllats XLPE acumulen cada cop més càrregues espacials, accelerant l'envelliment de la capa d'aïllament i reduint la vida útil del cable.
Data de publicació: 10 de març de 2025