ข้อสรุปคือ: ใช่ แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ

ผู้ที่ทำงานด้านวิศวกรรมไฟฟ้าอาจเคยประสบกับภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้: หากมีน้ำในร่องสายเคเบิล จะสามารถจุ่มสายเคเบิลได้โดยตรงหรือไม่สายเคเบิล XLPE? การวางสายใต้น้ำต้องมีการป้องกันน้ำเพิ่มเติมหรือไม่

คำตอบคือ - สายเคเบิล XLPE เองมีความทนทานต่อน้ำในระดับหนึ่ง แต่การจะจุ่มลงในน้ำได้นานแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบโครงสร้างและระดับการป้องกัน

วัสดุฉนวน XLPE เองไวต่อความเสียหายจากน้ำหรือไม่

XLPE (โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง) สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นได้เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุล ในขณะที่ขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดสำหรับโพลีเอทิลีนทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 70°C, XLPE จะสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติผ่านการเชื่อมขวางทางเคมี ซึ่งช่วยเพิ่มความเป็นผลึกได้อย่างมาก โครงสร้างที่หนาแน่นนี้ช่วยลดอัตราการแทรกซึมของโมเลกุลน้ำได้อย่างมาก ที่ความชื้นสัมพัทธ์ 95%, XLPE จะดูดซับน้ำเพียงเศษเสี้ยวเมื่อเทียบกับ PE ทั่วไป

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชั้นฉนวน XLPE เองมีอัตราการดูดซับน้ำต่ำมาก ทำให้เชื่อถือได้มากกว่า PVC ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นปกติ

อย่างไรก็ตาม "การดูดซับน้ำต่ำ" ไม่ได้หมายถึง "ไม่ดูดซับน้ำ" โมเลกุลของน้ำจะค่อยๆ แพร่กระจายและแทรกซึมเข้าไปในชั้นฉนวน ข้อมูลในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าสายเคเบิล XLPE ที่แช่อยู่ในน้ำบริสุทธิ์อุณหภูมิ 25°C เป็นเวลา 30 วัน อาจพบว่าความต้านทานฉนวนลดลงเหลือหนึ่งในสิบหรือน้อยกว่านั้นจากค่าเดิม หากน้ำมีเกลือ การลดลงอาจเกิน 90% สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าวัสดุฉนวนเองไม่สามารถทนต่อการจุ่มน้ำเป็นเวลานานได้

การป้องกันน้ำของสายเคเบิลไม่ได้ขึ้นอยู่กับชั้นฉนวน แต่ขึ้นอยู่กับ "โครงสร้างสามชั้น"

หลายคนมีความเข้าใจผิดว่ายิ่งชั้นฉนวนหนาแน่นเท่าไหร่ ก็ยิ่งกันน้ำได้มากขึ้นเท่านั้น ในความเป็นจริง การป้องกันน้ำของสายเคเบิลเป็นโครงการที่เป็นระบบ โดยมีแนวป้องกันประมาณสามชั้นจากภายในสู่ภายนอก:

แนวป้องกันแรก: ตัวกั้นน้ำของตัวนำ น้ำที่ซึมเข้าไปในช่องว่างของตัวนำเป็นปัญหาที่ยุ่งยากที่สุด สายเคเบิลกันน้ำระดับไฮเอนด์จะเติมช่องว่างของตัวนำด้วยสารอุดรอยรั่วหรือเส้นด้าย ซึ่งจะขยายตัวเมื่อสัมผัสกับน้ำเพื่อปิดช่องว่าง

แนวป้องกันที่สอง: ชั้นกั้นน้ำในแนวรัศมี เทปกันน้ำจะพันรอบชั้นฉนวน โดยอาศัยหลักการขยายตัวของน้ำเช่นกัน ผู้ผลิตบางรายจะอัดเทปอลูมิเนียม-พลาสติกคอมโพสิตรอบชั้นฉนวน บวกกับปลอกโพลีเอทิลีน โดยใช้การหลอมด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อยึดติดเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์ สร้างเป็นเกราะป้องกันทางกายภาพ

แนวป้องกันที่สามและแข็งแกร่งที่สุด: ปลอกโลหะ สำหรับสายเคเบิลแรงดันสูง (เช่น 69kV ขึ้นไป) จะมีการใช้ปลอกโลหะโดยตรง เช่น ปลอกอลูมิเนียมที่อัดร้อน ปลอกตะกั่ว หรือปลอกอลูมิเนียมลูกฟูกแบบเชื่อม โลหะไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้เลย ดังนั้นความสามารถในการป้องกันน้ำในแนวรัศมีของสายเคเบิลประเภทนี้จึง "สมบูรณ์แบบ"

ระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมีความต้องการในการป้องกันน้ำที่แตกต่างกันอย่างมาก วิธีการป้องกันน้ำสำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำ (เช่น 600V หรือ 1kV) แตกต่างจากสายเคเบิลแรงดันสูงอย่างสิ้นเชิง

สายเคเบิลแรงดันต่ำและแรงดันปานกลาง: โดยทั่วไป ปลอกนอก HDPE ที่อัดรีด บวกกับเทปกันน้ำก็เพียงพอแล้ว ปลอก HDPE มีความหนาแน่นมากกว่า 0.94 g/cm³ มีโครงสร้างโมเลกุลที่หนาแน่นและค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านไอน้ำต่ำมาก สายเคเบิลปั๊มจุ่มและสายเคเบิลบ่อลึกหลายชนิดใช้โครงสร้างนี้ ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการจุ่มลงในน้ำเป็นเวลานาน

สายเคเบิลแรงดันสูงและแรงดันสูงพิเศษ: ต้องมีปลอกโลหะ ปลอกอลูมิเนียมและปลอกตะกั่วให้การปิดผนึกที่สมบูรณ์ สายเคเบิลใต้น้ำหลายชนิดในต่างประเทศใช้ฉนวน XLPE พร้อมโครงสร้างปลอกโลหะ ซึ่งมักพบเห็นในโครงการต่างๆ เช่น ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งทะเลเหนือ

ข้อมูลการทดสอบจริงบอกคุณ: สายเคเบิล XLPE ที่กันน้ำได้ดีสามารถใช้งานได้นานแค่ไหนหลังจากการจุ่มน้ำ

ทฤษฎีเป็นสิ่งหนึ่ง แต่ข้อมูลจริงน่าเชื่อถือกว่า

การทดสอบวิศวกรรมใต้น้ำ: สายเคเบิลที่มีฉนวน XLPE ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 5 ปีในน้ำลึก 3 เมตร โดยไม่มีการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพฉนวนอย่างมีนัยสำคัญ หรือการสูญเสียไดอิเล็กทริกเพิ่มขึ้นเนื่องจากความชื้น

อุบัติเหตุน้ำรั่วในอุโมงค์รถไฟใต้ดิน: สายเคเบิลที่มีโครงสร้างกั้นน้ำในแนวรัศมี ยังคงรักษาความต้านทานฉนวนเริ่มต้นไว้ได้มากกว่า 90% หลังจากถูกจุ่มน้ำโดยอุบัติเหตุเป็นเวลา 24 ชั่วโมง

การทดสอบการเสื่อมสภาพแบบเร่ง: การวิจัยของ SINTEF แสดงให้เห็นว่าสายเคเบิล XLPE โดยพื้นฐานแล้วจะไม่เกิดต้นน้ำ (water trees) เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า 70%; สำหรับระบบที่มีปลอกสองชั้น อาจใช้เวลากว่า 50 ปีที่ความชื้นสัมพัทธ์ของชั้นฉนวนจะถึง 70%

ในทางกลับกัน: ในโรงจอดรถใต้ดินของที่พักอาศัย หลังจากน้ำท่วม 36 ชั่วโมง ความต้านทานฉนวนของสายเคเบิลสามเฟสลดลงจาก 2000 MΩ เป็น 2.3 MΩ อะไรคือความแตกต่าง? ส่วนใหญ่น่าจะเกิดจากการป้องกันน้ำไม่เพียงพอ

"ต้นน้ำ" (Water trees) เป็นศัตรูตัวฉกาจที่สุดของสายเคเบิล XLPE เมื่อถูกจุ่มน้ำ เมื่อพูดถึงประเด็นการจุ่มสายเคเบิล XLPE "การเสื่อมสภาพจากต้นน้ำ" เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ นี่คือปรากฏการณ์การเสื่อมสภาพระดับจุลภาคในฉนวน XLPE ที่เกิดจากผลกระทบร่วมกันของความชื้นและสนามไฟฟ้า

กระบวนการเกิดต้นน้ำโดยประมาณมีดังนี้: ความชื้นซึมเข้าไปในชั้นฉนวนผ่านข้อบกพร่องในปลอก ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า โมเลกุลของน้ำจะรวมตัวกับสิ่งเจือปนในวัสดุฉนวนเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดระดับจุลภาค จากนั้นสนามไฟฟ้าจะขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของไอออน ทำให้พันธะโมเลกุลแตกออกและเกิดเป็นรูพรุนขนาดเล็ก ซึ่งค่อยๆ ขยายตัวกลายเป็นช่องต้นน้ำที่มีลักษณะเป็นกิ่งก้าน

เมื่อต้นน้ำก่อตัวขึ้น ความแข็งแรงของฉนวนจะลดลงอย่างมาก - ความเป็นฉนวนของช่องต้นน้ำมีเพียงหนึ่งในสิบถึงหนึ่งในห้าของ XLPE ปกติ หากต้นน้ำยังคงพัฒนาต่อไป อาจเปลี่ยนเป็นต้นไม้ไฟฟ้าภายใต้แรงดันเกิน ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การพังทลายของฉนวน

ผลกระทบของต้นน้ำต่ออายุการใช้งานของสายเคเบิลนั้นเป็นจริงอย่างยิ่ง: สายเคเบิล XLPE ที่ออกแบบมาสำหรับอายุการใช้งาน 30 ถึง 40 ปีเมื่อไม่ได้จุ่มน้ำ อาจมีอายุการใช้งานสั้นลงเหลือ 5 ถึง 10 ปีหากจุ่มน้ำเป็นเวลานาน หากน้ำมีเกลือหรือสารที่เป็นกรด อายุการใช้งานอาจน้อยกว่า 3 ปี

ดังนั้น การป้องกันน้ำและความทนทานต่อความชื้นจึงไม่เพียงแต่ป้องกันการลัดวงจรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรับประกันอายุการใช้งานของสายเคเบิลด้วย

ในสถานการณ์ใดที่สายเคเบิล XLPE สามารถจุ่มลงในน้ำได้อย่างปลอดภัย

สายเคเบิลปั๊มจุ่มและสายเคเบิลบ่อลึก: สายเคเบิลเหล่านี้ออกแบบมาสำหรับการจุ่มน้ำเป็นเวลานาน ฉนวน XLPE ร่วมกับปลอก HDPE หรือเกราะเทปเหล็กก็เพียงพอแล้ว ยังมีหมวดหมู่เฉพาะของ "สายเคเบิล XLPE แบบจุ่ม" ในตลาดต่างประเทศ ซึ่งใช้ในระบบระบายน้ำ ปั๊มบำบัดน้ำเสีย และปั๊มบ่อลึก

สายเคเบิลใต้น้ำ: สายเคเบิลใต้น้ำเป็นสุดยอดของการใช้งานสายเคเบิล XLPE แบบกันน้ำ สายเคเบิลใต้น้ำฉนวน XLPE ขนาด 500kV ได้ถูกนำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จที่ความลึก 200 เมตรในต่างประเทศ อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลใต้น้ำมีปลอกโลหะพิเศษและการออกแบบที่ทนต่อการกัดกร่อน ซึ่งไม่สามารถใช้แทนสายเคเบิล XLPE ทั่วไปได้โดยตรง

การฝังใต้ดินและการสะสมน้ำในร่องสายเคเบิล: ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์เฉพาะ สายเคเบิลไฟฟ้า XLPE ทั่วไปสามารถใช้งานได้ดีกับการจุ่มน้ำระยะสั้นเป็นครั้งคราว แต่ไม่แนะนำให้จุ่มน้ำเป็นเวลานาน เมื่อเลือก ให้มองหาคะแนนการกันน้ำ IPX7 หรือสูงกว่าตาม IEC 60529 หรือผลิตภัณฑ์ที่มีป้ายกำกับว่า "กันน้ำ" หรือ "สำหรับจุ่มน้ำ"

เคล็ดลับการวางสายเคเบิลภาคปฏิบัติ

แม้ว่าคุณจะใช้สายเคเบิลกันน้ำ ก็ยังมีรายละเอียดเล็กน้อยที่ต้องใส่ใจระหว่างการก่อสร้างหน้างาน: ข้อต่อเป็นจุดที่อ่อนแอที่สุด - ไม่ว่าสายเคเบิลจะกันน้ำได้ดีเพียงใด ก็ไร้ประโยชน์หากข้อต่อไม่ได้รับการปิดผนึกอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีเปลือกนอกกันน้ำสำเร็จรูปที่เติมด้วยสารปิดผนึกเพื่อให้ได้การป้องกันระดับ IP68

หลีกเลี่ยงการจุ่มสายเคเบิลเป็นเวลานาน - ร่องสายเคเบิลควรมีรูระบายน้ำ และถาดสายเคเบิลควรมีฝาครอบกันฝน - นี่คือข้อกำหนดพื้นฐาน

ซื้อสายเคเบิลตามมาตรฐานสากล - IEC 60502-2 (สายเคเบิลฉนวนอัดรีดที่มีแรงดันไฟฟ้าพิกัดตั้งแต่ 1kV ถึง 30kV), IEEE 404 (มาตรฐานข้อต่อสายเคเบิล) และ AEIC CS8 (สายเคเบิล XLPE แรงดันปานกลางและแรงดันสูง) ล้วนมีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการทนทานต่อความชื้น สายเคเบิลกันน้ำที่มีคุณสมบัติควรผ่านการทดสอบแรงดันจุ่มน้ำและการทดสอบการซึมผ่านของน้ำ

สรุป
สายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางสามารถจุ่มลงในน้ำได้หรือไม่? ได้ แต่ขึ้นอยู่กับประเภท

สายเคเบิลไฟฟ้า XLPE ทั่วไป: การจุ่มน้ำระยะสั้นเป็นครั้งคราวสามารถยอมรับได้ แต่ไม่แนะนำให้จุ่มน้ำเป็นเวลานาน

สายเคเบิล XLPE กันน้ำ: สายเคเบิลเหล่านี้มีโครงสร้างกันน้ำ ปลอก HDPE หรือปลอกโลหะ ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมการจุ่มน้ำ ใช้ได้อย่างมั่นใจ

สองประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณา: ประการแรก ขอบเขตของโครงสร้างกันน้ำของสายเคเบิล และประการที่สอง คุณภาพของการปิดผนึกข้อต่อ

สุดท้าย คำเตือน: การป้องกันสำคัญกว่าการแก้ไขเมื่อน้ำเข้าสู่สายเคเบิล เมื่อต้นน้ำก่อตัวขึ้นในฉนวน ประสิทธิภาพของสายเคเบิลจะไม่สามารถย้อนกลับได้ การทำให้แห้งจะกำจัดเฉพาะน้ำอิสระเท่านั้น แต่ความเสียหายระดับจุลภาคที่เกิดจากต้นน้ำไม่สามารถซ่อมแซมได้ ดังนั้น เมื่อเลือกสายเคเบิล อย่าดูแค่ราคา ให้พิจารณาคะแนนการกันน้ำและการกำหนดค่าโครงสร้างด้วย