نتیجه این است: بله، اما تحت شرایط خاص.

کسانی که در مهندسی برق کار می کنند احتمالاً با این معضل مواجه شده اند: اگر آب در کانال کابل وجود داشته باشد، آیا درست است که مستقیماً زیر آب برود.کابل های XLPE? آیا تخمگذار زیر آب نیاز به ضد آب اضافی دارد؟

پاسخ این است که خود کابل‌های XLPE دارای درجه خاصی از مقاومت در برابر آب هستند، اما اینکه آیا می‌توان آن‌ها را برای مدت طولانی در زیر آب فرو برد، به طراحی ساختاری و سطح حفاظت آن‌ها بستگی دارد.

آیا مواد عایق XLPE خود مستعد آسیب آب هستند؟

XLPE (پلی اتیلن متقاطع) به دلیل ساختار مولکولی می تواند در محیط های مرطوب استفاده شود. در حالی که حد درجه حرارت بالایی برای پلی اتیلن معمولی تقریباً 70 درجه سانتیگراد است، XLPE یک ساختار شبکه سه بعدی را از طریق اتصالات متقاطع شیمیایی تشکیل می دهد و به طور قابل توجهی بلورینگی آن را افزایش می دهد. این ساختار متراکم سرعت نفوذ مولکول آب را تا حد زیادی کاهش می دهد. در رطوبت نسبی 95 درصد، XLPE در مقایسه با پلی اتیلن معمولی تنها بخشی از آب را جذب می کند.

به عبارت دیگر، لایه عایق XLPE خود نرخ جذب آب بسیار پایینی دارد که باعث می شود در محیط های مرطوب معمولی بسیار قابل اعتمادتر از PVC باشد.

با این حال، "جذب کم آب" به معنای "عدم جذب آب" نیست. مولکول های آب به آرامی منتشر شده و به لایه عایق نفوذ می کنند. داده‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که کابل‌های XLPE که به مدت 30 روز در آب خالص 25 درجه سانتی‌گراد غوطه‌ور شده‌اند، می‌توانند مقاومت عایق را به یک دهم یا حتی کمتر از مقدار اولیه خود کاهش دهند. اگر آب حاوی نمک باشد، این افت می تواند بیش از 90٪ باشد. این نشان می دهد که خود ماده عایق نمی تواند در برابر غوطه وری طولانی مدت در آب مقاومت کند.

عایق رطوبتی کابل نه بر لایه عایق، بلکه بر یک "ساختار سه لایه" متکی است.

بسیاری از مردم این تصور اشتباه دارند: هر چه لایه عایق متراکم تر باشد، ضد آب تر است. در واقع، عایق رطوبتی کابل یک پروژه سیستماتیک است که تقریباً سه خط دفاعی از داخل به بیرون دارد:

خط اول: مانع آب هادی. تراوش آب در شکاف هادی دردسرسازترین مسئله است. کابل‌های ضد آب سطح بالا، شکاف‌های هادی را با خمیر یا نخ مسدودکننده آب پر می‌کنند، که پس از تماس با آب، منبسط می‌شود تا شکاف‌ها را ببندد.

خط دوم: لایه شعاعی آب بند. نوار مسدود کننده آب نیز بر اساس اصل انبساط آب در اطراف لایه خارجی لایه عایق پیچیده می شود. برخی از تولیدکنندگان، نوار کامپوزیت آلومینیوم-پلاستیک را در اطراف لایه عایق، به علاوه یک غلاف پلی اتیلن، با استفاده از همجوشی حرارتی با دمای بالا برای اتصال کامل آنها به یکدیگر و تشکیل یک مانع فیزیکی، اکسترود می کنند.

سومین و قوی ترین خط: غلاف فلزی. برای کابل های ولتاژ بالا (مثلاً 69 کیلو ولت و بالاتر)، یک غلاف فلزی به طور مستقیم اعمال می شود - مانند غلاف آلومینیومی با فشار داغ، غلاف سربی یا غلاف آلومینیوم موجدار جوش داده شده. فلز در برابر آب کاملا غیر قابل نفوذ است، بنابراین قابلیت ضد آب بودن شعاعی این نوع کابل "مطلق" است.

سطوح مختلف ولتاژ نیازهای ضد آب بسیار متفاوتی دارند. راه حل های ضد آب برای کابل های ولتاژ پایین (مثلاً 600 ولت یا 1 کیلو ولت) کاملاً با کابل های فشار قوی متفاوت است.

کابل های ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط: به طور کلی، یک غلاف بیرونی HDPE اکسترود شده به همراه نوار مسدود کننده آب کافی است. غلاف HDPE دارای چگالی بیش از 0.94 گرم بر سانتی‌متر مربع، با ساختار مولکولی محکم و ضریب نفوذپذیری بخار آب بسیار پایین است. بسیاری از کابل های پمپ شناور و کابل های چاه عمیق از این ساختار استفاده می کنند که به طور خاص برای غوطه وری طولانی مدت در آب طراحی شده است.

کابل های فشار قوی و فشار قوی: غلاف فلزی الزامی است. غلاف های آلومینیومی و غلاف های سربی باعث آب بندی کامل می شوند. بسیاری از کابل های زیردریایی خارج از کشور از عایق XLPE با ساختار غلاف فلزی استفاده می کنند که معمولاً در پروژه هایی مانند مزرعه بادی دریای شمال دیده می شود.

داده‌های آزمایشی در دنیای واقعی به شما می‌گویند: یک کابل XLPE ضدآب پس از غوطه‌ور شدن چقدر می‌تواند دوام بیاورد؟

تئوری یک چیز است، اما داده های واقعی قانع کننده تر هستند.

یک آزمایش مهندسی زیر آب: کابل‌های با عایق XLPE به مدت 5 سال در عمق 3 متری آب بدون کاهش قابل توجه عملکرد عایق یا افزایش تلفات دی الکتریک به دلیل رطوبت کار کردند.

حادثه نشت آب تونل مترو: یک کابل با ساختار شعاعی مسدود کننده آب، پس از 24 ساعت غوطه ور شدن تصادفی، بیش از 90 درصد مقاومت عایق اولیه خود را حفظ کرد.

تست پیری تسریع شده: تحقیقات SINTEF نشان می‌دهد که کابل‌های XLPE اساساً وقتی رطوبت نسبی زیر 70 درصد است، درختان آب را توسعه نمی‌دهند. برای سیستم هایی با روکش دوبل، ممکن است بیش از 50 سال طول بکشد تا رطوبت نسبی لایه عایق به 70٪ برسد.

از سوی دیگر: در یک پارکینگ زیرزمینی مسکونی پس از 36 ساعت آبگرفتگی، مقاومت عایق کابل سه فاز از 2000 MΩ به 2.3 MΩ کاهش یافت. چه فرقی دارد؟ به احتمال زیاد، این به دلیل عایق رطوبتی ناکافی است.

"درختان آب" بزرگترین دشمن کابل های XLPE در زیر آب هستند. هنگام بحث در مورد موضوع غوطه ور شدن کابل های XLPE، "پیری درختان آب" اجتناب ناپذیر است. این یک پدیده تخریب میکروسکوپی در عایق XLPE است که ناشی از اثرات ترکیبی رطوبت و میدان الکتریکی است.

فرآیند تشکیل درختان آب تقریباً به شرح زیر است: رطوبت از طریق نقص در غلاف به لایه عایق نفوذ می کند. تحت تأثیر میدان الکتریکی، مولکول‌های آب با ناخالصی‌های موجود در مواد عایق ترکیب می‌شوند و یک ریزمحیط اسیدی تشکیل می‌دهند. سپس، میدان الکتریکی مهاجرت یون‌ها را هدایت می‌کند و باعث می‌شود زنجیره‌های مولکولی شکسته شده و منافذ ریز تشکیل شود که به آرامی به کانال‌های درخت آب دندریتیک منبسط می‌شوند.

هنگامی که یک درخت آب تشکیل می شود، قدرت عایق به طور قابل توجهی کاهش می یابد - قدرت دی الکتریک کانال درخت آب تنها یک دهم تا یک پنجم از XLPE معمولی است. اگر درخت آب به رشد خود ادامه دهد، ممکن است تحت ولتاژ اضافه به یک درخت الکتریکی تبدیل شود و در نهایت منجر به خرابی عایق شود.

تاثیر درختان آب بر طول عمر کابل بسیار واقعی است: کابل‌های XLPE که برای طول عمر 30 تا 40 سال طراحی شده‌اند، در صورتی که در آب غوطه‌ور نباشند، در صورت غوطه‌ور شدن طولانی‌مدت در آب، عمر آنها به 5 تا 10 سال کاهش می‌یابد. اگر آب حاوی نمک یا مواد اسیدی باشد، عمر آن حتی ممکن است کمتر از 3 سال باشد.

بنابراین، عایق رطوبتی و مقاومت در برابر رطوبت نه تنها برای جلوگیری از اتصال کوتاه، بلکه برای اطمینان از طول عمر کابل است.

در چه سناریوهایی می توان کابل های XLPE را به طور ایمن در آب غوطه ور کرد؟

کابل های پمپ شناور و کابل های چاه عمیق: این کابل ها برای غوطه وری طولانی مدت در آب طراحی شده اند. عایق XLPE همراه با غلاف HDPE یا زره نواری فولادی کاملاً کافی است. حتی یک دسته اختصاصی از "کابل XLPE شناور" در بازار بین المللی وجود دارد که در سیستم های زهکشی، پمپ های فاضلاب و پمپ های چاه عمیق استفاده می شود.

کابل های زیردریایی: کابل های زیردریایی اوج کاربردهای ضد آب XLPE را نشان می دهند. کابل های زیردریایی 500 کیلوولت XLPE عایق شده با موفقیت در عمق 200 متری خارج از کشور استفاده شده است. با این حال، کابل‌های زیردریایی دارای غلاف‌های فلزی تخصصی و طراحی‌های مقاوم در برابر خوردگی هستند که نمی‌توانند مستقیماً با کابل‌های XLPE معمولی جایگزین شوند.

دفن زیرزمینی و تجمع آب در ترانشه های کابل: این بستگی به محصول خاص دارد. کابل‌های برق معمولی XLPE معمولاً برای غوطه‌وری کوتاه‌مدت در آب مناسب هستند، اما غوطه‌وری طولانی‌مدت در آب به کابل‌های ضدآب نیاز دارد. هنگام انتخاب، به دنبال رتبه بندی IPX7 یا بالاتر بر اساس استاندارد IEC 60529 یا محصولاتی با برچسب "مسدود کننده آب" یا "غوطه ور" باشید.

نکات کاربردی برای کابل کشی

حتی اگر از کابل‌های ضدآب استفاده می‌کنید، باز هم باید به چند نکته در ساخت‌وساز در محل توجه کرد: اتصالات ضعیف‌ترین نقطه هستند - مهم نیست که خود کابل چقدر خوب ضد آب باشد، اگر اتصالات به درستی آب‌بندی نشده باشند، بی‌فایده است. برای دستیابی به حفاظت IP68 یک پوسته بیرونی ضد آب پیش ساخته پر از درزگیر ضروری است.

از غوطه ور شدن طولانی کابل ها اجتناب کنید - ترانشه های کابل باید دارای سوراخ های زهکشی باشند و سینی های کابل باید دارای پوشش های باران باشند. اینها الزامات اساسی هستند.

کابل ها را مطابق با استانداردهای بین المللی خریداری کنید—IEC 60502-2 (کابل های عایق اکسترود شده با ولتاژ نامی از 1 کیلو ولت تا 30 کیلوولت)، IEEE 404 (استانداردهای اتصال کابل) و AEIC CS8 (کابل های XLPE ولتاژ متوسط ​​و بالا) همگی دارای الزامات خاصی برای مقاومت در برابر رطوبت هستند. یک کابل ضد آب واجد شرایط باید تست های فشار غوطه وری و تست های نفوذپذیری آب را پشت سر بگذارد.

خلاصه
آیا کابل های پلی اتیلن متقاطع را می توان در آب غوطه ور کرد؟ بله، اما بستگی به نوع آن دارد.

کابل های برق معمولی XLPE: غوطه وری کوتاه مدت و گاه به گاه در آب قابل قبول است، اما غوطه وری طولانی مدت توصیه نمی شود.

کابل های ضد آب XLPE: این کابل ها دارای ساختار مسدود کننده آب، غلاف HDPE یا غلاف فلزی هستند که به طور خاص برای مقاومت در برابر محیط های غوطه ور در آب طراحی شده اند. با اطمینان از آنها استفاده کنید.

دو نکته کلیدی که باید در نظر گرفته شود: اول، وسعت ساختار ضد آب کابل. و دوم، کیفیت آب بندی مفصل.

در نهایت، یک نکته احتیاطی: هنگامی که آب وارد کابل ها می شود، پیشگیری بسیار مهم تر از اصلاح است. هنگامی که درختان آب در عایق شکل می گیرند، عملکرد کابل برگشت ناپذیر است. خشک کردن فقط آب آزاد را حذف می کند، اما آسیب میکروسکوپی به جا مانده از درختان آب قابل ترمیم نیست. بنابراین، هنگام انتخاب کابل، فقط به قیمت نگاه نکنید. درجه بندی ضد آب و پیکربندی ساختاری را نیز در نظر بگیرید.