XLPE-isolierte Kabel: Gerät, Design, Vorteile, Anwendungen

Derzeit gibt es auf dem russischen Markt für Kabel- und Drahtprodukte einen stetigen Anstieg der Produktion und des Verbrauchs von Kabeln mit XLPE-Isolierung. Die russische Bezeichnung dieser Kabel ist XLPE, die englische Bezeichnung ist XLPE, die deutsche Bezeichnung ist VPE und die schwedische Bezeichnung ist PEX.

Beachten wir die Hauptvorteile von Kabeln mit XLPE-Isolierung (XLPE-Kabel) gegenüber Kabeln mit imprägnierter Papierisolierung (BPI-Kabel):

• Abhängig von den Verlegebedingungen ist der Durchsatz von VPE-Kabeln aufgrund der höheren zulässigen Dauertemperatur um das 1,2- bis 1,3-fache höher.

• der thermische Widerstand von XLPE-Kabeln bei Kurzschlussströmen (SC) ist aufgrund der höheren Grenztemperatur höher, die spezifischen Durchschläge von XLPE-Kabeln sind 10-15-mal niedriger als die von BPI-Kabeln,

• lange Lebensdauer des XLPE-Kabels (von den Herstellern seit mehr als 50 Jahren bereitgestellt),

• einfachere Bedingungen für die Installation von XLPE-Kabeln aufgrund des geringeren Gewichts, des geringeren Durchmessers, des geringeren Biegeradius und des Fehlens einer schweren Blei- (oder Aluminium-) Ummantelung.

• XLPE-Kabel können bei Minustemperaturen (bis zu -20 °C) ohne Vorwärmen verlegt werden, da Polymermaterialien für Isolierung und Mantel verwendet werden.

• Das Fehlen flüssiger Komponenten bei der Konstruktion von XLPE-Kabeln reduziert die Installationszeit und -kosten.

• XLPE-Kabel sind äußerst umweltfreundlich, da im Fehlerfall kein Öl austritt und die Umwelt nicht belastet wird.

• die Hygroskopizität der Strukturelemente des XLPE-Kabels ist viel geringer als die des BPI-Kabels, hohe dielektrische Eigenschaften der Isolierung,

• Bei XLPE-Kabeln gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich des Höhenunterschieds der Kabeltrasse.

Reis. 1. XLPE-isoliertes Kabel

Das Hauptmerkmal von XLPE-Kabeln ist ihre grundlegend neue Isolierung – vernetztes Polyethylen... Polyethylen als Isolierung ist seit langem bekannt. Herkömmliches thermoplastisches Polyethylen weist jedoch gravierende Nachteile auf, von denen der Hauptgrund eine starke Verschlechterung der Leistung bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt ist. Die thermoplastische Polyethylenisolierung beginnt bereits bei einer Temperatur von 85 ° C ihre Form sowie ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu verlieren.

XLPE-Isolierung behält ihre Form sowie ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften auch bei 130 °C.

Der Begriff „Vernetzung“ oder „Vulkanisation“ bezeichnet die Behandlung von Polyethylen auf molekularer Ebene. Die beim Vernetzungsprozess zwischen Polyethylen-Makromolekülen gebildeten Vernetzungen erzeugen eine dreidimensionale Struktur, die die hohen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Materials, eine geringere Hygroskopizität und einen größeren Betriebstemperaturbereich bestimmt.

In der globalen Kabelindustrie werden bei der Herstellung von Stromkabeln zwei Vernetzungstechnologien eingesetzt, deren Hauptunterschied das Reagenz ist, mit dem der Polyethylen-Vernetzungsprozess stattfindet.

Die gebräuchlichste Technologie ist die Vernetzung mit Peroxid, bei der Polyethylen mit Hilfe spezieller Chemikalien – Peroxide in einer neutralen Gasumgebung bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck – vernetzt wird. Diese Technologie ermöglicht es, einen ausreichenden Vernetzungsgrad zu erreichen. Verbindung über die gesamte Dicke der Dämmung zu gewährleisten und die Abwesenheit von Lufteinschlüssen zu gewährleisten. Neben guten dielektrischen Eigenschaften verfügt es auch über einen größeren Betriebstemperaturbereich als andere Kabelisolationsmaterialien und hervorragende mechanische Eigenschaften. Bei der Herstellung von Mittel- und Hochspannungskabeln kommt die Peroxid-Technologie zum Einsatz.

Weniger verbreitet ist die Nullfestigkeitsvernetzung, bei der dem Polyethylen spezielle Verbindungen (Silane) zugesetzt werden, um die Vernetzung bei einer niedrigeren Temperatur sicherzustellen. Der Anwendungsbereich dieser kostengünstigeren Technologie umfasst Nieder- und Mittelspannungskabel.

Der erste russische Hersteller von XLPE-Kabeln war 1996 das Moskauer Unternehmen ABB Moskabel, das die Peroxid-Vernetzungstechnologie einsetzte. Im Jahr 2003 wurde JSC „Kamkabel“ der erste russische Hersteller von XLPE-Kabeln aus silanvernetztem Polyethylen.

Es gibt zwei Versionen von XLPE-Kabeln – dreiadrig und einadrig. VPE-Kabel werden in der Regel in einadriger Ausführung hergestellt (Abb. 2).

Reis. 2.Außenansicht eines einadrigen XLPE-Kabels: 1 – runder, mehradriger, abgedichteter stromführender Leiter, 2 – Abschirmung entlang des Kerns aus halbleitendem vernetztem Polyethylen, 3 – Isolierung aus vernetztem Polyethylen, 4 – Abschirmung entlang der Isolierung aus halbleitendem vernetztem Polyethylen, 5 – Trennschicht aus halbleitendem Band oder halbleitendem Abdichtungsband, 6 – Abschirmung aus Kupferdrähten, befestigt mit Kupferband, 7 – Trennschicht aus zwei Bändern aus Krepppapier, gummiertem Gewebe, Polymerband oder Abdichtungsband, 8-teilige Trennschicht aus Aluminium-Polyethylen oder Glimmerband, 9-teilige Folie aus Polyethylen, PVC-Kunststoff

Eine Besonderheit der dreiadrigen Version des XLPE-Kabels ist das Vorhandensein eines extrudierten Phasenfüllers aus einer Kunststoffmischung aus Polyethylen oder Polyvinylchlorid (PVC).

Durch die Verwendung von einadrigen XLPE-Kabeln kann vor allem die Zuverlässigkeit der Stromversorgung erhöht werden, da die Wahrscheinlichkeit eines Phasenkurzschlusses deutlich verringert wird. Die Wahrscheinlichkeit einer gleichzeitigen Zerstörung der Isolierung zweier strukturell unabhängiger einadriger Kabel (Stecker oder Aderendhülsen) an einer Stelle entspricht der Wahrscheinlichkeit einer Phase-Phase-Beschädigung eines Busses mit isolierten Sammelschienen, d. h. sehr klein.

Die Wahrscheinlichkeit einphasiger Erdschlüsse ist bei XLPE-isolierten einadrigen Kabeln deutlich geringer als bei dreiadrigen BPI-Kabeln. Dies wird sowohl durch die Konstruktion einadriger XLPE-Kabel als auch durch die hervorragenden dielektrischen Eigenschaften der Isolierung erreicht.

Die einadrige Ausführung von VPE-Kabeln ermöglicht einen Querschnitt stromführender Adern bis 800 mm. Kabel mit einem solchen Querschnitt können erfolgreich mit den Stromschienen konkurrieren, die in den Stromversorgungssystemen energieintensiver Unternehmen eingesetzt werden.

Die Abschirmung der Kabelelemente ist notwendig für die elektromagnetische Verträglichkeit des Kabels mit verschiedenen externen Stromkreisen und um die Symmetrie des elektrischen Feldes um den Kabelkern herum sicherzustellen und somit günstigere Bedingungen für den Betrieb der Isolierung zu schaffen. Die Innenschirme bestehen aus halbleitendem Kunststoff, der Außenschirm aus Kupferdrähten und -streifen.

Der äußere Schutzmantel schützt die inneren Elemente des Kabels vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und mechanischen Beschädigungen während der Installation und des Betriebs. Die Außenmäntel von XLPE-Kabeln bestehen aus hochfestem Polyethylen oder einer PVC-Verbindung.

Reis. 3. Kabel mit XLPE-Isolierung APvPg

Konventionelle alphanumerische Bezeichnungen (Kennzeichnung) von Kabeln mit VPE-Isolierung:

• A – Aluminiumleiter, keine Bezeichnung – Kupferleiter,

• PV – Isoliermaterial – vernetztes (vulkanisiertes) Polyethylen,

• P oder V – Gehäuse aus Polyethylen oder PVC-Kunststoff,

• y – verstärkte Polyethylenschale mit erhöhter Dicke,

• ng – Mantel aus PVC-Verbindung mit schwerer Entflammbarkeit,

• ngd – Gehäuse aus PVC-Compound mit geringer Rauch- und Gasemission,

• d – Längsversiegelung des Bildschirms mit wasserfesten Bändern,

• 1 oder 3 – die Anzahl der Drähte mit Strom,

• 50—800 Querschnitt des stromführenden Drahtes, mm2,

• gzh-Abdichtung des stromführenden Drahtes, 2 16-35-Querschnitt des Schirms, mm,

• 1-500 – Nennspannung, kV.

Bezeichnungsbeispiel: APvPg 1×240 / 35-10-Kabel mit Aluminiumkern (A), VPE-Isolierung (Pv), Polyethylenmantel (P), Abschirmung (g), massiv (1), Leiterquerschnitt 240 mm. Schirm Querschnitt 35 mm, Nennspannung 10 kV.