Aïllament XLPE en cables d'alimentació de CA: propietats del material, construcció del cable i selecció pràctica

L'aïllament XLPE ajuda els cables d'alimentació a mantenir la separació elèctrica i a resistir la deformació a mesura que els seus conductors s'escalfen. S'utilitza en cables que connecten inversors, quadres de distribució, equips industrials i transformadors. Entendre el material fa que sigui més fàcil comparar les especificacions del cable, però les condicions completes de construcció i instal·lació encara determinen si un cable s'adapta a un projecte.

En aquesta guia s'explica què és XLPE, com canvia-l'enllaç creuat el polietilè, com es relaciona amb XLPO i què cal comprovar en triar cables d'alimentació de CA de baixa-tensió o mitjana-tensió. Exemples de laGamma de cable SINELINK ACconnectar la ciència dels materials amb configuracions reals del producte.

Per què és important l'aïllament en els cables d'alimentació de CA

Un conductor transporta corrent; l'aïllament separa aquest conductor elèctricament d'altres conductors, pantalles i terra. Aquesta separació ha de mantenir-se efectiva mentre el cable experimenta tensió elèctrica, escalfament i refredament repetits i les forces mecàniques associades a la instal·lació.

El corrent produeix calor al conductor. La quantitat d'escalfament del cable depèn de les seves pèrdues elèctriques i de la facilitat amb què s'escapa aquesta calor. Els cables estretament agrupats, l'entorn calent i el sòl poc conductor poden dificultar el refredament. Per tant, l'aïllament ha de funcionar com a part d'un sistema tèrmic i elèctric, més que com a mostra de material aïllada.

Per a un contractista o comprador EPC, XLPE és un punt de partida. Comproveu si el cable complet coincideix amb el circuit previst:

• Aïllament:confirmar el grau, les dimensions i la tensió nominal.
• Protecció exterior:fer coincidir la funda i les capes protectores amb el recorregut.
• Límits d'instal·lació:confirmeu que el cable és adequat per a la instal·lació prevista.

Un material adequat és el punt de partida per a un disseny de cable fiable.

Què és XLPE i com canvia el polietilè la reticulació

XLPE significa polietilè reticulat-. El polietilè, o PE, és un polímer format per cadenes moleculars llargues. El PE termoplàstic ordinari es pot suavitzar i fluir quan s'escalfa prou. L'enllaç-creuat introdueix connexions químiques entre cadenes, creant una xarxa que restringeix el seu moviment.

La xarxa canvia el comportament del material sota calor i càrrega. El PE reticulat-no flueix i es remodela com un termoplàstic normal quan es fonen les seves regions cristal·lines. Això l'ajuda a resistir la deformació tèrmica. Encara pot suavitzar, envellir, oxidar-se o degradar-se si la seva temperatura o exposició supera els límits de la formulació i el disseny del cable.

Per tant, l'enllaç-creuat no és una promesa de resistència a la temperatura il·limitada. Les propietats finals també depenen de la resina base, els additius, les condicions de fabricació i el grau d'-reticulació. L'aïllament acabat ha de complir proves definides en lloc de portar només el nom XLPE.Evonik explica els principals-mecanismes d'enllaç creuat i el seu efecte sobre l'estabilitat del polietilè.

XLPE i XLPO comparats

XLPO significa poliolefina enllaçada-creuada. Les poliolefines són una família més àmplia de polímers que inclou el polietilè. En aquest sentit químic ampli, XLPE pertany a la família XLPO. Els termes no són dues categories materials mútuament excloents.

En les especificacions de cable, però, els noms s'utilitzen a diferents nivells de detall. XLPE identifica el polietilè com el polímer subjacent. XLPO és una descripció més àmplia que pot incloure diferents formulacions o barreges de poliolefines. Cap dels dos noms proporciona una recepta completa ni garanteix una classificació particular de flama, fum o intempèrie.

Un cable solar pot utilitzar formulacions XLPO tant en el seu aïllament com en la seva funda exterior, amb cada formulació optimitzada per a un treball diferent. Un cable d'alimentació de CA convencional pot utilitzar un aïllament XLPE sota una funda de PVC. Aquestes són opcions de construcció diferents, no evidència que una etiqueta de material sigui universalment millor.

Per a la perspectiva del-cable solar, llegiu el nostre article complementari,XLPO en cables solars: propietats del material i reticulació del feix d'electrons explicades. Proporciona la introducció relacionada amb l'XLPO i el processament-del feix d'electrons; la present guia se centra en l'aïllament XLPE en cables d'alimentació de CA.

On XLPE es troba en un cable d'alimentació

L'aïllament del conductor i la funda tenen feines separades

Un cable d'un sol nucli-de baixa tensió no blindat típic- té tres capes principals, cadascuna amb un treball independent:

• Conductor:transporta corrent.
• Aïllament XLPE:proporciona l'aïllament elèctric primari.
• Funda exterior:protegeix el nucli aïllat contra les condicions externes cobertes per l'especificació del producte.

La notació Cu/XLPE/PVC llegeix de dins a fora: conductor de coure, aïllament XLPE i funda de PVC. Al/XLPE/PVC segueix la mateixa lògica amb un conductor d'alumini. Per tant, un cable pot contenir tant XLPE com PVC sense cap contradicció: els dos materials compleixen funcions diferents.

Les construccions multinucli afegeixen nuclis aïllants, farcits o aglutinants segons sigui necessari. Els cables blindats i apantallats afegeixen més components. Aquestes capes s'han d'identificar individualment quan es revisa un dibuix o una cita.

Com es fabrica l'aïllament XLPE

La ruta de fabricació combina un compost adequat amb extrusió controlada i{0}}enllaç creuat. La seqüència exacta depèn del procés. No és incorrecte suposar que tots els cables d'alimentació XLPE travessen una línia d'irradiació-de feix d'electrons.

Reticulació de peròxid

En els sistemes de peròxid, l'escalfament activa un iniciador que afavoreix les connexions entre cadenes de polímers. Les condicions d'extrusió i curat han d'evitar una reacció prematura alhora que s'aconsegueixen les propietats d'aïllament previstes. La neteja del material i el processament estable són especialment importants en cables que funcionen amb tensions elèctriques més altes.

Alguns dissenys de cables curats-peròxid requereixen una desgasificació controlada per reduir la reacció dels-productes. El tractament depèn del compost, el gruix de l'aïllament i les especificacions; no és un temps universal aplicable a tots els cables XLPE. AEstudi dels subproductes de peròxid{0}il·lustra per què la desgasificació és una consideració de fabricació diferent en l'aïllament de cables d'alta tensió{0}.

Reticulació de silà

Els sistemes de silà utilitzen{0}}reaccions químiques assistides per humitat per formar la xarxa. El compost i la ruta de producció determinen com s'introdueixen la funcionalitat del silà i el catalitzador. El curat pot implicar una exposició controlada a la humitat, amb temperatura i temps gestionats per aconseguir el resultat especificat.

La qüestió de producció important és si s'aconsegueixen les propietats requerides a tot l'aïllament. L'aspecte de la superfície per si sol no pot demostrar un curat satisfactori.

Reticulació del feix d'electrons

Els electrons d'alta-energia poden crear llocs reactius en un compost polimèric adequat, cosa que permet que es formin enllaços entre cadenes. Aquesta ruta requereix un procés de formulació i exposició adequat a la geometria del cable. La penetració del feix, la dosi absorbida, el transport per cable i la uniformitat de l'exposició són importants.

La radiació també pot promoure la scissió i l'oxidació de la cadena. Per tant, més exposició no és millor automàticament. El procés qualificat ha d'equilibrar la formació de xarxa prevista amb els canvis materials no desitjats.

La qualitat depèn del resultat final

A través de les diferents vies, el control de producció inclou la manipulació de compostos, dimensions d'extrusió, concentricitat de l'aïllament, control de contaminació i verificació del comportament tèrmic i mecànic. Les proves de-conjunt en calent és un mètode rellevant per a materials-creuats; el seu procediment es descriu aIEC 60811-507. Els requisits d'acceptació provenen de l'especificació del cable aplicable. Un resultat exitós-configurat en calent per si sol no estableix el compliment complet del cable.

Per què XLPE s'utilitza àmpliament per a l'aïllament de cables

Rendiment elèctric

Les formulacions XLPE adequades proporcionen un fort aïllament elèctric i baixes pèrdues dielèctriques. Aquestes característiques ajuden a explicar el seu ús en la distribució d'energia. El benefici depèn del disseny i fabricació correcta de l'aïllament: els contaminants, els buits i les interfícies danyades poden perjudicar el rendiment fins i tot quan el material nominal és adequat.Borealis descriu un grau d'aïllament XLPE dedicat per a cables de corrent alterna de mitjana -tensió.

Resistència a la calor i estabilitat dimensional

L'encreuament-ajuda a l'aïllament a resistir la deformació a temperatures elevades i càrrega mecànica. Molts cables d'alimentació XLPE convencionals s'especifiquen per a una temperatura màxima contínua del conductor de 90 graus. Això descriu el conductor, no l'aire circumdant, i és una qualificació per verificar per al cable exacte.

Els terminals i els equips connectats poden imposar límits de temperatura inferiors. La qualificació d'aïllament més alta del cable no anul·la aquestes restriccions. ElDiscussió de l'IET sobre les classificacions dels cables termoestablesexplica per què és important la compatibilitat dels equips a l'hora de seleccionar la capacitat de càrrega actual-.

Curt circuit i rendiment a llarg termini

El servei continu i les condicions de-curtcircuit són funcions diferents. Alguns dissenys de cable XLPE especificats permeten una temperatura del conductor de 250 graus durant un curtcircuit limitat, normalment fins a cinc segons. Aquest no és un objectiu operatiu ni un permís per sobreescalfaments repetits. El servei permès s'ha de comprovar amb el corrent de falla, el temps d'eliminació del-dispositiu de protecció, la mida del conductor i l'especificació del cable.

El rendiment-a llarg termini també depèn dels antioxidants, la temperatura de funcionament, l'exposició ambiental i la integritat del cable complet. XLPE ofereix als dissenyadors una capacitat tèrmica útil, però no elimina la necessitat d'una mida i protecció adequades.

Comparació d'aïllament XLPE i PVC

Una comparació útil manté la funció constant: aïllament XLPE versus aïllament PVC. La comparació d'un material d'aïllament amb la funda exterior de l'altre cable pot conduir a conclusions enganyoses.

Una classificació de temperatura d'aïllament més alta pot suportar un corrent admissible més alt en condicions adequades, però no s'aplica cap augment percentual universal. A la comparació s'han d'incloure el mètode d'instal·lació, l'agrupació, la temperatura ambient i els límits de l'equip. De la mateixa manera, cap nom del material per si sol estableix flexibilitat, vida esperada o cost instal·lat total.

Conductors de coure o alumini amb aïllament XLPE

L'aïllament XLPE es pot aplicar a conductors de coure o alumini. L'elecció del conductor afecta la resistència elèctrica, el pes, les dimensions i el disseny de la connexió; no canvia el paper bàsic de l'aïllament.

Per a la mateixa longitud i -àrea de secció transversal, l'alumini té una resistència elèctrica més alta que el coure. Per tant, pot ser necessària una secció d'alumini més gran per complir els mateixos requisits del circuit. La selecció real ha de satisfer l'ampacitat, la caiguda de tensió i el servei de fallada en lloc de dependre d'una única relació de substitució.

La menor densitat de l'alumini pot reduir el pes de manipulació, especialment en alimentadors grans. S'hauria d'avaluar el benefici potencial del cost juntament amb les dimensions més grans del cable, la disposició de suport i els terminals compatibles. La preparació correcta de la superfície, la selecció del connector i els procediments d'estrenyiment són parts importants de la connexió instal·lada.

SINELINK'sCable d'alimentació Al / XLPE / PVCofereix una opció de conductor-d'alumini amb aïllament XLPE i revestiment de PVC. Compareu-lo amb la versió de coure utilitzant els requisits complets del circuit i la interfície de l'equip, no només el preu del conductor.

Per què els cables de mitjana tensió necessiten capes addicionals

A mesura que augmenta l'estrès elèctric, les interfícies al voltant de l'aïllament requereixen un major control. Un cable de mitjana tensió-apantallat típic afegeix capes semiconductores al voltant del conductor i l'aïllament, així com una pantalla metàl·lica. Les funcions d'aquests components són diferents.

La pantalla metàl·lica no és un substitut de l'armadura mecànica. La seva-secció transversal i la disposició d'unió s'han de coordinar amb el disseny elèctric. Les unions i les terminacions dels cables també necessiten dimensions compatibles, classificacions de tensió i components de control-d'estrès.

ElSINELINK MV Cable d'un sol -nucli XLPE aïllat sense blindatge amb conductor de coureutilitza pantalles semiconductores, una pantalla de cinta de coure i una funda de PVC. És un exemple útil de com un material d'aïllament forma part d'una construcció coordinada de mitjana-tensió.

Llegiu atentament la designació de tensió:

• U₀:tensió nominal entre el conductor i la terra o la pantalla.
• U:tensió nominal entre conductors.
• Uₘ:tensió màxima del sistema associada.

Seleccioneu la classificació del sistema i les seves condicions de connexió a terra; no deduïu la idoneïtat de la paraula XLPE.

L'armadura de la funda i les especificacions del foc encara importen

Rutes exteriors i soterrades

L'aïllament XLPE dins d'un cable no estableix per si sol resistència a la llum solar, oli, exposició química o immersió contínua. Aquestes condicions impliquen la funda i altres components de protecció, així com l'aïllament. L'enterrament directe requereix una construcció de cable i un disseny d'instal·lació adequat als riscos reals del sòl, l'aigua i els riscos mecànics.

Un cable no blindat pot necessitar protecció mecànica externa. Un cable blindat encara necessita una correcta manipulació, flexió i terminació. Per als circuits de CA d'un sol nucli-, el material i la disposició de l'armadura requereixen una atenció especial a les pèrdues magnètiques; un disseny blindat-d'acer multinucli no s'ha de copiar indistintament en una única especificació-de nucli.Construccions de cables blindats LV d'Elandil·lustren aquesta distinció.

Per obtenir un exemple multinucli, reviseu elCable blindat XLPE de cinc nuclis -3C+2 amb conductor de coure. Confirmeu les mides del nucli, les funcions del circuit i la construcció exacta de l'armadura amb el disseny del projecte.

Retard de flama baix contingut de fums i halògens

Les especificacions relacionades-incendis descriuen diferents propietats. Comproveu cada requisit per separat:

• Retard de flama:propagació de la flama sota proves definides.
• Baix fum:generació de fum.
• Requisits lliures{0}d'halògens:composició del material rellevant o proves de gas especificades.
• Resistència al foc o integritat del circuit:funció elèctrica continuada en condicions d'incendi especificades.

El polietilè no modificat no conté halògens, però això no fa que tots els cables aïllats-XLPE siguin un producte acabat amb poc-fum i lliure d'halògens-. Una funda de PVC conté clor. Els farcits, les cintes i altres components no-metàl·lics també s'han de tenir en compte a l'hora de fer una reclamació de cable-complet.

SINELINK'sCable d'alimentació de CA de baixa tensió-retardant de flama LSZHcombina l'aïllament XLPE amb una construcció especificada de baix-fum i lliure d'halògens-. Relaciona la variant seleccionada i prova l'evidència amb el rendiment de foc requerit. El retard de flama no estableix la integritat del circuit durant un incendi.

Què afecta la vida útil de l'aïllament XLPE

L'envelliment tèrmic s'acumula durant el funcionament. El sobreescalfament sostingut i les connexions deficients poden accelerar el deteriorament, mentre que les beines danyades o les condicions d'instal·lació inadequades poden exposar el cable a una tensió addicional. No es pot assignar una vida útil universal només a partir del nom de l'aïllament.

En aplicacions de mitjana-tensió, els defectes i les interfícies adverses poden concentrar l'estrès elèctric. La descàrrega parcial pot danyar l'aïllament localment. L'arborització elèctrica implica camins relacionats amb l'avaria de ramificació-; L'arborització de l'aigua és un procés de degradació diferent associat a la humitat i l'estrès elèctric. Aquests termes no s'han d'utilitzar de manera intercanviable ni s'han d'assumir per descriure tots els cables descolorits.

Qualitat del material i matèria de construcció. Els compostos retardants d'-arbre-aigua són opcions de disseny diferents i les funcions de-bloqueig d'aigua estan separades de la designació bàsica de XLPE. La instal·lació i el manteniment han de preservar el sistema de protecció del cable, inclosos els segells, la integritat de la funda i les unions i terminacions adequades.

Quan l'estat del cable sigui incert, l'avaluació ha de seguir el procediment d'inspecció i prova elèctrica adequat. Una fotografia o l'aspecte de la-funda exterior no pot establir la vida útil restant de l'aïllament. L'historial d'operacions, la càrrega i els resultats de les proves proporcionen proves més útils que una estimació de la vida-del servei no compatible.Visió general dels-materials de cable de Borealisofereix antecedents sobre sistemes d'aïllament i opcions de materials.

Com especificar un cable de CA aïllat XLPE

Comenceu amb la informació del servei i la ruta del circuit i, a continuació, seleccioneu la construcció completa. El mateix material aïllant es pot utilitzar en cables amb capacitats d'instal·lació molt diferents.

Demaneu proves que coincideixin amb el cable ordenat

Demaneu registres que coincideixin amb el cable demanat:

• Conductor i dimensions:resistència del conductor i dimensions d'aïllament.
• Rendiment elèctric:proves de tensió aplicables.
• Rendiment del material:les propietats de tracció, l'envelliment i les proves{0}}calentes.
• Dissenys de mitjana{0}}tensió apantallats:les proves elèctriques especificades per a aquest disseny, incloses les proves de descàrrega-parcial, si escau.

Les proves de rutina, mostres i tipus tenen finalitats diferents. Els compradors han d'acordar quins registres de producció acompanyen la comanda i quins-informes de qualificació de disseny la donen suport. No s'ha de suposar que un resultat de prova d'una altra font de tensió, construcció o fabricació cobreix el cable ofert.

La norma aplicable ha de coincidir amb el rang de tensió i el mercat.IEC 60502-1adreça cables d'alimentació d'aïllament-extrudits de 1 kV i 3 kV;IEC 60502-2aborda el rang rellevant de 6 kV a 30 kV, amb les tensions màximes del sistema associades. Una designació de 26/35 (40,5) kV no s'ha de presentar automàticament tal com està coberta per IEC 60502-2. Comproveu l'estàndard i l'edició-específics del projecte. Les proves en calent es refereixen a un mètode de prova de material, no a una aprovació completa del producte.

Preguntes freqüents

P: És el mateix XLPE que XLPO

XLPE identifica polietilè reticulat-, mentre que XLPO és el terme més ampli de poliolefina reticulada-. El polietilè pertany a la família de les poliolefines, però una descripció àmplia de XLPO no identifica una formulació exacta. Compareu les especificacions del producte i proveu proves en lloc de confiar només en l'acrònim.

P: Cada cable XLPE està lliure d'halògens

No. L'aïllament XLPE es pot utilitzar sota una funda de PVC o al costat d'altres components que contenen halògens-. Una reclamació de cable-acabada ha de tenir en compte els components rellevants i les proves requerides. El rendiment baix-fum i flames- també necessita proves separades.

P: Es poden utilitzar cables aïllats XLPE a l'aire lliure o enterrats

Es poden dissenyar per a aquestes aplicacions, però XLPE per si sol no estableix la idoneïtat. Comproveu les propietats de la funda, l'exposició a l'aigua, la protecció mecànica i els requisits d'instal·lació del cable exacte. L'enterrament directe i la instal·lació en un conducte subterrani protegit són condicions diferents.

P: Tots els cables XLPE estan encreuats per un feix d'electrons?

No. Els processos de peròxid, silà i irradiació es poden utilitzar amb sistemes de polietilè adequats. La ruta qualificada depèn de la formulació, la geometria del cable i els requisits de rendiment. Pregunteu al proveïdor quan l'especificació del projecte requereix un procés determinat.

P: Una classificació de 90 graus permet operar amb aire de 90 graus

No. Una temperatura màxima del conductor de 90 graus deixa un marge tèrmic entre l'entorn i el conductor. El corrent genera calor addicional, de manera que el corrent permès depèn de l'entorn i de les condicions de refrigeració. També s'han de respectar els límits de temperatura terminals.

P: L'aïllament XLPE és sempre millor que el PVC?

L'elecció adequada depèn del circuit, els límits de temperatura, la instal·lació i els requisits de cost. XLPE ofereix propietats tèrmiques i elèctriques útils, però un cable aïllat de PVC-complint pot ser adequat per a la seva funció especificada. Compareu dissenys de cable equivalents per a la mateixa instal·lació.

Productes relacionats

• Cable d'alimentació de coure XLPE PVC d'un sol nucli{0}per revisar els requisits convencionals de distribució de baixa tensió fixa-.
• Cable d'alimentació de PVC XLPE d'aluminiper a comparacions d'alimentadors amb pes, dimensions i cost del conductor.
• Cable de coure blindat XLPE de cinc-nuclisper a projectes que requereixen una configuració blindada multinucli adequada.
• Cable de baixa tensió-retardant de flama LSZHper als requisits definits de propagació-de fum, halògens i flama.
• Cable de coure d'un sol-nucli MV apantallatper a dissenys de distribució de mitjana-tensió i accessoris compatibles.

Busques un cable aïllat-XLPE per al teu projecte? Envieu a SINELINK la informació següent:

• Tensió del sistema i corrent de càrrega.
• Longitud del cable i condicions d'instal·lació.
• Normes requerides.
• Una programació de cables o un diagrama d'-línia única, quan estigui disponible.

Podem ajudar a identificar una configuració adequada i proporcionar dades tècniques i un pressupost per a la seva revisió.

Exploreu els cables d'alimentació de CAoSol·licitar dades tècniques i pressupost.

Referències tècniques

Les fonts següents donen suport a la discussió sobre el material i l'enginyeria. Les puntuacions i la disponibilitat específiques del producte-s'han de confirmar amb la cotització actual i el full de dades aprovat.

• Evonik - Silans per a la reticulació: xarxes de polietilè i vies químiques i de radiació.
• Cable IET - PVC termoplàstic o SWA XLPE termoestables: classificacions de temperatura del conductor i limitacions de l'equip.
• IEC 60811-507: mètode de prova-configurat en calent per a materials-creuats.
• Distribució - flexible de subproductes de peròxid-al llarg de cables XLPE desgasificats: subproductes de-fabricació i desgasificació.
• Borealis - Borlink LS4201R: exemple de compost d'aïllament de CA de MT dedicat.
• Eland Cables - Cables XLPE blindats LV: construccions de protecció representatives d'un sol-nucli i multinucli.