کابل آلومینیومی XLPE چیست ؟

 کابل آلومینیومی XLPE چیست ؟

کابل های آلومینیومی عایق شده با پلی اتیلن متقاطع (XLPE) یک نوع کابل برق رایج است که برای انتقال و توزیع برق استفاده می شود. کابل های آلومینیومی XLPE مزایای متعددی نسبت به مواد عایق کابل سنتی مانند PVC دارند که آنها را برای شبکه های الکتریکی مدرن محبوب می کند. این مقاله مقدمه‌ای بر کابل‌های آلومینیومی عایق‌شده XLPE، ساختار، خواص، کاربردها و مزایای آن‌ها ارائه می‌کند.

XLPE چیست؟

XLPE مخفف پلی اتیلن متقاطع است، یک پلیمر پلاستیکی گرماسخت که اغلب به عنوان عایق و مواد غلاف برای کابل های برق استفاده می شود. پیوند متقاطع به پیوندهای مولکولی سه بعدی در پلی اتیلن اطلاق می شود که در طی یک فرآیند تولید به نام ولکانیزاسیون ایجاد می شود. این اتصال عرضی XLPE را به یک عایق الکتریکی عالی با پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی بالا در مقایسه با پلی اتیلن غیر متقاطع تبدیل می کند.

XLPE برای عایق کابل معمولاً با افزودن پراکسیدهای آلی به پلی اتیلن تحت دما و فشار بالا تولید می شود. پراکسیدها باعث ایجاد پیوند متقابل بین زنجیره های مولکول پلی اتیلن می شوند و ترموپلاستیک را به یک ماده ترموست تبدیل می کنند. میزان اتصال متقابل را می توان در طول ساخت کنترل کرد تا خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی مورد نظر در XLPE نهایی به دست آید.

ساخت کابل های XLPE

کابل های آلومینیومی با عایق XLPE ساختار نسبتاً ساده ای دارند که به سودمندی و تطبیق پذیری آنها کمک می کند. اجزای اصلی عبارتند از:

• هادی – سیم آلومینیومی رشته ای که به عنوان هادی حامل جریان عمل می کند. موجود در اندازه های مختلف و آرایش رشته ها برای رسیدگی به ظرفیت ها و انعطاف پذیری های مختلف.
• سپر هادی – لایه اختیاری نوار نیمه هادی یا لایه نیمه کانکتور اکسترود شده روی هادی اعمال می شود. استرس الکتریکی را برابر می کند و از آسیب تخلیه جزئی جلوگیری می کند.
• عایق – عایق XLPE بر روی هادی اکسترود شده تا حفاظت الکتریکی و مکانیکی را فراهم کند. ضخامت آن درجه ولتاژ کابل را تعیین می کند.
• سپر عایق – انتخابی لایه نیمه اکسترود شده روی عایق برای صاف کردن میدان الکتریکی در سطح عایق.
• غلاف فلزی – چسب نواری یا زره سیمی به عنوان محافظ مکانیکی برای هسته کابل. اغلب آلومینیوم یا مس.
• غلاف بیرونی – لایه اکسترود شده پلی اتیلن یا پی وی سی به عنوان محافظ محیطی اضافی. اغلب سیاه برای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش.

کابل ها را می توان با لایه های محافظ اضافی مانند موانع رطوبت یا پلیمرهای تقویت شده با الیاف برای کاربردهای تخصصی ساخت. ساختار اصلی تعادل بهینه ای از عملکرد الکتریکی، مکانیکی و محیطی را در اکثر سناریوهای نصب فراهم می کند.

مزایا و خواص کابل های XLPE

کابل های آلومینیومی XLPE مزایای عملکردی قابل توجهی نسبت به مواد عایق کابل سنتی دارند که آنها را برای زیرساخت های الکتریکی مدرن ایده آل می کند. مزایای کلیدی عبارتند از:

عملکرد حرارتی

XLPE دارای استقامت حرارتی بالای 130 درجه سانتیگراد و هدایت حرارتی عالی است. این امکان عملکرد ایمن را در دمای بالا و بارهای فعلی فراهم می کند. XLPE انعطاف پذیری خود را حتی تا -50 درجه سانتیگراد حفظ می کند.

خواص الکتریکی

XLPE عایق الکتریکی فوق العاده ای با استحکام دی الکتریک بالا (> 25 کیلو ولت بر میلی متر) و مقاومت (1015×1 اهم سانتی متر) ارائه می دهد. حداقل تلفات خازنی را تجربه می کند و تلفات دی الکتریک پایینی در محدوده فرکانس وسیعی دارد.

مقاومت شیمیایی

ساختار متقابل XLPE پایداری شیمیایی و مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدها، روغن ها و حلال ها می دهد. XLPE پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت یکپارچگی را حفظ می کند.

مقاومت در برابر رطوبت

XLPE مقاومت در برابر رطوبت آبگریز را ارائه می دهد و عملکرد عالی را در شرایط مرطوب یا غرقابی که عایق کاغذ آغشته شده با شکست مواجه می شود، اجازه می دهد.

عمر طولانی خدمات

عایق XLPE برای چندین دهه پیر نمی شود و از بین نمی رود و به کابل ها عمر طولانی تری نسبت به سایر عایق ها می دهد. مقاومت حرارتی و تشعشعی عایق قابل اعتماد را در طول زمان تضمین می کند.

عایق نازک تر

استحکام دی الکتریک برتر XLPE باعث می شود عملکرد الکتریکی معادل سایر عایق ها با مشخصات نازک تر باشد. این باعث صرفه جویی در مس یا آلومینیوم در ساخت کابل می شود.

سبک وزن

چگالی کم مواد باعث می‌شود کابل‌های XLPE سبک‌تر از کابل‌های عایق‌شده از کاغذ یا لاستیکی باشند و نصب را ساده‌تر کرده و بار روی پایه‌ها را کاهش می‌دهد.

از نظر محیطی پایدار است

XLPE غیر آلاینده، غیر سمی و غیر رطوبت گیر است. کابل ها در دمای عملیاتی با حداقل اثرات زیست محیطی ایمن هستند.

فرآیند تولید کابل

تولید کابل‌های عایق‌دار XLPE برای دستیابی به کیفیت بالا به تجهیزات و فرآیندهای تخصصی نیاز دارد:

اکستروژن

اکسترودرها پودر پلی اتیلن را ذوب می کنند و آن را از طریق یک قالب به یک پروفیل پیوسته روی هادی کابل پمپ می کنند. کالیبراتورهای خنک کننده ضخامت عایق یکنواخت را دقیقاً تنظیم می کنند. اکستروژن لایه هر ژاکت و غلاف را اعمال می کند.

ولکانیزاسیون

کابل تشکیل شده از طریق یک لوله ولکانیزاسیون مداوم تحت فشار عبور می کند. دمای 150-300 درجه سانتیگراد، پلیمر را ذوب می کند و امکان اتصال عرضی را فراهم می کند. کنترل دقیق فرآیند از پخت بیش از حد جلوگیری می کند.

خنک کننده

پس از ولکانیزاسیون، کابل با دمای بالا از یک مخزن خنک کننده آب عبور می کند تا عایق را دوباره جامد کند. خنک کننده هوا یا آب نیز ممکن است ژاکت را درمان کند.

آزمایش کردن

آزمایش درون خطی پیوسته ضخامت عایق، خروج از مرکز و سایر پارامترها را برای حفظ کنترل کیفیت بررسی می کند. خواص دی الکتریک، مکانیکی و ابعادی نیز بر روی نمونه ها آزمایش می شود.

قرقره کردن

طول های طولانی کابل به طور مداوم بر روی قرقره ها یا درام ها برای حمل و نقل قرار می گیرد. ماشین های قرقره خودکار به طور دقیق تنش را برای جلوگیری از تغییر شکل عایق کنترل می کنند.

کنترل های ساخت مناسب، سیستم های اکستروژن و پخت پیشرفته و آزمایش های گسترده تضمین می کند که هر متر کابل XLPE با مشخصات عملکرد مطابقت دارد.

کاربردهای کابل های XLPE

خواص مطلوب کابل های آلومینیومی XLPE آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردهای الکتریکی ولتاژ متوسط و بالا مناسب می کند:

توزیع قدرت

کابل های توزیع XLPE در ولتاژهای 5 کیلو ولت تا 35 کیلو ولت برای شبکه های صنعتی، شهری و تجاری شبکه کار می کنند. قدرت بالای آنها صدها MVA را تحمل می کند.

انتقال نیرو

کابل های انتقال XLPE تا 500 کیلو ولت برای اتصالات راه دور کار می کنند. عملکرد دمای بالا مناسب نصب زیرزمینی در کانال کانال و تونل است.

کابل های زیردریایی

کابل‌های زیردریایی XLPE مقاوم در برابر آب، انرژی را تا 500 کیلوولت DC از طریق دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها منتقل می‌کنند. عایق در برابر درختان آب مقاوم است.

خطوط هوایی

هادی های بالای سر از عایق XLPE در محدوده های ولتاژ انتقال استفاده می کنند که در آن هوا به تنهایی قوس می شود. هادی های محافظت شده XLPE جایگزین کابل اسپیسر می شوند.

کابل آلومینیومی XLPE چیست ؟

نیروگاه های هسته ای

مقاومت در برابر تشعشع XLPE امکان عملکرد ایمن در ایستگاه های هسته ای برای کابل های منبع تغذیه را فراهم می کند. استقامت حرارتی مناسب شرایط حادثه است.

توربین های بادی

کابل‌های انعطاف‌پذیر XLPE در برابر خستگی خمشی مقاومت می‌کنند زیرا کابل‌های توربین برای جهت‌گیری با جهت باد در ارتفاعات تا 100 متر می‌پیچند.

آرایه های فتوولتائیک

کابل PV XLPE بادوام پانل ها و اینورترها را به هم متصل می کند. کابل هایی که به زیر زمین هدایت می شوند یا در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار دارند از ترکیبات مقاوم در برابر نور خورشید استفاده می کنند.

قدرت کشش

راه‌آهن‌ها از کابل‌های کششی XLPE با ولتاژ بالای 25 کیلوولت AC برای برق‌رسانی AC ولتاژ بالا استفاده می‌کنند. انعطاف پذیری بالا مناسب حرکت است.

موتورها و ژنراتورها

سیم‌پیچ‌های مگنت عایق‌دار XLPE در موتورهای الکتریکی فشار متوسط و بالا، ژنراتورها و ترانسفورماتورها کاربرد دارند.

سکوهای معدن و فراساحل

کابل های سخت XLPE در برابر لرزش، خرد شدن، رطوبت و مواد شیمیایی در تجهیزات معدن، حفاری دریایی و عملیات استخراج مقاومت می کنند.

مقایسه با کابل های PVC و EPR

کابل های XLPE مزایای عمده ای نسبت به جایگزین های عایق مانند PVC و EPR دارند:

پی وی سی

• بیش از 70 درجه سانتیگراد نمی تواند کار کند
• مقاومت شیمیایی و آتش سوزی ضعیف
• با گذشت زمان تجزیه می شود و گازهای سمی آزاد می کند
• تلفات دی الکتریک بالا
• از نظر محیطی پایدار نیست

EPR

• حد حرارت 90 درجه سانتی گراد
• مقاومت ضعیف در برابر تنش خنثی و یونی
• تلفات بیشتر از XLPE
• گرانتر از XLPE

XLPE

• درجه حرارت بالا 130 درجه سانتیگراد
• مقاومت شیمیایی عالی
• پایداری طولانی مدت، پیری کم
• تلفات کم در محدوده فرکانس وسیع
• از نظر محیطی پایدار است

چالش برای کابل های XLPE

در حالی که XLPE به طور کلی یک عایق کابل عالی است، برخی از چالش ها باید در نظر گرفته شوند:

• ورود رطوبت – با وجود مقاومت خوب در برابر آب، XLPE می تواند رطوبت را در طول زمان جذب کند و مقاومت عایق را کاهش دهد. موانع مناسب در هنگام نصب مورد نیاز است.
• تخلیه جزئی – نقص در هندسه عایق می تواند باعث تخلیه جزئی در داخل حفره ها تحت تنش AC شود. این به تدریج XLPE را تخریب می کند.
• پایداری حرارتی – قرار گرفتن در معرض بالای 140 درجه سانتیگراد طی سالها می تواند به تدریج پیوندهای XLPE را تخریب کند. کاهش دقیق ampacity این را مدیریت می کند.
• خوردگی گاز اسیدی – عایق XLPE پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض ترکیبات گوگردی آزاد شده از برخی از کابل های در حال سرویس آسیب می بیند. ساخت و ساز مناسب از این امر جلوگیری می کند.
• انتشار مس – در ولتاژهای بالاتر، مس می تواند در طول چندین دهه در عایق پخش شود و قدرت دی الکتریک را کاهش دهد. محافظ عایق از این امر جلوگیری می کند.

با طراحی، مهندسی و نصب خوب، می توان این مکانیسم های خرابی بالقوه را برای دستیابی به عملیات طولانی مدت قابل اعتماد در نظر گرفت.

چشم انداز آینده

XLPE به دلیل خواص متعادل الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و حرارتی خود به عنوان یک ماده عایق کابل پیشرفته به محبوبیت خود ادامه خواهد داد.

تحقیقات در حال انجام XLPE بر روی موارد زیر متمرکز است:

• توسعه ترکیبات XLPE جدید با عملکرد پیشرفته از طریق استفاده از پرکننده‌های نانو و فرآیندهای پیوند متقابل جایگزین که به دنبال افزایش درجه حرارت، افزایش قدرت شکست و بهبود مقاومت در برابر آتش است.
• مدل سازی مکانیسم های تخریب الکتریکی و حرارتی در عایق XLPE برای ایجاد مدل های دقیق تر پیش بینی طول عمر و تعیین چرخه های جایگزینی بهینه.
• سیستم های مانیتورینگ خطی برای تشخیص تخلیه جزئی، گرمای بیش از حد، یا سایر مسائل عایق در حین کار برای بهبود نگهداری پیشگیرانه.
• روش های بازیافت برای بازیابی و استفاده مجدد از منابع مس و آلومینیوم قابل توجه موجود در کابل های بازنشسته XLPE.
• تکنیک های تولید کم هزینه برای کاهش مصرف انرژی برای ولکانیزاسیون و بهبود بهره وری اکستروژن.

در سمت طراحی کابل، اندازه هادی بزرگتر، رتبه های ولتاژ بالاتر، سنسورهای تشخیصی و اتصالات کابل برای استفاده کامل از قابلیت های عایق XLPE برای نیازهای فعلی و آینده شبکه بهبود می یابند.

نتیجه

کابل های برق آلومینیومی XLPE یک فناوری تحول آفرین است که برای زیرساخت های الکتریکی مدرن ضروری شده است. خواص منحصر به فرد عایق پلی اتیلن شبکه ای باعث پیشرفت های عمده در ظرفیت انتقال و قابلیت اطمینان و در عین حال کاهش اثرات زیست محیطی شد. کابل‌های XLPE به دلیل ویژگی‌های عملکرد متعادل، عمر عملیاتی طولانی، سازگاری با زیرساخت‌های موجود و هزینه‌های چرخه عمر رقابتی، همچنان برترین انتخاب در میان شرکت‌ها، صنعت و توسعه‌دهندگان در سراسر جهان هستند. پیشرفت‌های مداوم در فرمول‌بندی، تشخیص و ساخت XLPE از افزایش پذیرش با تکامل شبکه‌ها برای رفع نیازهای انتقال انرژی پاک پشتیبانی می‌کند.

سوالات متداول

1. XLPE چیست؟

XLPE مخفف عبارت Cross-Linked Polyethylene است، یک پلیمر ترموست که به دلیل خواص منحصر به فردش که عملکرد کابل های برق را بهبود می بخشد، شناخته شده است.

2. چرا آلومینیوم به عنوان هادی انتخاب شده است؟

آلومینیوم به دلیل ماهیت سبک وزن و رسانایی عالی آن به عنوان رسانا انتخاب می شود که آن را برای انتقال جریان الکتریکی کارآمد می کند.

3. کابل های آلومینیومی XLPE معمولا در کجا استفاده می شوند؟

کابل های آلومینیومی XLPE کاربردهای رایجی در توزیع برق، پروژه های انرژی تجدیدپذیر، تنظیمات صنعتی و تاسیسات زیرزمینی پیدا می کنند.

4. کابل های آلومینیومی XLPE چه مزایایی دارند؟

کابل های آلومینیومی XLPE مزایایی مانند تلفات انتقال کمتر، دوام، انعطاف پذیری و سازگاری با محیط زیست را ارائه می دهند.

5. کابل های آلومینیومی XLPE چگونه به پایداری کمک می کنند؟

کابل های آلومینیومی XLPE از طریق بهره وری انرژی، قابلیت بازیافت و نقش آنها در حمایت از پروژه های انرژی تجدیدپذیر به پایداری کمک می کند.