Was sind die häufigsten Probleme mit XLPE-Kabeln?

I. Eine unvermeidliche ehrliche Frage

Bei Projekten im Ausland wird Polyethylen mit Querverbindungen verwendet.(XLPE)) Kabel sind in mittleren und hohen Spannungssystemen fast Standardgeräte.und die einfache Montage haben sie zu einem Ersatz für papierisolierte Kabel für Jahrzehnte.

Sie sind jedoch nicht unbesiegbar.

Nach Betriebsstatistiken mehrerer internationaler Stromversorger sind Isolationsschäden die Hauptursache für XLPE-Kabelstörungen und machen etwa 86,7% aller Störungen aus.Von diesen, Fehler durch Teilentladungsalterung, elektrische Alterung und Wasserbaumbildung machen 65,7% aus; Fehler durch thermische Alterung und thermomechanische Verformungen machen 10,5% aus;und Ausfälle durch mechanische Beschädigungen und elektromechanische kombinierte Alterung entfallen auf die restlichen 100,5%.

Mit anderen Worten, wenn Ihr XLPE-Kabel ein Problem hat, hängt dies höchstwahrscheinlich mit der Isolierungsabalterung zusammen.von der Herstellungsphase zurückgebliebene Mängel, Schäden, die bei der Montage und dem Auflegen entstehen, und eine im Betrieb allmählich auftretende Alterung.

Im Folgenden werden wir diese häufigsten Probleme zur Klarheit aufschlüsseln.

II. Baumpflanzung ∙ Warnzeichen vor Einbruch der Isolierung

Zuerst ist es wichtig, ein Kernkonzept zu verstehen: Baumbau.

In der Stromkabeltechnik bezieht sich "Treeing" auf die mikroskopischen, baumähnlichen Risse und Entladekanäle, die sich vor dem vollständigen Abbau im festen Isolationsmedium bilden.Das Baumwachsen ist im Wesentlichen ein Phänomen vor dem Zusammenbruch.Wenn ein Baum von einer Elektrode zur anderen wächst, bricht die Isolierung und das Kabel versagt.

Auf der Grundlage der Formation wird die Baumpflanzung in drei Arten eingeteilt:

Elektrische Baumform: Wenn innerhalb der Isolierung winzige Defekte wie Luftlücken, Verunreinigungen oder Vorsprünge auf der Leiteroberfläche unter langfristiger Betriebsspannung vorliegen,Das elektrische Feld an diesem Ort wird stark verzerrt.Elektrische Bäume wachsen rasch und sind nach ihrer Bildung schwer rückgängig zu machen, was die verbleibende Lebensdauer des Kabels direkt verkürzt..

Unter Wechselspannung können elektrische Bäume zwei typische Formen aufweisen: eine ist eine verzweigte Struktur, ähnlich Baumzweigen, und die andere ist eine dichtere, buschartige Struktur.je leichter sich eine buschartige Baumform bildet.

Eine Studie über Isolationsfehler bei 33kV XLPE-Kabeln ergab, dass elektrische Bäume vor dem Ausfall ein Phänomen sind, das zu einem vorzeitigen Ausfall von Hochspannungskabeln führt.erheblich negativen Einfluss auf die KonstruktionsdauerEine weitere Studie, die auf der Weibull-Verteilung basiert, ergab, daß je höher die angebrachte Spannung, desto schneller die Ausbreitungsrate der elektrischen Bäume und desto kürzer die Kabelschutzdauer.

Wasserbäume: Für die Bildung von Wasserbäumen sind drei Bedingungen erforderlich: Feuchtigkeit, ein elektrisches Feld und lösliche Verunreinigungen.

Unter der kombinierten Wirkung eines hohen elektrischen Feldes, eines bestimmten Luftfeuchtigkeitsniveaus (relative Luftfeuchtigkeit über 70%) und der Anwesenheit von Salz oder Verunreinigungen im Wasser entsteht ein dichtes Netz von extrem kleinenWasser gefüllte Hohlräume und Kanäle wachsen in der XLPE-IsolationWasserbäume selbst sind keine Abflusskanäle, aber sie reduzieren den Volumenwiderstand des Isoliermaterials erheblich und erhöhen die dielektrischen Verluste erheblich.und verursacht mechanische Schäden auf mikroskopischer Ebene.

Die eigentliche Gefahr von Wasserbäumen liegt in ihrer "Latenz". Sie wachsen in der Regel langsam, sind mit bloßem Auge unsichtbar und verursachen nicht sofort einen Abfall.Wasserbäume können sich allmählich in elektrische Bäume verwandelnWenn sich ausreichend Feuchtigkeit und Verunreinigungen im Wasserbaumbereich ansammeln, verstärkt sich die elektrische Feldverzerrung.Schließlich das schnelle Wachstum von elektrischen Bäumen und verursacht plötzliche Isolationsfehler während des Betriebs.

Es ist wichtig zu beachten, dass, während Kabeltrocknung das Problem vorübergehend lindern kann, Wasserbäume im Allgemeinen als dauerhaft betrachtet werden und sich nur mit der Zeit verschlimmern werden.

In einem realen Fall löste ein einzelner Wasserbaum schließlich einen elektrischen Baum aus, was zu direkten Kosten von über 200.000 Dollar für den Austausch von 700 Metern Kabel führte.

Elektrochemische Bäume
Elektrochemische Bäume sind typischerweise mit Verunreinigungen im Isolationsmaterial verbunden.Wenn anorganische Verunreinigungen (z. B. Salze und Metallpartikel) in der Isolier- oder Halbleiterschicht verbleibenDiese chemischen Verunreinigungen lösen sich im elektrischen Feld undzusammen mit Spuren von Feuchtigkeit, beschleunigen lokalisierten Abbau.

Mikroskopische Analysen ergaben Hohlräume von 15 bis 150 Mikrometer in der Halbleiterschicht.Diese Hohlräume korrelieren räumlich mit den Anlaufpunkten von elektrochemischen Dendriten., und NaCl-Verunreinigungen waren auch um sie herum vorhanden.

III. Anfangsfehler während der Herstellung
Erste Fehler, die während der Herstellung auftreten, sind inhärente Schwächen des Kabels.Eine unzureichende Prozesssteuerung während der XLPE-Dämmungs-Extrusion und -Verknüpfung kann einige typische Probleme innerhalb der Dämmung verursachen..

Leere
Leere sind die häufigste Art von mikroskopischem Defekt. Sie werden typischerweise durch das Versagen von Zersetzungserzeugnissen von organischen Peroxiden (Methan, Acetophenon usw.) verursacht.) um während der Verknüpfung vollständig zu entkommen.Diese Blasen sind typischerweise zwischen 15 und 150 Mikrometer groß.

Studien zeigen, daß Größe, Anzahl, Fläche und Verteilung der Hohlräume die elektrische Festigkeit des Kabels direkt bestimmen.Größere Hohlräume führen zu einer signifikanten Verringerung der AC-AusfallstärkeUnter Betriebsspannung entsteht in den Hohlräumen eine teilweise Entladung, die allmählich das umgebende Isolationsmaterial erodiert.

Unreinheiten (Verunreinigungen)

Werden nicht gründlich verknüpfte Nebenprodukte entfernt oder vermischen sich in das Isoliermaterial äußere Verunreinigungen (wie Staub oder Metallpartikel),Diese Verunreinigungen werden zu "Schwachstellen" in der Isolierung.Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes wird sich eine Ladung um die Verunreinigungen ansammeln, was zu einer Konzentration des elektrischen Feldes führt und somit das lokale Altern beschleunigt.

Leitervorsprünge und Unregelmäßigkeiten der Halbleiterschicht

Wenn es Unregelmäßigkeiten oder Vorsprünge in der Leiterschutzschicht des Kabels gibt, werden sie sich in die Isolationsschicht wie "Spitzen"," die eine extrem hohe lokale elektrische Feldstärke unter Betriebsspannung erzeugenSimulationsanalysen von kugelförmigen Luftspalten, Nadellöchern,und Unregelmäßigkeiten in der internen Halbleiterschicht von Kabel-Terminals zeigt, dass diese Defekte bedeutende Veränderungen in der elektrischen Feldstärke verursachenSo kann beispielsweise eine Luftlücke von 2 mm eine elektrische Feldstärke von 2,45 × 106 V/mm in der Nähe des Leiters erzeugen.

IV. Qualitätsprobleme bei der Montage und dem Aufbau

Wenn es sich bei Fabrikationsfehlern um "inherente Mängel" von Kabeln handelt,Diese Probleme treten häufiger bei der täglichen Arbeit des Wartungspersonals auf.Nach Betriebsstatistiken mehrerer internationaler Stromnetzbetreiber sind Kabelzubehör und -verbindungen die häufigsten Fehlerquellen.

Ausfälle von Zubehör: In einem umfassenden Analysebericht über die Ursachen von Ausfällen von 35 kV XLPE-Kabeln, der 2025 veröffentlicht wurde, wurde festgestellt, dass Ausfälle an Endgeräten 58% aller Ausfallvorfälle ausmachten.Hauptdämmungsfehler für 32%, und externe Faktoren für 10%.

In einem anderen Fall eines realen Stromnetzbetreibers betrieben 24 Umspannwerke 129 10kV- und 35kV-XLP-Leitungskabel.Die Analyse der Betriebsdaten ergab, dass die Ausfälle hauptsächlich durch elektrische Alterung verursacht wurden, thermische Alterung und mechanische Beschädigungen, von denen ein erheblicher Teil direkt mit der Installationsqualität der Zubehörteile (Verbindungen und Endungen) zusammenhing.

Eine weitere Reihe von Statistiken bestätigt diesen Trend: In einem Umfragebericht über 6.214 Kabelfehler (2010-2020)57% entfielen auf Trennungsfehler (davon XLPE-Kabel hauptsächlich durch Wasserbäume verursacht), Kabelverbindungsfehler entfielen auf 23%, Schäden durch Ausgrabungen durch Dritte auf 11%, und Sekundärunterstationsfehler auf 9%.

Unzulässige Verknüpfung
Bei der Herstellung von Kabelverbindungen ist ein unsachgemäßer Betrieb ein wesentlicher Faktor für Fehler.Kratzer oder Risse an der Isolationsoberfläche von XLPE, unvollständige Entfernung von Restfremdstoffen, Luftlücken zwischen den Isolationsschnittstellen und unsachgemäßes Krempeln der Leiter.Eine Studie ergab, daß selbst winzige Kratzer auf der Isolationsoberfläche oder restliche Halbleiterpartikel oder Metallstaub eine lokalisierte elektrische Spannungskonzentration auf der Isolationsoberfläche erzeugen können, wodurch eine teilweise Entladung ausgelöst wird.

Eintritt von Feuchtigkeit
In unterirdischen Umgebungen, wenn die Kabelhülle während der Installation beschädigt wird oder die Verbindungen schlecht versiegelt sind, kann das Risiko von Feuchtigkeitseinbruch unterschätzt werden.Grundwasser kann allmählich in die Isolationsschicht eindringenSobald Feuchtigkeit in das Gelenk gelangt, verbindet sie sich mit dem elektrischen Feld, um eine elektrochemische Korrosion und das Wachstum von Wasserbäumen auszulösen.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich der dielektrische Verlustfaktor der XLPE-Dämmung, wenn der Feuchtigkeitsgehalt 0,1% erreicht, auf das Dreifache des trockenen Zustands erhöht.Dies führt zu Energieverschwendung und einem ungewöhnlichen Temperaturanstieg.

Daher sollten die Prüfungen der Isolationsleistung vor der Inbetriebnahme des Kabels, nach dem Umbau von Endungen oder Zwischenverbindungen sowie nach Verdacht auf Beschädigung der Umhüllung und Wasserdurchdringung durchgeführt werden.Die Messung des Verhältnisses von Kupferschildwiderstand und Leiterwiderstand ist ein entscheidender Schritt.

Qualität der Verlegung
Der Aufstellprozeß vor Ort beeinflusst auch die Lebensdauer des Kabels. Wenn das Kabel über den angegebenen Mindestbiegungsradius hinaus gelegt wird, kann eine ungleiche Belastung in der Isolierung entstehen,die im Laufe der Zeit zu mechanischen Schäden und elektromechanischer kombinierter Alterung führenFerner sollte eine bestimmte Kabellänge reserviert werden, um im Falle eines Unfalls die Kabelverbindung neu aufzubauen.

V. Umweltbelastung während des Betriebs

Wärmealterung
Während des normalen Betriebs beträgt die Betriebstemperatur der Leiter von XLPE-Kabeln typischerweise 90 °C (die langfristige zulässige Betriebstemperatur von XLPE).wenn Kabel länger unter Überlastbedingungen betrieben werden, oder in Umgebungen mit schlechter Wärmeableitung (z. B. dichte Leitungsinstallationen) kann die Isoliertemperatur den Konstruktionswert konsequent übersteigen.

Thermisches Altern führt zu strukturellen Veränderungen des Isoliermaterials, einschließlich Molekularkettenbruch, Bildung freier Radikale, Verringerung des Molekülgewichts und Polymerfragmentierung,die zu einer irreversiblen Verschlechterung der physikalischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften. Die Speicherladung ist einer der wichtigsten Mechanismen, durch den thermische Alterung die Isolationsqualität beeinflusst: Die Speicherladung verzerrt die elektrische Feldverteilung,Verschlimmerung der elektrischen Feldinhomogenität, wodurch die Kabelisolierung veraltet und früher kaputt geht.

Studien haben ergeben, daß bei einer Temperatur von 160°C bei feuchter Alterung die Raumladungsverteilung in der Polymerisolierung direkt mit dem chemischen Abbau zusammenhängt.,sowohl die Dichte der Trap-Ebene als auch die Raumladdichte steigen signifikant an, was bedeutet, dass die Fähigkeit des Isolierungsmaterials, Ladungen einzufangen, erhöht wird, was die Isolierungsleistung weiter verschlechtert.

Feuchtigkeit und chemische Korrosion

Neben dem oben erwähnten Wasserbaum führt das Eintreten von Feuchtigkeit auch zu einer weiteren direkten Folge: Korrosion der Kupferleiter.

In unterirdischen Kabeln, die in Küstenindustrienanlagen oder in Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit betrieben werden,Kupferleiter können durch sulfatbedingte Korrosion schwarz werden oder durch Feuchtigkeitseinbruch zu einer grünen Oxidschicht (verdigris) oxidieren.

Multi-Stress- kombiniertes Altern

Im eigentlichen Betrieb ist die Alterung von XLPE-Kabeln häufig nicht durch einen einzigen Faktor, sondern durch die kombinierten Wirkungen mehrerer Spannungen verursacht: Hitze, Strom, mechanische Spannungen und Feuchtigkeit.

Als halbkristallines Polymer erleiden XLPE-Kabel unweigerlich eine allmähliche Alterung während des Betriebs.FeuchtigkeitsexpositionIm Laufe der Zeit schwächen diese Faktoren allmählich die dielektrischen Eigenschaften, was schließlich zu einem Ausfall der Isolierung führt.

VI. Ermittlung und Bewertung des Zustands von XLPE-Kabeln
Im eigentlichen Betrieb und in der Wartung gibt es verschiedene Methoden, um festzustellen, ob XLPE-Kabel die oben genannten Probleme aufweisen.

AC-Widerstandsspannungstest und partielle Entladungserkennung

Eine sehr wichtige Erinnerung: XLPE-Kabel sollten nicht mit Gleichspannung hoch getestet werden.

Der Grund dafür ist, daß während einer Gleichspannungstestraumladung durch vorhandene "Bäume" in der Kabelisolation in die Isolationsschicht injiziert werden kann.XLPE-Dämmstoff hat einen extrem hohen WiderstandDiese Restladung erzeugt ein elektrisches Feld, das sich auf das laufende Wechselstromfeld überlagert,das Kabel anfälliger für Ausfälle macht, nachdem es die Gleichspannungstest bestanden hat und in Betrieb genommen wurde.

Für XLPE-Leistungskabel wird daher empfohlen, eine Kombination aus Wechselspannungstest und Teilentladungserkennung zur Bewertung zu verwenden.

Messung des Isolationswiderstands: Die Messung des Isolationswiderstands der Hauptkabelisolation ist wirksam bei der Erkennung der Gesamtabsorption von Feuchtigkeit, der Gesamtabschwäche,und DurchdringungsfehlerEs ist jedoch zu beachten, dass, wenn die PVC-Außenhülle eines direkt vergrabenen Kabels langfristig im Grundwasser oder durch äußere Kräfte beschädigt, aber nicht vollständig defekt ist,Eine Verringerung des Dämmungswiderstands allein kann nicht direkt bestimmen, ob die Außenhülle beschädigt und durch Wasser infiltriert wurde..

Dielektrische Verlustmessung: Wie bereits erwähnt, steigt der dielektrische Verlustfaktor von XLPE-Dämmstoff signifikant, wenn der Feuchtigkeitsgehalt 0,1 Prozent erreicht.Die regelmäßige Messung der dielektrischen Verluste ist ein wichtiges Mittel zur Überwachung der Feuchtigkeitsabsorption und des Alterungsstatus der Isolierung.

VII. Warum ausländische Kunden diesen Fragen Aufmerksamkeit schenken müssen

Bisher haben wir ausführlich die verschiedenen Probleme erörtert, denen XLPE-Kabel bei praktischen Anwendungen begegnen können.

Das Verständnis dieser Fragen bedeutet nicht, dass Sie sich vor der Verwendung von XLPE-Kabeln "fürchten" müssen..Wahre Professionalität besteht nicht darin, ein Produkt perfekt zu verpacken, sondern darin, zu wissen, unter welchen Bedingungen das Produkt versagen wird, warum es versagen wird und den Kunden zu helfen, diese Probleme zu vermeiden.

Für ausländische Kunden, wenn Sie eine Charge XLPE-Kabel kaufen, ist Ihre Sorge nicht "Ist dieses Kabel defekt?", sondern eher "Wenn ich es nach den Spezifikationen installiere und benutze,Was ist die erwartete Lebensdauer??", "Welche abnormen Anzeichen sollte ich während der Operation beachten?", und "Wann sollten präventive Tests durchgeführt werden?"

Ein Lieferant, der diese Fragen beantworten kann, verdient langfristiges Vertrauen.

VIII. Zusammenfassung

Häufige Probleme mit XLPE-Kabeln lassen sich in mehrere Ebenen zusammenfassen.

Das grundlegendste Problem ist die Baumbildung. Elektrische Bäume, Wasserbäume und elektrochemische Bäume sind Vorstörungssignale, die dem Abfall der Isolierung vorausgehen.Sie erodieren allmählich die Integrität des Isolationsmaterials auf mikroskopischer Ebene..

Während der Fertigungsphase sind anfängliche Defekte wie Luftlücken, Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten in der Halbleiterschicht inhärente Schwächen in Kabeln.Die Ursache dieser Mängel kann auf eine unzureichende Kontrolle des Verbundprozesses oder die Reinheit des Materials zurückzuführen sein..

Während der Installations- und Verlegungsphase sind Kabelzubehör und -verbindungen die am stärksten betroffenen Bereiche für Ausfälle.Unzulässige Verarbeitung von Gelenken, Feuchtigkeitseinbruch und übermäßig kleine Kabelbiegungsradien sind häufige Faktoren.

Während der Betriebsphase beschleunigt das thermische Altern die Verschlechterung der Isolierung, während Feuchtigkeit und chemische Korrosion die Abschirmschicht und den Leiter weiter beschädigen.Die kumulative Wirkung mehrerer Belastungen führt schließlich zum Ausfall.

Während der gesamten Lebensdauer ist Isolationsschaden die Hauptursache für XLPE-Kabelfehler, die 86,7% aller Ausfälle ausmachen.und Oberflächenrutsch sind die wichtigsten Ausfallmodi von XLPE-Dämmstoffen.

Im Hinblick auf die Prüfung sollte die Gleichspannungstestung von XLPE-Kabeln vermieden werden; stattdessen ist die Wechselspannungstestung in Kombination mit der Teilentladungsprüfung zuverlässiger.

Wenn Sie derzeit XLPE-Kabel verwenden oder kaufen möchten, empfiehlt es sich, sich auf drei wesentliche Aspekte zu konzentrieren:der Qualitätsprüfungsbericht vor der Lieferung (insbesondere die Ergebnisse der Teilentladungstests), die Qualität der Zubehörteile während der Montage (Auswahl eines qualifizierten Bauteams),und die Methoden zur Überwachung des Zustands während des Betriebs (regelmäßige Inspektionen wie Infrarot-Wärmebildgebung und partielle Entladungserkennung).