การควบคุมสนามไฟฟ้าและความเค้นในอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลแบบหดตัวด้วยความเย็น

อุปกรณ์เสริมสายเคเบิลแบบหดตัวด้วยความเย็น การควบคุมความเค้นทางไฟฟ้าหมายถึงการควบคุมการกระจายตัวของสนามไฟฟ้าและความแรงของสนามไฟฟ้า
ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้มาตรการที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายตัวของสนามไฟฟ้า เส้นสนามไฟฟ้า และเส้นศักย์ไฟฟ้าอยู่ในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานโดยรวม เนื่องจากการบิดเบี้ยวของสนามไฟฟ้าที่จุดตัดของฉนวนป้องกันสายเคเบิลและจุดตัดของฉนวนปลายสาย ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอและไม่เป็นระเบียบพร้อมกันทั้งในทิศทางตามแนวแกนและแนวรัศมี โดย 50% ถึง 60% กระจายอยู่ที่จุดตัดของฉนวนป้องกันในแนวรัศมี เพื่อขจัดอิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมความเค้นทางไฟฟ้า หากไม่มีการควบคุมความเค้นทางไฟฟ้า อายุการใช้งานของขั้วต่อจะขึ้นอยู่กับความเค้นทางไฟฟ้าที่ปลายชั้นป้องกันและค่าความต้านทานการคายประจุของฉนวนหลัก และโดยทั่วไปอายุการใช้งานจะไม่เกินหนึ่งปี เพื่อปรับปรุงการกระจายความเค้นทางไฟฟ้าที่ปลายตัดของชั้นป้องกันฉนวนสายเคเบิล โดยทั่วไปจะใช้วิธีการต่อไปนี้: (1) วิธีรูปทรงเรขาคณิต – การใช้กรวยลดความเค้นเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้นสนามไฟฟ้า (เช่น การเพิ่มรัศมีความโค้ง); (2) วิธีการควบคุมแบบครบวงจร – การใช้กรวยตัวเก็บประจุเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้นสนามไฟฟ้า; (3) วิธีการควบคุมพารามิเตอร์ – ① การใช้วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงและวัสดุที่มีความต้านทานเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้นสนามไฟฟ้า; ② การใช้วัสดุที่มีความต้านทานแบบไม่เชิงเส้นเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้นสนามไฟฟ้า การควบคุมความเค้นของอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลแบบหดตัวด้วยความเย็นโดยทั่วไปใช้วิธีการพารามิเตอร์หรือรูปทรงเรขาคณิต แต่วิธีการพารามิเตอร์จำเป็นต้องเพิ่มวัสดุไดอิเล็กตริกสูงจำนวนมากเข้าไปในยางซิลิโคน ซึ่งจะลดความแข็งแรงทางกลและทำให้เกิดการแตกร้าวหรือการแยกชั้นได้ง่ายในระหว่างการขยายตัว ส่งผลให้คุณภาพไม่เสถียร ปัจจุบัน วิธีการรูปทรงเรขาคณิตเป็นที่นิยมใช้มากกว่า
กลไกการนำไฟฟ้าของยางซิลิโคนกึ่งตัวนำเหลวแตกต่างจากตัวนำและฉนวนไฟฟ้า ผลิตโดยอิเล็กตรอนกระโดดจากกลุ่มคาร์บอนแบล็กหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่งผ่านโพลีเมอร์ โครงสร้างโดยรวมของสายเคเบิลแบบเชื่อมขวางประกอบด้วยฉนวนตัวนำ (ชั้นกึ่งตัวนำด้านใน) และฉนวนป้องกัน (ชั้นกึ่งตัวนำด้านนอก) ดังนั้น อุปกรณ์เสริมสายเคเบิลแบบหดตัวด้วยความเย็นจึงต้องใช้ยางซิลิโคนกึ่งตัวนำ จากพื้นฐานทางทฤษฎีของขีดจำกัดความต้านทานของฉนวนป้องกันกึ่งตัวนำ แรงดันไฟฟ้าที่กระจายอยู่ทั่วชั้นฉนวนป้องกันกึ่งตัวนำมีค่าหนึ่งในพันของแรงดันไฟฟ้าของชั้นฉนวน ซึ่งค่อนข้างปลอดภัยและจะไม่ทำให้ฉนวนเสียหาย ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลจะทำงานได้อย่างปลอดภัย โดยทั่วไปแล้วจะต้องกำหนดให้ค่าความต้านทานจำเพาะของชั้นตัวนำกึ่งตัวนำมีค่า p ≤ 10 Ω·cm [7] อย่างไรก็ตาม ชั้นฉนวนกึ่งตัวนำของอุปกรณ์เสริมสายเคเบิลแบบหดตัวด้วยความเย็นจะมีการหดตัวอย่างจำกัดเพียง 20%–30% หลังจากขยายตัวบนตัวสายเคเบิล เนื่องจากการขยายตัว (ยืดตัว) 20%–30% นี้ ระยะห่างระหว่างอนุภาคคาร์บอนในชั้นฉนวนกึ่งตัวนำจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของค่าความต้านทานจำเพาะของชั้นฉนวนกึ่งตัวนำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกค่าความต้านทานจำเพาะ pv ≤ 10 Ω·cm เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน