Những thay đổi vật lý nào xảy ra bên trong cáp khi bán kính uốn vượt quá mức tối thiểu chỉ 2 cm trong quá trình lắp đặt
Tôi xin kể cho bạn nghe một câu chuyện có thật.
Tháng trước, một khách hàng cũ ở Úc đã gửi trả lại một sợi cáp bị lỗi. Đó là loại cáp tiết diện 35 mm², bốn lõi, bọc thép băng, được sử dụng trong mạch điện của nhà máy điện mặt trời. Mô tả lỗi rất đơn giản: dòng điện không ổn định, nhưng không có vấn đề gì nhìn thấy được.
Chúng tôi đã tháo rời nó trong xưởng cùng với một vài đồng nghiệp từ bộ phận kiểm soát chất lượng và sản xuất.
Lớp vỏ bọc bình thường. Lớp vỏ ngoài bình thường. Tuy nhiên, lớp cách điện XLPE—trên một pha—có một vết nứt rất nhỏ, chỉ rộng khoảng nửa milimet. Bạn sẽ không nhận thấy nó trừ khi bạn nhìn lớp cách điện dưới ánh sáng.
Khách hàng đã gửi ảnh từ công trường. Sợi cáp đã bị kéo qua một khúc cua chữ I trong quá trình lắp đặt. Chúng tôi đã yêu cầu họ đo bán kính uốn.
Đường kính uốn thực tế khi lắp đặt: 10D Đường kính uốn thiết kế tối thiểu: 12D
Chỉ chênh lệch 2 centimet.
Ban đầu, họ nghĩ: "Chỉ là một chút không đáng kể thôi". Sợi cáp bắt đầu bị ngắt và quá nhiệt trong vòng chưa đầy ba tháng.
Hãy giải quyết một quan niệm sai lầm phổ biến:
Nhiều người nghĩ rằng bán kính uốn "gần đủ" là đủ.
Không. Cáp không phải là cốt thép. Chúng không phải là các bộ phận kết cấu thuần túy.
Cáp chứa ba vật liệu khác nhau:
Dây dẫn đồng (bị biến dạng)
Lớp cách điện (chống điện, nhiệt và nứt)
Lớp vỏ bọc/bọc thép (cung cấp sự bảo vệ)
Khi bán kính uốn quá nhỏ, ba thành phần này không chịu ứng suất đồng đều.
Ở mặt trong của khúc uốn, mọi thứ bị nén lại.
Ở mặt ngoài của khúc uốn, mọi thứ bị kéo căng.
Khi ứng suất kéo vượt quá một giá trị nhất định—không phải là "giới hạn đứt gãy", mà là một giới hạn tinh tế hơn mà tại đó "thiệt hại vĩnh viễn bắt đầu"—mọi thứ sẽ bắt đầu xảy ra.
Vậy 2 centimet đó thực sự mang lại những thay đổi gì?
Tôi sẽ giải thích quá trình chúng tôi quan sát dưới kính hiển vi bằng những thuật ngữ đơn giản nhất.
Bước 1: Trượt mạng lưới dây đồng
Đồng không phải là một vật thể đàn hồi hoàn toàn đồng nhất. Khi bán kính uốn quá nhỏ, các dây đồng ở mặt ngoài của khúc uốn bị kéo căng vào vùng biến dạng dẻo. Nói cách khác, ngay cả khi bạn thả ra, nó cũng sẽ không bật trở lại.
Điều này dẫn đến hai điều:
Giảm nhẹ diện tích mặt cắt ngang của dây đồng → Tăng điện trở cục bộ
Xuất hiện các khe hở siêu nhỏ giữa các dây đồng → Điện trở tiếp xúc không ổn định
Nguồn gốc của dòng điện không ổn định bắt đầu từ đây.
Bước Hai: Nứt lớp cách điện (Bước Chết Người Nhất)
Mặc dù XLPE (polyethylene liên kết ngang) có khả năng chịu nhiệt và chống lão hóa, nhưng nó không chống lại được ứng suất kéo cục bộ, sắc nét.
Khi dây đồng bị biến dạng dẻo, lớp cách điện bị "đẩy" theo một hướng bất thường bởi dây dẫn. Ở mặt ngoài của khúc uốn, lớp cách điện bị mỏng đi; ở mặt trong, nó bị ép và nhăn lại.
Cuối cùng, tại một điểm nhất định—giống như bẻ cong một chiếc thước nhựa—xuất hiện một vết nứt siêu nhỏ.
Vết nứt này sẽ không bị hỏng ngay lập tức dưới điện áp cao, nhưng nó sẽ từ từ lan rộng trong chu kỳ nhiệt.
Một khi độ ẩm hoặc bụi lọt vào, nó sẽ trở thành điểm khởi đầu cho phóng điện cục bộ.
Bước Ba: Lớp vỏ bọc trở thành "Lưỡi dao"
Lớp vỏ bọc thép băng ban đầu được thiết kế để chống áp lực và bảo vệ chống gặm nhấm.
Tuy nhiên, ở các khúc uốn, cạnh bên trong của dải thép có thể cắt xuyên qua lớp lót bên trong và lớp cách điện như một lưỡi dao. Trong sợi cáp chúng tôi đã mổ xẻ, dải thép chồng lên nhau và đã mòn xuyên qua lớp lót bên trong, tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ngoài của lớp cách điện.
Chỉ 2 centimet chênh lệch đã biến lớp bảo vệ thành lớp gây hại.
"Trông ổn" là điều nguy hiểm nhất.
Ở đây tôi muốn đề cập đến một kiến thức kỹ thuật phổ biến mà nhiều người không biết:
90% thiệt hại đối với cáp sau khi lắp đặt quanh các khúc uốn không gây ra lỗi ngay lập tức.
Điều này có nghĩa là gì?
Trong vài ngày đầu sau khi lắp đặt, điện trở cách điện bình thường.
Trong tuần đầu tiên cấp điện, dòng điện cũng bình thường.
Sau hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm chu kỳ nhiệt—nhiệt độ ban ngày làm lớp cách điện giãn nở; nhiệt độ ban đêm làm lớp cách điện co lại.
Những vết nứt siêu nhỏ đó ngày càng lớn hơn trong quá trình "giãn nở và co lại" này.
Cuối cùng, một ngày nào đó, lúc 3 giờ sáng, cầu dao sẽ ngắt.
Sau một cuộc kiểm tra tại chỗ kéo dài: bên ngoài nguyên vẹn, và cả hai đầu của đầu nối đều ổn.
Không ai nghi ngờ rằng khúc "chỉ 2 centimet" ở giữa.
Đây là lý do tại sao tôi nói: bán kính uốn không phải là "giá trị khuyến nghị", mà là "giá trị đảm bảo tuổi thọ".
Vượt quá nó 1 cm không phải là mạo hiểm—nó là xác định chính xác khi nào cáp sẽ bị hỏng.
Hãy nhớ điều này trong ba câu: Độ lệch 2 cm trong bán kính uốn sẽ gây ra biến dạng dẻo không thể phục hồi của dây đồng, dẫn đến tăng điện trở cục bộ.
Một mối nguy hiểm tiềm ẩn lớn hơn là sự xuất hiện của các vết nứt siêu nhỏ trong lớp cách điện, chúng từ từ lan rộng thành các đường dẫn bị hỏng trong chu kỳ nhiệt.
Trong mọi trường hợp cáp bị loại bỏ mà chúng tôi đã mổ xẻ, người đã vượt quá giới hạn bán kính uốn ban đầu đều nói điều tương tự: "Gần như ổn".
Nếu bạn quan tâm đến tuổi thọ của cáp, đây là lời khuyên thực tế của tôi: Tôi không cố gắng tạo ra sự lo lắng. Tôi đã thực sự mổ xẻ quá nhiều sợi cáp "bên ngoài hoàn hảo, nhưng bên trong tồi tệ".
Trong quá trình lắp đặt thực tế, tôi khuyên bạn nên:
Đừng dựa vào "ước tính"; hãy đo đường kính uốn thực tế bằng thước kẻ hoặc khuôn mẫu.
Nếu không gian thực sự hạn chế, đừng cố gắng giảm đường kính uốn; thay vào đó, hãy sử dụng cáp linh hoạt hơn (ví dụ: dây dẫn mỏng hơn, hoặc bện dây thép cho lớp vỏ bọc).
Quan trọng nhất: Bán kính uốn dựa trên đường tâm của cáp, không phải đường kính ngoài của nó. Nhiều người đo sai.
Nếu bạn không chắc chắn liệu đường kính uốn của một sợi cáp cụ thể có chấp nhận được hay không, hãy gửi cho tôi một sơ đồ đơn giản hóa về đường đi lắp đặt và loại cáp. Chúng tôi có thể giúp bạn với một sơ đồ; nó có thể tiết kiệm chi phí hơn là tự mình thử và thất bại trong ba tháng.
