Mieszanki kablowe wysokiego napięcia: wymagania izolacyjne dla producentów kabli zasilających

Kiedy kabel 132 kV nie przejdzie rutynowego badania wyładowań niezupełnych przy 5 pC, w pierwszej kolejności badana jest linia wytłaczania, a na końcu związek. Kolejność jest zazwyczaj odwrotna. Wyładowania niezupełne, uszkodzenia na gorąco i awarie kabli wysokiego napięcia wynikają z trzech właściwości, których nie wykazuje certyfikat złożony: czystość, wilgotność i kompletność usieciowania. W przypadku producenta przemysłowych kabli zasilających wszystkie trzy elementy są ustalane w specyfikacji zakupu na kilka miesięcy przed wytłoczeniem pierwszego metra.

Co musi zapewnić związek kabla wysokiego napięcia

Mieszanka izolacyjna do kabla wysokiego napięcia musi spełniać jednocześnie cztery wymagania: niską stratę dielektryczną, wytrzymałość dielektryczną wytrzymującą standardowe testy prądu przemiennego i impulsów, wytrzymałość termiczną i mechaniczną w projektowanej temperaturze przewodu oraz zachowanie podczas przetwarzania, które nie powoduje powstawania defektów podczas wytłaczania. Ocena, która pomija którykolwiek z nich, nie sprawdza się na etapie testu kabla, a nie na etapie złożonym.

• Strata dielektryczna: współczynnik rozproszenia musi pozostać niski i stabilny w całym zakresie temperatur pracy, ponieważ strata wpływa na grubość izolacji i prąd znamionowy w górnej części zakresu napięcia.
• Wytrzymałość dielektryczna: utwardzona izolacja musi wytrzymać test napięcia przemiennego i poziomy impulsów piorunowych określone w normie kablowej oraz rutynowy limit wyładowań niezupełnych, na przykład 10 pC zgodnie z IEC 60502-2.
• Wytrzymałość termiczna i mechaniczna: ciągła temperatura przewodu 90 C i 250 C podczas zwarcia, z odkształceniem sprawdzanym w teście hot-set zgodnie z IEC 60811-507.
• Przetwarzalność: mieszanka musi przepływać na kwalifikowanej linii przy wymaganej temperaturze stopu i wydajności oraz pozostać wolna od zanieczyszczeń podczas transportu, suszenia i przechowywania.

Klasa napięcia decyduje o klasie związku

Normy kablowe dzielą rynek na trzy systemy izolacji: IEC 60502-2 obejmuje zakres od 1 kV do 30 kV, IEC 60840 obejmuje zakres powyżej 30 kV do 150 kV, a IEC 62067 obejmuje zakres powyżej 150 kV do 500 kV. Złożony poziom kwalifikacji zmienia się na każdej granicy, podobnie jak dowody, które dostawca musi przedstawić.

Poniżej 36 kV ścianka izolacji jest stosunkowo cienka, a naprężenia elektryczne umiarkowane, dlatego XLPE usieciowany silanem pozostaje praktycznym wyborem. Powyżej 36 kV wzrasta grubość ścianki i naprężenie na granicy faz ekranu i do projektu pasują wyłącznie superczyste gatunki nadtlenku z kontrolowaną zawartością produktów ubocznych.

Linia bazowa XLPE i miejsce, w którym zatrzymuje się sieciowanie silanowe

XLPE sieciowany nadtlenkowo jest domyślną izolacją powyżej 30 kV. Usieciowany silanem XLPE przeznaczony jest do zastosowań przy napięciu 35 kV i niższym, gdzie wystarczające jest utwardzanie w kąpieli wodnej, a koszt sprzętu przekracza margines dielektryczny.

Różnica tkwi w chemii, a nie w marketingu. Nadtlenek dikumylu podczas utwardzania rozkłada się na acetofenon, alkohol kumylowy, metan i alfa-metylostyren. Pozostałości te podwyższają współczynnik rozproszenia i należy je usunąć poprzez odgazowanie, zanim możliwe będzie osiągnięcie wartości granicznych tan delta na górze klasy napięcia. Niezawodność tej metody zależy w równym stopniu od warunków utwardzania, jak i od receptury, o której mowa w tej nocie co sprawia, że związki nadtlenkowe XLPE są niezawodne w kablach elektroenergetycznych .

Portfolio izolacji przeznaczone do projektów przemysłowych i dystrybucyjnych zwykle kończy się na suficie 35 kV, więc lista gatunków, od których producent kupuje, jest węższa, niż sugeruje to standardowy zakres. Reprezentatywnym przykładem jest ten gatunek nadtlenku XLPE do izolacji kabli do 35 kV, gdzie właściwości sieciujące i wartości utwardzania na gorąco są kryteriami zakupu, a nie głównymi parametrami dielektrycznymi.

ML-YJ35 Nadtlenkowa masa izolacyjna XLPE do kabli 35 kV Nadtlenek XLPE insulation compound for power cables up to 35 kV, listed to JB/T 10437-2004; a representative grade when crosslinking and hot-set values guide specification. Zobacz produkt →

Zanieczyszczenie, wilgoć i odgazowanie: co pomija arkusz danych

O tym, czy zgodny związek stanie się zgodnym kablem, decydują trzy źródła defektów: zatrzymane zanieczyszczenia, wchłonięta wilgoć i niepełne odgazowanie. Żaden z nich nie pojawia się w typowym arkuszu danych, więc wszystkie trzy muszą zostać zapisane w specyfikacji zakupu.

• Zanieczyszczenie: cząstki powyżej uzgodnionej wielkości tworzą koncentrację naprężeń, które powodują powstawanie drzew i wyładowania częściowe. Gatunki wysokonapięciowe są określane na podstawie maksymalnego rozmiaru cząstek i sprawdzane poprzez kontrolę granulatu lub taśmy, a nie na podstawie średniej liczby.
• Wilgoć: wchłonięta woda tworzy puste przestrzenie podczas wytłaczania i zasila drzewa w trakcie użytkowania. W specyfikacji należy ustawić limit wilgotności Karla Fischera i wymagać opakowania chroniącego przed wilgocią, ponieważ worek foliowy otwarty na wilgotnym podłożu szybko powraca do równowagi.
• Odgazowanie: pozostałości produktów ubocznych nadtlenku należy usunąć po utwardzeniu, a akceptowalny poziom zależy od klasy napięcia i grubości izolacji. Sprawdza się to na gotowym kablu, nigdy na peletach.

Ekrany półprzewodnikowe stanowią połowę systemu izolacyjnego

Ekran przewodnika i ekran izolacyjny kontrolują naprężenia elektryczne na obu stykach izolacji. Powyżej 30 kV gładkość ekranu, przyczepność i zdolność do usuwania izolacji wpływają na działanie impulsów i wyładowań niezupełnych w takim samym stopniu, jak sam związek izolacyjny.

Związki ekranujące to zdolne do sieciowania preparaty zawierające sadzę. Przy zakupie liczy się nie zawartość czerni, ale wykończona powierzchnia: występy na styku izolacji działają jak punkty naprężenia, rezystywność skrośna musi być wystarczająco niska, aby wyrównać pole wzdłuż przewodnika, a ekran izolacyjny musi dać się zdjąć na złączu, nie rozdzierając znajdującej się pod nim izolacji. Trójwarstwowe jednoczesne wytłaczanie jest standardową praktyką nie bez powodu, ponieważ nie można później stworzyć gładkiej powierzchni.

Ekran przewodnika półprzewodzącego ML-PSD do kabli XLPE 10 kV Półprzewodzący, sieciowany ekran żyłowy do kabli elektroenergetycznych XLPE do 10 kV, zgodny z JB/T 10738; istotne przy określaniu składu ekranów i kontroli przychodzących. Zobacz produkt →

Kontrola przychodząca przed wytłaczaniem

Cztery kontrole przychodzące obejmują większość ryzyka związanego z mieszanką wysokiego napięcia: utwardzanie na gorąco, wilgoć, zanieczyszczenie i konsystencja peletu. Każdy z nich ma zdefiniowaną metodę, którą można zapisać w zamówieniu i powtórzyć przy przyjęciu towaru.

Oprócz danych testowych poproś o pakiet raportów i stan kalibracji znajdujących się za nim przyrządów. Dostawca, który publikuje swój sprzęt do badań laboratoryjnych a środowisko produkcyjne jest łatwiejsze do audytu niż to, które wysyła certyfikat bez identyfikowalnej metody.

Wydajność powłoki i płomienia na trasach przemysłowych

Powłoka nie pełni funkcji dielektrycznej, ale decyduje o tym, czy kabel wytrzyma wnikanie wody, ścieranie, działanie gryzoni i działanie ognia. Związki osłony dobierane są w oparciu o normę instalacyjną i klasę ogniową gotowego kabla, a nie w oparciu o stopień izolacji.

Na terenach przemysłowych dominują trzy rodziny osłon. Polietylen trudnopalny stosowany jest w instalacjach wysokiego napięcia, gdzie bardziej niż elastyczność liczy się odporność na wilgoć i niska przepuszczalność pary wodnej. Gatunki PVC w temperaturach 70 C i 90 C są nadal powszechne tam, gdzie decydują koszty i wytrzymałość mechaniczna. Osłony bezhalogenowe pojawiają się tam, gdzie gęstość dymu i korozyjność są kontrolowane na kablu, a nie na złączu. W każdym przypadku należy określić ilość mieszanki zgodną z rysunkiem: grubość powłoki, przyczepność do ekranu oraz klasę odporności ogniowej gotowego kabla.

ML-ZRPE-H Osłona z trudnopalnego polietylenu do kabli wysokiego napięcia Bezhalogenowa, niskodymowa, uniepalniona powłoka PE do kabli wysokiego napięcia, zgodna z GB/T 11017 ST12 i spalaniem wiązek A/B; istotne, gdy określono odporność ogniową osłony. Zobacz produkt →

Praktyczne pytania od producentów kabli

Który związek pasuje do zasilacza przemysłowego 33 kV?

Podajnik 33 kV mieści się w normie IEC 60502-2, który obsługuje napięcie znamionowe 30 kV i Um 36 kV. Na tym poziomie stosuje się zarówno nadtlenek, jak i silan usieciowany XLPE: nadtlenek, gdy margines wyładowania częściowego jest niewielki, silan, gdy sprzęt do utwardzania jest na bazie wody. Określ właściwości utwardzania na gorąco, wilgotność i ekran w jednym pakiecie, ponieważ sam stopień izolacji nie determinuje wyniku testu.

W jaki sposób weryfikowane jest odgazowanie, a nie zakładane?

Dla poszczególnych klas napięcia nie ma zastosowania żaden pojedynczy limit liczbowy. Odgazowanie jest weryfikowane na gotowym kablu poprzez pomiar współczynnika rozproszenia przy częstotliwości zasilania i w podwyższonej temperaturze, a także testy pozostałości produktów ubocznych lub wydzielania gazu uzgodnione z klientem. Grubość ścianki i temperatura utwardzania wyznaczają wymagany czas odgazowania, dlatego harmonogram znajduje się w specyfikacji procesu.

Czy do masy izolacyjnej mają zastosowanie oceny B2ca lub Cca?

Nie. Klasy EN 13501-6, takie jak B2ca i Cca, są przypisywane gotowemu kablowi na podstawie wyników testów ogniowych i zależą głównie od powłoki i ogólnej konstrukcji. Izolacja ma wpływ na zawartość halogenów, dymu i kwasowości, ale klasa jest właściwością kabla, a nie właściwością związku.

Co należy uwzględnić w specyfikacji zakupu poza wytrzymałością dielektryczną?

Co najmniej: granica wilgoci z metodą testową, granica zanieczyszczenia i metoda kontroli, wartości hot-set zgodnie z IEC 60811-507, rezystywność objętościowa ekranu półprzewodnikowego i gładkość powierzchni, warunki pakowania i przechowywania oraz pakiet raportów z testów w ramach dostawy. Są to elementy decydujące o tym, czy związek przetrwa rutynowe testy wyładowań niezupełnych przy 10 pC.