Ахмедов Э.Н., Мамедов И.В.
СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ С ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ: АНАЛИЗ РЕСУРСОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ *
Аннотация:
одним из способов частичного предотвращения образования пузырьков газа в высоковольтных кабелях является использование в качестве изоляции материалов, известных как «сшитый полиэтилен». При этом улучшается ряд свойств сконструированного полимера, например, увеличивается стойкость к растрескиванию и термостойкость под воздействием внешней среды, уменьшается коэффициент термического расширения, уменьшается возможность образования неоднородной структуры в объеме полимера под воздействием температурных нагрузок. В связи с этим углубленное изучение механизма образования и развития газовых пузырьков в полимерной изоляции в процессах нагрева и охлаждения остается актуальным и в настоящее время. Наиболее широкое применение конструкционных полиэтиленовых композитов в электротехнике — это системы изоляции кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжения. В статье рассмотрены основные факторы, влияющие на срок службы конструкционных силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией.
Ключевые слова:
изоляция, сшитый полиэтилен, прочность, срок службы, электрофизические свойства
DOI 10.24412/2712-8849-2025-586-1508-1515
Для анализа и изучения эксплуатационных характеристик кабелей с тканой полиэтиленовой изоляцией актуальны вопросы повышения срока эксплуатации композитных материалов нового поколения, кабелей среднего и высокого напряжения с тканой полиэтиленовой изоляцией, а также исследования влияния множества факторов, влияющих на процесс старения изоляции кабелей. Силовые и высоковольтные кабели с полиэтиленовой изоляцией, производимые в нашей стране, производятся на кабельном заводе, расположенном в городе Сумгаите [1-3]. Из проведенных анализов следует, что основными факторами, влияющими на ухудшение состояния полиэтиленовой изоляции, являются: Температура: Высокие температуры ускоряют процесс термической деструкции полимера, что приводит к окислению изоляции и снижению ее прочности. Зависимость между скоростью химических реакций, происходящих в изоляции, и температурой окружающей среды выражается уравнением Аррениуса[4]. Электрическое поле: когда изоляция подвергается воздействию электрического поля высокого напряжения, оно вызывает частичные разряды во внутренних микропустотах и микротрещинах, что приводит к локальным повреждениям и ускоряет износ материала, Механические нагрузки: Постоянные механические нагрузки, такие как сжатие и растяжение, могут вызвать структурные изменения в полимере, что может привести к трещинам и микроповреждениям в изоляции, Воздействие окружающей среды: ультрафиолетовое излучение, радиация, влажность, загрязнения и т. д. могут вызвать деградацию материала, что приведет к изменению его молекулярной структуры и сокращению срока его службы [5]. Проведенные анализы показали, что основными причинами деградации (старения) изоляции кабелей с полиэтиленовой изоляцией, которые в настоящее время считаются наиболее эффективными по своим эксплуатационным показателям, являются электрофизические процессы, происходящие при различных видах повреждений, вызванных электрическими, термическими, а в некоторых случаях и механическими напряжениями в изоляции [6-9]. Эти процессы происходят как внутри изоляции, так и на границе раздела полупроводниковый экран-изоляция-полупроводниковый экран. Это, прежде всего, оценка механизмов образования и развития электрических деревьев (электрических триангуляций) и водных деревьев, которые вызывают деградацию наплавленной полиэтиленовой изоляции и сокращают срок службы кабеля. Однако одним из дефектов, который напрямую влияет на выход из строя изоляции, являются воздушные пустоты внутри изоляции и возникающие в них частичные разряды [10-14]. Одной из причин износа и преждевременного выхода из строя кабелей с полимерной изоляцией является явление частичных разрядов, возникающих на неоднородных участках изоляции, особенно в воздушных зазорах. Частичные разряды играют важную роль в ухудшении состояния изоляционной системы кабелей с полиэтиленовой изоляцией и являются одним из факторов, сокращающих срок их службы. Из-за производственных дефектов, загрязнений и ухудшения качества изоляции при определенных условиях в пустотах изоляции могут возникать частичные разряды. Разрывы в высоковольтных кабелях в основном образуются в процессе эксплуатации [15-19]. Рисунок 1. Внешний вид кабеля с прошитой полиэтиленовой изоляцией. В кабелях среднего и высокого напряжения с полиэтиленовой изоляцией на нескольких этапах могут возникать различные виды дефектов, которые впоследствии проявляются: ошибки, допущенные при проектировании, несовершенство производства, монтажа и эксплуатации. Формирование гетерогенных областей - многофункциональный процесс, и механизмы влияния на процесс старения также различны. В процессе вулканизации в конструкциях на основе пероксида обычно образуются газовые пузырьки, которые считаются одной из основных неоднородностей в кабельной изоляции [20-23]. В настоящее время полиэтиленовые композиты все шире применяются в кабельной технике, в первую очередь для изоляции кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжения. Реализуются три способа конструирования полиэтиленовых композитов в кабельной технике. 1. Химическая реакция между макромолекулами происходит за счет взаимодействия полимерных молекул с продуктами, образующимися в результате разложения термически нестабильных органических пероксидов (пероксидная сшивка). 2. Химическая реакция между силансодержащими органическими функциональными группами, введенными в молекулы полимера (силановая сшивка) 3. Рекомбинация макромолекул, образующихся в полимере под действием ионизирующего излучения (радиационная модификация) Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с другим и определяется выбором технологической операции. Известно, что из-за воздействия большого электрического поля, создаваемого в этих зонах, электрофизические процессы, происходящие в слабых местах изоляционной системы, ухудшают ее электрические и механические свойства и приводят к преждевременному разрыву кабеля. Как уже упоминалось, наиболее часто наблюдаемыми неоднородностями в шовной полиэтиленовой изоляции являются газовые пустоты и влага. Подобные области могут образовываться в изоляции как до, так и во время термической обработки. Размер, количество и характер газовых зазоров напрямую влияют на электрическую прочность изоляции кабеля. Причины образования растворенных компонентов в процессе технологического режима полимерной изоляции можно разделить на три группы: • К первой группе относятся вещества, растворенные в материале до термической обработки – влага, воздух, растворители и т. д. • Ко второй группе относятся вещества, выделяющиеся в материале при термической обработке – побочные продукты реакции образования, продукты распада органических перекисей, а также продукты, образующиеся в результате деструкции полимеров. • К третьей группе относятся газы, диффундирующие из газовой среды в полимеры при проведении технологической термической обработки под высоким давлением. Известно, что при использовании метода пероксидной вулканизации в процессе вулканизации полиэтилена характерно выделение газов метана и ацетофенона. Технологическая термическая обработка осуществляется в среде азота при высоком давлении, при этом в перерабатываемый полиэтилен вводится дополнительный газообразный азот. РЕЗУЛЬТАТ. В статье рассматриваются изоляционные свойства кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена и механизмы снижения электрической прочности в процессе эксплуатации. Исследование показало, что тепловое, термоокислительное и электротермическое воздействие вызывают деградацию структуры полимера, что приводит к снижению электрической прочности.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Ахмедов Э.Н., Мамедов И.В. СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ С ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ: АНАЛИЗ РЕСУРСОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1508 - 1515. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23178 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+