XLPE izolace v AC napájecích kabelech: Vlastnosti materiálu, konstrukce kabelu a praktický výběr

Izolace XLPE pomáhá napájecím kabelům udržovat elektrické oddělení a odolávat deformaci při zahřívání jejich vodičů. Používá se v kabelech spojujících střídače, rozvodné desky, průmyslová zařízení a transformátory. Pochopení materiálu usnadňuje porovnání specifikací kabelů, ale celková konstrukce a podmínky instalace stále určují, zda kabel vyhovuje projektu.

Tato příručka vysvětluje, co je to XLPE, jak křížové{0}}propojení mění polyethylen, jak souvisí s XLPO a co je třeba zkontrolovat při výběru nízkonapěťových nebo středněnapěťových napájecích kabelů-střídavého napětí. Příklady zŘada AC kabelů SINELINKpropojte materiálové vědy se skutečnými konfiguracemi produktů.

Proč na střídavých napájecích kabelech záleží na izolaci

Vodičem prochází proud; izolace odděluje tento vodič elektricky od ostatních vodičů, stínění a země. Toto oddělení musí zůstat účinné, dokud je kabel vystaven elektrickému namáhání, opakovanému zahřívání a ochlazování a mechanickým silám spojeným s instalací.

Proud vytváří teplo ve vodiči. Jak se kabel zahřeje, závisí na jeho elektrických ztrátách a na tom, jak snadno toto teplo uniká. Úzce seskupené kabely, horké okolí a špatně vodivá půda mohou ztížit chlazení. Izolace proto musí fungovat jako součást tepelného a elektrického systému spíše než jako izolovaný vzorek materiálu.

Pro EPC dodavatele nebo kupujícího je XLPE výchozím bodem. Zkontrolujte, zda celý kabel odpovídá zamýšlenému obvodu:

• Izolace:potvrďte třídu, rozměry a jmenovité napětí.
• Vnější ochrana:přizpůsobte plášť a ochranné vrstvy trase.
• Limity instalace:potvrďte, že kabel je vhodný pro plánovanou instalaci.

Vhodný materiál je výchozím bodem pro spolehlivý návrh kabelu.

Co je XLPE a jak síťování mění polyethylen

XLPE je zkratka pro zesíťovaný{0} polyethylen. Polyethylen nebo PE je polymer vyrobený z dlouhých molekulárních řetězců. Běžný termoplastický PE může při dostatečném zahřátí měknout a téci. Křížové-propojení zavádí chemická spojení mezi řetězci a vytváří síť, která omezuje jejich pohyb.

Síť mění chování materiálu za tepla a zatížení. Zesíťovaný PE neteče a nepřetváří se jako běžný termoplast, když se jeho krystalické oblasti roztaví. To pomáhá odolávat tepelné deformaci. Může stále měknout, stárnout, oxidovat nebo degradovat, pokud jeho teplota nebo expozice překročí limity složení a designu kabelu.

Křížové-propojení proto není příslibem neomezené teplotní odolnosti. Konečné vlastnosti také závisí na základní pryskyřici, přísadách, výrobních podmínkách a stupni zesíťování-. Hotová izolace musí vyhovovat definovaným testům, nikoli pouze nést název XLPE.Evonik vysvětluje hlavní-mechanismy síťování a jejich vliv na stabilitu polyethylenu.

XLPE a XLPO srovnání

XLPO znamená zesíťovaný-polyolefin. Polyolefiny jsou širší rodinou polymerů, která zahrnuje polyethylen. V tomto širokém chemickém smyslu patří XLPE do rodiny XLPO. Termíny nejsou dvě vzájemně se vylučující kategorie materiálů.

Ve specifikacích kabelů se však názvy používají na různých úrovních podrobností. XLPE identifikuje polyethylen jako základní polymer. XLPO je širší popis, který může zahrnovat různé polyolefinové formulace nebo směsi. Žádný název neposkytuje kompletní recepturu ani nezaručuje konkrétní klasifikaci plamene, kouře nebo zvětrávání.

Solární kabel může používat složení XLPO ve své izolaci i vnějším plášti, přičemž každé složení je optimalizováno pro jinou práci. Běžný AC napájecí kabel může používat izolaci XLPE pod pláštěm z PVC. Jedná se o různé konstrukční volby, které nejsou důkazem toho, že jeden materiálový štítek je univerzálně lepší.

Pro perspektivu solárních-kabelů si přečtěte náš doprovodný článek,XLPO v solárních kabelech: Vysvětlení vlastností materiálu a zesíťování elektronovým paprskem. Poskytuje související úvod do XLPO a zpracování elektronového-paprsku; tato příručka se zaměřuje na izolaci XLPE v napájecích kabelech střídavého proudu.

Kde XLPE sedí v napájecím kabelu

Izolace vodiče a plášť mají samostatné úkoly

Typický nepancéřovaný nízkonapěťový jednožilový kabel-má tři hlavní vrstvy, z nichž každá má samostatnou úlohu:

• Dirigent:transportuje proud.
• XLPE izolace:poskytuje primární elektrickou izolaci.
• Vnější plášť:chrání izolované jádro před vnějšími podmínkami, na které se vztahuje specifikace produktu.

Označení Cu/XLPE/PVC čte zevnitř ven: měděný vodič, izolace XLPE a plášť z PVC. Al/XLPE/PVC má stejnou logiku jako hliníkový vodič. Kabel tedy může obsahovat jak XLPE, tak PVC bez jakéhokoli rozporu: oba materiály plní různé funkce.

Vícejádrové konstrukce přidávají podle potřeby izolovaná jádra, plniva nebo pojiva. Pancéřované a stíněné kabely přidávají další komponenty. Tyto hladiny by měly být identifikovány jednotlivě při kontrole výkresu nebo nabídky.

Jak se vyrábí izolace XLPE

Výrobní postup kombinuje vhodnou směs s řízenou extruzí a křížovým{0}}spojováním. Přesné pořadí závisí na procesu. Je nesprávné předpokládat, že každý napájecí kabel XLPE prochází linií ozařující elektronový-paprsk.

Peroxidové zesítění

V peroxidových systémech zahřívání aktivuje iniciátor, který podporuje spojení mezi polymerními řetězci. Podmínky vytlačování a vytvrzování musí zabránit předčasné reakci při dosažení zamýšlených izolačních vlastností. Čistota materiálu a stabilní zpracování jsou zvláště důležité u kabelů pracujících při vyšším elektrickém namáhání.

Některé designy peroxidem-tvrzených kabelů vyžadují řízené odplyňování, aby se snížila reakce-produktů. Ošetření závisí na směsi, tloušťce izolace a specifikaci; není to univerzální doba použitelná pro všechny XLPE kabely. AJicable studie peroxidu vedle-produktůilustruje, proč je odplyňování při výrobě vysokonapěťové izolace kabelů zvláštním hlediskem-.

Silanové zesítění

Silanové systémy využívají k vytvoření sítě chemické reakce-za pomoci vlhkosti. Sloučenina a způsob výroby určují, jak se zavádí silanová funkční skupina a katalyzátor. Vytvrzování může zahrnovat kontrolované vystavení vlhkosti, přičemž teplota a čas jsou řízeny tak, aby bylo dosaženo specifikovaného výsledku.

Důležitou otázkou výroby je, zda je dosaženo požadovaných vlastností v celém zateplení. Samotný vzhled povrchu nemůže prokázat uspokojivé vytvrzení.

Síťování elektronovým paprskem

Vysokoenergetické elektrony mohou ve vhodné polymerní sloučenině vytvářet reaktivní místa, což umožňuje vytvoření vazeb mezi řetězci. Tato cesta vyžaduje formulaci a proces expozice vhodný pro geometrii kabelu. Průnik paprsku, absorbovaná dávka, transport kabelů a rovnoměrnost expozice – to vše je důležité.

Záření může také podporovat štěpení řetězce a oxidaci. Více expozice proto není automaticky lepší. Kvalifikovaný proces musí vyvážit zamýšlenou tvorbu sítě proti nežádoucím věcným změnám.

Kvalita závisí na konečném výsledku

Řízení výroby napříč různými cestami zahrnuje manipulaci se směsmi, rozměry vytlačování, soustřednost izolace, kontrolu znečištění a ověřování tepelného a mechanického chování. Testování za provozu je jednou z relevantních metod pro-propojené materiály; jeho postup je popsán vIEC 60811-507. Požadavky na přijetí vycházejí z příslušné specifikace kabelu. Úspěšný výsledek horkého-nastavení sám o sobě nezaručuje úplnou shodu kabelu.

Proč se XLPE široce používá pro izolaci kabelů

Elektrický výkon

Vhodné složení XLPE poskytuje silnou elektrickou izolaci a nízké dielektrické ztráty. Tyto vlastnosti pomáhají vysvětlit jejich použití v distribuci energie. Přínos závisí na tom, zda je izolace správně navržena a vyrobena: nečistoty, dutiny a poškozená rozhraní mohou zhoršit výkon, i když je nominální materiál vhodný.Borealis popisuje specializovanou třídu izolace XLPE pro středněnapěťové AC kabely.

Tepelná odolnost a rozměrová stálost

Zesíťování pomáhá izolaci odolávat deformaci při zvýšené teplotě a mechanickém zatížení. Mnoho běžných napájecích kabelů XLPE je specifikováno pro maximální trvalou teplotu vodiče 90 stupňů. Popisuje vodič, nikoli okolní vzduch, a je to hodnocení pro ověření přesného kabelu.

Terminály a připojená zařízení mohou mít nižší teplotní limity. Vyšší izolační třída kabelu tato omezení neruší. TheIET diskuse o hodnocení termosetových kabelůvysvětluje, proč při výběru aktuální{0}}nosné kapacity záleží na kompatibilitě zařízení.

Zkrat a dlouhodobý výkon

Nepřetržitý provoz a podmínky zkratu{0}}jsou různé povinnosti. Některé specifikované konstrukce XLPE kabelů umožňují teplotu vodiče 250 stupňů během omezeného zkratu, běžně do pěti sekund. Nejedná se o provozní cíl ani povolení k opakovanému přehřívání. Přípustná zátěž musí být zkontrolována proti poruchovému proudu, době čištění-ochranného zařízení, velikosti vodiče a specifikaci kabelu.

Dlouhodobý-výkon také závisí na antioxidantech, provozní teplotě, vystavení okolnímu prostředí a neporušenosti celého kabelu. XLPE poskytuje konstruktérům užitečnou tepelnou kapacitu, ale neodstraňuje potřebu vhodné velikosti a ochrany.

Srovnání XLPE a PVC izolace

Užitečné srovnání udržuje funkci konstantní: izolace XLPE versus izolace PVC. Porovnání izolačního materiálu s vnějším pláštěm druhého kabelu může vést k zavádějícím závěrům.

Vyšší hodnota izolační teploty může za vhodných podmínek podporovat vyšší přípustný proud, ale neplatí žádné univerzální procentuální zvýšení. Do srovnání musí být zahrnuta metoda instalace, seskupení, okolní teplota a limity zařízení. Podobně ani název materiálu sám o sobě nestanoví flexibilitu, očekávanou životnost nebo celkové náklady na instalaci.

Měděné nebo hliníkové vodiče s izolací XLPE

Izolaci XLPE lze aplikovat na měděné nebo hliníkové vodiče. Volba vodiče ovlivňuje elektrický odpor, hmotnost, rozměry a návrh připojení; nemění to základní roli izolace.

Při stejné délce a ploše{0}}průřezu má hliník vyšší elektrický odpor než měď. Pro splnění stejných požadavků na obvod může být proto zapotřebí větší hliníková sekce. Skutečný výběr musí vyhovovat ampacitě, poklesu napětí a poruchovému výkonu, spíše než spoléhat na jediný substituční poměr.

Nižší hustota hliníku může snížit manipulační hmotnost, zejména u velkých podavačů. Potenciální nákladový přínos by měl být posouzen společně s většími rozměry kabelu, uspořádáním podpěry a kompatibilními koncovkami. Správná příprava povrchu, výběr konektoru a postupy utahování jsou důležitou součástí instalovaného spoje.

SINELINKAl / XLPE / PVC napájecí kabelnabízí hliníkové{0}}vodiče s XLPE izolací a PVC pláštěm. Porovnejte ji s měděnou verzí s použitím kompletních požadavků na obvod a rozhraní zařízení, nikoli samotné ceny vodiče.

Proč vysokonapěťové kabely potřebují další vrstvy

S rostoucím elektrickým namáháním vyžadují rozhraní kolem izolace větší kontrolu. Typický stíněný střed-kabel přidává na vodič a izolaci polovodivé vrstvy a také kovové stínění. Funkce těchto komponent jsou různé.

Kovová clona nenahrazuje mechanické pancéřování. Jeho průřez-a uspořádání spojení musí být koordinováno s elektrickým návrhem. Kabelové spojky a koncovky také potřebují kompatibilní rozměry, jmenovité napětí a ovládací prvky-namáhání.

TheSINELINK MV Single{0}}Jádrový XLPE izolovaný nepancéřovaný kabel s měděným vodičempoužívá polovodivé stínění, měděné páskové stínění a PVC plášť. Je to užitečný příklad toho, jak izolační materiál tvoří součást koordinované konstrukce středního-napětí.

Pozorně si přečtěte označení napětí:

• U₀:jmenovité napětí mezi vodičem a zemí nebo stíněním.
• U:jmenovité napětí mezi vodiči.
• Uₘ:související maximální napětí systému.

Vyberte jmenovitý výkon pro systém a podmínky jeho uzemnění; neodvozujte vhodnost ze slova XLPE.

Stále záleží na pancíři a požární specifikaci

Venkovní a zasypané cesty

XLPE izolace uvnitř kabelu sama o sobě nevytváří odolnost vůči slunečnímu záření, oleji, chemickému působení nebo trvalému ponoření. Tyto podmínky zahrnují plášť a další ochranné součásti a také izolaci. Přímé zakopání vyžaduje konstrukci kabelu a návrh instalace vhodný pro aktuální půdu, vodu a mechanická rizika.

Nepancéřovaný kabel může vyžadovat externí mechanickou ochranu. Pancéřovaný kabel stále vyžaduje správnou manipulaci, ohýbání a zakončení. U jednojádrových střídavých obvodů vyžaduje materiál pancíře a uspořádání zvláštní pozornost vůči magnetickým ztrátám; vícejádrový ocelový-pancéřový design by neměl být bez rozdílu kopírován do jediné- specifikace jádra.Pancéřové kabelové konstrukce Eland LVilustrují tento rozdíl.

Pro vícejádrový příklad si prohlédnětePěti{0}}jádrový 3C+2 XLPE pancéřový kabel s měděným vodičem. Potvrďte velikosti jádra, funkce obvodů a přesnou konstrukci pancíře proti návrhu projektu.

Zpomalovač hoření nízký obsah kouře a halogenů

Specifikace související s ohněm popisují různé vlastnosti. Zkontrolujte každý požadavek zvlášť:

• Zpomalení hoření:šíření plamene při definovaných testech.
• Nízká kouřivost:generace kouře.
• Požadavky bez-halogenu:příslušné materiálové složení nebo stanovené zkoušky plynů.
• Požární odolnost nebo integrita obvodu:zachování elektrické funkce za stanovených podmínek požáru.

Neupravený polyetylen neobsahuje žádné halogeny, ale to neznamená, že každý XLPE-izolovaný kabel je hotový produkt s nízkou-kouřivostí a bez halogenů-. PVC plášť obsahuje chlór. Při kompletní reklamaci kabelu je třeba vzít v úvahu také výplně, pásky a další -kovové součásti.

SINELINKNapájecí kabel LSZH Flame-Nízkonapěťový{1}}retardantkombinuje XLPE izolaci se specifickou konstrukcí s nízkou{0}}kouřivostí a bez halogenů-. Přiřaďte vybranou variantu a zkušební důkazy k požadovanému požárnímu výkonu. Zpomalení hoření nezaručuje integritu okruhu během požáru.

Co ovlivňuje životnost izolace XLPE

Během provozu se hromadí tepelné stárnutí. Trvalé přehřívání a špatné připojení mohou urychlit zhoršování stavu, zatímco poškozené pláště nebo nevhodné podmínky instalace mohou vystavit kabel dalšímu namáhání. Univerzální životnost nelze určit pouze z názvu izolace.

V aplikacích se středním napětím- mohou defekty a nepříznivá rozhraní koncentrovat elektrické napětí. Částečný výboj může lokálně poškodit izolaci. Elektrické stromování zahrnuje rozvětvení tras souvisejících-; vodní strom je odlišný proces degradace spojený s vlhkostí a elektrickým namáháním. Tyto výrazy by neměly být používány zaměnitelně nebo by se nemělo předpokládat, že popisují každý kabel se změněnou barvou.

Stupeň materiálu a konstrukční záležitost. Směsi zpomalující vodní-stromy-jsou odlišné designové možnosti a prvky blokující vodu-se liší od základního označení XLPE. Instalace a údržba by měla zachovat ochranný systém kabelu, včetně těsnění, celistvosti pláště a vhodných spojů a zakončení.

Pokud je stav kabelu nejistý, mělo by se posouzení řídit příslušným postupem kontroly a elektrického testování. Fotografie nebo vzhled vnějšího- pláště nemůže určit zbývající životnost izolace. Provozní historie, načítání a výsledky testů poskytují užitečnější důkazy než nepodporovaný-odhad životnosti služby.Přehled materiálů kabelů Borealis-poskytuje zázemí v oblasti izolačních systémů a výběru materiálů.

Jak specifikovat XLPE izolovaný AC kabel

Začněte s provozem okruhu a informacemi o trase a poté vyberte kompletní konstrukci. Stejný izolační materiál lze použít v kabelech s velmi rozdílnými instalačními schopnostmi.

Požádejte o důkaz, který odpovídá objednanému kabelu

Požádejte o záznamy, které odpovídají objednanému kabelu:

• Vodič a rozměry:odpor vodičů a rozměry izolace.
• Elektrický výkon:použitelné napěťové zkoušky.
• Materiálové provedení:tahové vlastnosti, zkoušky stárnutí a{0}}tuhnutí za tepla.
• Stíněné provedení pro střední-napětí:elektrické testy specifikované pro danou konstrukci, včetně testování částečného{0}}vybití tam, kde je to vhodné.

Rutinní, vzorkové a typové testy slouží různým účelům. Kupující by se měli dohodnout, které záznamy o výrobě doprovázejí objednávku a které zprávy o{1}}kvalifikaci designu ji podporují. Výsledek testu pro jiný zdroj napětí, konstrukce nebo výroby by neměl pokrýt nabízený kabel.

Příslušná norma musí odpovídat rozsahu napětí a trhu.IEC 60502-1řeší vytlačované-izolační silové kabely s jmenovitým napětím 1 kV a 3 kV;IEC 60502-2řeší příslušný rozsah 6 kV až 30 kV s příslušnými maximálními systémovými napětími. Označení 26/35(40,5) kV by nemělo být automaticky uváděno v souladu s IEC 60502-2. Podívejte se na konkrétní projekt-standard a edici. Testování za tepla se vztahuje na metodu testování materiálu, nikoli na úplné schválení produktu.

Často kladené otázky

Otázka: Je XLPE stejný jako XLPO

XLPE označuje zesíťovaný -polyethylen, zatímco XLPO je širší pojem zesíťovaný polyolefin. Polyethylen patří do skupiny polyolefinů, ale široký popis XLPO neidentifikuje přesné složení. Porovnejte specifikace produktu a důkazy o zkouškách, než abyste se spoléhali pouze na zkratku.

Otázka: Je každý kabel XLPE bez halogenů

Ne. Izolaci XLPE lze použít pod pláštěm z PVC nebo spolu s jinými součástmi obsahujícími halogen-. Hotová-reklamace kabelu musí zahrnovat příslušné komponenty a požadované testy. Nízká-kouřivost a účinnost-zpomalování hoření také potřebují samostatné důkazy.

Otázka: Lze kabely s izolací XLPE používat venku nebo v zemi

Mohou být navrženy pro tyto aplikace, ale samotné XLPE nezaručuje vhodnost. Zkontrolujte vlastnosti pláště, působení vody, mechanickou ochranu a požadavky na instalaci pro přesný kabel. Přímé zakopání a instalace v chráněném podzemním potrubí jsou různé podmínky.

Otázka: Jsou všechny XLPE kabely propojeny elektronovým paprskem

Ne. S vhodnými polyethylenovými systémy lze použít procesy peroxidu, silanu a ozařování. Kvalifikovaná trasa závisí na složení, geometrii kabelu a požadavcích na výkon. Zeptejte se dodavatele, kdy specifikace projektu vyžaduje konkrétní proces.

Otázka: Umožňuje 90stupňová klasifikace provoz v 90stupňovém vzduchu?

Ne. Maximální teplota vodiče 90 stupňů ponechává teplotní odstup mezi okolním prostředím a vodičem. Proud vytváří dodatečné teplo, takže povolený proud závisí na prostředí a podmínkách chlazení. Musí být také dodrženy teplotní limity terminálu.

Otázka: Je izolace XLPE vždy lepší než PVC?

Vhodná volba závisí na okruhu, teplotních limitech, instalaci a požadavcích na náklady. XLPE nabízí užitečné tepelné a elektrické vlastnosti, ale vyhovující kabel s PVC -izolací může být vhodný pro jeho specifikované použití. Porovnejte ekvivalentní návrhy kabelů pro stejnou instalaci.

Související produkty

• Měděný XLPE PVC jednožilový-napájecí kabelpro přezkoumání konvenčních požadavků na pevné nízkonapěťové-distribuce.
• Hliníkový XLPE PVC napájecí kabelpro srovnání podavačů zahrnující hmotnost vodiče, rozměry a cenu.
• Pět-jádrový pancéřovaný měděný kabel XLPEpro projekty vyžadující vhodnou vícejádrovou obrněnou konfiguraci.
• Nízkonapěťový kabel LSZH-zpomalující nízké napětí{1}}pro definované požadavky na šíření kouře, halogenu a plamene-.
• Stíněný jednožilový měděný kabel vn-pro návrhy distribuce středního-napětí a kompatibilní příslušenství.

Hledáte XLPE-izolovaný kabel pro svůj projekt? Pošlete SINELINK následující informace:

• Systémové napětí a proud zátěže.
• Délka kabelu a podmínky instalace.
• Požadované standardy.
• Plán kabelů nebo schéma jedné{0}}čáry, je-li k dispozici.

Můžeme vám pomoci určit vhodnou konfiguraci a poskytnout technické údaje a cenovou nabídku pro vaši kontrolu.

Prozkoumejte AC napájecí kabelyneboVyžádejte si technická data a cenovou nabídku.

Technické reference

Níže uvedené zdroje podporují diskusi o materiálu a inženýrství. Hodnocení a dostupnost- konkrétního produktu by měly být potvrzeny podle aktuální nabídky a schváleného datového listu.

• Evonik - Silany pro síťování: polyetylenové sítě a chemické a radiační cesty.
• IET - Termoplastický PVC nebo termosetový XLPE kabel SWA: teplotní parametry vodičů a omezení zařízení.
• IEC 60811-507: hot{0}}testovací metoda pro křížově{1}}propojené materiály.
• Jicable - Distribuce peroxidu-produkty podél odplyněných XLPE kabelů: výroba podle-produktů a odplyňování.
• Borealis - Borlink LS4201R: příklad speciální izolační směsi VN AC.
• Kabely Eland - LV pancéřované kabely XLPE: reprezentativní jedno{0}}jádrové a vícejádrové ochranné konstrukce.