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Vergleich von Kabelisoliermaterialien

XLPE-isoliertes Stromkabel

XLPE-isoliertes Hochspannungskabel

Elektrische Isolationsmaterialien werden über den metallischen Leitern von eingesetztErdkabel bei allen Spannungswerten. Polymermaterialien werden als Isolierung verwendet, die Natur des Polymers kann jedoch mit der Spannungsklasse variieren.

Da wurde Papierisolierung zuerst in der verwendetIn der Energieindustrie, die später in Nieder- und Mittelspannungsanwendungen ersetzt wurde, wird bei jedem Eigenschaftsvergleich normalerweise das Papier-Flüssigkeitssystem als Standard verwendet.
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Getriebe Kabel, die als funktionsfähige Kabel definiert sindüber 46 kV haben traditionell Papier- / Ölsysteme als Isolierung verwendet. Das Papier wird als dünner Film über der Kabelseele aufgebracht. Vor einigen Jahren wurde eine Variante dieser Papierisolierung entwickelt, bei der es sich um ein Laminat aus Papier mit Polypropylen (PPP oder PPLP) handelt.

Seit dem Aufkommen des synthetischen PolymersIn der Entwicklung wurde Polyethylen (PE) als Isoliermaterial verwendet, und in den meisten Ländern (Frankreich ist die Ausnahme) wurde Polyethylen auf die vernetzte Version (XLPE) beschränkt.

XLPE gilt als Material der WahlAufgrund der einfachen Verarbeitung und Handhabung ist die Verwendung von Papier- / Ölsystemen viel länger und es gibt viel mehr Informationen zur Zuverlässigkeit.

Hauptunterschiede zwischen Papier- und Polyolefinisolierungen

Papier / Zellulose Polyethylen
Natürlich Synthetik
Kohlenstoff / Wasserstoff / Sauerstoff Kohlenstoff / Wasserstoff / Sauerstoff
Polarere / mittlere Verluste Weniger polar, geringe Verluste
Ketten linear Ketten verzweigt
Fibrillen Nicht-Fibrillen
Teilweise kristallin / Relativ konstant Teilkristallin / Variiert je nach verwendetem Grad
Keine thermische Ausdehnung beim Erhitzen Signifikante thermische Ausdehnung
Nicht vernetzt Nicht vernetzt
Thermischer Abbau durch Spaltung an der schwachen Verbindung Degradiert bei schwachen Links

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Vernetztes Polyethylen Ethylenpropylenkautschuk
Synthetik Synthetik
Kohlenstoff / Wasserstoff Kohlenstoff / Wasserstoff
Weniger polar, geringe Verluste Verluste durch Zusätze
Ketten verzweigt, vernetzt Ketten verzweigt, vernetzt
Nicht-Fibrille Nicht-Fibrille
Etwas weniger kristalline PE Am allerwenigsten kristallin
Gleiche Wärmeausdehnung wie PE Leichte Wärmeausdehnung
Vernetzt Vernetzt
Degradiert bei schwachen Links Gleich wie XLPE

Diese Tabelle bietet einen Vergleich der Eigenschaften von PapierPolyethylen, vernetztes Polyethylen undEthylen-Propylen-Kautschuk-Isolierungen. Nur das Papier ist ein natürliches Polymer und wird daher anders verarbeitet. Papier wird aus einer Holz- oder Baumwollquelle gewonnen.

Die synthetischen Polymere werden von hergestelltPolymerisation von Monomeren aus Erdöl. Alle bestehen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, aber Papier enthält auch Sauerstoff. Letzteres liegt als funktionelle Hydroxyl- oder Ethergruppe vor. Sie tragen zu einem Maß an Polarität bei, das in den synthetischen Polymeren fehlt. (Polarität bedeutet erhöhte dielektrische Verluste.)

Besonders hervorzuheben ist das Konzept der ThermikExpansion während des Erhitzens. Während alle synthetischen Polymere beim Erhitzen eine Wärmeausdehnung erfahren, tritt dies bei Cellulose nicht auf, obwohl das Öl dies tut. Wie diese Isolierungen auf Alterung reagieren, ist ein gut untersuchtes Thema, da sie in direktem Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit des Kabels nach der Installation und der Bestromung steht. Wenn Cellulose abgebaut wird, erfolgt dies bei einer "schwachen Verbindung", dem Bereich der Sauerstoffverbindung zwischen den Ringen. Wenn dies geschieht, wird der DP reduziert.

Auf der anderen Seite werden Polyolefine durch einen völlig anderen Mechanismus abgebaut - oxidativer Abbau an bestimmten Stellen.

Schutz vor Abbau wird vermitteltPolyolefine durch Zugabe eines Antioxidationsmittels zu den Pellets vor der Extrusion. Beachten Sie, dass das Hinzufügen von Antioxidantien zu Öl, um den Abbau zu verhindern, ziemlich üblich ist. Ein weiterer Punkt ist in der Tabelle zu beachten: die unterschiedliche Reaktion der Isolationstypen auf die Gleichspannungsprüfung. Gleichstromprüfungen von Kabeln wurden traditionell durchgeführt, um den Zustand des Kabels zu bestimmten Zeiten während seiner Verwendung zu ermitteln, beispielsweise vor der Hauptsaison. Diese Technik wurde vor vielen Jahren für PILC-Kabel angewendet.

Dies wurde später auf extrudiert übertragendielektrische Kabel. Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in den letzten Jahren haben gezeigt, dass PE und XLPE durch die Verwendung eines Gleichstromtests beschädigt werden können. Dies tritt jedoch bei Papieröl-Systemen nicht auf.

EPR-Kabel wurden nicht in demselben Maße untersucht, und zu diesem Zeitpunkt können keine Rückschlüsse auf die Wirkung der Gleichstromprüfung auf die Isolation gezogen werden.

Vorteile von Polyethylen

  • Niedrige Permittivität (niedrige Dielektrizitätskonstante)
  • Low Tan Delta (geringer dielektrischer Verlust)
  • Hohe anfängliche Spannungsfestigkeit

Vorteile von vernetztem Polyethylen (zusätzlich zu den oben genannten)

  • Verbesserte mechanische Eigenschaften bei erhöhter Temperatur
  • Kein Schmelzen über 105 ° C, jedoch tritt Wärmeausdehnung auf
  • Reduzierte Anfälligkeit für Baumbewuchs

Vorteile von EPR

  • Reduzierte thermische Ausdehnung im Vergleich zu XLP
  • Geringere Empfindlichkeit gegenüber Baumbewuchs
  • Erhöhte Flexibilität

Vorteile von PILC

  • Fehlende Empfindlichkeit gegenüber DC-Tests
  • Bekannte Zuverlässigkeitsgeschichte

Besondere Vorteile von synthetischen Polymerisolationen gegenüber PILC

  • Reduziertes Gewicht
  • Zubehör leichter anwendbar
  • Einfachere Fehlerbeseitigung
  • Keine hydraulischen Druck- / Pumpanforderungen
  • Reduziertes Risiko der Flammenausbreitung
  • Reduzierte Anschaffungskosten

Einige dieser Vorteile sind elektrisch und andere nicht. Beim Vergleich von EPR zu XLPE mit TR-XLPE muss sorgfältig vorgegangen werden. Es gibt viele verschiedene EPR-Formulierungen.

Die Art der nichtpolymeren Additiveeinschließlich der Füllstoffe, spielt eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Eigenschaften sowie der Art des Mischvorgangs. Klar ist, dass jede EPR-Formulierung höhere Verluste als ein mit Mineralien gefülltes PE- oder XLPE-System hat. Einige EPR-Systeme können sehr hohe Verluste haben. Dies kann die Beständigkeit gegenüber Baumbewuchs beeinflussen. EPR-Systeme sind jedoch im Allgemeinen aufgrund ihres Mangels an Kristallinität „weicher“ und daher im Feld leichter zu handhaben - insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen.

Nachteile für PILC sind die Tatsache, dass führenwird normalerweise als Außenmantel verwendet und die Motivation, bei Neuinstallationen kein Blei zu verwenden, ist sehr hoch. Papier ist auch sehr anfällig für Feuchtigkeitsschäden.

Autor: Bruce S. Bernstein
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