Podsumowanie jest takie: tak, ale pod pewnymi warunkami.

Osoby pracujące w inżynierii elektrycznej prawdopodobnie spotkały się z tym dylematem: jeśli w wykopie kablowym jest woda, czy można bezpośrednio zanurzyć kable XLPE? Czy układanie pod wodą wymaga dodatkowego uszczelnienia?

Odpowiedź brzmi: kable XLPE same w sobie mają pewien stopień odporności na wodę, ale to, czy mogą być zanurzone przez dłuższy czas, zależy od ich konstrukcji i poziomu ochrony.

Czy sam materiał izolacyjny XLPE jest podatny na uszkodzenia przez wodę?

XLPE (polietylen sieciowany) może być stosowany w wilgotnych środowiskach ze względu na swoją strukturę molekularną. Podczas gdy górna granica temperatury dla zwykłego polietylenu wynosi około 70°C, XLPE tworzy trójwymiarową strukturę sieciową poprzez chemiczne sieciowanie, znacznie zwiększając jego krystaliczność. Ta gęsta struktura znacznie zmniejsza tempo przenikania cząsteczek wody. Przy 95% wilgotności względnej XLPE pochłania tylko ułamek wody w porównaniu do zwykłego PE.

Innymi słowy, sama warstwa izolacyjna XLPE ma bardzo niski wskaźnik absorpcji wody, co czyni ją znacznie bardziej niezawodną niż PVC w normalnych wilgotnych środowiskach.

Jednakże, "niska absorpcja wody" nie oznacza "braku absorpcji wody". Cząsteczki wody powoli dyfundują i przenikają do warstwy izolacyjnej. Dane laboratoryjne pokazują, że kable XLPE zanurzone w czystej wodzie o temperaturze 25°C przez 30 dni mogą doświadczyć spadku rezystancji izolacji do jednej dziesiątej lub nawet mniej pierwotnej wartości; jeśli woda zawiera sól, spadek może przekroczyć 90%. Pokazuje to, że sam materiał izolacyjny nie jest w stanie wytrzymać długotrwałego zanurzenia w wodzie.

Wodoodporność kabli opiera się nie na warstwie izolacyjnej, ale na "strukturze trójwarstwowej".

Wiele osób ma błędne przekonanie: że im gęstsza warstwa izolacyjna, tym bardziej jest wodoodporna. W rzeczywistości wodoodporność kabli jest projektem systemowym, z mniej więcej trzema liniami obrony od wewnątrz na zewnątrz:

Pierwsza linia: bariera wodna przewodnika. Woda przesączająca się do szczelin przewodnika jest najbardziej kłopotliwym problemem. Wysokiej klasy kable wodoodporne wypełniają szczeliny przewodnika pastą blokującą wodę lub przędzą, która pęcznieje w kontakcie z wodą, uszczelniając szczeliny.

Druga linia: promieniowa warstwa blokująca wodę. Taśma blokująca wodę jest owinięta na zewnątrz warstwy izolacyjnej, również oparta na zasadzie pęcznienia wody. Niektórzy producenci wytłaczają taśmę kompozytową aluminium-tworzywo sztuczne wokół warstwy izolacyjnej, plus osłonę polietylenową, wykorzystując zgrzewanie na gorąco w wysokiej temperaturze, aby je całkowicie połączyć, tworząc fizyczną barierę.

Trzecia i najsilniejsza linia: osłona metalowa. W przypadku kabli wysokiego napięcia (np. 69kV i wyżej) stosuje się bezpośrednio osłonę metalową – taką jak osłona aluminiowa prasowana na gorąco, osłona ołowiana lub spawana falista osłona aluminiowa. Metal jest całkowicie nieprzepuszczalny dla wody, więc promieniowa zdolność wodoodporności tego typu kabli jest "absolutna".

Różne poziomy napięcia mają bardzo różne wymagania dotyczące wodoodporności. Rozwiązania wodoodporne dla kabli niskiego napięcia (np. 600V lub 1kV) są całkowicie inne niż dla kabli wysokiego napięcia.

Kable niskiego i średniego napięcia: Ogólnie rzecz biorąc, wystarczająca jest wytłaczana zewnętrzna osłona HDPE plus taśma blokująca wodę. Osłony HDPE mają gęstość powyżej 0,94 g/cm³, z gęsto upakowaną strukturą molekularną i bardzo niskim współczynnikiem przepuszczalności pary wodnej. Wiele kabli do pomp zatapialnych i kabli do głębokich studni wykorzystuje tę strukturę, specjalnie zaprojektowaną do długotrwałego zanurzenia w wodzie.

Kable wysokiego i bardzo wysokiego napięcia: Osłona metalowa jest obowiązkowa. Osłony aluminiowe i ołowiane zapewniają całkowite uszczelnienie. Wiele kabli podmorskich za granicą wykorzystuje izolację XLPE ze strukturą osłony metalowej, powszechnie spotykaną w projektach takich jak farma wiatrowa na Morzu Północnym.

Dane z rzeczywistych testów mówią: Jak długo dobrze uszczelniony kabel XLPE może wytrzymać po zanurzeniu?

Teoria to jedno, ale rzeczywiste dane są bardziej przekonujące.

Test inżynierii podwodnej: Kable z izolacją XLPE pracowały nieprzerwanie przez 5 lat w 3 metrach wody bez znaczącej degradacji parametrów izolacji lub zwiększonych strat dielektrycznych z powodu wilgoci.

Awaria przesiąkania wody w tunelu metra: Kabel z promieniową strukturą blokującą wodę zachował ponad 90% początkowej rezystancji izolacji po przypadkowym zanurzeniu przez 24 godziny.

Test przyspieszonego starzenia: Badania SINTEF pokazują, że kable XLPE zasadniczo nie rozwijają drzew wodnych, gdy wilgotność względna jest poniżej 70%; w przypadku systemów z podwójnymi osłonami, osiągnięcie 70% wilgotności względnej warstwy izolacyjnej może zająć ponad 50 lat.

Z drugiej strony: W podziemnym garażu mieszkalnym, po 36 godzinach zalania, rezystancja izolacji kabla trójfazowego spadła z 2000 MΩ do 2,3 MΩ. Jaka jest różnica? Najprawdopodobniej wynika to z niewystarczającej wodoodporności.

"Drzewa wodne" są największym wrogiem kabli XLPE podczas zanurzenia. Podczas dyskusji na temat zanurzania kabli XLPE, "starzenie się drzew wodnych" jest nieuniknione. Jest to mikroskopijne zjawisko degradacji w izolacji XLPE spowodowane połączonym działaniem wilgoci i pola elektrycznego.

Proces powstawania drzew wodnych wygląda mniej więcej tak: Wilgoć przenika do warstwy izolacyjnej przez wady w osłonie. Pod wpływem pola elektrycznego cząsteczki wody łączą się z zanieczyszczeniami w materiale izolacyjnym, tworząc kwaśne mikrośrodowisko. Następnie pole elektryczne napędza migrację jonów, powodując pękanie łańcuchów molekularnych i tworzenie drobnych porów, które powoli rozszerzają się w dendrytyczne kanały drzew wodnych.

Po utworzeniu się drzewa wodnego, wytrzymałość izolacji znacznie spada – wytrzymałość dielektryczna kanału drzewa wodnego wynosi tylko jedną dziesiątą do jednej piątej normalnego XLPE. Jeśli drzewo wodne będzie nadal się rozwijać, może przekształcić się w drzewo elektryczne pod wpływem przepięcia, prowadząc ostatecznie do przebicia izolacji.

Wpływ drzew wodnych na żywotność kabli jest bardzo realny: kable XLPE zaprojektowane na żywotność od 30 do 40 lat, gdy nie są zanurzone w wodzie, mogą mieć skróconą żywotność do 5 do 10 lat, jeśli są zanurzone przez dłuższy czas; jeśli woda zawiera sól lub substancje kwaśne, żywotność może być nawet mniejsza niż 3 lata.

Dlatego wodoodporność i odporność na wilgoć służą nie tylko zapobieganiu zwarciom, ale także zapewnieniu żywotności kabli.

W jakich scenariuszach kable XLPE mogą być bezpiecznie zanurzone w wodzie?

Kable do pomp zatapialnych i kable do głębokich studni: Kable te są zaprojektowane do długotrwałego zanurzenia w wodzie. Izolacja XLPE w połączeniu z osłoną HDPE lub pancerzem z taśmy stalowej jest w pełni wystarczająca. Na rynku międzynarodowym istnieje nawet dedykowana kategoria "podwodnych kabli XLPE", używanych w systemach drenażowych, pompach ściekowych i pompach do głębokich studni.

Kable podmorskie: Kable podmorskie reprezentują szczyt zastosowań wodoodpornych XLPE. Podwodne kable z izolacją XLPE o napięciu 500kV zostały z powodzeniem zastosowane na głębokości 200 metrów za granicą. Jednak kable podmorskie mają specjalistyczne osłony metalowe i konstrukcje odporne na korozję, których nie można bezpośrednio zastąpić zwykłymi kablami XLPE.

Pogrzeby podziemne i gromadzenie się wody w wykopach kablowych: Zależy to od konkretnego produktu. Zwykłe kable zasilające XLPE są zazwyczaj w porządku w przypadku okazjonalnego krótkotrwałego zanurzenia w wodzie, ale długotrwałe zanurzenie nie jest zalecane. Przy wyborze należy szukać stopnia ochrony IPX7 lub wyższego zgodnie z IEC 60529, lub produktów oznaczonych jako "blokujące wodę" lub "podwodne".

Praktyczne wskazówki dotyczące układania kabli

Nawet jeśli używasz kabli wodoodpornych, podczas budowy na miejscu nadal należy zwrócić uwagę na kilka szczegółów: Złącza są najsłabszym punktem – bez względu na to, jak dobrze kabel jest uszczelniony, jest to bezużyteczne, jeśli złącza nie są odpowiednio uszczelnione. Niezbędna jest prefabrykowana wodoodporna osłona zewnętrzna wypełniona uszczelniaczem, aby uzyskać stopień ochrony IP68.

Unikaj długotrwałego zanurzania kabli – wykopy kablowe powinny mieć otwory drenażowe, a korytka kablowe powinny mieć osłony przeciwdeszczowe; są to podstawowe wymagania.

Kupuj kable zgodnie z normami międzynarodowymi – IEC 60502-2 (kable z izolacją wytłaczaną o napięciu znamionowym od 1kV do 30kV), IEEE 404 (normy złączy kablowych) i AEIC CS8 (kable XLPE średniego i wysokiego napięcia) mają określone wymagania dotyczące odporności na wilgoć. Kwalifikowany kabel wodoodporny powinien przejść testy ciśnieniowe zanurzenia i testy przepuszczalności wody.

Podsumowanie
Czy kable z polietylenu sieciowanego można zanurzać w wodzie? Tak, ale zależy to od typu.

Zwykłe kable zasilające XLPE: Krótkotrwałe, okazjonalne zanurzenie w wodzie jest dopuszczalne, ale długotrwałe zanurzenie nie jest zalecane.

Kable XLPE wodoodporne: Kable te posiadają strukturę blokującą wodę, osłonę HDPE lub osłonę metalową, specjalnie zaprojektowane do pracy w środowiskach zanurzenia w wodzie. Używaj ich z pewnością.

Dwa kluczowe punkty do rozważenia: po pierwsze, zakres wodoodpornej konstrukcji kabla; po drugie, jakość uszczelnienia złączy.

Na koniec, słowo ostrzeżenia: zapobieganie jest znacznie ważniejsze niż naprawa, gdy woda dostanie się do kabli. Po utworzeniu się drzew wodnych w izolacji, parametry kabla są nieodwracalne. Suszenie usuwa tylko wolną wodę, ale mikroskopijne uszkodzenia pozostawione przez drzewa wodne nie mogą zostać naprawione. Dlatego przy wyborze kabli nie patrz tylko na cenę; rozważ również stopień wodoodporności i konfigurację strukturalną.