XLPE Yalıtımlı Güç Kabloları: Değerler, Kurulum ve Test

Termal Üstünlüğün Arkasındaki Kimya

Performansı XLPE izolasyonu moleküler yapısından kaynaklanmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda yumuşayan ve akan termoplastik polietilenden farklı olarak XLPE, ayrı ayrı polimer zincirlerini üç boyutlu bir ağa bağlayan bir çapraz bağlanma sürecinden geçer. Bu dönüşüm yaklaşık olarak eriyecek olan bir malzemeyi dönüştürür. 105°C 90°C sürekli limitinin çok ötesinde mekanik bütünlüğü ve dielektrik dayanımını koruyan bir termoset haline getirilir.

Çapraz bağlamanın kendisi üç endüstriyel yöntemden biriyle gerçekleştirilir. Silan aşılama işlemi, yalıtımı ortam sıcaklıklarında iyileştirmek için nem kullanır ve 35 kV'a kadar orta gerilim kablolarına uygun, temiz, boşluksuz bir dielektrik üretir. Yüksek basınçlı sürekli bir vulkanizasyon tüpü yoluyla uygulanan peroksit işlemi, çapraz bağlamayı başlatmak için yüksek sıcaklık ve basınçta dikumil peroksiti ayrıştırır ve yüksek voltaj ve ekstra yüksek voltaj iletim kabloları için baskın yöntem olmaya devam eder. Daha az yaygın olan bir ışınlama yöntemi, ince duvar uygulamaları için elektron ışın bombardımanını kullanır. Her teknik aynı jel içeriği hedefini üretir: minimum %70 jel fraksiyonu Sıcak ksilen ekstraksiyonuyla ölçüldüğü gibi, yüksek sıcaklıklarda sürekli mekanik basınç altında sürünme direnci için gereken ağ yoğunluğunu sağlar.

İletken Yapısı ve Ekran Mühendisliği

Hiçbir XLPE dielektrik izolasyonda çalışmaz. İletken ile yalıtım arasındaki ve yalıtım ile metalik koruma arasındaki arayüzler, kablonun kısmi boşalma davranışını ve nihai hizmet ömrünü kritik olarak belirler. Bu arayüzler, genellikle basitçe iletken ve izolasyon ekranları olarak adlandırılan, üç kafalı bir ekstrüzyon işleminde XLPE izolasyonu ile aynı anda ekstrüzyona tabi tutulan yarı iletken ekranlar tarafından yönetilir.

Düzgün uygulanan bir iletken ekranı, çok damarlı bir iletkenin aralıklarını doldurur ve XLPE katmanının iç kısmına mükemmel şekilde pürüzsüz, silindirik bir eş potansiyel yüzey sunar. Bu sınırdaki herhangi bir çıkıntı veya boşluk, elektrik gerilimini yoğunlaştırarak yalıtımı içeriden dışarıya doğru aşındıran kısmi deşarjı başlatır. Elek malzemesinin kendisi, tipik olarak hacim direncine sahip, karbon siyahı yüklü bir polietilen bileşiğidir. 500 ohm metrenin altında 90°C'de. Yalıtımın dış tarafında, yalıtım perdesi ters işlevi yerine getirerek XLPE yüzeyi ile metalik bant veya tel kalkan arasındaki hava boşluklarını önler. 15 kV ve üzeri güce sahip modern üçlü ekstrüzyonlu kablolarda, üç katmanın tamamı (iletken ekran, XLPE izolasyon ve izolasyon ekranı) bir çaprazkafa kalıbından tek geçişte uygulanır ve ardından birbirine çapraz bağlanır. Bu birlikte ekstrüzyonlu yapı, tarihsel olarak yük döngülü termal genleşme altında delaminasyon hatalarına neden olan ayrık katman sınırlarını ortadan kaldırır.

Kapasite ve Kısa Devre Termal Dayanımı

XLPE'nin çalışma sıcaklığı avantajı iyi bilinmektedir, ancak kısa devre termal dayanım kapasitesi de aynı derecede önemlidir ve spesifikasyon sırasında sıklıkla gözden kaçırılır. Arıza akımı aktığında iletken sıcaklığı milisaniyeler içinde artar. XLPE kısa devre iletken sıcaklığını tolere eder 250°C , standart PVC yalıtımı ise aynı geçici olay için 160°C ile sınırlıdır. Bu daha yüksek termal tavan, daha küçük bir iletken kesitinin belirli bir arıza akımı büyüklüğünde ve temizleme süresinde hayatta kalmasına izin verir ve bakır veya alüminyum tedariki için doğrudan maliyet etkilerine neden olur.

Aşağıdaki tablo, XLPE ve PVC yalıtım altındaki bakır iletkenler için izin verilen maksimum kısa devre akım yoğunluğunu bir saniyelik arıza giderme süresi için karşılaştırarak kazanılan mühendislik marjını göstermektedir.

Yaklaşık olarak daha yüksek kısa devre derecesi Milimetre kare başına 143 amper PVC için 115 A/mm²'ye karşılık XLPE altındaki bakır iletkenler için bu, XLPE kablosunun aynı iletken boyutu ve temizleme süresi için izolasyonda bozulma olmadan %24 daha yüksek arıza akımına dayanabileceği anlamına gelir. Pratikte bu, genellikle tasarımcının IEC 60949 ile tam arızalı çalışmaya devam etme uyumluluğunu korurken bir standart boyutta daha küçük bir iletken seçmesine olanak tanır.

Suda Ağaçlandırma ve Ceketli İnşaat Durumu

Orta gerilim XLPE kablolarının ıslak ortamlardaki baskın yaşlanma mekanizması su ağaçlandırmasıdır. Bu olay, nem, bir elektrik alanı varlığında izolasyona nüfuz ettiğinde, kimyasal olarak bozunmuş polimerden mikroskobik, ağaç şeklinde kanallar oluşturduğunda meydana gelir. Yedi ila on beş yıllık bir süre boyunca bu su ağaçları, çalışma voltajında ​​​​dielektrik bir bozulmaya neden olacak kadar yalıtım kalınlığını köprüleyene kadar stres yoğunlaşma noktalarından büyür.

Kanıtlanmış iki karşı önlem artık doğrudan gömme veya ıslak tonozlara yönelik XLPE kablolar için en iyi uygulamayı tanımlamaktadır. Birincisi, tipik olarak ekstrüde edilmiş, kesintisiz metalik nem bariyeridir. kaynaklı ve oluklu dikişli veya sürekli uygulanan kurşun kılıflı bakır bant , dış polietilen cekete yapıştırılmıştır. Bu bariyer, yalıtım ekranına ve yalıtım katmanlarına radyal su girişini fiziksel olarak engeller. İkincisi, polimerin amorf bölgeleri içindeki su moleküllerini kimyasal olarak hareketsiz hale getiren ve havalandırılan su ağaçlarının büyüme oranını büyüklük sırasına göre azaltan polar katkı maddeleri içeren su ağacı geciktirici XLPE bileşiklerinin kullanılmasıdır. Periyodik suya maruz kalan bir rögar deliğine monte edilen 15 kV ve üzeri değere sahip herhangi bir kablo için hem metalik radyal nem bariyeri hem de ağaç geciktirici XLPE'nin belirtilmesi artık birinci sınıf bir seçenek değildir; kırk yıllık hizmet ömrüne ulaşmak için gereken minimum yapıdır.

Sonlandırma Stres Kontrolü ve Arayüz Basıncı

XLPE kablo sistemlerinin arıza istatistikleri, sürekli olarak kablonun kendisi değil, zayıf bağlantı olarak sonlandırmalara ve eklemelere işaret etmektedir. Sorun, izolasyon ekranının aniden kesilmesidir, bu da ekranın kesim kenarında aşırı teğetsel bir elektrik gerilimi yaratır. Kontrollü sınıflandırma olmadan bu stres İnç başına 50 kV veya daha yüksek 15 kV'luk bir kablo için nominal faz-toprak geriliminde, sonlandırmayı karbonlaştıran ve yok eden yüzey takibini başlatır.

Çare, sonlandırmaya entegre edilmiş bir stres kontrol unsurudur. Yüksek voltaj sonlandırmaları tipik olarak, eş potansiyel alan çizgilerini XLPE yüzeyi boyunca hafif bir eğime dönüştüren iletken ve yalıtkan kauçuktan yapılmış geometrik bir stres konisi kullanır. Orta gerilim ayrılabilir konektörler, kontrollü bir radyal girişim uyumu uygulayan enjeksiyon kalıplı elastomerik muhafaza ile aynı işlevi yerine getirir. %15 ila %25 kablo yalıtımının üzerinde. Bu girişim uyumu, tüm termal döngüler boyunca arayüz basıncını korur, iç elektrik yüzeylerini yakın temas halinde tutar ve iletken, yalıtım ve ortamın buluştuğu kritik üçlü nokta bağlantı noktasından havayı hariç tutar. Konektör gövdesi için belirtilen silikon yağlayıcıyı atlayan veya izolasyon ekranını belirtilen açıda kesmeyi başaramayan herhangi bir montajcı, kısmi bir deşarj alanına ve sonunda hattan toprağa arızaya dönüşecek bir boşluk yaratır.

Saha Testi ve Devreye Alma Protokolleri

Tamamlanan XLPE kablo devresi, çekme ve sonlandırma sırasında yalıtımın hasar görmediğini, aynı zamanda ses kablosunun eskimediğini veya zayıflamadığını kanıtlayan bir devreye alma testi gerektirir. DC yüksek potansiyel testinin eski yaklaşımı, ekstrüzyonlu XLPE için kesinlikle itibarını yitirmiştir. DC testi, alan yükünü yalıtım yığınına yönlendirir; Test voltajı kaldırıldığında ve kabloya AC ile yeniden enerji verildiğinde, bu sıkışmış alan yükü AC dalga biçiminin üzerine biner ve kablonun serviste karşılaşmayacağı bir arızayı hızlandırabilir.

Yeni XLPE kablonun devreye alınması için kabul edilen modern protokol, 0,1 Hz'de çok düşük frekans (VLF) dayanım testi , tipik olarak hattan toprağa çalışma voltajının 2,0 ila 3,0 katı voltaj seviyesinde 30 ila 60 dakika süreyle uygulanır. 8,7 kV faz-toprak değerine sahip 15 kV'luk bir kablo için test voltajı genellikle şu şekilde ayarlanır: 22 kV tepe . Dayanım testine çoklu voltaj adımlarında tan delta ölçümüyle eşlik etmek, izolasyon yaşlanmasını izlemek için gelecekteki teşhis testleriyle karşılaştırılabilecek niceliksel bir dielektrik kaybı temeli sağlar. İyi durumdaki yeni bir XLPE kablosu aşağıda tan delta göstermelidir 0,2 × 10⁻³ gerilim adımları boyunca minimum delta-tan-delta sapması ile. Kablo hizmete girmeden önce bu eşiği aşan değerler, devrenin kurulumcu tarafından kabul edilmesinden önce inceleme yapılmasını gerektiren kirlenme, nem girişi veya zayıf ekstrüzyon kalitesini gösterir.