Высоковольтный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена
Электрические изоляционные материалы применяются по металлическим проводникам подземных кабелей при всех номиналах напряжения. В качестве изоляции используются полимерные материалы, но характер полимера может варьироваться в зависимости от класса напряжения.
Так как бумажная изоляция была впервые использована в электроэнергетике и позже была заменена в приложениях с низким и средним напряжением, любое сравнение свойств обычно использует систему бумажной текучей среды в качестве стандарта.
Кабели передачи, которые определены как кабели, работающие выше 46 кВ, традиционно используют бумажно-масляные системы в качестве изоляции. Бумага применяется как тонкая пленка, намотанная на сердечник кабеля. Несколько лет назад был разработан вариант этой бумажной изоляции, материал - ламинат из бумаги с полипропиленом (PPP или PPLP).
С момента появления синтетического полимера полиэтилен (ПЭ) использовался в качестве изоляционного материала, и в большинстве стран (исключая Францию) использование полиэтилена ограничивалось сшитой версией (XLPE).
XLPE считается материалом выбора из-за его легкости обработки и обработки, хотя у бумажно-масляных систем имеется гораздо более длительная история использования и гораздо больше информации о надежности существует.
Основные различия между бумагой и полиолефиновой изоляцией
| Бумага / Целлюлоза | полиэтилен |
| натуральный | синтетика |
| Углерод / водород / кислород | Углерод / водород / кислород |
| Больше потерь полярности / среды | Менее полярные, низкие потери |
| Цепи линейные | Цепи разветвленные |
| фибриллы | Non-фибриллы |
| Частично кристаллический / Относительно постоянный | Частично кристаллический / изменяется с использованием класса |
| Отсутствие теплового расширения при нагревании | Значительное тепловое расширение |
| Не сшитый | Не сшитый |
| Термическая деградация путем расщепления при слабом звене | Деградация слабых звеньев |
| Сшитый полиэтилен | Этиленпропиленовая резина |
| синтетика | синтетика |
| Углерод / водород | Углерод / водород |
| Менее полярные, низкие потери | Убытки из-за добавок |
| Цепочки разветвленные, сшитые | Цепочки разветвленные, сшитые |
| Non-фибрилл | Non-фибрилл |
| Чуть меньше кристаллов PE | Меньше всего хрусталина всех |
| Такое же тепловое расширение, как PE | Небольшое тепловое расширение |
| Сшитые | Сшитые |
| Деградация слабых звеньев | То же, что и XLPE |
В этой таблице представлено сравнение свойств бумаги, полиэтилена, сшитого полиэтилена и изолятов из этиленового пропиленового каучука. Только бумага является натуральным полимером и поэтому обрабатывается по-разному. Бумага получается из дерева или источника хлопка.
Синтетические полимеры получают полимеризацией мономеров, полученных из нефти. Все они состоят из углерода и водорода, но бумага также содержит кислород. Последний присутствует в виде фракционных гидроксильных или эфирных групп. Вносят мера полярности, отсутствующую в синтетических полимерах. (Полярность означает увеличение диэлектрических потерь.)
Особо следует отметить концепцию теплового расширения при нагревании. Хотя все синтетические полимеры подвергаются тепловому расширению во время нагрева, это не происходит с целлюлозой, хотя масло будет делать это. То, как эти изоляции реагируют на старение, является хорошо изученным предметом, поскольку он напрямую связан с надежностью кабеля после установки и подачи энергии. Когда целлюлоза разрушается, она делает это при «слабом звене», области кислородной связи между кольцами. Когда это произойдет, DP уменьшается.
С другой стороны, полиолефины деградируют совершенно другим механизмом - окислительной деструкцией на определенных участках.
Защита от деградации придает полиолефинам добавлением антиоксиданта к гранулам перед экструзией. Обратите внимание, что добавление антиоксидантов к маслам для предотвращения его деградации довольно распространено. Еще один момент следует отметить на диаграмме: различный отклик типов изоляции на тестирование постоянного тока. DC тестирование кабелей традиционно проводилось для определения состояния кабеля в определенное время во время их использования, например, до сезона максимальной нагрузки. Это технология, которая была применена для кабелей PILC много лет назад.
Позднее это было перенесено на экструдированные диэлектрические кабели. Исследования и разработки за последние несколько лет показали, что PE и XLPE могут пострадать от использования теста постоянного тока, но этого не происходит с бумажно-масляными системами.
Кабели ЭПР не были изучены в той же степени, и в настоящее время не может быть сделано никаких выводов о влиянии постоянного тока на изоляцию.
верхний
Преимущества полиэтилена
- Низкая диэлектрическая проницаемость (низкая диэлектрическая постоянная)
- Низкая tan-дельта (низкие диэлектрические потери)
- Высокая начальная диэлектрическая прочность
Преимущества сшитого полиэтилена (в дополнение к вышеперечисленным)
- Улучшенные механические свойства при повышенной температуре
- Нет плавления выше 105 ° C, но происходит тепловое расширение
- Сниженная восприимчивость к водному древу
Преимущества EPR
- Снижение теплового расширения по сравнению с XLP
- Снижение чувствительности к древостоям
- Повышенная гибкость
Преимущества PILC
- Отсутствие чувствительности к тестированию постоянного тока
- Известная история надежности
Особые преимущества синтетической полимерной изоляции по сравнению с PILC
- Уменьшенный вес
- Принадлежности, более легко применяемые
- Легче исправить ошибки
- Нет требований к гидравлическому давлению / откачке
- Снижение риска распространения пламени
- Уменьшенная начальная стоимость
Некоторые из этих преимуществ являются электрическими, а некоторые нет. Необходимо проявлять осторожность при попытке сравнить EPR с XLPE с TR-XLPE. Существует много разных рецептур ЭПР.
Характер неполимерных добавок, включая наполнители, играет важную роль в влиянии на свойства, а также на характер процесса смешивания. Ясно, что любая композиция ЭПР будет иметь более высокие потери, чем не-минеральная заполненная ПЭ или система XLPE. Некоторые системы ЭПР могут иметь очень большие потери. Это может повлиять на сопротивление древостоям. Однако системы ЭПР обычно «более мягкие» из-за их отсутствия кристалличности и, следовательно, их легче обрабатывать в полевых условиях, особенно при очень низких температурах.
Недостатки PILC включают в себя тот факт, что свинец обычно используется как внешняя оболочка, а мотивация не использовать свинец для новых установок очень высока. Бумага также очень подвержена ухудшению влажности.
Автор: Брюс С. Бернштейн