Kable izolowane XLPE: urządzenie, konstrukcja, zalety, zastosowania

Obecnie na rosyjskim rynku wyrobów kablowych i drutowych obserwuje się stały wzrost produkcji i zużycia kabli z izolacją XLPE. Rosyjskie oznaczenie tych kabli to XLPE, angielskie to XLPE, niemieckie to VPE, a szwedzkie to PEX.

Zwróćmy uwagę na główne zalety kabli z izolacją z XLPE (kable XLPE) nad kablami z izolacją z papieru impregnowanego (kable BPI):

• w zależności od warunków ułożenia przepustowość kabli XLPE jest 1,2-1,3 razy większa ze względu na wyższą dopuszczalną długotrwałą temperaturę,

• odporność termiczna kabli XLPE przy prądach zwarciowych (SC) jest wyższa ze względu na wyższą temperaturę graniczną, awarie właściwe kabli XLPE są 10-15 razy mniejsze niż w przypadku kabli BPI,

• długa żywotność kabla XLPE (zapewniana przez producentów od ponad 50 lat),

• łatwiejsze warunki układania kabli XLPE ze względu na mniejszą wagę, średnicę, promień gięcia, brak ciężkiej osłony ołowianej (lub aluminiowej),

• kable XLPE mogą być układane w ujemnych temperaturach (do -20°C) bez wstępnego podgrzewania dzięki zastosowaniu materiałów polimerowych do izolacji i powłoki,

• brak płynnych składników w konstrukcji kabli XLPE skraca czas i koszty instalacji,

• kable XLPE są wyjątkowo przyjazne dla środowiska ze względu na brak wycieków oleju i zanieczyszczenia środowiska w przypadku awarii,

• higroskopijność elementów konstrukcyjnych kabla XLPE jest znacznie mniejsza niż kabla BPI, wysokie właściwości dielektryczne izolacji,

• Kable XLPE nie mają ograniczeń co do różnicy poziomów trasy kablowej.

Ryż. 1. Kabel izolowany XLPE

Główną cechą kabli XLPE jest ich zasadniczo nowa izolacja — polietylen usieciowany... Polietylen jako izolacja jest znany od dawna. Ale konwencjonalny termoplastyczny polietylen ma poważne wady, z których główną jest gwałtowne pogorszenie wydajności w temperaturach bliskich temperaturze topnienia. Izolacja z termoplastycznego polietylenu zaczyna tracić swój kształt, właściwości elektryczne i mechaniczne już w temperaturze 85°C.

Izolacja XLPE zachowuje swój kształt, właściwości elektryczne i mechaniczne nawet w temperaturze 130°C.

Termin „sieciowanie” lub „wulkanizacja” odnosi się do obróbki polietylenu na poziomie molekularnym. Usieciowania powstające w procesie sieciowania makrocząsteczek polietylenu tworzą trójwymiarową strukturę, która decyduje o wysokich właściwościach elektrycznych i mechanicznych materiału, niższej higroskopijności oraz szerszym zakresie temperatur pracy.

W światowym przemyśle kablowym do produkcji kabli elektroenergetycznych stosuje się dwie technologie sieciowania, których główną różnicą jest odczynnik, za pomocą którego zachodzi proces sieciowania polietylenu.

Najbardziej powszechną technologią jest sieciowanie nadtlenkiem, gdy polietylen jest sieciowany za pomocą specjalnych chemikaliów - nadtlenków w środowisku gazu obojętnego w określonej temperaturze i ciśnieniu.Technologia ta umożliwia uzyskanie odpowiedniego stopnia usieciowania łączenia na całej grubości izolacji i zagwarantować brak wtrąceń powietrza. Oprócz dobrych właściwości dielektrycznych, ma również szerszy zakres temperatur pracy niż inne materiały izolacyjne kabli i doskonałe właściwości mechaniczne. Technologia nadtlenkowa wykorzystywana jest do produkcji kabli średniego i wysokiego napięcia.

Mniej powszechne jest sieciowanie o zerowej wytrzymałości, w ramach którego do polietylenu dodaje się specjalne związki (silany) w celu zapewnienia sieciowania w niższej temperaturze. Sektor zastosowań tej tańszej technologii obejmuje kable niskiego i średniego napięcia.

Pierwszym rosyjskim producentem kabli XLPE w 1996 roku była moskiewska firma ABB Moskabel, która zastosowała technologię sieciowania nadtlenkowego. W 2003 roku JSC „Kamkabel” została pierwszym rosyjskim producentem kabli XLPE wykonanych z polietylenu usieciowanego silanem.

Istnieją dwie wersje kabli XLPE - trójżyłowe i jednordzeniowe. Kable XLPE są generalnie produkowane w wersji jednożyłowej (rys. 2).

Ryż. 2.Wygląd zewnętrzny kabla jednożyłowego XLPE: 1- okrągła wielodrutowa uszczelniona żyła przewodząca prąd, 2- ekran wzdłuż rdzenia z półprzewodnikowego usieciowanego polietylenu, 3- izolacja z usieciowanego polietylenu, 4- ekran wzdłuż izolacji z półprzewodnikowego polietylenu usieciowanego, 5 — warstwa oddzielająca z taśmy półprzewodnikowej lub taśmy półprzewodnikowej hydroizolacyjnej, 6 — ekran z drutów miedzianych spiętych taśmą miedzianą, 7 — warstwa oddzielająca z dwóch wstęg bibuły, tkanina gumowana, taśma polimerowa lub taśma hydroizolacyjna, 8-warstwa oddzielająca taśma aluminiowo-polietylenowa lub mikowa, 9-owijka polietylenowa, PVC-plastik

Charakterystyczną cechą trójrdzeniowej wersji kabla XLPE jest obecność wytłaczanego wypełniacza faza-faza wykonanego z mieszanki tworzyw sztucznych z polietylenu lub polichlorku winylu (PVC).

Zastosowanie kabli jednożyłowych XLPE pozwala przede wszystkim zapewnić zwiększoną niezawodność zasilania dzięki gwałtownemu zmniejszeniu prawdopodobieństwa wystąpienia zwarcia międzyfazowego. Prawdopodobieństwo jednoczesnego zniszczenia w jednym miejscu izolacji dwóch niepowiązanych konstrukcyjnie kabli jednożyłowych (złączek lub końcówek tulejkowych) odpowiada prawdopodobieństwu uszkodzenia międzyfazowego szyny z izolowanymi szynami zbiorczymi, tj. bardzo mały.

Prawdopodobieństwo jednofazowych zwarć doziemnych w przypadku kabli jednożyłowych z izolacją XLPE jest znacznie mniejsze niż w przypadku kabli trójżyłowych BPI. Osiągnięto to zarówno dzięki konstrukcji jednożyłowych kabli XLPE, jak i dzięki doskonałym właściwościom dielektrycznym izolacji.

Jednożyłowa wersja kabli XLPE pozwala na przekrój przewodów przewodzących prąd do 800 mm. Kable o takim przekroju mogą z powodzeniem konkurować z szynoprzewodami stosowanymi w systemach zasilania przedsiębiorstw energochłonnych.

Ekranowanie elementów kabla jest niezbędne dla zachowania kompatybilności elektromagnetycznej kabla z różnymi obwodami zewnętrznymi oraz zapewnienia symetrii pola elektrycznego wokół rdzenia kabla, a tym samym stworzenia korzystniejszych warunków pracy izolacji. Ekrany wewnętrzne wykonane są z półprzewodzącego tworzywa sztucznego, ekran zewnętrzny z drutów i taśm miedzianych.

Zewnętrzna powłoka ochronna chroni wewnętrzne elementy kabla przed wnikaniem wilgoci i uszkodzeniami mechanicznymi podczas instalacji i eksploatacji. Zewnętrzne powłoki kabli XLPE wykonane są z polietylenu o wysokiej wytrzymałości lub mieszanki PVC.

Ryż. 3. Kabel z izolacją XLPE APvPg

Konwencjonalne oznaczenia alfanumeryczne (oznaczenie) kabli z izolacją XLPE:

• A — żyła aluminiowa, bez oznaczenia — żyła miedziana,

• PV — materiał izolacyjny — polietylen usieciowany (wulkanizowany),

• P lub V — obudowa wykonana z polietylenu lub tworzywa PCV,

• y — wzmocniona skorupa polietylenowa o zwiększonej grubości,

• ng — osłona z tworzywa PCW o niskiej palności,

• ngd — obudowa wykonana z mieszanki PVC o niskiej emisji dymu i gazów,

• d — wzdłużne uszczelnienie ekranu taśmami wodoodpornymi,

• 1 lub 3 — liczba przewodów z prądem,

• 50—800 przekrój przewodu przewodzącego prąd, mm2,

• gzh-uszczelnienie drutu przewodzącego prąd, 2 16-35-przekrój ekranu, mm,

• 1-500 — napięcie znamionowe, kV.

Przykład oznaczenia: APvPg 1×240 / 35-10-kabel z rdzeniem aluminiowym (A), izolacją XLPE (Pv), płaszczem polietylenowym (P), ekranem (g), drutem (1), przekrój żyły 240 mm, ekran przekrój 35 mm, napięcie znamionowe 10 kV.