Wat zijn de veel voorkomende problemen met XLPE-kabels?

I. Een onvermijdelijke eerlijke vraag

In projecten in het buitenland wordt polyethyleen met kruisverbinding gebruikt.(XLPE)De uitstekende dielektrische eigenschappen, de hoge warmteweerstand, de grote transmissiecapaciteit, het lichte gewicht, de hogeHet gebruik van de nieuwe technologieën en de gemakkelijke installatie maken ze al decennia lang een vervanging voor papieren geïsoleerde kabels..

Zij zijn echter niet onoverwinnelijk.

Volgens operationele statistieken van verschillende internationale elektriciteitsbedrijven is isolatiebeschadiging de belangrijkste oorzaak van storingen van XLPE-kabels, met ongeveer 86,7% van alle storingen.Van deze, fouten veroorzaakt door gedeeltelijke ontlading veroudering, elektrische veroudering en waterboomvorming goed voor 65,7%; fouten veroorzaakt door thermische veroudering en thermomechanische vervorming goed voor 10,5%;en storingen veroorzaakt door mechanische schade en elektromechanische gecombineerde veroudering0,5%.

Met andere woorden, als uw XLPE-kabel een probleem heeft, is het hoogstwaarschijnlijk gerelateerd aan isolatieveroudering.gebreken die overblijven van de productiefase, beschadiging tijdens de installatie en het leggen en veroudering die geleidelijk zich ontwikkelt tijdens de werking.

Hieronder zullen we deze meest voorkomende problemen voor de duidelijkheid uiteenzetten.

II. Boombomen ∙ Een waarschuwingssignaal voor een breuk van de isolatie

Ten eerste is het essentieel om een kernconcept te begrijpen: boomvorming.

In de elektriciteitskabeltechniek verwijst "boomvorming" naar de microscopische, boomachtige scheuren en ontladingskanalen die zich vormen in het vaste isolatiemiddel voordat het volledig uiteenvalt.De boomgroei is in wezen een fenomeen voorafgaand aan de afbraak.Als een boom van de ene elektrode naar de andere groeit, breekt de isolatie en gaat de kabel kapot.

Gebaseerd op de vorming ervan wordt de boomgroei ingedeeld in drie soorten:

Elektrische boomvorming: wanneer er kleine defecten in de isolatie bestaan, zoals luchtgaten, onzuiverheden of uitsteeksels op het geleideroppervlak, onder lange termijn werkspanning,het elektrisch veld op die locatie ondergaat een ernstige vervormingElektrische bomen groeien snel en zijn eenmaal gevormd moeilijk om te keren, waardoor de resterende levensduur van de kabel direct wordt verkort..

Onder wisselspanning kunnen elektrische bomen twee typische vormen vertonen: de ene is een vertakte structuur vergelijkbaar met boomtakken, en de andere is een dichter, bosachtige structuur.hoe gemakkelijker het is voor bos-achtige boomvorming te vormen.

Uit een onderzoek naar isolatiefouten in 33 kV XLPE-kabels bleek dat elektrische boomvorming een vooronderbreking is dat leidt tot vroegtijdig falen van hoogspanningskabels.aanzienlijk negatieve gevolgen hebben voor de levensduur van het ontwerpEen andere studie, gebaseerd op de Weibullverdeling, toonde aan dat hoe hoger de toegepaste spanning, hoe sneller de verspreidingssnelheid van elektrische bomen en hoe korter de levensduur van de isolatie van kabels.

Waterboomvorming: Voor de vorming van waterbomen zijn drie voorwaarden vereist: vocht, een elektrisch veld en oplosbare onzuiverheden.

Onder het gecombineerde effect van een hoog elektrisch veld, een bepaald vochtigheidsniveau (relatieve vochtigheid boven 70%) en de aanwezigheid van zout of verontreinigende stoffen in het water, is een dicht netwerk van zeer kleine,water gevulde holtes en kanalen groeit in de XLPE-isolatieWaterbomen zelf zijn geen ontladingskanalen, maar ze verminderen de volumeweerstand van het isolatiemateriaal aanzienlijk, waardoor dielektrische verliezen sterk toenemen.en veroorzaken mechanische schade op microscopisch niveau.

Het echte gevaar van waterbomen ligt in hun "latentie". Ze groeien meestal langzaam, zijn onzichtbaar voor het blote oog en veroorzaken niet meteen afbraak.waterbomen kunnen geleidelijk veranderen in elektrische bomenWanneer voldoende vocht en onzuiverheden zich ophopen in het waterboomgebied, wordt de vervorming van het elektrisch veld sterker.uiteindelijk de snelle groei van elektrische bomen veroorzaken en veroorzaken plotselinge isolatie falen tijdens de werking.

Het is belangrijk op te merken dat, hoewel kabeldrogen het probleem tijdelijk kan verlichten, waterboomvorming over het algemeen als blijvend wordt beschouwd en na verloop van tijd alleen maar zal verergeren.

In een echt geval veroorzaakte een enkele waterboom uiteindelijk een elektrische boomonderbreking, wat resulteerde in een directe kostenverhoging van meer dan 200.000 dollar voor het vervangen van 700 meter kabel.

Elektrochemische bomen
Elektrochemische bomen worden meestal geassocieerd met onzuiverheden in het isolatiemateriaal.Wanneer anorganische onzuiverheden (zoals zouten en metalen deeltjes) in de isolatie- of halfgeleiderlaag blijvenDeze chemische onzuiverheden dissociëren in het elektrische veld en vormen een boomvormige structuur.samen met sporen van vocht, versnelt de lokale afbraak.

Microscopische analyses onthulden leegtes van 15 tot 150 micrometer in grootte in de halfgeleidende laag.Deze holtes zijn ruimtelijk gecorreleerd met de startpunten van elektrochemische dendrieten., en NaCl-verontreinigingen waren ook aanwezig.

III. Aanvankelijke gebreken tijdens de vervaardiging
Aanvankelijke defecten die tijdens de fabricage worden aangebracht, zijn inherente zwakheden van de kabel.Een onvoldoende procescontrole tijdens de XLPE-isolatie-extrusie en -verbinding kan verschillende typische problemen veroorzaken binnen de isolatie..

Leegte
De meest voorkomende microscopische afwijkingen zijn leegtes, die meestal worden veroorzaakt door het falen van ontbindingsproducten van organische peroxiden (methane, acetofenon, enz.).) om volledig te ontsnappen tijdens de cross-linkingDeze bubbels zijn meestal tussen de 15 en 150 micrometer groot.

Uit onderzoek blijkt dat de grootte, het aantal, het gebied en de verdeling van de holtes rechtstreeks de elektrische sterkte van de kabel bepalen.Grotere holtes leiden tot een significante afname van de breuksterkte van wisselstroomOnder werkspanning ontstaat er een gedeeltelijke ontlading in de holtes, waardoor geleidelijk het omringende isolatiemateriaal wordt vervormd.

Verontreinigingen (verontreinigende stoffen)

Als de bijproducten van de kruisverbinding niet grondig worden verwijderd of als externe onzuiverheden (zoals stof of metalen deeltjes) in het isolatiemateriaal worden gemengd,Deze onzuiverheden worden "zwakke punten" in de isolatie.Onder invloed van een elektrisch veld, zal de lading zich ophopen rond de onzuiverheden, waardoor het elektrisch veld geconcentreerd wordt en zo de lokale veroudering versnelt.

Uitsteken van de geleider en onregelmatigheden in de halfgeleiderlaag

Als er onregelmatigheden of uitsteeksels zijn in de geleiderbeschermingslaag van de kabel, zullen ze zich in de isolatielaag verankeren als "pieken"," met een extreem hoge lokale elektrische veldsterkte onder werkspanningDe simulatie-analyse van sferische luchtgaten, naaldgaten,en onregelmatigheden in de interne halfgeleiderlaag van de kabelterminalen toont aan dat deze defecten aanzienlijke veranderingen in de sterkte van het elektrisch veld veroorzakenEen luchtgap van 2 mm kan bijvoorbeeld een elektrische veldsterkte van 2,45×106 V/mm bij de geleider genereren.

IV. Kwaliteitsproblemen tijdens de installatie en het leggen

Als fabricagefouten de "intrinsieke tekortkomingen" van kabels zijn,In de eerste plaats is het de bedoeling dat de installatie van de installatie in het kader van de onderhoudswerkzaamheden van het onderhoudspersoneel moet worden uitgevoerd.Volgens de operationele statistieken van verschillende internationale elektriciteitsnetbedrijven zijn kabeltoebehoren en -verbindingen de meest voorkomende bronnen van storingen.

Fouten bij toebehoren: uit een in 2025 gepubliceerd uitgebreid analyserapport over de oorzaken van storingen van 35kV XLPE-kabels blijkt dat 58% van alle storingsgevallen te wijten is aan terminalfouten.belangrijkste isolatiefouten voor 32%, en externe factoren voor 10%.

In een ander geval van een echte elektriciteitsnetbeheerder werden 129 10kV- en 35kV XLPE-stroomkabels aangedreven door 24 onderstations.Uit de analyse van de operationele gegevens bleek dat storingen voornamelijk werden veroorzaakt door elektrische veroudering, thermische veroudering en mechanische schade, waarvan een aanzienlijk deel rechtstreeks verband hield met de installatiekwaliteit van de toebehoren (verbindingen en eindpunten).

Een andere reeks statistieken bevestigt deze trend: In een enquêteverslag over 6.214 kabelfouten (2010-2020), werd vastgesteld dat de meeste kabelfouten in de EU plaatsvonden in de periode 2010-2020.57% van de kabelisolatiefouten (waarvan XLPE-kabels voornamelijk veroorzaakt werden door waterbomen)In de eerste drie jaar van de ontwikkeling van het systeem werd de uitbreiding van de capaciteit van de elektriciteitscentrales in de Lid-Staten met een stijging van de capaciteit van de elektriciteitscentrales in de Lid-Staten van de Europese Unie in het licht van de toenemende groei van de elektriciteitscentrales in de Lid-Staten van de Europese Unie in de afgelopen tien jaar aanzienlijk verbeterd.

Onjuiste verbindingsfabricage
Een onjuiste werking tijdens de fabricage van kabelsluitingen is een belangrijke factor die bijdraagt aan storingen.schrammen of scheuren op het XLPE-isolatieoppervlak, onvolledige verwijdering van overgebleven vreemde stoffen, luchtscheuren tussen isolatieinterfaces en onjuiste geleidercrimping.Uit een onderzoek is gebleken dat zelfs kleine krasjes op het isolatieoppervlak of residuele halfgeleidende deeltjes of metaalstof een lokale concentratie van elektrische spanningen op het isolatieoppervlak kunnen veroorzaken, waardoor een gedeeltelijke ontlading ontstaat.

Vochtintroductie
In ondergrondse omgevingen, als de kabel omhulsel beschadigd is tijdens de installatie of de verbindingen slecht zijn verzegeld, is het risico van vochtinbraak een ander onderschat risico.Grondwater kan geleidelijk in de isolatieschaal doordringenZodra vocht in het gewricht komt, combineert het met het elektrische veld om elektrochemische corrosie en waterboomgroei te veroorzaken.

Uit onderzoek is gebleken dat wanneer het vochtgehalte van XLPE-isolatie 0,1% bereikt, de dielectrische verliesfactor van deze isolatie meer dan drie keer zo hoog is als in de droge toestand.wat leidt tot energieverspilling en abnormale temperatuurstijgingen.

Daarom moeten isolatieprestaties worden getest voordat kabels in gebruik worden genomen, na het opnieuw maken van eindpunten of tussenverbindingen en na vermoedelijke beschadiging van de omhulsel en het binnendringen van water.Het meten van de verhouding tussen de weerstand van het koperen schild en de weerstand van de geleider is een cruciale stap.

De kwaliteit van het leggen
Het op het terrein gelegde proces heeft ook invloed op de levensduur van de kabel.met mechanische schade en elektromechanische gecombineerde veroudering in de loop van de tijdBovendien dient een bepaalde kabellengte te worden gereserveerd om in geval van een ongeval de afsplitsing van de kabel opnieuw mogelijk te maken.

V. Omgevingsstress tijdens de exploitatie

Thermische veroudering
Tijdens normale werking bedraagt de geleideroperatietemperatuur van XLPE-kabels typisch 90°C (de toelaatbare werkingstemperatuur van XLPE op lange termijn).wanneer kabels gedurende langere perioden onder overbelasting werken, of in omgevingen met een slechte warmteafvoer (zoals dichtgeleide installaties), kan de isolatietemperatuur consequent de ontwerpwaarde overschrijden.

Thermische veroudering veroorzaakt structurele veranderingen in het isolatiemateriaal, waaronder breuk van de moleculaire keten, vorming van vrije radicalen, vermindering van het moleculaire gewicht en fragmentatie van polymeren,Dit leidt tot een onomkeerbare afbraak van de fysiekeDe accumulatie van ruimtelijke lading is een van de belangrijkste mechanismen waardoor thermische veroudering van invloed is op de isolatiekwaliteit: ruimtelijke lading vervormt de verdeling van het elektrisch veld,Verergering van de inhomogeniteit van het elektrisch veld, waardoor de isolatie van de kabels sneller veroudert en eerder kapot gaat.

Onderzoeken hebben aangetoond dat bij een vochtige verouderingstemperatuur van 160°C de ruimtelijke ladingverdeling in de polymerisolatie rechtstreeks verband houdt met de chemische afbraak.,zowel de dichtheid van het vangvlak als de dichtheid van de ruimtelijke lading aanzienlijk toenemen, wat betekent dat het isolatiemateriaal meer lading kan vangen, waardoor de isolatieprestaties verder verslechteren.

Vocht en chemische corrosie

Behalve de eerder genoemde waterboom brengt vochtintroductie ook een ander direct gevolg met zich mee: korrosie van koperen geleiders.

In ondergrondse kabels die in industriële installaties aan de kust of in gebieden met een hoge luchtvochtigheid werken,koperen geleiders kunnen zwart worden als gevolg van corrosie door sulfaat of oxideren tot een groene oxidelaag (verdigris) als gevolg van vochtinvloeiing.

Multi-stress gecombineerde veroudering

In de werkelijke werking wordt de veroudering van XLPE-kabels vaak niet veroorzaakt door één enkele factor, maar door de gecombineerde effecten van meerdere spanningen: warmte, elektriciteit, mechanische spanning en vocht.

Als een halfkristallijn polymeer ondergaan XLPE-kabels onvermijdelijk geleidelijke veroudering tijdens de werking.blootstelling aan vochtIn de loop van de tijd verzwakken deze factoren geleidelijk de diëlektrische eigenschappen, wat uiteindelijk leidt tot isolatiefouten.

VI. Hoe de gezondheid van XLPE-kabels te detecteren en te beoordelen
Bij de daadwerkelijke werking en het onderhoud zijn er verschillende methoden om te bepalen of XLPE-kabels bovengenoemde problemen hebben.

AC-standspanningstest en detectie van gedeeltelijke ontlading

Een zeer belangrijke herinnering: XLPE-kabels mogen niet worden getest met gelijkstroomhoogspanning.

De reden hiervoor is dat tijdens een gelijkstroom-standspanningstest ruimtelading in de isolatielaag kan worden geïnjecteerd via bestaande "bomen" in de kabelisolatie.XLPE-isolatiemateriaal heeft een extreem hoge weerstandDeze restlading genereert een elektrisch veld dat zich op het werkende wisselstroomveld oplegt,het maken van de kabel gevoeliger voor storingen na het doorstaan van de gelijkstroomspanningstest en het in gebruik nemen.

Daarom wordt voor XLPE-stroomkabels aanbevolen om voor de evaluatie een combinatie van wisselspanningscontrole en partiële ontladingsdetectie te gebruiken.

Meting van de isolatieweerstand: het meten van de isolatieweerstand van de hoofdkabelisolatie is effectief bij het detecteren van de totale vochtopname van de isolatie, de algemene verslechtering,en penetratiefoutenHet moet echter worden opgemerkt dat wanneer de PVC-buitenste omhulsel van een rechtstreeks begraven kabel langdurig ondergedompeld wordt in grondwater of door externe krachten beschadigd raakt, maar niet volledig kapot gaat,een afname van de isolatieweerstand alleen kan niet rechtstreeks bepalen dat de buitenmantel is beschadigd en door water is geinfiltreerd.

Meting van dielectrische verliezen: Zoals eerder vermeld, neemt de dielectrische verliezenfactor van XLPE-isolatiemateriaal aanzienlijk toe wanneer het vochtgehalte 0,1% bereikt.Regelmatige dielektrische verliezen meten is een belangrijk middel om de vochtopname en veroudering van de isolatie te controleren.

VII. Waarom buitenlandse klanten aandacht moeten besteden aan deze kwesties

Tot nu toe hebben wij in detail gesproken over de verschillende problemen waarmee XLPE-kabels in de praktijk kunnen worden geconfronteerd.

Het begrijpen van deze kwesties betekent niet dat u "angstig" wordt van het gebruik van XLPE-kabels..Echte professionaliteit gaat niet over het perfecte verpakken van een product, maar over het weten onder welke omstandigheden het product zal falen, waarom het zal falen en klanten helpen deze problemen te voorkomen.

Voor buitenlandse klanten, bij de aankoop van een partij XLPE kabels, is uw zorg niet "Is deze kabel defect?", maar eerder "Als ik installeer en gebruik het volgens de specificaties,Wat is de verwachte levensduur??", "Op welke abnormale signalen moet ik tijdens de operatie letten?", en "Wanneer moet preventief onderzoek worden uitgevoerd?"

Een leverancier die deze vragen kan beantwoorden, verdient langdurig vertrouwen.

VIII. Samenvatting

Veel voorkomende problemen met XLPE-kabels kunnen worden samengevat in verschillende niveaus.

Het meest fundamentele probleem is de boombouw. Elektrieke bomen, waterbomen en elektrochemische bomen zijn signalen die voorafgaan aan de afbraak van de isolatie.Het isolatiemateriaal wordt op microscopisch niveau geleidelijk afgebroken..

Tijdens de productiefase zijn aanvankelijke gebreken zoals luchtgapings, onzuiverheden en onregelmatigheden in de halfgeleidende laag inherente zwakheden in kabels.De oorzaak van deze gebreken kan worden herleid tot een onvoldoende controle van het kruisverbindingsproces of de zuiverheid van het materiaal..

Tijdens de installatie- en legfase zijn kabeltoebehoren en -verbindingen de hardst getroffen gebieden voor storingen.Onjuiste vervaardiging van het gewricht, vochtinmenging en buitensporig kleine kabelbuigradiussen zijn veel voorkomende factoren.

Tijdens het gebruik versnelt de thermische veroudering de isolatieverslechtering, terwijl vocht en chemische corrosie de afschermingslaag en geleider verder beschadigen.Het cumulatieve effect van meerdere spanningen leidt uiteindelijk tot een breuk.

Gedurende de gehele levensduur is isolatiebeschadiging de belangrijkste oorzaak van het falen van XLPE-kabels, goed voor 86,7% van alle storingen.en oppervlakkespiegels zijn de belangrijkste storingsvormen van XLPE-isolatiematerialen.

In termen van testen moet gelijkstroom-spanningsonderzoek van XLPE-kabels worden vermeden; in plaats daarvan is wisselstroom-spanningsonderzoek in combinatie met gedeeltelijk ontladen betrouwbaarder.

Als u XLPE-kabels gebruikt of gaat kopen, wordt aanbevolen zich te richten op drie belangrijke aspecten:het kwaliteitsinspectieverslag vóór levering (met name de resultaten van de gedeeltelijke ontladingstest), de kwaliteit van de toebehoren tijdens de installatie (keuze van een gekwalificeerd bouwteam),en de methoden voor het monitoren van de toestand tijdens de werking (regelmatige inspecties zoals infrarood thermische beeldvorming en detectie van gedeeltelijke ontladingen).