L
Ipari hírek
A térhálósított polietilén, az univerzális nevén XLPE, kiszorította a papírszigetelésű, ólomborítású kábeleket a régi városi hálózatok kivételével, egyetlen döntő előnye miatt: a folyamatos üzemi vezeték hőmérséklete 90°C , szemben az impregnált papír vagy PVC 70°C és 75°C közötti határértékével. Ez a 20°C-os különbség közvetlenül nagyobb amperabilitást jelent ugyanazon vezeték-keresztmetszetnél, lehetővé téve, hogy egy közmű vagy ipari üzem több áramot vigyen át egy azonos fizikai méretű és tömegű kábelen.
A kémia a termikus fölény mögött
A teljesítménye XLPE insulation molekulaszerkezetéből származik. A hőre lágyuló polietiléntől eltérően, amely meglágyul és magas hőmérsékleten folyik, az XLPE térhálósítási folyamaton megy keresztül, amely az egyes polimerláncokat háromdimenziós hálózatba köti. Ez az átalakulás olyan anyagot alakít át, amely kb 105 °C hőre keményedőbe, amely megőrzi mechanikai integritását és dielektromos szilárdságát jóval a névleges 90°C-os folyamatos határértéken túl.
Magát a térhálósítást három ipari módszer egyikével érik el. A szilán ojtási eljárás nedvességet használ a szigetelés kikeményítésére környezeti hőmérsékleten, így tiszta, üregmentes dielektrikum keletkezik, amely alkalmas középfeszültségű kábelekhez 35 kV-ig. A nagynyomású, folyamatos vulkanizáló csövön keresztül alkalmazott peroxidos eljárás megemelt hőmérsékleten és nyomáson lebontja a dikumil-peroxidot, hogy térhálósodást indítson el, és továbbra is a domináns módszer a nagyfeszültségű és extra magas feszültségű átviteli kábeleknél. Egy kevésbé elterjedt besugárzási módszer az elektronsugaras bombázást alkalmazza vékonyfalú alkalmazásokhoz. Mindegyik technika ugyanazt a géltartalom célját eredményezi: minimum 70% gel fraction forró xilol extrakcióval mérve, biztosítva a kúszásállósághoz szükséges hálózati sűrűséget tartós mechanikai nyomás mellett, emelt hőmérsékleten.
Karmester-építés és képernyőmérnökség
Egyetlen XLPE dielektrikum sem működik elszigetelten. A vezeték és a szigetelés, valamint a szigetelés és a fém árnyékolás közötti interfészek kritikusan meghatározzák a kábel részleges kisülési viselkedését és élettartamát. Ezeket az interfészeket félvezető ernyők kezelik, amelyeket gyakran egyszerűen vezető- és szigetelőképernyőknek neveznek, és amelyeket az XLPE szigeteléssel egyidejűleg extrudálnak egy háromfejű extrudálási eljárásban.
A megfelelően felvitt vezetőernyő kitölti a sodrott vezető hézagait, és tökéletesen sima hengeres ekvipotenciálfelületet képez az XLPE réteg belsejében. Ezen a határon minden kiemelkedés vagy üreg koncentrálja az elektromos feszültséget, részleges kisülést indítva el, amely belülről kifelé erodálja a szigetelést. Maga a szitaanyag egy koromfeketével töltött polietilén keverék, jellemzően térfogati ellenállással below 500 ohm-meters at 90°C. A szigetelés külső oldalán a szigetelőernyő az inverz funkciót látja el, megakadályozva a légrés kialakulását az XLPE felület és a fémszalag vagy huzalpajzs között. A modern, háromszorosan extrudált, 15 kV-os és afeletti névleges kábeleknél mindhárom réteget – a vezetőernyőt, az XLPE szigetelést és a szigetelőernyőt – egyetlen átvezetéssel felhordják egy keresztfejű szerszámon, majd térhálósítják. Ez a koextrudált konstrukció kiküszöböli azokat a különálló réteghatárokat, amelyek a terhelésciklusos hőtágulás során a történetileg delaminációs hibákat okoztak.
Ampacity és rövidzárlati hőállóság
Az XLPE üzemi hőmérsékleti előnye jól ismert, de a rövidzárlati hőálló képessége ugyanolyan fontos, és gyakran figyelmen kívül hagyják a specifikáció során. Amikor hibaáram folyik, a vezető hőmérséklete ezredmásodperc alatt emelkedik. Az XLPE tolerálja a rövidzárlati vezetékhőmérsékletet 250°C , míg a szabványos PVC szigetelés 160°C-ra korlátozódik ugyanarra a tranziens eseményre. Ez a magasabb termikus mennyezet lehetővé teszi, hogy kisebb vezeték-keresztmetszet túléljen egy adott hibaáram-nagyságot és törlési időt, ami közvetlen költségvonzatot jelent a réz vagy alumínium beszerzéséhez.
Az alábbi táblázat összehasonlítja az XLPE és PVC szigetelésű rézvezetők maximális megengedett rövidzárlati áramsűrűségét egy másodperces hibaelhárítási időre, bemutatva a megszerzett műszaki tartalékot.
| Insulation Type | Max. folyamatos vezetékhőm | Short-Circuit Temp Limit | 1 másodperces zárlati besorolás (réz) |
|---|---|---|---|
| PVC | 70°C | 160°C | 115 A/mm² (approx.) |
| XLPE | 90°C | 250°C | 143 A/mm² (approx.) |
A magasabb rövidzárlati névleges kb 143 amper négyzetmilliméterenként Az XLPE alatti rézvezetők esetében, szemben a 115 A/mm²-es PVC-vel, az XLPE kábel 24%-kal nagyobb hibaáramot képes ellenállni azonos vezetékméret mellett, a szigetelési idő romlása nélkül. A gyakorlatban ez gyakran lehetővé teszi a tervező számára, hogy egy szabványos mérettel kisebb vezetéket válasszon, miközben a hiba teljes átfutása megfelel az IEC 60949 szabványnak.
Water Treeing és a kabátos építkezés esete
Nedves környezetben a középfeszültségű XLPE kábelek domináns öregedési mechanizmusa a vízfásítás. Ez a jelenség akkor fordul elő, amikor a nedvesség elektromos tér jelenlétében behatol a szigetelésbe, és mikroszkopikus, fa alakú csatornákat képezve kémiailag lebomlott polimerből. Hét-tizenöt év alatt ezek a vízfák a feszültségkoncentrációs pontoktól addig nőnek, amíg a szigetelés vastagságából eléggé áthidalják ahhoz, hogy üzemi feszültségen dielektromos törést okozzanak.
Két bevált ellenintézkedés határozza meg a legjobb gyakorlatot a közvetlen temetésre vagy nedves boltozatra szánt XLPE kábeleknél. Az első egy extrudált, varrat nélküli fém nedvességzáró, jellemzően rézszalag hegesztett és hullámos varrással vagy folyamatosan felvitt ólomköpennyel , a külső polietilén köpenyhez ragasztva. Ez a gát fizikailag blokkolja a víz radiális bejutását a szigetelőernyőbe és a szigetelőrétegekbe. A második a vízálló XLPE-vegyületek alkalmazása, amelyek poláris adalékanyagokat tartalmaznak, amelyek kémiailag rögzítik a vízmolekulákat a polimer amorf tartományaiban, nagyságrenddel csökkentve a kiszellőztetett vízfák növekedési ütemét. A 15 kV-os és nagyobb névleges feszültségű, időszakos víz alá merítésnek kitett aknába szerelt kábelek esetén a fém radiális nedvességzáró és a fát gátló XLPE már nem prémium opció; ez a minimálisan szükséges konstrukció a negyven éves élettartam eléréséhez.
Leállási feszültségszabályozás és interfésznyomás
Az XLPE kábelrendszerek meghibásodási statisztikái következetesen a végződésekre és a toldásokra mutatnak rá, mint a gyenge láncszemre, nem pedig a kábelre. A probléma a szigetelőernyő hirtelen megszakadása, amely extrém érintőleges elektromos feszültséget hoz létre a szita vágott élén. Ellenőrzött osztályozás nélkül ez a stressz elérheti 50 kV per inch or higher névleges fázis-föld feszültségen 15 kV-os kábelnél, felületi követést kezdeményezve, amely elszenesíti és tönkreteszi a lezárást.
A jogorvoslat a lezárásba integrált stresszszabályozó elem. A nagyfeszültségű végződések általában vezetőképes és szigetelő gumiból készült geometriai feszültségkúpot használnak, amely az ekvipotenciális térvonalakat finom gradienssé alakítja át az XLPE felületen. A középfeszültségű szétválasztható csatlakozók ugyanazt a funkciót látják el a fröccsöntött elasztomer házzal, amely szabályozott radiális interferencia illesztést alkalmaz 15% és 25% között a kábel szigetelése fölött. Ez az interferencia illesztés fenntartja a felületi nyomást az összes hőciklus során, szoros érintkezésben tartva a belső elektromos felületeket, és kizárja a levegőt a kritikus hárompontos csomópontból, ahol a vezető, a szigetelés és a környezet találkozik. Bármelyik telepítő, aki kihagyja a csatlakozótesthez előírt szilikon kenőanyagot, vagy aki nem tudja lesarkítani a szigetelőernyőt a megadott szögre vágva, űrt hoz létre, amely részleges kisülési helysé és végül vezeték-föld hibává válik.
Helyszíni tesztelési és üzembe helyezési protokollok
Az elkészült XLPE kábeláramkör üzembe helyezési próbát igényel, amely igazolja, hogy a szigetelés nem sérült a húzás és lezárás során, ugyanakkor nem öregedett vagy gyengítette a hangkábelt. A nagy potenciállal rendelkező egyenáramú tesztelés örökölt megközelítését végérvényesen hiteltelenítették az extrudált XLPE esetében. Az egyenáramú tesztelés tértöltést hajt a szigetelés tömegében; amikor a tesztfeszültséget eltávolítják, és a kábelt újra feszültség alá helyezik váltakozó árammal, ez a beszorult tértöltés rárakódik a váltakozó áramú hullámformára, és olyan meghibásodást idézhet elő, amelyet a kábel üzem közben nem tapasztalt volna.
Az új XLPE kábel üzembe helyezésének elfogadott modern protokollja a nagyon alacsony frekvenciájú (VLF) ellenállási teszt 0,1 Hz-en , jellemzően 30-60 percig alkalmazzák a vonal-föld üzemi feszültség 2,0-3,0-szeresének megfelelő feszültségszinten. 8,7 kV-os fázis-föld névleges 15 kV-os kábel esetén a vizsgálati feszültséget általában a következőre állítják be: 22 kV csúcs . Az ellenállóképesség-tesztet több feszültséglépcsőn végzett barna delta méréssel kísérve a dielektromos veszteség kvantitatív alapértéke adható, amely összehasonlítható a jövőbeli diagnosztikai tesztekkel a szigetelés öregedésének nyomon követésére. Egy új, jó állapotú XLPE kábelen sárgásbarna deltának kell lennie 0,2 × 10⁻³ minimális delta-tan-delta eltéréssel a feszültséglépcsők között. A kábel üzembe helyezése előtt ezt a küszöbértéket meghaladó értékek szennyeződésre, nedvesség behatolására vagy rossz extrudálási minőségre utalnak, ami indokolja a vizsgálatot, mielőtt a telepítő elfogadná az áramkört.
