XLPE izolacija: svojstva, postupak ekstruzije i vodič za odabir za proizvođače kabela

XLPE izolacija postoji iz jednog razloga: obični polietilen ne može izdržati kada se kabel zagrije. Unakrsno povezivanje ponovno povezuje polimernu strukturu tako da se materijal prestaje topiti, zadržava svoj električni integritet i podnosi 90°C kontinuirana temperatura vodiča s vrhovima kratkog spoja do 250°C. Ako proizvodite kabele za napajanje, ožičenje za automobile ili industrijske upravljačke kabele, XLPE je mjerilo s kojim uspoređujete svaku drugu izolaciju. Ovaj vodič pokriva što je XLPE izolacija, kako se ponaša, kako se ekstrudira i što treba procijeniti kada odaberete liniju za ekstruziju.

Što je XLPE izolacija i zašto umrežavanje mijenja sve

XLPE je kratica za umreženi polietilen. Sirovi materijal je polietilen dobre tečnosti i čistoće, koji se obično obrađuje na temperaturama taline ispod 150°C. Nakon ekstruzije, kabel prolazi kroz fazu stvrdnjavanja koja spaja odvojene polimerne lance u trodimenzionalnu mrežu. Ta jedina promjena pretvara termoplast u duroplast.

Termoplastični PE omekšava kada se vodič zagrije i može se deformirati pod pritiskom unutar cijevi ili kanala. XLPE zadržava svoj oblik jer umrežena mreža drži polimerne lance zajedno. Praktični rezultat je kabel koji može biti topliji, prenosi više struje za istu veličinu vodiča i podnosi uvjete preopterećenja bez kolapsa.

Od termoplastičnog PE do duroplastične mreže

Tijekom unakrsnog povezivanja, aktivirana mjesta na susjednim polietilenskim lancima stvaraju kovalentne veze. U peroksidnom XLPE, toplina razgrađuje dikumil peroksid iznad otprilike 180°C kako bi se stvorili slobodni radikali koji stvaraju te veze. U silan XLPE, vlaga pokreće reakciju kondenzacije između lanaca cijepljenih silanom. U oba slučaja, konačni materijal se više ne topi.

Standardni pokazatelji uspješne reakcije unakrsnog povezivanja uključuju istezanje u vrućem stanju ispod 175% na 200°C (IEC 60811-507) i sadržaj gela tipično iznad 70-80%. Ako stupanj umreženosti padne, izolacija zadržava toplinsku memoriju i može se deformirati na visokoj temperaturi.

Gdje XLPE izolacija zarađuje svoje mjesto

XLPE izolacija je dominantna u srednjenaponskim distribucijskim kabelima od oko 6 kV do 35 kV, a dobro se ponaša i u visokonaponskim i ekstravisokonaponskim kabelima do 500 kV. Niskonaponske građevinske žice, rudarski kabeli, brodski kabeli, kabeli za automobilske akumulatore i kabeli nizova vjetroelektrana također specificiraju XLPE kada aplikacija zahtijeva rad na 90°C ili bolju toleranciju na preopterećenje.

Kako se XLPE izolacija uspoređuje s drugim izolacijskim spojevima

Odabir izolacijskog materijala odnosi se na ravnotežu toplinske ocjene, dielektričnih svojstava, fleksibilnosti i cijene. Donja tablica uspoređuje materijale koji se najčešće vide na ekstruzijskim linijama.

Ključna svojstva XLPE-a koja pokreću dizajn kabela

Podaci koji su najvažniji na podatkovnoj tablici spadaju u tri skupine: električni, toplinski i dugotrajno starenje. Evo što trebate tražiti, s tipičnim vrijednostima koje se pojavljuju na specifikacijama spojeva.

• Volumni otpor: XLPE spojevi pokazuju 10 ¹⁵ do 10 ¹⁶ ohm-cm na 20°C, zbog čega struja curenja ostaje niska čak i na 90°C.
• Relativna permitivnost: oko 2,3 do 2,5 na frekvenciji napajanja. Ova niska vrijednost smanjuje kapacitet i dielektrične gubitke u dugim distribucijskim krugovima.
• Faktor disipacije (tan delta): ispod 0,001 na 20°C i frekvenciji napajanja u dobrim spojevima; više vrijednosti ukazuju na kontaminaciju ili vlagu.
• Dielektrična čvrstoća: kratkotrajna ispitivanja ekstrudirane XLPE izolacije često dosežu 20 do 40 kV/mm ovisno o debljini, konfiguraciji elektrode i čistoći spoja.
• Toplinska ocjena: 90°C kontinuirana temperatura vodiča, 130°C overload (cable-dependent), and 250°C short-circuit peak per IEC 60502 .
• Otpornost na starenje i vodu: XLPE (TR-XLPE) spojevi koji usporavaju stablo dodaju posebne aditive koji usporavaju elektrokemijsko stablo u mokrim instalacijama.

Tri puta unakrsnog povezivanja za izradu XLPE

Način na koji je XLPE umrežen mijenja izgled proizvodne linije, kemiju i vrste kabela koje možete napraviti. Tržištem dominiraju tri rute.

Peroksidno unakrsno povezivanje

Peroksid XLPE je standard za srednje i visokonaponske kablove. Spoj sadrži dikumil peroksid, koji se raspada na visokoj temperaturi unutar cijevi za kontinuiranu vulkanizaciju (CV) na 350–450°C pare ili dušika pod tlakom. Kabel ostaje u cijevi dovoljno dugo da postigne potreban stupanj umreženosti. Nakon stvrdnjavanja, nusprodukti peroksida moraju se otpliniti, u nekim izvedbama nekoliko dana ili čak tjedana, prije nego što se kabel može završiti.

Unakrsno povezivanje silana

Silan XLPE koristi proces u dva koraka (Sioplas) ili u jednom koraku (Monosil). Polietilen je cijepljen vinil silanom i kasnije umrežen izlaganjem vrućoj vodi ili pari. Nakon ekstruzije slijedi kupka za stvrdnjavanje; brzine vodova obično su manje jer vlaga mora difundirati u izolaciju. Ova je metoda popularna za niskonaponske žice, automobilske kabele i druge proizvode tankih stijenki gdje dodatno ulaganje u CV cijev nije opravdano.

Unakrsno povezivanje zračenjem

Akcelerator snopa elektrona pokreće reakciju umrežavanja pri kontroliranim razinama doze, mjereno u kiloGrayima. Zračenje XLPE odgovara proizvodima s tankim stijenkama, termoskupljajućim materijalima i specijalnim žicama kojima je potrebno ravnomjerno umrežavanje bez visokotemperaturne kemije. Doza, dubina prodiranja i brzina linije moraju se pažljivo uskladiti s debljinom izolacijske stijenke.

Ekstrudiranje XLPE izolacije: proces i oprema

Ekstruzija XLPE izolacije izgleda slično PE ekstruziji, ali su čistoća i kontrola temperature daleko zahtjevniji. Kontaminacija bilo koje vrste - spaljeni spoj, prašina ili metalne čestice - stvara slabu točku koja može pokrenuti prazninu ili drvo pod električnim naprezanjem. Mnoge tvornice posvećuju određeni ekstruder XLPE-u i pokreću ga u kontroliranom okruženju.

Temperatura taline obično mora ostati unutar uskog raspona 120–140°C za silan XLPE tako da umrežavanje počinje tek tijekom faze stvrdnjavanja, a ne u bačvi. Geometrija vijka, omjer kompresije i hlađenje cijevi utječu na profil temperature. Mjenjač sita s finom mrežicom održava talinu čistom i pomaže u zadržavanju kontaminanata iz nadolazećeg spoja.

Za konstrukcije srednjeg napona, trostruka ekstruzija postavlja unutarnji poluvodljivi sloj, XLPE izolaciju i vanjski poluvodljivi sloj u jednoj operaciji. Izolacijska glava koristi dizajn glatke jezgre ili jezgre s utorima kako bi se postiglo sučelje bez nedostataka, jer svaka nepravilnost na sučelju koncentrira električni stres.

Za linije za izolaciju žica i kabela s punom jezgrom, svestrani ekstruder ocijenjen za LSZH, XLPE, TPE i TPU spojeve omogućuje pogonu prebacivanje između proizvoda bez promjene cijele linije. Temperaturna stabilnost, stroga tolerancija na debljinu stijenke i brza izmjena materijala određuju koliko upotrebljivog kabela možete proizvesti po smjeni.

Linija koja može obraditi XLPE zajedno s LSZH, TPE i TPU daje vam fleksibilnost kada se narudžbe mijenjaju između automobilskih, građevinskih i industrijskih vrsta kabela. Potvrdite dizajn vijka ekstrudera, točnost kontrole temperature i stvarnu brzinu linije za debljinu stijenke koja vam je potrebna prije nego što se posvetite.

Oblaganje i dovršavanje kabela na bazi XLPE

Izolacija je samo pola priče. Vanjski omotač štiti jezgru od mehaničkih oštećenja, vlage, kemikalija i UV zraka. XLPE spojevi se također koriste za obloge kada je potrebna visoka otpornost na toplinu i abraziju, dok je LSZH obloga specificirana u javnim zgradama, tunelima i brodovima za ograničavanje dima i otrovnih plinova u požaru.

Kabel s XLPE izolacijom i XLPE ili LSZH plaštem može neprekidno raditi na 90°C tijekom cijelog životnog vijeka. Vodovi za oblaganje obično imaju veću snagu nego vodovi za izolaciju jer je stijenka plašta deblja i zahtjevi za kvalitetom površine se razlikuju. Temperaturne zone, brzina izvlačenja i raspored korita za hlađenje moraju spriječiti skupljanje i držati omotač koncentričnim.

Za potpuniji tretman ove faze, pogledajte naš baza znanja o strojevima za ekstruziju plašta žica i kabela prije navođenja linije.

Prilagodljiva linija za ekstruziju plašta LSZH/XLPE/TPE/TPU Ova linija za ekstruziju obrađuje visokoviskozne materijale koji usporavaju plamen za ekološki prihvatljive kabele. Odlikuje ga snažna pogonska snaga, napredno hlađenje i stabilno usisavanje za sprječavanje površinskih oštećenja i podržava kontinuiranu proizvodnju. Pogledajte proizvod →

Isti proizvođač obično može isporučiti i linije za izolaciju i za plašt, što pojednostavljuje puštanje u pogon, obuku i upravljanje rezervnim dijelovima. GEMWELL-ov asortiman ekstrudera za obloge pokriva PVC, PE, PP, PU, ​​LSZH, XLPE, TPE i TPU, plus silikon za rad s omotačem na visokim temperaturama.

Uobičajeni nedostaci XLPE izolacije i kako ih spriječiti

Problemi se ne pojavljuju uvijek tijekom ekstruzije; mnogi se pojavljuju u gotovom testu kabela. Ovdje su kvarovi koji najčešće šalju XLPE kabel u odjeljak za odbacivanje.

• Kontaminacija: prašina, vlaga, metal ili razgrađeni polimer u talini mogu stvoriti koncentracije naprezanja. Ublažavanje: uvjeti slični čistim sobama, namjenski ekstruder i sita za finu filtraciju.
• Zapaljivanje: ako talina predugo ostane iznad početne temperature, peroksid ili silan počinju se umrežavati u bačvi. Ublažavanje: čvrsta kontrola temperature bačve, vijak s malim smicanjem i kratko vrijeme zadržavanja.
• Šupljine i mikro-šupljine: zarobljena vlaga ili hlapljivi plinovi stvaraju šupljine tijekom stvrdnjavanja. Ublažavanje: osušite smjesu, upravljajte protokom zraka u lijevku i kontrolirajte uvjete otplinjavanja.
• Vodeno drveće: u vlažnim uvjetima i visokom izmjeničnom strujom, staze degradacije poput drveća rastu iz nesavršenosti tijekom godina. Ublažavanje: koristite TR-XLPE, glatka sučelja i suho stvrdnjavanje.
• Hrapavost sučelja: gruba granica između izolacije i poluslojeva pojačava električno naprezanje. Ublažavanje: koekstruzija i odgovarajući dizajn glave.
• Varijacija debljine stijenke: ekscentrična izolacija ne prolazi dielektrične testove na najtanjem mjestu. Ublažavanje: lasersko mjerenje s kontrolom zatvorene petlje.
• Problemi prianjanja u mokrim izvedbama: poluslojevi se odvajaju od izolacije. Ublažavanje: uskladite stope stvrdnjavanja smjese i pažljivo rukujte kabelom nakon stvrdnjavanja.

Redovito čišćenje, dokumentirani rasporedi održavanja i obuka operatera sprječavaju većinu ovih problema. Pogledajte naš praktični vodič za rad, održavanje i popravak stroja za ekstruziju za rutinu održavanja koju možete prilagoditi svojoj liniji.

Što tražiti pri odabiru linije za ekstruziju XLPE izolacije

Prije usporedbe ponuda zapišite svoju kombinaciju proizvoda, ciljnu brzinu linije i raspon debljine stijenke. Zatim procijenite svaki redak prema ovim čimbenicima:

1. Pokrivenost spoja: linija bi trebala pokretati PE, XLPE, LSZH, TPE i TPU na potrebnim temperaturama taljenja bez unakrsne kontaminacije.
2. Kontrola temperature: zone zatvorene petlje s točnošću od plus ili minus 1–2°C i dovoljno hlađenje bačve za nižu temperaturu taljenja silan XLPE.
3. Dizajn vijka i matrice: usklađen s obradom s malim smicanjem i veličine za tanke ili debele izolacijske zidove.
4. Filtriranje: učinkovit izmjenjivač sita tako da promjene mreže ne uzrokuju duge zastoje u proizvodnji.
5. Mjerenje i kontrola: laserski mjerač promjera s povratnom vezom za izvlačenje i vijak za on-line kontrolu debljine stijenke.
6. Konfiguracija užeta: isplatni dio, kotao ili plesač, duljina korita za hlađenje i namotavač svih veličina za brzine koje trebate.
7. Podrška proizvođača: dokumentacija, rezervni dijelovi, puštanje u pogon i obuka. Dobavljač s izvoznim instalacijama u mnogim zemljama smanjuje rizik od zastoja.

Ako danas planirate proizvoditi kabele izolirane XLPE-om, a sutra želite opciju LSZH, TPE ili TPU, praktični odgovor je izolacijska linija dizajnirana za sva četiri. Modularni stroj se brže isplati jer možete prihvatiti veći izbor narudžbi bez drugog ulaganja.

Često postavljana pitanja o XLPE izolaciji

Koja je razlika između XLPE i obične PE izolacije?

Obični PE je termoplast koji omekšava na oko 100°C i ograničava kabel na 70°C. XLPE je umrežen u duroplastičnu mrežu koja se ne topi, što omogućuje kontinuiranu ocjenu od 90°C i vršnu temperaturu od 250°C kratkog spoja. XLPE se također odupire pucanju pod utjecajem okoliša mnogo bolje nego termoplastični PE.

Može li se XLPE ekstrudirati na standardnom PE ekstruderu?

XLPE na bazi silana često se može prerađivati ​​na PE ekstruderu sa strogom kontrolom temperature i čistim uvjetima, ali puž, filtracija i dovod materijala moraju biti prikladni za određeni spoj. Peroksidni XLPE za srednjenaponski kabel zahtijeva specijaliziraniju opremu jer se korak stvrdnjavanja odvija u CV liniji nakon ekstruzije. Također morate izbjegavati pokretanje XLPE-a nakon spojeva koji usporavaju plamen na istoj liniji osim ako cijev i vijak nisu savršeno pročišćeni.

Koja je maksimalna radna temperatura XLPE izolacije?

Za standardne kabele s izolacijom od XLPE, maksimalna trajna radna temperatura vodiča je 90°C. U uvjetima preopterećenja vrijednost je obično 130°C, a najveća dopuštena temperatura vodiča pri kratkom spoju je 250°C u trajanju do pet sekundi, u skladu s IEC 60502. Provjerite točne vrijednosti na svojim kabelskim standardima, jer neki posebni dizajni određuju niže brojke.

Što je vodeno drvo u XLPE kabelima?

Water treeing je proces elektrokemijske degradacije u kojem vlaga i električni stres postupno stvaraju mikrostrukture u obliku stabla iz nesavršenosti u izolaciji ili sučeljima. Ne uzrokuje trenutni kvar, ali smanjuje dielektričnu čvrstoću tijekom godina i može dovesti do kvara u starim srednjenaponskim kabelima. Suvremeni spojevi XLPE koji se suše otvrdnjavaju i usporavaju drvo uvelike usporavaju ovaj proces.

Koristi li se XLPE izolacija iu niskonaponskim kabelima?

Da. Osim energetskih kabela srednjeg i visokog napona, XLPE se pojavljuje u niskonaponskim građevinskim žicama, automobilskim kabelima, kabelima za prikupljanje vjetroelektrana i industrijskim upravljačkim kabelima. Glavni razlozi su viša trajna temperaturna vrijednost, bolja sposobnost preopterećenja i veća otpornost na kemikalije i pucanje uslijed naprezanja u usporedbi s PVC-om ili PE-om. Za niskonaponske proizvode tankih stijenki, silan i umrežavanje zračenjem najčešći su putevi.