Những vấn đề phổ biến với dây cáp XLPE là gì?
I. Một câu hỏi trung thực không thể tránh khỏi
Trong các dự án ở nước ngoài, polyethylene liên kết chéo(XLPECác loại dây cáp này gần như là thiết bị tiêu chuẩn trong các hệ thống điện áp trung bình và cao.và dễ dàng lắp đặt đã làm cho họ một sự thay thế cho các cáp bằng giấy cách nhiệt trong nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, họ không phải là những kẻ bất khả chiến bại.
Theo thống kê hoạt động từ một số công ty điện quốc tế, hư hỏng cách điện là nguyên nhân chính gây hỏng cáp XLPE, chiếm khoảng 86,7% tất cả các lỗi.Trong số đó, các lỗi gây ra bởi lão hóa giải phóng một phần, lão hóa điện và cây nước chiếm 65,7%; các lỗi do lão hóa nhiệt và biến dạng nhiệt cơ chiếm 10,5%;và lỗi do hư hỏng cơ học và kết hợp lão hóa điện cơ học chiếm phần còn lại 100,5%.
Nói cách khác, nếu cáp XLPE của bạn có vấn đề, nó rất có thể liên quan đến sự lão hóa cách điện.khiếm khuyết còn lại từ giai đoạn sản xuất, thiệt hại xảy ra trong quá trình lắp đặt và đặt, và lão hóa dần dần trong quá trình hoạt động.
Dưới đây, chúng tôi sẽ chia nhỏ các vấn đề phổ biến nhất để làm rõ.
II. Cây Một dấu hiệu cảnh báo trước khi bị hỏng cách điện
Đầu tiên, điều quan trọng là phải hiểu một khái niệm cốt lõi: Treeing.
Trong kỹ thuật cáp điện, "cây" đề cập đến các vết nứt và kênh xả nhỏ, giống như cây hình thành trong môi trường cách nhiệt rắn trước khi bị phá vỡ hoàn toàn.Việc trồng cây về cơ bản là một hiện tượng trước khi suy giảm.Một khi một cây phát triển từ một điện cực đến điện cực khác, cách điện bị phá vỡ, và cáp thất bại.
Dựa trên sự hình thành của nó, cây được phân loại thành ba loại:
Electrical Treeing: Khi các khiếm khuyết nhỏ tồn tại bên trong cách điện như khoảng trống không khí, tạp chất hoặc nhô ra trên bề mặt dây dẫn dưới điện áp hoạt động lâu dài,trường điện ở vị trí đó bị biến dạng nghiêm trọngCây điện phát triển nhanh và khó đảo ngược một khi hình thành, trực tiếp rút ngắn tuổi thọ còn lại của cáp.
Dưới điện áp biến đổi, cây điện có thể thể hiện hai hình thức điển hình: một là cấu trúc nhánh giống như cành cây, và một là cấu trúc giống như bụi rậm hơn.càng dễ tạo thành cây giống như bụi.
Một nghiên cứu về sự cố cách nhiệt trong các cáp 33kV XLPE cho thấy rằng cây điện là một hiện tượng trước khi bị hỏng dẫn đến sự cố sớm của cáp điện áp cao,ảnh hưởng tiêu cực đáng kể đến tuổi thọ thiết kếMột nghiên cứu khác dựa trên phân bố Weibull cho thấy rằng điện áp áp dụng càng cao, tốc độ lan rộng của cây điện càng nhanh và tuổi thọ cách điện của cáp càng ngắn.
Cây nước: Sự hình thành của cây nước đòi hỏi ba điều kiện: độ ẩm, điện trường và các tạp chất hòa tan.
Dưới tác động kết hợp của một trường điện cao, một mức độ ẩm nhất định (nước tương đối trên 70%) và sự hiện diện của muối hoặc chất gây ô nhiễm trong nước, một mạng lưới dày đặc của cực kỳ nhỏ,trống đầy nước và kênh phát triển bên trong cách điện XLPE; đây là cây nước. cây nước bản thân không phải là kênh xả, nhưng chúng làm giảm đáng kể độ kháng thể khối lượng của vật liệu cách điện, làm tăng đáng kể tổn thất điện môi,và gây ra thiệt hại cơ học ở mức độ vi mô.
Mối nguy hiểm thực sự của cây nước nằm ở "sự trì hoãn" của chúng. Chúng thường phát triển chậm, vô hình với mắt thường, và không gây ra sự phá vỡ ngay lập tức. Tuy nhiên, theo thời gian,Cây nước có thể dần dần biến thành cây điệnKhi đủ độ ẩm và tạp chất tích lũy trong khu vực cây nước, sự biến dạng trường điện tăng cường,cuối cùng gây ra sự phát triển nhanh chóng của cây điện và gây ra sự cố cách điện đột ngột trong quá trình hoạt động.
Điều quan trọng cần lưu ý là trong khi sấy khô cáp có thể giảm bớt vấn đề tạm thời, cây nước thường được coi là vĩnh viễn và sẽ chỉ xấu đi theo thời gian.
Trong một trường hợp thực tế, một cái cây nước cuối cùng đã gây ra sự hỏng hóc của cây điện, dẫn đến chi phí trực tiếp vượt quá 200.000 đô la để thay thế 700 mét dây cáp.
Cây điện hóa học
Cây điện hóa học thường liên quan đến tạp chất trong vật liệu cách nhiệt.Khi các tạp chất vô cơ (như muối và các hạt kim loại) vẫn còn trong lớp cách nhiệt hoặc bán dẫn, chúng bị phân hủy điện hóa dưới ảnh hưởng của một trường điện, tạo thành các cấu trúc giống như cây.cùng với lượng ẩm nhỏ, tăng tốc độ phân hủy tại chỗ.
Phân tích kính hiển vi cho thấy các lỗ hổng có kích thước từ 15 đến 150 micromet trong lớp bán dẫn.Những khoảng trống này tương quan về không gian với các điểm khởi đầu của các dendrit điện hóa học, và các tạp chất NaCl cũng có mặt xung quanh chúng.
III. Các khiếm khuyết ban đầu được đưa vào trong quá trình sản xuất
Các khiếm khuyết ban đầu được đưa vào trong quá trình sản xuất là những điểm yếu vốn có của cáp.Kiểm soát quá trình không đầy đủ trong quá trình đẩy và liên kết chéo cách điện XLPE có thể để lại một số vấn đề điển hình trong cách điện.
Vùng trống
Các lỗ hổng là loại khiếm khuyết vi mô phổ biến nhất. Chúng thường được gây ra bởi sự thất bại của các sản phẩm phân hủy của các peroxide hữu cơ (methane, acetophenone, v.v.).) để thoát hoàn toàn trong quá trình liên kết chéoCác bong bóng này thường có kích thước từ 15 đến 150 micromet.
Các nghiên cứu cho thấy kích thước, số lượng, diện tích và sự phân bố của các lỗ hổng trực tiếp quyết định độ bền điện của dây cáp.Các khoảng trống lớn hơn dẫn đến sự giảm đáng kể hơn trong sức mạnh phá vỡ ACDưới điện áp hoạt động, giải phóng một phần xảy ra trong các lỗ hổng, dần dần xói mòn vật liệu cách điện xung quanh.
Chất ô nhiễm (Các chất gây ô nhiễm)
Nếu các sản phẩm phụ liên kết chéo không được loại bỏ kỹ lưỡng, hoặc nếu các tạp chất bên ngoài (chẳng hạn như bụi hoặc hạt kim loại) được trộn vào vật liệu cách nhiệt,những tạp chất này sẽ trở thành "điểm yếu" trong cách điệnDưới ảnh hưởng của một trường điện, điện tích sẽ tích tụ xung quanh các tạp chất, gây ra sự tập trung trường điện và do đó tăng tốc độ lão hóa địa phương.
Sự nhô ra của dây dẫn và sự bất thường của lớp bán dẫn
Nếu có sự bất thường hoặc nhô ra trong lớp bảo vệ dây dẫn của cáp, chúng sẽ nhúng mình vào lớp cách nhiệt như "các mũi nhọn," tạo ra một điện trường địa phương cực cao dưới điện áp hoạt động, trở thành điểm khởi đầu của cây điện.và sự bất thường trong lớp bán dẫn bên trong của đầu cuối cáp cho thấy những khiếm khuyết này sẽ gây ra những thay đổi đáng kể trong cường độ trường điệnVí dụ, một khoảng cách không khí 2mm có thể tạo ra một cường độ trường điện cao tới 2,45 × 106 V / mm gần dây dẫn.
IV. Các vấn đề về chất lượng trong quá trình lắp đặt và đặt
Nếu khiếm khuyết sản xuất là "những khiếm khuyết vốn có" của cáp,thì các vấn đề về chất lượng lắp đặt là "nếu bị suy dinh dưỡng" và những vấn đề này thường gặp hơn trong công việc hàng ngày của nhân viên bảo trì.Theo số liệu thống kê hoạt động từ một số công ty lưới điện quốc tế, phụ kiện cáp và các khớp là nguồn thất bại thường gặp nhất.
Các lỗi phụ kiện: Báo cáo phân tích toàn diện được công bố vào năm 2025 về các nguyên nhân gây hỏng dây cáp 35kV XLPE cho thấy các lỗi đầu cuối chiếm 58% tất cả các sự cố hỏng,lỗi cách điện chính 32%, và các yếu tố bên ngoài cho 10%.
Trong một trường hợp khác từ một nhà khai thác lưới điện thực tế, 24 trạm phụ đã vận hành 129 cáp điện 10kV và 35kV XLPE.Phân tích dữ liệu hoạt động cho thấy các lỗi chủ yếu là do lão hóa điện, lão hóa nhiệt và hư hỏng cơ khí, một phần đáng kể trong số đó có liên quan trực tiếp đến chất lượng lắp đặt của phụ kiện (đối nối và kết thúc).
Một bộ số liệu thống kê khác xác nhận xu hướng này: Trong một báo cáo khảo sát bao gồm 6.214 lỗi cáp (2010-2020),lỗi cách nhiệt cáp chiếm 57% (trong đó các cáp XLPE chủ yếu là do cây nước), lỗi nối dây cáp chiếm 23%, thiệt hại của người thứ ba chiếm 11% và lỗi trạm phụ chiếm 9%.
Sản xuất khớp không đúng cách
Hoạt động không đúng đắn trong quá trình chế tạo nối cáp là một yếu tố góp phần đáng kể vào các lỗi.vết trầy xước hoặc rách trên bề mặt cách nhiệt XLPE, loại bỏ không hoàn toàn các chất nước ngoài còn lại, khoảng trống không khí giữa các giao diện cách nhiệt, và chắt dây dẫn không đúng cách.Một nghiên cứu chỉ ra rằng ngay cả những vết trầy xước nhỏ trên bề mặt cách điện hoặc các hạt bán dẫn còn lại hoặc bụi kim loại có thể tạo ra nồng độ căng thẳng điện tại chỗ trên bề mặt cách điện, do đó kích hoạt giải phóng một phần.
Sự xâm nhập của ẩm
Sự xâm nhập của độ ẩm là một nguy cơ bị đánh giá thấp khác. Trong môi trường dưới lòng đất, nếu vỏ cáp bị hư hại trong quá trình lắp đặt hoặc các khớp nối bị kín kém,nước ngầm có thể dần dần thấm vào lớp cách nhiệtMột khi độ ẩm xâm nhập vào khớp, nó kết hợp với trường điện để kích hoạt ăn mòn điện hóa học và tăng trưởng cây nước.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi hàm lượng độ ẩm của cách điện XLPE đạt 0, 1%, hệ số mất điện tử của nó tăng lên hơn ba lần so với trạng thái khô,dẫn đến lãng phí năng lượng và tăng nhiệt độ bất thường.
Do đó, kiểm tra hiệu suất cách nhiệt nên được thực hiện trước khi đưa cáp vào sử dụng, sau khi làm lại các đầu hoặc các khớp trung gian, và sau khi nghi ngờ hư hỏng vỏ và nước xâm nhập.đo tỷ lệ kháng đồng lá chắn để kháng dây dẫn là một bước quan trọng.
Chất lượng đẻ
Quá trình lắp đặt tại chỗ cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của cáp. Nếu cáp được đặt vượt quá bán kính uốn cong tối thiểu được chỉ định, căng thẳng không đồng đều có thể được tạo ra trong cách điện,dẫn đến tổn thương cơ học và lão hóa kết hợp điện cơ học theo thời gianNgoài ra, một chiều dài cáp nhất định nên được dành riêng để cho phép tái tạo đầu cáp trong trường hợp tai nạn.
V. Áp lực môi trường gặp phải trong quá trình vận hành
Sức lão hóa nhiệt
Trong hoạt động bình thường, nhiệt độ hoạt động của dây dẫn của dây cáp XLPE thường là 90 °C (nhiệt độ hoạt động cho phép lâu dài của XLPE).khi cáp hoạt động trong điều kiện quá tải trong thời gian dài, hoặc trong môi trường phân tán nhiệt kém (chẳng hạn như lắp đặt ống dẫn dày đặc), nhiệt độ cách nhiệt có thể liên tục vượt quá giá trị thiết kế.
Sự lão hóa nhiệt gây ra những thay đổi cấu trúc trong vật liệu cách nhiệt, bao gồm phá vỡ chuỗi phân tử, hình thành các gốc tự do, giảm trọng lượng phân tử và phân mảnh polyme,dẫn đến sự suy giảm không thể đảo ngược của chất vật lý, tính chất điện và hóa học. tích lũy điện tích không gian là một trong những cơ chế chính mà qua đó lão hóa nhiệt ảnh hưởng đến chất lượng cách điện: điện tích không gian làm biến dạng sự phân phối trường điện,làm trầm trọng thêm không đồng nhất trường điện, do đó tăng tốc độ lão hóa cách nhiệt cáp và gây ra sự cố sớm hơn.
Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng ở nhiệt độ lão hóa ẩm 160 ° C, sự phân bố điện tích không gian trong cách điện polymer có liên quan trực tiếp đến sự phân hủy hóa học.,Cả mật độ mức bẫy và mật độ điện tích không gian tăng đáng kể, có nghĩa là khả năng bẫy điện tích của vật liệu cách điện được tăng lên, làm suy giảm hiệu suất cách điện hơn nữa.
ẩm và ăn mòn hóa học
Ngoài cây nước được đề cập ở trên, sự xâm nhập của độ ẩm cũng mang lại một hậu quả trực tiếp khác: ăn mòn dây dẫn đồng.
Trong cáp ngầm hoạt động trong các cơ sở công nghiệp ven biển hoặc khu vực độ ẩm cao,Các dây dẫn đồng có thể trở nên đen do ăn mòn liên quan đến sulfat hoặc oxy hóa để tạo thành một lớp oxit màu xanh lá cây (verdigris) do xâm nhập ẩm.
Sự lão hóa liên quan đến nhiều căng thẳng
Trong hoạt động thực tế, sự lão hóa của cáp XLPE thường không phải là do một yếu tố duy nhất, mà do tác động kết hợp của nhiều căng thẳng: nhiệt, điện, căng thẳng cơ học và độ ẩm.
Là một polymer bán tinh thể, cáp XLPE chắc chắn trải qua sự lão hóa dần dần trong quá trình hoạt động.tiếp xúc với độ ẩmTheo thời gian, các yếu tố này dần dần làm suy yếu các tính chất dielectric, cuối cùng dẫn đến sự cố cách điện.
VI. Làm thế nào để phát hiện và đánh giá sức khỏe của cáp XLPE
Trong hoạt động và bảo trì thực tế, có một số phương pháp để giúp xác định xem cáp XLPE có các vấn đề được đề cập ở trên không.
AC chịu thử điện áp và phát hiện xả một phần
Một lời nhắc rất quan trọng: Cáp XLPE không nên được thử nghiệm bằng điện áp cao DC.
Lý do là trong quá trình thử nghiệm điện áp chịu nhiệt DC, điện tích không gian có thể được tiêm vào lớp cách điện thông qua "cây" hiện có trong cách điện cáp.Vật liệu cách điện XLPE có độ kháng cực cao, làm cho nó khó để điện tích dư thừa phân tán sau khi xả.làm cho dây cáp dễ bị hỏng hơn sau khi vượt qua thử nghiệm điện áp đồng và được đưa vào hoạt động.
Do đó, đối với các cáp điện XLPE, nên sử dụng kết hợp thử nghiệm điện áp chịu AC và phát hiện giải phóng một phần để đánh giá.
Đo kháng cách điện: đo kháng cách điện của cách điện cáp chính có hiệu quả trong việc phát hiện tổng thể hấp thụ độ ẩm của cách điện, suy giảm tổng thể,và khiếm khuyết thâm nhậpTuy nhiên, cần lưu ý rằng khi lớp vỏ bên ngoài PVC của một cáp chôn trực tiếp bị ngâm trong nước ngầm lâu dài hoặc bị hư hỏng bởi lực lượng bên ngoài nhưng không bị hỏng hoàn toàn,một sự giảm kháng cách nhiệt một mình không thể trực tiếp xác định rằng lớp vỏ bên ngoài đã bị hư hỏng và xâm nhập bởi nước.
Đo độ mất điện: Như đã đề cập trước đây, nhân tố mất điện của vật liệu cách điện XLPE tăng đáng kể khi hàm lượng độ ẩm đạt 0,1%.đo lường mất điện bao trùm thường xuyên là một phương tiện quan trọng để theo dõi sự hấp thụ độ ẩm và tình trạng lão hóa của cách điện.
Tại sao khách hàng nước ngoài cần chú ý đến các vấn đề này
Cho đến nay, chúng tôi đã thảo luận chi tiết về các vấn đề khác nhau mà cáp XLPE có thể gặp phải trong các ứng dụng thực tế.
Hiểu những vấn đề này không có nghĩa là bạn "sợ" sử dụng cáp XLPE. Ngược lại, đây là kiến thức kỹ thuật mà một nhà sản xuất cáp có kinh nghiệm nên cung cấp cho khách hàng của mình.Sự chuyên nghiệp thực sự không phải là đóng gói một sản phẩm hoàn hảo, mà là biết trong những điều kiện sản phẩm sẽ thất bại, tại sao nó sẽ thất bại, và giúp khách hàng tránh những vấn đề này.
Đối với khách hàng ở nước ngoài, khi mua một lô cáp XLPE, mối quan tâm của bạn không phải là "Có phải cáp này bị lỗi?", mà là "Nếu tôi cài đặt và sử dụng nó theo thông số kỹ thuật,tuổi thọ dự kiến của nó là bao nhiêu?", "Tôi nên chú ý đến những tín hiệu bất thường nào trong quá trình điều trị?", và "Khi nào nên thử nghiệm phòng ngừa?"
Một nhà cung cấp có thể trả lời những câu hỏi này xứng đáng được tin tưởng lâu dài.
VIII. Tóm tắt
Các vấn đề phổ biến với cáp XLPE có thể được tóm tắt thành một số cấp.
Vấn đề cơ bản nhất là cây ủ cây điện, cây nước và cây điện hóa là tín hiệu trước khi hư hỏng trước khi hư hỏng cách điện;chúng dần dần làm xói mòn tính toàn vẹn của vật liệu cách nhiệt ở mức độ vi mô.
Trong giai đoạn sản xuất, các khiếm khuyết ban đầu như khoảng trống không khí, tạp chất và sự bất thường trong lớp bán dẫn là những điểm yếu vốn có trong cáp.Nguồn gốc của những khiếm khuyết này có thể được truy xuất trở lại kiểm soát không đầy đủ đối với quá trình liên kết chéo hoặc sự sạch sẽ của vật liệu.
Trong giai đoạn lắp đặt và lắp đặt, phụ kiện cáp và khớp là những khu vực bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi sự cố.Sản xuất khớp không đúng cách, xâm nhập ẩm và bán kính uốn cong cáp quá nhỏ là những yếu tố góp phần phổ biến.
Trong giai đoạn hoạt động, lão hóa nhiệt tăng tốc độ suy giảm cách điện, trong khi độ ẩm và ăn mòn hóa học làm hỏng thêm lớp chắn và dây dẫn.Hiệu ứng tích lũy của nhiều căng thẳng dẫn đến sự cố cuối cùng.
Trong suốt tuổi thọ của nó, hư hỏng cách điện là nguyên nhân chính của sự cố cáp XLPE, chiếm 86,7% tất cả các sự cố.và độ trượt bề mặt là các chế độ thất bại chính của vật liệu cách điện XLPE.
Về xét nghiệm, kiểm tra điện áp chịu DC của cáp XLPE nên được tránh; thay vào đó, kiểm tra điện áp chịu AC kết hợp với kiểm tra xả một phần là đáng tin cậy hơn.
Nếu bạn đang sử dụng hoặc sắp mua cáp XLPE, bạn nên tập trung vào ba khía cạnh chính:Báo cáo kiểm tra chất lượng trước khi giao hàng (đặc biệt là kết quả thử nghiệm xả một phần), chất lượng của phụ kiện trong quá trình lắp đặt (chọn một đội ngũ xây dựng có trình độ),và các phương pháp theo dõi tình trạng trong khi hoạt động (các kiểm tra thường xuyên như hình ảnh nhiệt hồng ngoại và phát hiện giải phóng một phần).
