วัสดุฉนวนชนิดใหม่สร้างเกราะป้องกันประสิทธิภาพสำหรับสายไฟทนอุณหภูมิสูง

นอกจากเปลวไฟจากเตาหลอมโลหะและระหว่างอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูงในโรงไฟฟ้าพลังงานใหม่แล้ว ระบบส่งกำลังยังต้องเผชิญกับการทดสอบอุณหภูมิที่เกินกว่าปกติอีกด้วย เป็น "เส้นชีวิต" เพื่อให้การส่งผ่านพลังงานที่มั่นคง ความสามารถในการแข่งขันหลักของ สายไฟทนอุณหภูมิสูง มีความเข้มข้นในด้านประสิทธิภาพของฉนวน ประสิทธิภาพนี้ไม่ใช่การซ้อนทับคุณสมบัติทนความร้อนอย่างง่าย แต่ด้วยการออกแบบโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุที่แม่นยำ ทำให้สายเคเบิลมีความสามารถในการต้านทานการเสื่อมสภาพและรักษาฉนวนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งถือเป็นการแก้ปัญหาอันตรายด้านความปลอดภัยของสายเคเบิลแบบเดิมภายใต้สภาพการทำงานที่หนักหน่วงในระดับพื้นฐาน
วัสดุฉนวนโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ที่ใช้กันทั่วไปในสายไฟแบบดั้งเดิมสามารถตอบสนองข้อกำหนดพื้นฐานของฉนวนที่อุณหภูมิห้อง แต่ลักษณะโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุจะกำหนดข้อบกพร่องโดยธรรมชาติในการปรับตัวที่อุณหภูมิสูง สายโซ่โมเลกุลของ PVC ประกอบด้วยโมโนเมอร์ไวนิลคลอไรด์โพลีเมอร์ไรซ์ ซึ่งมีแรงระหว่างสายโซ่อ่อนและมีอะตอมของคลอรีนที่สลายตัวได้ง่ายจำนวนมาก เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกิน 70°C ห่วงโซ่โมเลกุล PVC จะเริ่มสลายตัวด้วยความร้อน และปล่อยก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์ หากอุณหภูมิสูงขึ้นอีกจนเกิน 100°C วัสดุจะอ่อนตัวลงและเสียรูปอย่างรวดเร็ว ความสมบูรณ์ของชั้นฉนวนจะถูกทำลาย และความเสี่ยงของการรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ความก้าวหน้าครั้งใหม่ของสายไฟทนอุณหภูมิสูงมาจากการวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุฉนวนชนิดใหม่ ยางซิลิโคน โพลีอิไมด์ และวัสดุอื่นๆ ได้กลายเป็นกำลังหลักในด้านฉนวนอุณหภูมิสูงด้วยโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ โครงสร้างนี้ทำให้วัสดุมีข้อได้เปรียบหลักสามประการ: เมฆอิเล็กตรอน π ในระบบคอนจูเกตมีการกระจายเท่าๆ กัน และพลังงานพันธะเคมีได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อให้อุณหภูมิการสลายตัวเนื่องจากความร้อนของโพลีอิไมด์สูงถึง 500 ℃ หรือสูงกว่า และอุณหภูมิการใช้งานในระยะยาวจะคงที่ที่ 260 ℃; โซ่โมเลกุลที่แข็งนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะบิดและหักเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน และแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ก็สามารถรักษาความสมบูรณ์ของโซ่โมเลกุลได้เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีรูหรือรอยแตกในชั้นฉนวน มีแรงแวนเดอร์วาลส์ที่แข็งแกร่งและพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล ทำให้เกิดโครงสร้างโมเลกุลที่หนาแน่นซ้อนกัน ป้องกันการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาคุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่ดีเยี่ยม เมื่อสายเคเบิลทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงถึง 300°C ในโรงปฏิบัติงานด้านโลหะ ชั้นฉนวนโพลีอิไมด์เปรียบเสมือนเกราะที่แข็งแกร่ง แยกความร้อนจากการกัดเซาะตัวนำ และป้องกันอุบัติเหตุไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากความล้มเหลวของฉนวน
นอกจากโพลีอิไมด์แล้ว วัสดุฉนวนยางซิลิโคนยังแสดงความสามารถในการปรับตัวที่อุณหภูมิสูงได้อีกด้วย สายโซ่โมเลกุลหลักประกอบด้วยพันธะซิลิคอน-ออกซิเจน (Si-O) พลังงานพันธะของพันธะ Si-O สูงถึง 460kJ/mol ซึ่งสูงกว่าพันธะคาร์บอน-คาร์บอนทั่วไป (C-C) มากและมีเสถียรภาพทางความร้อนตามธรรมชาติ ความยืดหยุ่นของสายโซ่โมเลกุลของยางซิลิโคนช่วยให้สามารถรักษาความยืดหยุ่นที่ดีที่อุณหภูมิสูง หลีกเลี่ยงการแตกร้าวของชั้นฉนวนที่เกิดจากการแข็งตัวและความเปราะบางของวัสดุ ยางซิลิโคนมีพลังงานพื้นผิวต่ำและไม่ดูดซับความชื้นและสิ่งสกปรกได้ง่าย จึงมั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือของฉนวนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ในสายเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์ของสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ชั้นฉนวนยางซิลิโคนสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่เกิดจากแสงแดดโดยตรง และต้านทานการกัดเซาะของลมและทรายเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้ามีความเสถียร
ตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างโมเลกุลไปจนถึงการตระหนักถึงประสิทธิภาพของวัสดุ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีฉนวนของสายไฟทนอุณหภูมิสูงได้กำหนดมาตรฐานใหม่ของการส่งผ่านพลังงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ด้วยการละทิ้งข้อบกพร่องโดยธรรมชาติของวัสดุแบบดั้งเดิมและนำวัสดุใหม่ที่มีโครงสร้างโมเลกุลที่มีความเสถียรทางความร้อนมาใช้ สายเคเบิลจึงสามารถรักษาประสิทธิภาพของฉนวนในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงได้ต่อไป