Jakie są najczęstsze problemy z kablami XLPE?

I. Nieuniknione szczere pytanie

W projektach zagranicznych polietylen połączony(XLPE)Przykładowo, w przypadku elektrycznej sieci średniego i wysokiego napięcia, przewody te są niemalże standardowym wyposażeniem.i łatwość montażu sprawiły, że przez dziesięciolecia zastępowały kable izolowane papierem.

Jednakże nie są oni niezwyciężeni.

Według statystyk operacyjnych kilku międzynarodowych firm energetycznych, uszkodzenie izolacji jest główną przyczyną awarii kabli XLPE, stanowiąc około 86,7% wszystkich awarii.Z tego, awarie spowodowane starzeniem się częściowym, starzeniem się elektrycznym i drzewami wodnymi stanowią 65,7%; awarie spowodowane starzeniem się termicznym i deformacją termomechaniczną stanowią 10,5%;i awarie spowodowane uszkodzeniami mechanicznymi i elektromechanicznym starzeniem0,5%.

Innymi słowy, jeśli kabel XLPE ma problem, jest to najprawdopodobniej związane ze starzeniem się izolacji.wady pozostałe na etapie produkcji, uszkodzenia powstałe podczas montażu i układania oraz starzenia się, które stopniowo rozwija się podczas eksploatacji.

Poniżej podzielimy te najczęściej występujące problemy dla jasności.

II. Drzewkowanie - znak ostrzegawczy przed awarią izolacji

Po pierwsze, ważne jest zrozumienie podstawowej koncepcji: drzew.

W inżynierii kabli elektrycznych "drzewkowanie" odnosi się do mikroskopijnych, drzewowych pęknięć i kanałów rozładowawczych, które tworzą się w stałym mediach izolacyjnych przed całkowitym rozpadem.Drzewkowanie jest zasadniczo zjawiskiem poprzedzającym rozpadGdy drzewo przechodzi z jednej elektrody na drugą, izolacja zostaje zniszczona, a kabel się psuje.

W oparciu o jego kształtowanie, drzewostany są klasyfikowane na trzy typy:

Elektryczne drzewkowanie: Gdy w izolacji występują drobne wady, takie jak szczeliny powietrza, zanieczyszczenia lub wystawienia na powierzchni przewodnika, pod długotrwałym napięciem roboczym,Pole elektryczne w tym miejscu ulega poważnemu zniekształceniuDrzewa elektryczne rosną szybko i po utworzeniu są trudne do odwrócenia, bezpośrednio skracając pozostałą żywotność kabla..

Pod napięciem AC drzewa elektryczne mogą wykazywać dwie typowe formy: jedna jest strukturą rozgałęzioną podobną do gałęzi drzew, a druga jest gęstszą strukturą podobną do krzewu.im łatwiej tworzyć się drzewka.

Badanie dotyczące awarii izolacji w kablech 33kV XLPE wykazało, że drzewkowanie elektryczne jest zjawiskiem poprzedzającym awarię, prowadzącym do przedwczesnej awarii kabli wysokonapięciowych,znacząco negatywnie wpływające na żywotność projektuInne badanie oparte na rozkładzie Weibulla wykazało, że im wyższe napięcie, tym szybciej rozprzestrzeniają się drzewa elektryczne i tym krótsza żywotność izolacji kabla.

Drzewa wodne: Do powstania drzew wodnych potrzebne są trzy warunki: wilgoć, pole elektryczne i rozpuszczalne zanieczyszczenia.

Pod łącznym wpływem wysokiego pola elektrycznego, pewnego poziomu wilgotności (wilgotność względna powyżej 70%) i obecności soli lub zanieczyszczeń w wodzie, gęsta sieć bardzo małych,wypełnione wodą pustki i kanały rosną wewnątrz izolacji XLPEDrzewa wodne same w sobie nie są kanałami rozładowania, ale znacząco zmniejszają opór objętościowy materiału izolacyjnego, znacznie zwiększając straty dielektryczne,i powodując uszkodzenia mechaniczne na poziomie mikroskopijnym.

Prawdziwe niebezpieczeństwo drzew wodnych leży w ich "zatrwaniu". Zwykle rosną one powoli, są niewidoczne gołym okiem i nie powodują natychmiastowego rozpadu.Drzewa wodne mogą stopniowo przekształcać się w drzewa elektryczneKiedy w obszarze drzew wodnych gromadzi się wystarczająca ilość wilgoci i zanieczyszczeń, zniekształcenie pola elektrycznego nasila się.w końcu powodując szybki wzrost drzew elektrycznych i powodując nagłą awarię izolacji podczas pracy.

Należy zauważyć, że podczas gdy suszenie kabli może tymczasowo złagodzić problem, drzewkowanie wodne jest ogólnie uważane za trwałe i z czasem tylko się pogorszy.

W jednym rzeczywistym przypadku jedno drzewo wodne w końcu spowodowało awarię drzewa elektrycznego, co spowodowało bezpośrednie koszty przekraczające 200 000 dolarów za wymianę 700 metrów kabli.

Drzewa elektrochemiczne
Drzewa elektrochemiczne są zazwyczaj związane z zanieczyszczeniami w materiale izolacyjnym.Kiedy zanieczyszczenia nieorganiczne (takie jak sole i cząstki metalu) pozostają w warstwie izolacyjnej lub półprzewodnikowej, pod wpływem pola elektrycznego ulegają rozkładowi elektrochemicznemu, tworząc struktury drzewkowe.wraz z śladowymi ilościami wilgoci, przyspiesza lokalną degradację.

Analiza mikroskopowa ujawniła pustki o rozmiarach od 15 do 150 mikrometrów w warstwie półprzewodnikowej.Te pustki korelowane przestrzennie z punktami inicjacji elektrochemicznych dendrytów, i zanieczyszczenia NaCl były również obecne wokół nich.

III. Pierwotne wady wprowadzone w trakcie produkcji
Pierwotne wady wprowadzone podczas produkcji są wrodzonymi słabościami kabla.Nieodpowiednia kontrola procesu podczas wytłaczania izolacji XLPE i połączenia krzyżowego może powodować kilka typowych problemów w izolacji.

Pustki
Pustki są najczęstszym rodzajem defektów mikroskopowych. Są one zwykle spowodowane niepowodzeniem produktów rozkładu nadtlenków organicznych (metanu, acetofenonu itp.).) aby całkowicie uciec podczas łączeniaTe bąbelki mają zazwyczaj rozmiar od 15 do 150 mikrometrów.

Badania pokazują, że wielkość, liczba, powierzchnia i rozmieszczenie próżni bezpośrednio decydują o wytrzymałości elektrycznej kabla.Większe próżnie prowadzą do znacznie większego zmniejszenia wytrzymałości rozpadu ACPod napięciem roboczym częściowe rozładowanie występuje w próżniach, stopniowo niszcząc otaczający materiał izolacyjny.

Nieczystości (zanieczyszczenia)

Jeżeli nie usunięto dokładnie produktów ubocznych łączących się krzyżowo lub jeśli zanieczyszczenia zewnętrzne (takie jak pył lub cząstki metalu) mieszane są z materiałem izolacyjnym,te zanieczyszczenia staną się "słabymi punktami" w izolacjiPod wpływem pola elektrycznego ładunek gromadzi się wokół zanieczyszczeń, powodując koncentrację pola elektrycznego i przyspieszając tym samym lokalne starzenie się.

Wyrzuty przewodników i nieregularności warstwy półprzewodników

Jeśli w warstwie zabezpieczającej przewodników kablu są nieregularności lub wystawienia, wgrzewają się one w warstwę izolacyjną jak "szpicy"," wytwarzające bardzo wysoką lokalną moc pola elektrycznego pod napięciem roboczym, stając się punktem wyjścia dla drzew elektrycznych.i nieprawidłowości wewnętrznej warstwy półprzewodnikowej końcówek kabli pokazuje, że te wady spowoduje znaczące zmiany siły pola elektrycznegoPrzykładowo, 2 mm szczelina powietrza może generować siłę pola elektrycznego tak wysoką jak 2,45 × 106 V / mm w pobliżu przewodnika.

IV. Problemy jakościowe występujące podczas instalacji i układania

Jeżeli wady produkcyjne są "niedociągniętymi wadami" kabli,wówczas problemy z jakością instalacji są " nabytym niedożywieniem" i problemy te występują częściej w codziennej pracy personelu konserwacyjnego.Zgodnie ze statystykami operacyjnymi kilku międzynarodowych przedsiębiorstw energetycznych, najczęściej awarie występują w przypadku akcesoriów i połączeń kablowych.

Nieprawidłowości w akcesoriach: Raport z kompleksowej analizy opublikowany w 2025 r. dotyczący przyczyn awarii kabli 35 kV XLPE wskazywał, że awarie końcowe stanowiły 58% wszystkich wypadków awarii,główne awarie izolacji w 32%, a czynniki zewnętrzne na 10%.

W innym przypadku, prowadzonym przez operatora sieci elektrycznej w rzeczywistości, 24 podstacje obsługiwały 129 przewodów elektroenergetycznych XLPE o napięciu 10 kV i 35 kV.Analiza danych operacyjnych wykazała, że awarie były głównie spowodowane starzeniem się urządzeń elektrycznych, starzenia termicznego i uszkodzeń mechanicznych, z których znaczna część była bezpośrednio związana z jakością montażu akcesoriów (złączy i końcówek).

Inny zestaw statystyk potwierdza ten trend: w raporcie z badania obejmującym 6214 usterek kablowych (2010-2020),57% powstało z powodu usterek izolacyjnych kabli (z których XLPE były głównie spowodowane przez drzewa wodne), uszkodzenia połączeń kablowych stanowiły 23%, uszkodzenia spowodowane wykopaniem przez osoby trzecie stanowiły 11%, a uszkodzenia w podstawach wtórnych stanowiły 9%.

Nieprawidłowe wytwarzanie połączeń
Nieprawidłowa obsługa podczas wytwarzania połączeń kablowych jest istotnym czynnikiem przyczyniającym się do awarii.zadrapania lub pęknięcia na powierzchni izolacyjnej XLPE, niepełne usunięcie pozostałych substancji obcych, szczeliny powietrza między interfejsami izolacyjnymi i nieprawidłowe zaciskanie przewodników.W jednym z badań wykazano, że nawet niewielkie zadrapania na powierzchni izolacji lub pozostałe cząstki półprzewodnikowe lub pył metalowy mogą powodować lokalizowane stężenie naprężenia elektrycznego na powierzchni izolacji, co powoduje częściowe rozładowanie.

Wpływ wilgoci
W środowiskach podziemnych, jeśli osłona kabla jest uszkodzona podczas montażu lub połączenia są źle uszczelnione,woda podziemna może stopniowo przenikać do warstwy izolacyjnejGdy wilgoć wchodzi do złącza, łączy się z polem elektrycznym, wywołując korozję elektrochemiczną i wzrost drzew wodnych.

Badania wykazały, że gdy zawartość wilgoci izolacji XLPE osiąga 0,1%, jej współczynnik strat dielektrycznych wzrasta do ponad trzykrotności stanu suchego,powodujące marnotrawstwo energii i nieprawidłowe podnoszenie temperatury.

W związku z powyższym należy przeprowadzić badanie właściwości izolacyjnych przed uruchomieniem kabla, po przebudowie końcówek lub łączy pośrednich oraz po podejrzeniach o uszkodzenie osłony i wniknięcie wody.Pomiar stosunku oporu osłony miedzianej do oporu przewodnika jest kluczowym krokiem.

Jakość układania
Proces układania na miejscu ma również wpływ na żywotność kabla.powodujące uszkodzenia mechaniczne i kombinowane starzenie się elektromechaniczne w czasiePonadto należy zarezerwować pewną długość kabla, aby umożliwić ponowne wykonanie końca kabla w przypadku wypadku.

V. Stres środowiskowy występujący podczas eksploatacji

Starzenie cieplne
Podczas normalnej pracy temperatura pracy przewodnika kabli XLPE wynosi zazwyczaj 90°C (długoterminowa dopuszczalna temperatura pracy XLPE).gdy kable działają w warunkach przeciążenia przez dłuższy czas, lub w środowiskach o słabym rozpraszaniu ciepła (takich jak gęste instalacje kanałowe), temperatura izolacji może konsekwentnie przekraczać wartość projektową.

Starzenie cieplne powoduje zmiany strukturalne w materiałach izolacyjnych, w tym pęknięcie łańcucha molekularnego, tworzenie się wolnych rodników, zmniejszenie masy molekularnej i fragmentację polimeru,prowadzące do nieodwracalnego degradacji fizycznejAkumulacja ładunku przestrzennego jest jednym z kluczowych mechanizmów, za pomocą których starzenie cieplne wpływa na jakość izolacji: ładunek przestrzenny zakłóca rozkład pola elektrycznego,pogłębiające niejednorodność pola elektrycznego, przyspieszając w ten sposób starzenie się izolacji kabli i powodując wcześniejszą awarię.

Badania wykazały, że przy wilgotnej temperaturze starzenia 160°C rozkład ładunku przestrzennego w izolacji polimerowej jest bezpośrednio związany z rozkładem chemicznym.,zarówno gęstość poziomu zamku, jak i gęstość ładunku przestrzennego znacznie wzrastają, co oznacza, że zdolność materiału izolacyjnego do zamykania ładunku jest zwiększona, co dodatkowo pogarsza wydajność izolacji.

Wilgoć i korozja chemiczna

Oprócz wspomnianego wcześniej drzewa wodnego, wtargnięcie wilgoci powoduje również kolejną bezpośrednią konsekwencję: korozję przewodników miedzianych.

W kablach podziemnych działających w przybrzeżnych obiektach przemysłowych lub obszarach o wysokiej wilgotnościprzewodniki miedzi mogą się zaćmić w wyniku korozji związanej z siarczanem lub utlenić, tworząc zieloną warstwę tlenku (verdigris) w wyniku wniknięcia wilgoci.

Staranie związane z wieloma objawami stresu

W rzeczywistym działaniu starzenie się kabli XLPE często nie jest spowodowane przez jeden czynnik, ale przez połączony wpływ wielu naprężenia: ciepła, prądu elektrycznego, naprężenia mechanicznego i wilgoci.

Jako półkrystaliczny polimer, kable XLPE nieuchronnie ulegają stopniowemu starzeniu podczas pracy.narażenie na wilgoćZ czasem czynniki te stopniowo osłabiają właściwości dielektryczne, co ostatecznie prowadzi do awarii izolacji.

VI. Jak wykrywać i oceniać stan zdrowia kabli XLPE
W rzeczywistej eksploatacji i konserwacji istnieje kilka metod, które pomagają ustalić, czy kable XLPE mają wyżej wymienione problemy.

Badanie napięcia AC i wykrycie częściowego rozładowania

Bardzo ważne przypomnienie: kable XLPE nie powinny być testowane przy użyciu wysokiego napięcia prądu stałego.

Powodem jest to, że podczas badania napięcia stałego napięcia ładunek przestrzenny może być wstrzykiwany do warstwy izolacyjnej za pośrednictwem istniejących "drzew" w izolacji kabla.Materiał izolacyjny XLPE ma niezwykle wysoką rezystywność, co utrudnia rozpraszanie się ładunku pozostałego po rozładowaniu.sprawiając, że kabel jest bardziej podatny na awarię po przejściu testu napięcia stałego i uruchomieniu.

Dlatego też w przypadku kabli zasilania XLPE zaleca się stosowanie do oceny kombinacji badań napięcia prądu przemiennego i wykrywania częściowego rozładowania.

Pomiar odporności izolacyjnej: pomiar odporności izolacyjnej izolacji głównej kabli jest skuteczny w wykrywaniu ogólnej absorpcji wilgoci izolacji, ogólnego pogorszenia,i wady penetracjiNależy jednak zauważyć, że gdy zewnętrzna powłoka PVC bezpośrednio zakopanego kabla jest poddana długotrwałemu zanurzeniu w wodzie podziemnej lub uszkodzeniu zewnętrznym, ale nie całkowitemu uszkodzeniu,samo zmniejszenie odporności izolacyjnej nie może bezpośrednio określić, czy obudowa zewnętrzna została uszkodzona i przeniknięta przez wodę.

Pomiar strat dielektrycznych: Jak wspomniano wcześniej, współczynnik strat dielektrycznych materiału izolacyjnego XLPE znacznie wzrasta, gdy zawartość wilgoci osiąga 0,1%.Regularne pomiary strat dielektrycznych są ważnym środkiem monitorowania wchłaniania wilgoci i stanu starzenia się izolacji.

VII. Dlaczego klienci zagraniczni muszą zwrócić uwagę na te kwestie

Do tej pory omówiliśmy szczegółowo różne problemy, z którymi mogą napotkać się kable XLPE w praktycznych zastosowaniach.

Zrozumienie tych zagadnień nie oznacza, że "boisz się" używać kabli XLPE..Prawdziwy profesjonalizm nie polega na pakowaniu produktu jako doskonałego, ale na tym, aby wiedzieć, w jakich warunkach produkt zawiedzie, dlaczego zawiedzie i pomóc klientom uniknąć tych problemów.

Dla zagranicznych klientów, kupując partię kabli XLPE, nie należy się martwić "Czy ten kabel jest wadliwy?", ale raczej "Jeśli zainstaluję i użyję go zgodnie ze specyfikacjami,ile jest jego oczekiwana długość życia?", "Na jakie nieprawidłowe sygnały powinienem zwrócić uwagę podczas operacji?" oraz "Kiedy należy przeprowadzać badania zapobiegawcze?"

Dostawca, który potrafi odpowiedzieć na te pytania, zasługuje na długotrwałe zaufanie.

VIII. Podsumowanie

Powszechne problemy z kablami XLPE można podsumować na kilka poziomów.

Najpoważniejszym problemem jest drzewnictwo. Drzewa elektryczne, wodne i elektrochemiczne są sygnałami przed uszkodzeniem, które poprzedzają uszkodzenie izolacji.stopniowo niszczą integralność materiału izolacyjnego na poziomie mikroskopowym.

Na etapie produkcji początkowe wady, takie jak szczeliny powietrza, zanieczyszczenia i nieregularności w warstwie półprzewodnikowej, są nieodłączną słabością kabli.Źródło tych wad może być związane z niewłaściwą kontrolą procesu łączenia krzyżowego lub czystością materiału.

Na etapie montażu i układania akcesoria i złącza kablowe są najbardziej dotkniętymi awariami.Nieprawidłowa produkcja stawów, wtargnięcie wilgoci i nadmiernie małe promienie gięcia kabli są częstymi czynnikami przyczyniającymi się do tego.

Podczas fazy eksploatacji, starzenie się termiczne przyspiesza pogorszenie się izolacji, podczas gdy wilgoć i korozja chemiczna dodatkowo uszkadzają warstwę osłonową i przewodnik.Skuteczny efekt wielokrotnych obciążeń prowadzi do ewentualnej awarii.

W ciągu całego okresu eksploatacji, uszkodzenie izolacji jest główną przyczyną awarii kabla XLPE, odpowiadając za 86,7% wszystkich awarii.W przypadku materiałów izolacyjnych XLPE głównymi czynnikami awarii są:.

W odniesieniu do badań należy unikać badań napięcia prądu stałego w przypadku kabli XLPE; zamiast tego test napięcia prądu przemiennego w połączeniu z testem częściowego rozładowania jest bardziej niezawodny.

Jeżeli użytkownik korzysta obecnie lub zamierza nabyć kable XLPE, zaleca się skupienie się na trzech kluczowych aspektach:sprawozdanie z kontroli jakości przed dostawą (zwłaszcza wyniki badań częściowego rozładowania), jakość akcesoriów podczas montażu (wybierz wykwalifikowany zespół budowlany),oraz metody monitorowania stanu podczas eksploatacji (regularne inspekcje, takie jak obrazowanie termiczne podczerwone i wykrywanie częściowych wyładowań).