डीसी केबल्स की सामग्री और इन्सुलेशन गुण: कुशल और विश्वसनीय ऊर्जा संचरण को सक्षम करना

एसी केबलों में विद्युत क्षेत्र प्रतिबल वितरण एकसमान होता है, और केबल इन्सुलेशन सामग्री का ध्यान परावैद्युत स्थिरांक पर होता है, जो तापमान से प्रभावित नहीं होता। इसके विपरीत, डीसी केबलों में प्रतिबल वितरण इन्सुलेशन की आंतरिक परत पर सबसे अधिक होता है और इन्सुलेशन सामग्री की प्रतिरोधकता से प्रभावित होता है। इन्सुलेशन सामग्री ऋणात्मक तापमान गुणांक प्रदर्शित करती है, जिसका अर्थ है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्रतिरोधकता घटती जाती है।

जब कोई केबल चालू होती है, तो कोर क्षति के कारण तापमान बढ़ता है, जिससे इन्सुलेशन सामग्री की प्रतिरोधकता में परिवर्तन होता है। इसके परिणामस्वरूप, इन्सुलेशन परत के भीतर विद्युत क्षेत्र प्रतिबल में परिवर्तन होता है। दूसरे शब्दों में, इन्सुलेशन की समान मोटाई के लिए, तापमान बढ़ने पर ब्रेकडाउन वोल्टेज कम हो जाता है। वितरित विद्युत संयंत्रों में डीसी ट्रंक लाइनों के लिए, दबी हुई केबलों की तुलना में परिवेश के तापमान में उतार-चढ़ाव के कारण इन्सुलेशन सामग्री की उम्र बढ़ने की दर काफी तेज़ होती है, जो एक महत्वपूर्ण बिंदु है।

केबल इन्सुलेशन परतों के निर्माण के दौरान, अशुद्धियाँ अनिवार्य रूप से प्रवेश करती हैं। इन अशुद्धियों की इन्सुलेशन प्रतिरोधकता अपेक्षाकृत कम होती है और ये इन्सुलेशन परत की त्रिज्य दिशा में असमान रूप से वितरित होती हैं। इसके परिणामस्वरूप विभिन्न स्थानों पर आयतन प्रतिरोधकता भिन्न होती है। डीसी वोल्टेज के तहत, इन्सुलेशन परत के भीतर विद्युत क्षेत्र भी भिन्न होगा, जिससे सबसे कम आयतन प्रतिरोधकता वाले क्षेत्र तेज़ी से पुराने हो जाएँगे और विफलता के संभावित बिंदु बन जाएँगे।

एसी केबलों में यह स्थिति नहीं देखी जाती। सरल शब्दों में, एसी केबल सामग्री पर प्रतिबल समान रूप से वितरित होता है, जबकि डीसी केबलों में, इन्सुलेशन प्रतिबल हमेशा सबसे कमज़ोर बिंदुओं पर केंद्रित होता है। इसलिए, एसी और डीसी केबलों के लिए निर्माण प्रक्रियाओं और मानकों का प्रबंधन अलग-अलग तरीके से किया जाना चाहिए।

क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथाइलीन (XLPE)अपने उत्कृष्ट परावैद्युत और भौतिक गुणों के साथ-साथ उच्च लागत-प्रदर्शन अनुपात के कारण, रोधित केबलों का एसी अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, जब इन्हें डीसी केबल के रूप में उपयोग किया जाता है, तो इन्हें स्पेस चार्ज से संबंधित एक गंभीर चुनौती का सामना करना पड़ता है, जो उच्च-वोल्टेज डीसी केबलों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। जब पॉलिमर का उपयोग डीसी केबल इन्सुलेशन के रूप में किया जाता है, तो इन्सुलेशन परत के भीतर बड़ी संख्या में स्थानीयकृत ट्रैप स्पेस चार्ज के संचय का कारण बनते हैं। इन्सुलेशन सामग्री पर स्पेस चार्ज का प्रभाव मुख्य रूप से दो पहलुओं में परिलक्षित होता है: विद्युत क्षेत्र विरूपण और गैर-विद्युत क्षेत्र विरूपण प्रभाव, जो दोनों ही इन्सुलेशन सामग्री के लिए अत्यधिक हानिकारक हैं।

अंतरिक्ष आवेश किसी स्थूल पदार्थ की संरचनात्मक इकाई के भीतर विद्युत उदासीनता से परे अतिरिक्त आवेश को संदर्भित करता है। ठोसों में, धनात्मक या ऋणात्मक अंतरिक्ष आवेश स्थानीयकृत ऊर्जा स्तरों से बंधे होते हैं, जो बंधे हुए पोलरॉन के रूप में ध्रुवीकरण प्रभाव प्रदान करते हैं। अंतरिक्ष आवेश ध्रुवीकरण तब होता है जब मुक्त आयन एक परावैद्युत पदार्थ में मौजूद होते हैं। आयन की गति के कारण, ऋणात्मक आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड के पास अंतरापृष्ठ पर जमा होते हैं, और धनात्मक आयन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के पास अंतरापृष्ठ पर जमा होते हैं। एक एसी विद्युत क्षेत्र में, धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का प्रवास विद्युत क्षेत्र की शक्ति आवृत्ति में तेजी से होने वाले परिवर्तनों के साथ नहीं रह सकता है, इसलिए अंतरिक्ष आवेश प्रभाव उत्पन्न नहीं होते हैं। हालाँकि, एक डीसी विद्युत क्षेत्र में, विद्युत क्षेत्र प्रतिरोधकता के अनुसार वितरित होता है,

XLPE इंसुलेशन रासायनिक रूप से क्रॉस-लिंक्ड होता है, जिससे एक एकीकृत क्रॉस-लिंक्ड संरचना बनती है। एक अध्रुवीय बहुलक होने के कारण, केबल की तुलना एक बड़े संधारित्र से की जा सकती है। जब DC संचरण बंद हो जाता है, तो यह संधारित्र को चार्ज करने के बराबर होता है। हालाँकि कंडक्टर कोर ग्राउंडेड होता है, प्रभावी डिस्चार्ज नहीं होता है, जिससे केबल में स्पेस चार्ज के रूप में DC ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा संग्रहित रहती है। AC पावर केबल के विपरीत, जहाँ स्पेस चार्ज परावैद्युत हानियों के माध्यम से नष्ट हो जाते हैं, ये चार्ज केबल में दोषों के स्थान पर जमा हो जाते हैं।

समय के साथ, बार-बार बिजली की रुकावट या विद्युत धारा में उतार-चढ़ाव के कारण, XLPE इंसुलेटेड केबलों में अधिक से अधिक स्थान-प्रभार जमा हो जाता है, जिससे इन्सुलेशन परत की उम्र बढ़ जाती है और केबल का सेवा जीवन कम हो जाता है।