کابل های برق عایق شده XLPE: رتبه بندی، نصب و آزمایش

شیمی پشت برتری حرارتی

عملکرد از عایق XLPE از ساختار مولکولی آن سرچشمه می گیرد. برخلاف پلی اتیلن ترموپلاستیک که در دماهای بالا نرم می شود و جریان می یابد، XLPE تحت یک فرآیند اتصال متقابل قرار می گیرد که زنجیره های پلیمری منفرد را به یک شبکه سه بعدی متصل می کند. این تبدیل ماده ای را تبدیل می کند که تقریباً با سرعت ذوب می شود 105 درجه سانتی گراد به یک ترموست تبدیل می شود که یکپارچگی مکانیکی و استحکام دی الکتریک را به خوبی بیش از حد مجاز نامی 90 درجه سانتی گراد حفظ می کند.

خود اتصال متقابل از طریق یکی از سه روش صنعتی به دست می آید. فرآیند پیوند سیلان از رطوبت برای خشک کردن عایق در دمای محیط استفاده می کند و یک دی الکتریک تمیز و بدون فضای خالی مناسب برای کابل های ولتاژ متوسط ​​تا 35 کیلو ولت تولید می کند. فرآیند پراکسید، که از طریق یک لوله ولکانیزاسیون مداوم فشار بالا اعمال می شود، دی کومیل پراکسید را در دما و فشار بالا تجزیه می کند تا اتصال متقابل را آغاز کند، و روش غالب برای کابل های انتقال ولتاژ بالا و ولتاژ فوق العاده بالا باقی می ماند. یک روش تابش کمتر رایج از بمباران پرتو الکترونی برای کاربردهای دیواره نازک استفاده می کند. هر تکنیک هدف محتوای ژل یکسانی را تولید می کند: حداقل 70٪ کسر ژل همانطور که با استخراج زایلن داغ اندازه‌گیری می‌شود، چگالی شبکه مورد نیاز برای مقاومت در برابر خزش تحت فشار مکانیکی پایدار در دماهای بالا را تضمین می‌کند.

ساخت و ساز هادی و مهندسی صفحه نمایش

هیچ دی الکتریک XLPE به صورت مجزا کار نمی کند. رابط بین هادی و عایق، و بین عایق و محافظ فلزی، رفتار تخلیه نسبی کابل و عمر مفید نهایی را تعیین می کند. این رابط‌ها توسط صفحه‌های نیمه رسانا مدیریت می‌شوند، که اغلب به سادگی به عنوان صفحه‌های رسانا و عایق شناخته می‌شوند، که همزمان با عایق XLPE در فرآیند اکستروژن سه سر اکسترود می‌شوند.

یک صفحه هادی که به درستی اعمال شده است، فواصل یک هادی رشته‌ای را پر می‌کند و یک سطح استوانه‌ای کاملاً هم‌پتانسیل را در داخل لایه XLPE ارائه می‌کند. هر گونه برجستگی یا فضای خالی در این مرز، تنش الکتریکی را متمرکز می کند و باعث تخلیه جزئی می شود که عایق را از داخل به بیرون فرسایش می دهد. مواد صفحه نمایش خود یک ترکیب پلی اتیلن بارگذاری شده با کربن سیاه است که معمولاً دارای مقاومت حجمی است زیر 500 اهم متر در 90 درجه سانتی گراد در قسمت بیرونی عایق، صفحه عایق عملکرد معکوس را انجام می دهد و از ایجاد شکاف هوا بین سطح XLPE و نوار فلزی یا محافظ سیم جلوگیری می کند. در کابل‌های اکسترود سه‌گانه مدرن با ولتاژ 15 کیلو ولت و بالاتر، هر سه لایه - صفحه رسانا، عایق XLPE و صفحه عایق - در یک گذر از یک قالب متقاطع اعمال می‌شوند و سپس به یکدیگر متصل می‌شوند. این ساختار اکسترود شده، مرزهای لایه گسسته ای را که از لحاظ تاریخی باعث شکست لایه لایه شدن تحت انبساط حرارتی چرخه بار می شد، حذف می کند.

مقاوم در برابر حرارت و اتصال کوتاه

مزیت دمای عملیاتی XLPE به خوبی شناخته شده است، اما قابلیت مقاومت حرارتی اتصال کوتاه آن به همان اندازه مهم است و اغلب در طول مشخصات نادیده گرفته می شود. هنگامی که یک جریان خطا جریان می یابد، دمای هادی بر حسب میلی ثانیه افزایش می یابد. XLPE دمای هادی اتصال کوتاه را تحمل می کند 250 درجه سانتی گراد ، در حالی که عایق PVC استاندارد برای همان رویداد گذرا به 160 درجه سانتیگراد محدود شده است. این سقف حرارتی بالاتر به سطح مقطع هادی کوچک‌تر اجازه می‌دهد تا در یک بزرگی جریان خطا و زمان پاک کردن معین، با پیامدهای هزینه مستقیم برای تهیه مس یا آلومینیوم، زنده بماند.

جدول زیر حداکثر چگالی جریان اتصال کوتاه مجاز برای هادی‌های مسی تحت عایق XLPE و PVC را برای مدت زمان رفع عیب یک ثانیه‌ای مقایسه می‌کند و حاشیه مهندسی به‌دست‌آمده را نشان می‌دهد.

بالاترین رتبه اتصال کوتاه تقریبا 143 آمپر بر میلی متر مربع برای هادی های مسی تحت XLPE، در مقابل 115 A/mm² برای PVC، به این معنی است که یک کابل XLPE می تواند 24 درصد جریان خطای بالاتری را برای همان اندازه هادی و زمان پاک کردن بدون تخریب عایق تحمل کند. در عمل، این اغلب به طراح این امکان را می دهد که یک هادی را با اندازه استاندارد کوچکتر انتخاب کند و در عین حال مطابقت کامل با خطا را با IEC 60949 حفظ کند.

درختان آبی و موردی برای ساخت و ساز ژاکت دار

مکانیزم پیری غالب برای کابل های ولتاژ متوسط XLPE در محیط های مرطوب، درختکاری آب است. این پدیده زمانی رخ می دهد که رطوبت در حضور میدان الکتریکی به عایق نفوذ کند و کانال های میکروسکوپی درختی شکل از پلیمرهای تخریب شده شیمیایی را تشکیل دهد. در طی یک دوره هفت تا پانزده ساله، این درختان آب از نقاط تمرکز تنش رشد می کنند تا زمانی که به اندازه کافی از ضخامت عایق پل بزنند تا باعث خرابی دی الکتریک در ولتاژ کاری شوند.

دو اقدام متقابل اثبات شده در حال حاضر بهترین روش را برای کابل‌های XLPE که برای دفن مستقیم یا طاق‌های مرطوب در نظر گرفته شده است، تعریف می‌کنند. نوع اول معمولاً یک مانع رطوبت فلزی بدون درز و اکسترود شده است نوار مسی با درز جوش داده شده و راه راه یا غلاف سربی که به طور مداوم اعمال می شود ، به ژاکت پلی اتیلن بیرونی چسبانده شده است. این مانع از نظر فیزیکی ورود آب شعاعی به صفحه عایق و لایه های عایق را مسدود می کند. مورد دوم استفاده از ترکیبات XLPE مقاوم در برابر آب است که افزودنی‌های قطبی را در خود جای می‌دهد که مولکول‌های آب را در نواحی بی‌شکل پلیمر از نظر شیمیایی بی‌حرکت می‌کند و سرعت رشد درختان آب تهویه‌شده را با یک مرتبه کاهش می‌دهد. برای هر کابلی با ولتاژ 15 کیلو ولت و بالاتر که در یک منهول در معرض غوطه وری دوره ای نصب شده است، تعیین یک سد رطوبتی شعاعی فلزی و XLPE بازدارنده درخت دیگر یک گزینه برتر نیست. این حداقل ساخت و ساز لازم برای دستیابی به عمر مفید چهل ساله است.

کنترل تنش خاتمه و فشار رابط

آمار خرابی سیستم های کابل XLPE به طور مداوم به اتصالات و اتصالات به عنوان پیوند ضعیف اشاره می کند، نه خود کابل. مشکل قطع ناگهانی صفحه عایق است که یک تنش الکتریکی مماسی شدید در لبه برش صفحه ایجاد می کند. بدون درجه بندی کنترل شده، این استرس می تواند برسد 50 کیلو ولت در اینچ یا بالاتر در ولتاژ نامی فاز به زمین برای یک کابل 15 کیلو ولتی، شروع به ردیابی سطحی می کند که ترمینال را کربن کرده و از بین می برد.

درمان یک عنصر کنترل استرس است که در خاتمه یکپارچه شده است. پایانه های ولتاژ بالا معمولاً از یک مخروط تنش هندسی ساخته شده از لاستیک رسانا و عایق استفاده می کنند که خطوط میدان همسان پتانسیل را به یک گرادیان ملایم در سراسر سطح XLPE تبدیل می کند. کانکتورهای جداشدنی ولتاژ متوسط همین عملکرد را با یک محفظه الاستومری قالب‌گیری تزریقی انجام می‌دهند که یک تداخل شعاعی کنترل‌شده را اعمال می‌کند. 15% تا 25% روی عایق کابل این تناسب تداخل فشار رابط را در تمام چرخه‌های حرارتی حفظ می‌کند، سطوح الکتریکی داخلی را در تماس نزدیک نگه می‌دارد و هوا را از اتصال سه نقطه‌ای حیاتی که در آن هادی، عایق و محیط به هم می‌رسند، حذف می‌کند. هر نصابی که روان کننده سیلیکونی مشخص شده برای بدنه رابط را نادیده بگیرد یا نتواند صفحه عایق را به زاویه مشخص پخ کند، فضای خالی ایجاد می کند که به یک محل تخلیه جزئی و در نهایت به خطای خط به زمین تبدیل می شود.

پروتکل های آزمایش و راه اندازی میدانی

مدار کابل XLPE تکمیل شده نیاز به آزمایش راه اندازی دارد که ثابت کند عایق در حین کشیدن و خاتمه آسیب ندیده است، در حالی که به طور همزمان کابل صدا پیر یا ضعیف نمی شود. رویکرد قدیمی آزمایش با پتانسیل بالا DC به طور قطعی برای XLPE اکسترود شده بی اعتبار شده است. آزمایش DC شارژ فضایی را به قسمت عمده عایق هدایت می کند. هنگامی که ولتاژ تست برداشته می شود و کابل مجدداً با AC تغذیه می شود، این بار فضای محبوس شده روی شکل موج AC قرار می گیرد و می تواند باعث خرابی شود که کابل در سرویس آن را تجربه نمی کرد.

پروتکل مدرن پذیرفته شده برای راه اندازی کابل XLPE جدید یک است تست تحمل فرکانس بسیار پایین (VLF) در 0.1 هرتز ، معمولاً برای 30 تا 60 دقیقه در سطح ولتاژ 2.0 تا 3.0 برابر ولتاژ خط به زمین اعمال می شود. برای یک کابل 15 کیلوولت با درجه بندی فاز به زمین 8.7 کیلوولت، ولتاژ آزمایش معمولاً در پیک 22 کیلوولت . همراهی تست مقاومت با اندازه‌گیری دلتای قهوهای مایل به زرد در مراحل ولتاژ چندگانه، یک خط پایه کمی از اتلاف دی الکتریک را ارائه می‌کند که می‌تواند با آزمایش‌های تشخیصی آینده برای ردیابی پیری عایق مقایسه شود. یک کابل XLPE جدید در شرایط خوب باید یک دلتای برنزه در زیر نشان دهد 0.2 × 10-3 با حداقل انحراف مثلث - قهوهای - مثلث در سراسر مراحل ولتاژ. مقادیر بیش از این آستانه قبل از اینکه کابل وارد سرویس شود، نشان دهنده آلودگی، نفوذ رطوبت یا کیفیت اکستروژن ضعیف است که قبل از پذیرش مدار از نصاب، بررسی را تضمین می کند.