Cách điện XLPE: Thuộc tính, Quy trình đùn và Hướng dẫn lựa chọn dành cho nhà sản xuất cáp

Vật liệu cách nhiệt XLPE tồn tại vì một lý do: polyetylen thông thường không thể giữ được khi cáp nóng. Liên kết ngang nối lại cấu trúc polyme để vật liệu ngừng nóng chảy, giữ được tính toàn vẹn về điện và chịu được tác động Nhiệt độ dây dẫn liên tục 90°C với đỉnh điểm ngắn mạch lên tới 250°C. Nếu bạn sản xuất cáp điện, hệ thống dây điện ô tô hoặc cáp điều khiển công nghiệp, XLPE là chuẩn mực để bạn so sánh với mọi vật liệu cách nhiệt khác. Hướng dẫn này đề cập đến vật liệu cách nhiệt XLPE là gì, cách thức hoạt động, cách thức ép đùn và những điều cần đánh giá khi bạn chọn dây chuyền ép đùn.

Cách điện XLPE là gì và tại sao liên kết chéo lại thay đổi mọi thứ

XLPE là viết tắt của Polyethylene liên kết ngang. Nguyên liệu thô là polyetylen có độ chảy tốt và sạch, thường được xử lý ở nhiệt độ nóng chảy dưới 150°C. Sau khi ép đùn, cáp đi qua giai đoạn xử lý nối các chuỗi polymer riêng biệt thành mạng ba chiều. Sự thay đổi duy nhất đó biến nhựa nhiệt dẻo thành nhựa nhiệt rắn.

Nhựa nhiệt dẻo PE mềm đi khi dây dẫn nóng lên và có thể biến dạng dưới áp suất bên trong ống dẫn hoặc ống dẫn. XLPE giữ được hình dạng của nó vì mạng liên kết chéo giữ các chuỗi polymer lại với nhau. Kết quả thực tế là cáp có thể chạy nóng hơn, mang nhiều dòng điện hơn đối với cùng kích thước dây dẫn và xử lý tình trạng quá tải mà không bị đứt.

Từ nhựa nhiệt dẻo PE đến mạng lưới nhiệt rắn

Trong quá trình liên kết ngang, các vị trí được kích hoạt trên chuỗi polyetylen liền kề hình thành liên kết cộng hóa trị. Trong peroxide XLPE, nhiệt phân hủy dicumyl peroxide ở nhiệt độ trên khoảng 180°C để tạo ra các gốc tự do tạo ra các liên kết đó. Trong silane XLPE, độ ẩm gây ra phản ứng ngưng tụ giữa các chuỗi ghép silane. Trong cả hai trường hợp, vật liệu cuối cùng không còn tan chảy nữa.

Các chỉ số tiêu chuẩn của phản ứng liên kết ngang thành công bao gồm độ giãn dài khi đặt nóng dưới 175% ở 200°C (IEC 60811-507) và hàm lượng gel thường trên 70–80%. Nếu mức độ liên kết ngang giảm, lớp cách nhiệt vẫn giữ được khả năng nhớ nhiệt và có thể biến dạng ở nhiệt độ cao.

Nơi cách nhiệt XLPE kiếm được tiền

Chất cách điện XLPE chiếm ưu thế trong các loại cáp phân phối trung thế từ khoảng 6 kV đến 35 kV, đồng thời nó cũng hoạt động tốt trong các loại cáp cao thế và siêu cao áp đến 500 kV. Dây điện hạ thế, cáp khai thác mỏ, cáp tàu thủy, cáp ắc quy ô tô và cáp mảng trang trại gió cũng chỉ định XLPE khi ứng dụng yêu cầu hoạt động ở 90°C hoặc khả năng chịu quá tải tốt hơn.

So sánh vật liệu cách nhiệt XLPE với các hợp chất cách nhiệt khác

Việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt liên quan đến việc cân bằng định mức nhiệt, tính chất điện môi, tính linh hoạt và chi phí. Bảng dưới đây so sánh các vật liệu thường thấy nhất trên dây chuyền ép đùn.

Các thuộc tính XLPE chính thúc đẩy thiết kế cáp

Dữ liệu quan trọng nhất trên biểu dữ liệu thuộc ba nhóm: lão hóa điện, nhiệt và lâu dài. Đây là những gì cần tìm kiếm, với các giá trị điển hình xuất hiện trên thông số kỹ thuật kết hợp.

• Điện trở suất thể tích: Hợp chất XLPE thể hiện 10 ¹⁵ đến 10 ¹⁶ ohm-cm ở 20°C, đó là lý do tại sao dòng rò vẫn ở mức thấp ngay cả ở 90°C.
• Độ thấm tương đối: khoảng 2,3 đến 2,5 ở tần số nguồn. Giá trị thấp này làm giảm điện dung và tổn thất điện môi trong các mạch phân phối dài.
• Hệ số tản nhiệt (tan delta): dưới 0,001 ở 20°C và tần số nguồn trong các hợp chất tốt; giá trị cao hơn cho thấy ô nhiễm hoặc độ ẩm.
• Độ bền điện môi: các thử nghiệm ngắn hạn trên lớp cách điện XLPE ép đùn thường đạt 20 đến 40 kV/mm tùy thuộc vào độ dày, cấu hình điện cực và độ sạch của hợp chất.
• Đánh giá nhiệt: Nhiệt độ dây dẫn liên tục 90°C, 130°C overload (cable-dependent), and 250°C short-circuit peak per IEC 60502 .
• Lão hóa và khả năng chống chịu nước của cây: các hợp chất XLPE (TR-XLPE) làm chậm cây có thêm các chất phụ gia đặc biệt làm chậm quá trình hình thành cây điện hóa trong môi trường ẩm ướt.

Ba con đường liên kết chéo để tạo ra XLPE

Cách XLPE được liên kết chéo sẽ thay đổi cách bố trí dây chuyền sản xuất, tính chất hóa học và các loại cáp mà bạn có thể tạo ra. Ba tuyến đường thống trị thị trường.

Liên kết ngang Peroxide

Peroxide XLPE là tiêu chuẩn cho cáp trung thế và cao thế. Hợp chất này chứa dicumyl peroxide, chất này phân hủy ở nhiệt độ cao bên trong ống lưu hóa liên tục (CV) ở nhiệt độ 350–450°C hơi nước hoặc nitơ dưới áp suất. Cáp nằm trong ống đủ lâu để đạt được mức độ liên kết ngang cần thiết. Sau khi đóng rắn, các sản phẩm phụ của peroxide phải khử khí, trong một số thiết kế trong vài ngày hoặc thậm chí vài tuần, trước khi cáp có thể bị ngắt.

Liên kết ngang Silan

Silane XLPE sử dụng quy trình hai bước (Sioplas) hoặc một bước (Monosil). Polyethylene được ghép với vinyl silane và sau đó được liên kết chéo bằng cách tiếp xúc với nước nóng hoặc hơi nước. Sau quá trình ép đùn là bể xử lý; tốc độ đường truyền thường thấp hơn vì hơi ẩm phải khuếch tán vào lớp cách nhiệt. Phương pháp này phổ biến đối với dây điện áp thấp, cáp ô tô và các sản phẩm thành mỏng khác mà việc đầu tư thêm ống CV là không hợp lý.

Liên kết ngang bức xạ

Máy gia tốc chùm tia điện tử điều khiển phản ứng liên kết ngang ở mức liều lượng được kiểm soát, được đo bằng kiloGray. Bức xạ XLPE phù hợp với các sản phẩm có thành mỏng, vật liệu co nhiệt và dây đặc biệt cần liên kết ngang đồng đều mà không cần hóa học ở nhiệt độ cao. Liều lượng, độ sâu thâm nhập và tốc độ đường truyền phải được kết hợp cẩn thận với độ dày thành cách nhiệt.

Đùn cách nhiệt XLPE: Quy trình và thiết bị

Đùn cách nhiệt XLPE trông tương tự như ép đùn PE, nhưng độ sạch và kiểm soát nhiệt độ đòi hỏi khắt khe hơn nhiều. Sự ô nhiễm dưới bất kỳ hình thức nào—hợp chất cháy, bụi hoặc hạt kim loại—tạo ra điểm yếu có thể khiến khoảng trống hoặc cây cối bị tác động bởi điện áp. Nhiều nhà máy dành riêng một máy đùn cụ thể cho XLPE và vận hành nó trong môi trường được kiểm soát.

Nhiệt độ nóng chảy phải ở trong một cửa sổ hẹp, thường 120–140°C đối với silan XLPE do đó liên kết ngang chỉ bắt đầu trong giai đoạn đóng rắn chứ không phải trong thùng. Hình dạng trục vít, tỷ số nén và khả năng làm mát thùng đều ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt độ. Một bộ thay đổi màn hình với lưới mịn giữ cho hỗn hợp tan chảy sạch và giúp giữ lại các chất gây ô nhiễm từ hợp chất đến.

Đối với các công trình điện áp trung thế, ép đùn ba lớp sẽ tạo ra một lớp bán dẫn bên trong, lớp cách điện XLPE và một lớp bán dẫn bên ngoài trong một hoạt động. Đầu cách điện sử dụng thiết kế lõi trơn hoặc lõi có rãnh để đạt được bề mặt không có khuyết tật, bởi vì bất kỳ sự bất thường nào ở bề mặt tiếp xúc sẽ tập trung ứng suất điện.

Đối với dây cách điện dây và cáp lõi rắn, máy đùn đa năng được xếp hạng cho các hợp chất LSZH, XLPE, TPE và TPU cho phép nhà máy chuyển đổi giữa các sản phẩm mà không cần thay đổi toàn bộ dây chuyền. Độ ổn định nhiệt độ, dung sai chặt chẽ về độ dày thành và chuyển đổi vật liệu nhanh chóng xác định số lượng cáp có thể sử dụng mà bạn có thể sản xuất mỗi ca.

Một dây chuyền có thể xử lý XLPE cùng với LSZH, TPE và TPU mang lại cho bạn sự linh hoạt khi có sự thay đổi đơn hàng giữa các loại cáp ô tô, tòa nhà và cáp công nghiệp. Xác nhận thiết kế trục vít của máy đùn, độ chính xác kiểm soát nhiệt độ và tốc độ đường truyền thực tế cho độ dày thành bạn cần trước khi cam kết.

Vỏ bọc và hoàn thiện cáp dựa trên XLPE

Cách nhiệt chỉ là một nửa câu chuyện. Lớp vỏ bên ngoài bảo vệ lõi khỏi hư hỏng cơ học, độ ẩm, hóa chất và tia cực tím. Hợp chất XLPE còn được sử dụng làm vỏ bọc khi cần có khả năng chịu nhiệt và chịu mài mòn cao, trong khi vỏ bọc LSZH được chỉ định dùng trong các công trình công cộng, đường hầm, tàu thuyền nhằm hạn chế khói và khí độc trong đám cháy.

Cáp có lớp cách điện XLPE và vỏ bọc XLPE hoặc LSZH có thể hoạt động liên tục ở 90°C trong suốt vòng đời của nó. Dây vỏ bọc thường chạy ở công suất cao hơn dây cách nhiệt vì thành vỏ dày hơn và yêu cầu chất lượng bề mặt khác nhau. Vùng nhiệt độ, tốc độ kéo và cách bố trí máng làm mát phải ngăn chặn sự co ngót và giữ cho vỏ bọc đồng tâm.

Để có cách điều trị đầy đủ hơn cho giai đoạn này, hãy tham khảo cơ sở kiến thức về máy đùn vỏ dây và cáp trước khi chỉ định dòng của bạn.

Dây chuyền ép đùn vỏ LSZH/XLPE/TPE/TPU có thể tùy chỉnh Dây chuyền ép đùn này xử lý các vật liệu chống cháy có độ nhớt cao dành cho cáp thân thiện với môi trường. Nó có công suất truyền động mạnh mẽ, khả năng làm mát tiên tiến và khả năng hấp thụ ổn định để ngăn ngừa các khuyết tật bề mặt và hỗ trợ sản xuất liên tục. Xem sản phẩm →

Thông thường, cùng một nhà sản xuất có thể cung cấp cả dây chuyền cách điện và vỏ bọc, giúp đơn giản hóa việc vận hành, đào tạo và quản lý phụ tùng thay thế. Dòng máy đùn vỏ bọc của GEMWELL bao gồm PVC, PE, PP, PU, ​​LSZH, XLPE, TPE và TPU, cùng với silicone để gia công áo khoác ở nhiệt độ cao.

Các lỗi cách điện XLPE thường gặp và cách phòng ngừa

Các vấn đề không phải lúc nào cũng xuất hiện trong quá trình ép đùn; nhiều xuất hiện trong bài kiểm tra cáp đã hoàn thành. Dưới đây là những lỗi thường khiến cáp XLPE bị đưa đến khoang loại bỏ.

• Ô nhiễm: bụi, hơi ẩm, kim loại hoặc polyme bị phân hủy trong quá trình tan chảy có thể tạo ra sự tập trung ứng suất. Giảm thiểu: điều kiện giống như phòng sạch, máy đùn chuyên dụng và gói màn lọc tinh.
• Thiêu đốt: nếu chất tan chảy duy trì trên nhiệt độ ban đầu quá lâu, peroxide hoặc silane bắt đầu liên kết ngang trong thùng. Giảm thiểu: kiểm soát nhiệt độ thùng chặt chẽ, vít cắt thấp và thời gian lưu trú ngắn.
• Khoảng trống và khoảng trống vi mô: độ ẩm bị giữ lại hoặc khí dễ bay hơi tạo thành các lỗ rỗng trong quá trình đóng rắn. Giảm thiểu: làm khô hợp chất, quản lý luồng không khí trong phễu và kiểm soát các điều kiện khử khí.
• Cây nước: trong điều kiện ẩm ướt và áp lực AC cao, các đường thoái hóa giống như cây sẽ phát triển từ những điểm không hoàn hảo qua nhiều năm. Biện pháp giảm thiểu: sử dụng TR-XLPE, bề mặt nhẵn và xử lý khô.
• Độ nhám bề mặt: ranh giới thô giữa lớp cách điện và lớp dấu chấm phẩy làm tăng ứng suất điện. Giảm thiểu: đồng đùn và thiết kế đầu phù hợp.
• Sự thay đổi độ dày của tường: cách điện lệch tâm không đạt các thử nghiệm điện môi ở điểm mỏng nhất. Giảm thiểu: đo bằng laser với điều khiển vòng kín.
• Vấn đề bám dính trong thiết kế ướt: các lớp dấu chấm phẩy tách khỏi lớp cách nhiệt. Biện pháp giảm thiểu: điều chỉnh tỷ lệ xử lý hỗn hợp và xử lý cáp cẩn thận sau khi xử lý.

Việc vệ sinh thường xuyên, lịch trình bảo trì được ghi lại và đào tạo người vận hành sẽ ngăn ngừa hầu hết các vấn đề này. Xem hướng dẫn thực tế của chúng tôi để Vận hành, bảo trì và sửa chữa máy đùn để có thói quen bảo trì, bạn có thể điều chỉnh cho phù hợp với đường dây của mình.

Những điều cần chú ý khi chọn dây chuyền ép đùn cách nhiệt XLPE

Trước khi so sánh các báo giá, hãy viết ra kết hợp sản phẩm, tốc độ dòng mục tiêu và phạm vi độ dày của tường. Sau đó đánh giá từng dòng về các yếu tố sau:

1. Phạm vi phủ sóng hỗn hợp: dây chuyền phải chạy PE, XLPE, LSZH, TPE và TPU ở nhiệt độ nóng chảy cần thiết mà không bị nhiễm chéo.
2. Kiểm soát nhiệt độ: các vùng vòng kín có độ chính xác cộng hoặc trừ 1–2°C và làm mát thùng đủ để có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn của silane XLPE.
3. Thiết kế vít và khuôn: phù hợp với quá trình gia công cắt thấp và có kích thước phù hợp cho các bức tường cách nhiệt mỏng hoặc dày.
4. Lọc: một bộ thay đổi màn hình hiệu quả để những thay đổi về lưới không tạo ra những điểm dừng sản xuất kéo dài.
5. Đo và điều khiển: máy đo đường kính bằng laser có phản hồi về bộ phận kéo và vít để kiểm soát độ dày thành trực tuyến.
6. Cấu hình đường dây: thanh cuộn, trục quay hoặc vũ công, chiều dài máng làm mát và cuộn cuốn cuộn đều có kích thước phù hợp với tốc độ bạn yêu cầu.
7. Hỗ trợ của nhà sản xuất: tài liệu, phụ tùng, vận hành và đào tạo. Một nhà cung cấp có cơ sở xuất khẩu ở nhiều quốc gia sẽ giảm thiểu rủi ro về thời gian ngừng hoạt động.

Nếu bạn dự định sản xuất cáp cách điện XLPE ngay hôm nay và muốn có tùy chọn LSZH, TPE hoặc TPU vào ngày mai, câu trả lời thực tế là một dây cách điện được thiết kế cho cả bốn loại. Máy mô-đun tự thanh toán nhanh hơn vì bạn có thể chấp nhận nhiều đơn đặt hàng hơn mà không cần đầu tư lần thứ hai.

Câu hỏi thường gặp về cách nhiệt XLPE

Sự khác biệt giữa vật liệu cách nhiệt XLPE và vật liệu cách nhiệt PE thông thường là gì?

PE thông thường là một loại nhựa nhiệt dẻo mềm ở khoảng 100°C và giới hạn cáp ở mức định mức dây dẫn là 70°C. XLPE được liên kết chéo thành mạng nhiệt rắn không tan chảy, cho phép định mức liên tục 90°C và đỉnh điểm ngắn mạch 250°C. XLPE cũng có khả năng chống nứt do áp lực môi trường tốt hơn nhiều so với nhựa nhiệt dẻo PE.

XLPE có thể được ép đùn trên máy đùn PE tiêu chuẩn không?

XLPE gốc silane thường có thể được xử lý trên máy đùn PE với sự kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt và điều kiện sạch sẽ, nhưng trục vít, quá trình lọc và nạp nguyên liệu phải phù hợp với hợp chất cụ thể. Peroxide XLPE cho cáp trung thế cần nhiều thiết bị chuyên dụng hơn vì bước bảo dưỡng diễn ra trong dây chuyền CV sau khi ép đùn. Bạn cũng cần tránh chạy XLPE sau các hợp chất chống cháy trên cùng một dây chuyền trừ khi thùng và vít được làm sạch hoàn toàn.

Nhiệt độ hoạt động tối đa của vật liệu cách nhiệt XLPE là bao nhiêu?

Đối với cáp cách điện XLPE tiêu chuẩn, nhiệt độ vận hành dây dẫn liên tục tối đa là 90°C. Trong điều kiện quá tải, giá trị thường là 130°C và nhiệt độ dây dẫn tối đa cho phép khi đoản mạch là 250°C trong thời gian tối đa 5 giây, theo tiêu chuẩn IEC 60502. Hãy xác nhận các giá trị chính xác trên tiêu chuẩn cáp của bạn vì một số thiết kế đặc biệt chỉ định các số liệu thấp hơn.

Cây nước trong cáp XLPE là gì?

Tạo cây trong nước là một quá trình suy thoái điện hóa, trong đó độ ẩm và ứng suất điện dần dần phát triển các cấu trúc vi mô hình cây do sự không hoàn hảo trong lớp cách điện hoặc các bề mặt phân cách. Nó không gây ra hư hỏng ngay lập tức nhưng làm giảm độ bền điện môi theo năm tháng và có thể dẫn đến đứt cáp trung thế đã cũ. Các hợp chất XLPE được xử lý khô và làm chậm cây hiện đại làm chậm đáng kể quá trình này.

Chất cách điện XLPE có được sử dụng trong cáp điện áp thấp không?

Đúng. Bên cạnh cáp điện trung thế và cao thế, XLPE còn xuất hiện trong dây điện xây dựng hạ thế, cáp ô tô, cáp thu gom trang trại gió và cáp điều khiển công nghiệp. Những lý do chính là định mức nhiệt độ liên tục cao hơn, khả năng chịu quá tải tốt hơn và khả năng chống hóa chất và nứt do ứng suất cao hơn so với PVC hoặc PE. Đối với các sản phẩm điện áp thấp có thành mỏng, liên kết ngang silane và bức xạ là những con đường phổ biến nhất.