Blog over Nieuwe technologie verbetert online detectie van hoogspanningskabelisolatie

Stel je dit scenario voor: diep onder het zeeoppervlak verbindt een hoogspanningskabel - als een vitale ader - continenten en levert elektriciteit aan miljoenen huizen en bedrijven. Dan, plotseling, faalt deze cruciale levensader door microscopische onzuiverheden, waardoor steden in duisternis worden gedompeld en economische onrust veroorzaken. De gevolgen zijn ernstig: het repareren van onderzeese kabels is buitengewoon duur en tijdrovend, met verliezen die per uur oplopen.

Hoe kunnen kabelfabrikanten zich in deze competitieve markt onderscheiden en het vertrouwen van de klant winnen en tegelijkertijd een stabiele stroomoverdracht garanderen? Het antwoord ligt in één compromisloos principe: het onophoudelijk streven naar zuiverheid van isolatiemateriaal.

Hoogspanningskabels, met name middenspannings- en hoogspanningskabels, functioneren als het hart van stroomdistributiesystemen. Het isolatiemateriaal dient als hun beschermende laag - een component van het grootste belang. Momenteel domineert cross-linked polyethyleen (XLPE) als het belangrijkste isolatiemateriaal voor middenspannings- en hoogspanningskabels.

Cross-linked polyethyleen (XLPE) is een thermohardend materiaal afgeleid van polyethyleen door een cross-linking proces. Onder hoge druk en met organische peroxiden transformeert polyethyleen van een thermoplast in een elastisch materiaal, waardoor XLPE uitzonderlijke eigenschappen krijgt die het ideaal maken voor hoogspanningskabelisolatie:

• Minimaal diëlektrisch verlies: Het lage diëlektrische verlies van XLPE betekent minder energieverlies tijdens de transmissie, wat een hogere efficiëntie garandeert.
• Superieure elektrische eigenschappen: Uitstekende elektrische sterkte, coronaweerstand en boogweerstand stellen XLPE in staat om bestand te zijn tegen hoogspanningsvelden.
• Uitstekende fysische eigenschappen: Hoge mechanische sterkte, hittebestendigheid en chemische corrosiebestendigheid maken een betrouwbare werking in zware omgevingen mogelijk.
• Thermische vervorming en verouderingsbestendigheid: XLPE behoudt stabiele prestaties, zelfs bij verhoogde temperaturen.
• Hogere stroomcapaciteit: XLPE-kabels kunnen meer stroom vervoeren dan conventionele alternatieven van dezelfde grootte.
• Eenvoudige installatie: Lichtgewicht en flexibel, XLPE-kabels vereenvoudigen de implementatie en verkorten de bouwtijd.

Onlangs introduceerde Prysmian innovatieve kabels met behulp van hoogwaardige thermoplastische elastomeren (HPTE). Hoewel de prestaties van XLPE worden geëvenaard, biedt HPTE duidelijke voordelen in de productie:

• Geen cross-linking vereist: Elimineert bijproducten van het cross-linking proces, waardoor het milieuvriendelijker is.
• Recycleerbaarheid: HPTE-kabels kunnen worden hergebruikt, waardoor afval wordt verminderd.
• Kortere productiecycli: Maakt een snellere reactie op de marktvraag mogelijk.
• Minder ruimte nodig: Vereist minder productieruimte, waardoor de kosten worden verlaagd.
• Compatibiliteit: Werkt naadloos samen met bestaande netwerkcomponenten, waardoor netwerkupgrades worden vergemakkelijkt.

Zowel XLPE als HPTE dienen als het "hart" van hoogspanningskabels en waarborgen de betrouwbaarheid van de stroomoverdracht.

Voor hoog- en extra-hoogspanningskabels is de zuiverheid van het isolatiemateriaal niet onderhandelbaar. Een hogere zuiverheid correleert direct met een lager risico op doorslag. Zelfs een onzuiverheid van 50 micron metaal kan het eindproduct aantasten, wat leidt tot exorbitante vervolgkosten.

Beschouw een onderzeese kabel die decennia lang feilloos functioneert - totdat een microscopisch metaaldeeltje gedeeltelijke ontladingen veroorzaakt onder elektrische spanning. Na verloop van tijd nemen deze ontladingen toe, wat resulteert in isolatiefalen en catastrofaal kabelfalen.

• Astronomische reparatiekosten: Door verontreiniging veroorzaakte storingen in onderzeese kabels kunnen wekenlange uitvaltijd veroorzaken, met ernstige economische en sociale gevolgen.
• Industriebrede productie-impact: Verontreinigde materialen of defecte kabels die niet slagen voor ontladingstests verstoren de productie-efficiëntie en verhogen de kosten.

Extra-hoogspanningskabels ondergaan strenge spanningsvastheidstests bij 2,5 keer hun nominale spanning - een brute beoordeling van de integriteit van de isolatie.

• Gevolgen van doorslag: Typische productiefaciliteiten ervaren 5-6 jaarlijkse storingen tijdens het testen, die elk mogelijk €150.000 kosten vóór levering.
• Schemaverstoringen: Storingen vertragen leveringen, wat contractuele complicaties veroorzaakt.
• Schade aan de reputatie: Niet-goedgekeurde verbindingen kunnen het kwaliteitsimago van fabrikanten aantasten en strafclausules activeren.

Om de betrouwbaarheid van kabels te waarborgen, stellen industriestandaarden strenge zuiverheidseisen:

• Hoogspanningskabelnormen schrijven vaak de uitsluiting voor van verontreinigingen van meer dan 75 micron.
• De AEIC-richtlijnen vereisen dat kabelontwerpen minimaal 40 jaar meegaan, wat een 100% inspectie van de zuiverheid van het materiaal vereist - steekproeven kunnen niet op betrouwbare wijze alle verontreinigingen elimineren.

Alleen een uitgebreide inspectie garandeert dat elke meter aan de hoogste kwaliteitsnormen voldoet.

Momenteel gebruiken kabelfabrikanten doorgaans mesh-filters om onzuiverheden in XLPE- en HPTE-smelten op te vangen voordat ze de kabels ingaan. Deze filters, die zich tussen de extruder en de cross-linking kop bevinden, worden geconfronteerd met operationele uitdagingen:

• Verstopping: Na verloop van tijd verzamelen filters verschroeid materiaal of overmatige verontreinigingen, waardoor de druk in de extruder piekt.
• Productiestops: Frequente filtervervangingen vereisen productiestops en daaropvolgende verbindingen.
• Risico's van verbindingen: Handmatig gemaakte verbindingen vertegenwoordigen kritieke zwakke punten, vooral in onderzeese toepassingen. Fabrikanten streven er daarom naar om verbindingen in lange kabels te minimaliseren.

Verstopte filters verminderen de productiviteit en vereisen betrouwbaardere oplossingen voor het detecteren en sorteren van onzuiverheden.

Huidige deeltjesdetectiesystemen dienen voornamelijk voor laboratorium- of productielijnmonitoring. De meeste zijn afhankelijk van optische technologie om oppervlakteverontreinigingen te detecteren, maar kunnen geen interne onzuiverheden identificeren.

Hoewel effectief voor oppervlaktedefecten in transparante of doorschijnende materialen, kunnen optische technieken niet doordringen in deeltjes om interne verontreiniging te detecteren.

De penetratievermogen van röntgentechnologie maakt interne defectdetectie mogelijk. Wanneer röntgenstralen door materialen gaan, varieert hun verzwakking met de dichtheid, dikte en atomaire samenstelling - waardoor een precieze identificatie van onzuiverheden mogelijk is.

Moderne detectiesystemen combineren röntgen- en optische technologieën voor 100% online kwaliteitsborging. Beeldverwerkingssoftware identificeert, classificeert en verwijdert automatisch verontreinigingen van slechts 50 micron.

XLPE bestaat voornamelijk uit koolstof (6 protonen), terwijl veelvoorkomende stalen verontreinigingen ijzer (26 protonen) bevatten. Dit verschil van 20 protonen creëert een scherp röntgencontrast, waardoor een precieze metaaldetectie mogelijk is.

Geavanceerde cameratechnologie en verlichtingssystemen leggen de materiaalstroom vast met industriële snelheden. Krachtige algoritmen identificeren vervolgens oppervlaktedefecten die vooraf gedefinieerde drempels overschrijden.

Deze dubbele aanpak detecteert zowel interne als oppervlakteverontreinigingen, waaronder:

• Röntgen: Metalen, organische verontreinigingen en inhomogeniteiten (bijv. TiO2) in transparante, gekleurde of halfgeleidende materialen
• Optisch: Oppervlaktedefecten zoals zwarte vlekken, vreemde deeltjes en verschillende materialen

Geïnstalleerd tussen aanvoerhoppers (met octabins, zakken of silo's) en extruderhoppers, zuiveren deze systemen materialen via zwaartekrachtvoeding voordat het extruderen begint.

Naast online systemen bieden modulaire oplossingen offline detectie en analyse voor pellets, vlokken en tapes - ideaal voor kleinere doorvoercapaciteiten, bemonstering of inspectie van inkomend materiaal.

• Online detectie: Real-time verwijdering van onzuiverheden tijdens de productie
• Offline detectie: Kwaliteitsbeoordeling van monsters

Systemen gebruiken röntgen- of optische sensoren op basis van toepassingsbehoeften en detecteren verontreinigingen van meer dan 50 micron tijdens de productie of bemonstering.

Röntgenlaboratoriumapparatuur kan 3.000 pellets (200 ml) in seconden analyseren, waarbij verontreinigingen optisch worden gemarkeerd voor eenvoudige verwijdering - perfect voor kwaliteitsverbetering.

Toonaangevende fabrikanten combineren online en offline systemen voor uitgebreide procesoptimalisatie:

• Online: Snelle verwijdering van bulkverontreinigingen
• Offline: Gedetailleerde analyse van verwijderde verontreinigingen

Deze interactie maakt het traceren van de bron van verontreiniging mogelijk door het creëren van een database, waardoor toekomstige kwaliteitsproblemen worden voorkomen.

Dit onderzoek onderstreept het cruciale belang van XLPE- en HPTE-zuiverheid voor isolatie van middenspannings- en hoogspanningskabels. Moderne kwaliteitscontrolesystemen detecteren en verwijderen verontreinigingen vóór het extruderen - of ze nu afkomstig zijn van grondstoffen of tijdens de verwerking zijn geïntroduceerd.

Zelfs met traditionele filters voorkomt deze technologie verstopping door verontreinigde pellets te elimineren, waardoor de productieruns worden verlengd en de veiligheid wordt gewaarborgd. De röntgen/optische combinatie garandeert 100% kwaliteitscontrole door zowel interne als oppervlaktedefecten te detecteren.

Offline analyse van verwijderde verontreinigingen verbetert de productieprocessen verder door kwaliteitsbewaking en preventieve analyses.

• Kwaliteitsfundament: Hoogzuivere materialen maken kabels met superieure isolatie en langdurige betrouwbaarheid mogelijk
• Kostenefficiëntie: Elimineert dure storingen bij ontladingstests en verhoogt de efficiëntie van de productielijn
• Marktdifferentiatie: Het leveren van hoogwaardige, zeer betrouwbare kabels bouwt klantvertrouwen en een concurrentievoordeel op

In de wereld van onderzeese stroomoverdracht met hoge inzet is zuiverheid niet alleen een specificatie - het is de ultieme differentiator.