Kratak odgovor: XLPE se široko koristi u visokonaponskim kablovskim sistemima jer umrežavanje daje polietilenu stabilnu trodimenzionalnu molekularnu mrežu. Materijal kombinuje niske dielektrične gubitke sa korisnom termičkom i mehaničkom stabilnošću. Takođe podržava suhu, ekstrudirani izolacioni sistem sa glatkim poluprovodnim ekranima. Ove karakteristike odgovaraju kompaktnim podzemnim i podmorskim prijenosnim krugovima.
Međutim, “XLPE” nije potpuna specifikacija performansi. Izolacijski spoj, čistoća ekstruzije, ekranski interfejsi, metalni omotač, zaštita voda, zglobova, prekidi, temperatura rute, mehaničko kretanje, i dokazi o kvalifikaciji određuju sposobnost servisa. Granice visokonaponskog XLPE kablovskog sistema počinju tamo gde jedan od tih povezanih elemenata ostane nedefinisan.
Umrežavanje mijenja kako se polietilen ponaša pod toplinom
Obični polietilen se sastoji od dugih molekularnih lanaca koji se mogu slobodnije kretati kako temperatura raste. Umrežavanje stvara veze između lanaca. Rezultirajuća mreža je otpornija na topljenje i trajni protok efikasnije od nepovezanog polietilena. Ova dimenzijska stabilnost je bitna kada gubici provodnika zagrijavaju izolaciju i kada ciklusi opterećenja stvaraju ponovljeno širenje i kontrakciju.
Unakrsno povezivanje ne čini materijal imunim na starenje. Temperatura, električni stres, kiseonik, vlage, proizvodni nedostaci, i vrijeme još uvijek utiču na izolacijski sistem. Temperaturna granica od standarda ili dizajna ne može se odvojiti od konstrukcije vodiča, pribor, trajanje hitnog slučaja, uslovi rute, i osnovu kvalifikacija.
Reakcija umrežavanja također stvara nusproizvode. Visokonaponska proizvodnja stoga uključuje kontroliranu obradu nakon ekstruzije i otplinjavanje gdje to zahtijevaju odabrani spoj i dizajn. Rad CIGRE na rezidualnom metanu pokazuje zašto su metode mjerenja bitne za debelu HV i EHV izolaciju. List sa podacima koji navodi samo “XLPE izolacija” izostavlja ovaj dokaz procesa.
Zašto XLPE odgovara visokonaponskom prijenosu naizmjenične struje
Četiri karakteristike objašnjavaju snažnu poziciju materijala u HVAC sistemima.
- Mali dielektrični gubici: XLPE može ograničiti dielektrično grijanje u pravilno dizajniranom izolacijskom sistemu. Ovo postaje sve važnije kako se povećava volumen izolacije i napon.
- Termička stabilnost dimenzija: Unakrsno povezivanje pomaže izolaciji da zadrži svoj oblik tokom normalnih i definisanih termičkih obaveza u slučaju nužde.
- Ekstrudirana konstrukcija: Kontinuirano istiskivanje omogućava ekran provodnika, izolacija, i izolacioni ekran za formiranje kontrolisanog radijalnog sistema bez tečne izolacije.
- Praktična sistemska integracija: Ekstrudirani dizajni mogu kombinirati metalne omote, vodene barijere, prekrivači, zglobova, i završetak za kopnene i podmorske rute.
ENTSO-E opisuje XLPE kao uspostavljenu tehnologiju izolacije za HVAC kopnene i podmorske veze, istovremeno identifikujući kapacitet kabla, inžinjering ruta, zglobova, i pitanja životnog ciklusa kao sistemska ograničenja. Neutralni Pregled ENTSO-E tehnologije pruža koristan kontekst prijenosa.
XWA raspon visokonaponskih kablova za napajanje prikazuje kontekst proizvoda i sistema. Za konačnu konstrukciju još uvijek je potrebna dogovorena naponska osnova, kondukter, izolacione dimenzije, metalni omotač, spoljna zaštita, interfejsi dodatne opreme, ocjena rute, i raspored testiranja.
Električno polje zavisi od tri kontinuirana ekstrudirana sloja
Glavna izolacija ne radi sama. Provodnik napravljen od niti ima nepravilnu površinu. Direktno postavljanje izolacije preko te geometrije koncentriralo bi električni napon oko granica niti i izbočina. Ekran provodnika stvara glatkoću, provodnu granicu između provodnika i izolacije.
Izolacijski zaslon čini kontroliranu vanjsku granicu dielektrične regije. Zajedno, ekran provodnika, XLPE izolacija, i izolacioni ekran uspostavljaju geometriju radijalnog polja. Njihova koncentričnost, glatkoću interfejsa, zahtjevi za adheziju ili skidanje, čistoća, i kompatibilnost materijala utiču na rezultat.
Zato visokonaponska proizvodnja ove slojeve obično tretira kao jedan proces ekstruzije. Smanjuje mogućnost kontaminacije između slojeva i stvara neprekidna sučelja. Proces i dalje zahtijeva kontrolirano rukovanje sirovinama, opskrba filtriranom smjesom gdje je primjenjivo, čisti uslovi ekstruzije, dimenzionalni monitoring, kontrola očvršćavanja, i inspekcija. Trostruka ekstruzija je arhitektura procesa, ne automatski dokaz kvaliteta.
Kvalitet proizvodnje može nadmašiti naziv polimera
Električni stres se može koncentrirati oko zagađivača, void, izbočina, ili nepravilan ekranski interfejs. Lokalno polje može biti mnogo veće od prosječnog projektnog naprezanja. Defekt koji se čini fizički mali može stoga postati električni važan u debeloj izolaciji namijenjenoj desetljećima rada.
Značajan proizvodni zapis treba da poveže isporučenu dužinu sa odobrenim dizajnom i procesom. Može uključivati identifikaciju jedinjenja, kontrole skladištenja i prenosa materijala, zapisi ekstruzione linije, dimenzionalni podaci, uslovi očvršćavanja i hlađenja, kontrole degazacije, pregled ekrana i izolacije, rutinska električna ispitivanja, uzorci testova, i dispozicija neusaglašenosti. Tačan dokaz zavisi od klase napona, standard, dizajn, i plan kvaliteta.
Rutinski testovi ne mogu otkriti svaki dugoročni rizik. Tipska ispitivanja utvrđuju performanse dizajna pod definiranim ispitnim dužnostima. Pretkvalifikaciono testiranje može pokazati dugotrajno termo-električno ponašanje za primenljivu porodicu HV ili EHV sistema. Rutinska ispitivanja i testovi uzoraka zatim provjeravaju proizvodnju u okviru njihovog navedenog opsega. Ove faze se međusobno dopunjuju; nijedna ne zamjenjuje kontroliranu proizvodnju.
Sedam granica definira gdje prestaju prednosti XLPE-a
1. Čist materijal ne može nadoknaditi loš interfejs
Visokokvalitetna izolacijska smjesa i dalje ovisi o glatkim sitama i kontroliranom ekstruziji. Izbočine, kontaminacije, a oštećenje sučelja može stvoriti lokalno povećanje stresa. Priprema kablova za spojeve i završetak može dovesti do sličnih problema nakon tvornice. Uslovi čistih soba, obučena instalacija, odobreni alati, provjere dimenzija, a dokumentovane procedure postaju dio sistema izolacije.
2. Toplotna sposobnost zavisi od kompletnog toplotnog puta
XLPE može tolerirati definirane temperature provodnika, ali ne može ukloniti toplinu sa rute. Gubitak provodnika, dielektrični gubitak, gubitak metalnog omotača, toplotni otpor izolacije, kanali, zatrpavanje, tlo, ambijentalni uslovi, razmak kola, i profil opterećenja određuju kapacitet. Jedan duboki prelaz ili deo sa suvim tlom može upravljati kompletnim krugom.
Termičko starenje također ovisi o vremenu i temperaturi, ne na jednoj ocjeni naslova. Kontinuirano, ciklično, a za vanredne obaveze su potrebne odvojene pretpostavke. Dirigent, ekran, metalni omotač, oversheath, pribor, i okolni materijali mogu nametnuti ograničenja prije nego što sam XLPE dostigne prag nominalne temperature.
3. Zaštita od vlage je građevinska odluka
XLPE ne čini kabel automatski uzdužno ili radijalno vodonepropusnim. Trake ili puderi za blokiranje vode, metalni omotač ili laminat, zapečaćeni spojevi, dizajn završetka, integritet omotača, i trasa drenaže adresiraju različite puteve vlage. Njihova potreba zavisi od instalacije i procene rizika.
Drvo vode i električno stablo su različiti mehanizmi degradacije. Moderni sistemi materijala i kontrole proizvodnje mogu poboljšati otpornost, ali sam pojam XLPE ne utvrđuje otpornost drveta na vodu. Specifikacija treba da identifikuje razred materijala, konstrukcija vodonepropusne barijere, interfejsi, testovi, i ekološku dužnost.
4. Spojevi i završeci prekidaju jednoliku geometriju
Fabrička dužina kabla ima stabilan radijalni raspored. Spoj ili završetak mijenja tu geometriju i uvodi novu izolaciju, semiconductive, kontrola stresa, zaptivanje, i mehanički interfejsi. Priprema terena takođe uklanja i obnavlja slojeve pod uslovima na lokaciji.
CIGRE tretira interakciju između kabla i pribora kao električnu, termalni, materijal, i termomašinsko inženjerstvo. Dodatna oprema mora odgovarati dimenzijama kabla, dizajn ekrana, priključak provodnika, prečnik izolacije, materijalno ponašanje, metalni omotač, oversheath, aranžman vezivanja, i ekološku dužnost. Podudaranje nominalnog napona nije dovoljno.
5. Veliki provodnici stvaraju termomehaničke sile
Zagrijavanje proširuje strukturu provodnika i kabela. Hlađenje preokreće to kretanje. Trenje kanala, krivine, bitve, podržava, vertikalne sekcije, fiksne tačke, i kontrolu zajedničkih položaja gdje se razvija sila i pomjeranje. A debelo, VN kabl velikog provodnika je relativno tvrd; ne smije se predstavljati kao fleksibilna instalacijska žica.
Projektom trase treba procijeniti dozvoljeno savijanje, povlačenjem napetosti, bočni pritisak, aksijalno kretanje, snage podrške, i utovar dodatne opreme. Termička stabilnost XLPE-a pomaže da izolacija zadrži oblik, ali ne eliminiše pomeranje sistema niti štiti zglob koji je loše vezan.
6. XLPE ne uklanja struju punjenja HVAC
Dirigent, izolacija, i metalni ekran formiraju distribuirani kondenzator. AC napon proizvodi struju punjenja duž puta pod naponom. Ova struja raste sa frekvencijom, napon, kapacitivnost, i dužina. Zauzima dio trenutnog kapaciteta provodnika i stvara zahtjeve za reaktivnom snagom.
Mali dielektrični gubici smanjuju jedan izvor grijanja, ali to ne čini da kapacitivnost nestane. Duge podzemne ili podmorske HVAC veze mogu zahtijevati kompenzaciju šanta i detaljno prebacivanje, kontrola napona, rezonancija, i privremene studije prenapona. Nijedna univerzalna dužina rute ne odvaja praktične HVAC od HVDC; rezultat zavisi od kompletne mreže i ekonomskog modela.
7. HVAC izolacijski sistem nije automatski HVDC sistem
Pod izmjeničnim naponom, Raspodjela polja u zvučnoj ekstrudiranoj izolaciji uglavnom ovisi o geometriji i permitivnosti. Pod stalnim DC naponom, provodljivost ima veći uticaj. Vodljivost se mijenja s temperaturom i električnim stresom, tako da radijalni temperaturni gradijent može redistribuirati DC polje. Space charge, promjene polariteta, talasni oblici pretvarača, i interfejsi dodaju dodatne dužnosti.
XLPE spoj ili kabel koji je kvalifikovan za naizmjeničnu struju ne može se prebaciti u DC servis promjenom etikete. Formulacija DC izolacije, poluprovodni ekrani, proizvodni proces, otplinjavanje, pribor, ocjenjivanje terena, termičke uslove, dužnost pretvarača, a kvalifikacioni program mora činiti jedan validirani sistem.
Standardi definišu granice napona i testiranja - ne univerzalne performanse
IEC 60840 i IEC 62067 primjenjuju se na različite opsege nazivnog napona za ekstrudirane AC kablovske sisteme i njihovu dodatnu opremu. IEC 62895 odnosi se na ekstrudirani HVDC zemaljski sistem. Posebne aplikacije, uključujući podmorske sisteme, može zahtijevati izmijenjene ili dodatne uslove. Primenljivo izdanje, amandmani, specifikacija projekta, i mora biti naveden kvalifikacioni raspon.
| Referenca | Objavljeni opseg u ovom kontekstu | Šta još treba definisati projekat |
|---|---|---|
| IEC 60840 | Ekstrudirani AC kablovski sistemi iznad 30 kV do 150 kV nazivni napon, sa Um do 170 kV. | Oznaka napona, dizajn kablova i pribora, instalacija, testovi, ruta, i dodaci. |
| IEC 62067 | Ekstrudirani AC kablovski sistemi iznad 150 kV do 500 kV nazivni napon, sa Um od 170 kV to 550 kV. | Porodica kvalifikacija, pribor, posebne uslove rute, plan testiranja, i dokumentaciju. |
| IEC 62895 | Ekstrudirani HVDC sistemi zemaljskih kablova do i uključujući 320 kV nazivni napon. | Dužnost pretvarača, rad polariteta, tranzijenti, pribor, ruta, i bilo koje posebne aplikacije. |
XWA 132 kV kablovska stranica nalazi se unutar zajedničkog IEC-a 60840 naponski kontekst. Standardna referenca ne utvrđuje konačnu konstrukciju ili prikladnost bez definicija napona projekta, ruta, pribor, opseg testiranja, i odobrenih projektnih podataka.
XLPE ne dokazuje požar, dim, ili ekološki učinak
Funkcije izolacije i vanjskog plašta moraju ostati odvojene. Kabl može koristiti XLPE kao glavnu izolaciju dok koristi polietilen, PVC, ili niskodimna smjesa bez halogena za druge slojeve. Širenje plamena, gustina dima, kiselost, sadržaj halogena, otpornost na ulje, otpornost na ultraljubičasto zračenje, otpornost na termite, i hemijska otpornost zavise od relevantnih materijala i verifikovanih metoda ispitivanja.
Izjave poput "XLPE kabel je bez halogena" ili "XLPE kabel je otporan na vatru" su nepotpune. Kompletna konstrukcija i njeni deklarisani testovi moraju podržavati ta svojstva. Tvrdnje o otpornosti na vatru također mogu uključivati zahtjeve za integritet kola osim otpornosti materijala na plamen.
Postojeći članak XWA o Razlike u izolaciji od XLPE i PVC-a upoređuje dvije materijalne porodice. Ova diskusija se bavi drugim pitanjem: zašto se o visokonaponskom sistemu ne može suditi samo na osnovu njegove porodice izolacija.
Dokazi potrebni prije nego što se visokonaponski dizajn zamrzne
| Grupa dokaza | Pitanja na zapisnik mora odgovoriti |
|---|---|
| Električna dužnost | Šta su U0, U, Jedan, frekvencija ili DC polaritet, nivoi impulsa, uzemljenje, nivo greške, i tranzijenti u radu? |
| Izolacijski sistem | Koji spoj, ekrani, nazivne dimenzije, interfejsi, osnovu naprezanja u polju, izlečenje, i primjenjuju se kontrole otplinjavanja? |
| Termički dizajn | Koji profil opterećenja, ambijentalni uslovi, podaci o tlu ili kanalima, gubici omotača, raspored kola, i trajanje hitne pomoći podržavaju rejting? |
| Vlaga i okolina | Koje uzdužne i radijalne barijere, svojstva omotača, pečati, kontrola korozije, i važe uslovi rute? |
| Pribor | Koji dizajn spojeva i završetaka odgovara prečniku izolacije, ekran, kondukter, omotač, vezivanje, i okruženja interfejsa? |
| Mehanička instalacija | Koje dužine bubnja, granice savijanja, vučne sile, snage podrške, pokreta, i izračunata su dodatna opterećenja? |
| Kvalifikacije | Koja pretkvalifikacija, tip, rutina, uzorak, i testovi nakon ugradnje važe za ponuđeni sistem i opseg napona? |
| Sljedivost | Kako rade crteži, serije materijala, proizvodne evidencije, testovi, bubnjevi, pribor, a zapisi lokacije se povezuju na isporučeno kolo? |
Ovaj pristup zasnovan na dokazima sprečava materijalnu stenografiju da zameni sistemski inženjering. Također otkriva nekompatibilne pretpostavke prije veličine vodiča, debljina izolacije, pribor, zajedničke lokacije, dužine bubnja, a testovi postaju skupi za promjenu.
Pitanja o XLPE u visokonaponskim sistemima
Da li je XLPE uvijek najbolja izolacija za visokonaponsko kolo?
Nijedan materijal nije univerzalno najbolji. XLPE je uspostavljen izbor za mnoge ekstrudirane HVAC i kvalifikovane HVDC sisteme, ali uslovi rute, naponski rad, pribor, instalacija, strategija požara, filozofija popravke, kvalifikacija, i zahtjevi životnog ciklusa odlučuju o prikladnosti.
Da li deblji XLPE uvijek povećava naponsku sposobnost?
br. Debljina izolacije utiče na prosječno električno naprezanje, ali kvalitet interfejsa, kontaminanti, ekrani, veličina provodnika, pribor, impulsna dužnost, termalni gradijenti, proizvodne sposobnosti, i kvalifikacije su takođe važne. Deblji sloj ne može ispraviti nekontrolirani kvar ili nekompatibilni dodatak.
Može li a 132 kV XLPE dizajn se može skalirati direktno na 220 kV?
br. Napon se kreće od zajedničkog IEC-a 60840 raspon u IEC 62067 teritorija. Električni stres, dimenzije, kontrole proizvodnje, pribor, pretkvalifikacija, tipski testovi, rukovanje, granice bubnja, dizajn rute, a za dopune projekta potrebna je nova koordinirana osnova.
Da li XLPE ne zahtijeva održavanje?
Ekstrudirana izolacija ne sadrži sistem pritiska izolacionog ulja, ali kolo i dalje zahtijeva upravljanje životnim ciklusom. Prekidi, link boxes, vezivanje vodi, ograničavači napona u omotaču, uzemljenje, integritet omotača, uslovi rute, sistemi za praćenje, a pristupačni spojevi mogu zahtijevati inspekciju ili testiranje.
Koja je najkorisnija izjava o specifikaciji?
Korisna izjava definiše kompletan sistem kablova i dodatne opreme, operativna dužnost, instalacijsko okruženje, primjenjivih standarda, raspon kvalifikacija, testovi, dokumentaciju, i interfejsi. “XLPE izolirana” je samo jedna linija unutar te specifikacije.
Inženjerski zaključak
XLPE je zaslužio svoje mjesto u visokonaponskom prijenosu kroz male dielektrične gubitke, termička stabilnost dimenzija, i kompatibilnost sa kontrolisanim ekstrudiranim izolacionim sistemima. Njegova prava snaga se pojavljuje prilikom odabira smjese, čista proizvodnja, glatki ekrani, zaštita od vlage, pribor, dizajn rute, a kvalifikacije pojačavaju jedna drugu.
Isti zaključak definiše njegove granice. XLPE ne može nadoknaditi kontaminaciju, loše pripremljen spoj, netačan termički model, nedefinisana vodena barijera, prekomerna mehanička sila, Ograničenja AC punjenja, ili nekvalifikovani prelazak sa AC na DC dužnost. Visokonaponske performanse pripadaju kompletnom sistemu i njegovom dokazu, ne prema nazivu polimera.
Dostavite Osnovu projektovanja visokonaponskog sistema
Za tehnički pregled konstrukcije, obezbediti nazivni i maksimalni napon sistema, AC ili DC rad, zahtev za provodnikom, ruta i način ugradnje, profil opterećenja, podaci o ambijentu i tlu ili kanalima, metalni omotač i koncept vezivanja, zaštita voda, interfejsi dodatne opreme, ograničenja dužine bubnja, primjenjivih standarda, kvalifikacije i zahtjevi za ispitivanje, količina, i odredište. XWA Power & Kabl može uskladiti konstrukciju i dokumentaciju kabla sa odobrenom projektnom osnovom; konačna potvrda sposobnosti prati tačan opseg sistema.