สารประกอบ ZPE สำหรับสายไฟ: คุณสมบัติและคุณประโยชน์

ในโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานสมัยใหม่ สารประกอบฉนวนภายในสายเคเบิลมีความสำคัญพอๆ กับตัวตัวนำเอง สารประกอบ ZPE สำหรับสายไฟ — สูตรเชื่อมต่อข้ามที่ใช้โพลีเอทิลีนเป็นโพลีเอทิลีนเป็นศูนย์ — กลายเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงแทนวัสดุทั่วไป โดยนำเสนอการผสมผสานระหว่างความสมบูรณ์ของฉนวนไฟฟ้า ความทนทานต่อความร้อน และความน่าเชื่อถือในการประมวลผล ซึ่งผู้ควบคุมโครงข่ายและผู้ผลิตสายเคเบิลในปัจจุบันต้องการแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลางถึงสูงพิเศษ (EHV)

สารประกอบ ZPE คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญ

สารประกอบ ZPE เป็นสูตรโพลีเอทิลีนที่สามารถเชื่อมขวางด้วยเปอร์ออกไซด์ ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะสำหรับฉนวนสายไฟ กระบวนการเชื่อมขวางซึ่งถูกกระตุ้นโดยความร้อนในระหว่างการอัดรีดหรือในท่อวัลคาไนซ์แบบต่อเนื่อง (CV) จะแปลงโซ่ PE เชิงเส้นให้เป็นเครือข่ายเทอร์โมเซตสามมิติ โครงสร้างเครือข่ายนี้เป็นสิ่งที่ทำให้ฉนวน ZPE มีการผสมผสานระหว่างความทนทานทางกลและความเสถียรทางไฟฟ้าในช่วงอุณหภูมิการใช้งานที่กว้างเป็นพิเศษ

ตลาดฉนวนสายเคเบิลโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางทั่วโลกมีมูลค่ามากกว่า 6.8 พันล้านดอลลาร์ในปี 2566 และคาดว่าจะขยายตัวที่ CAGR ที่สูงกว่า 5.9% จนถึงปี 2573 โดยได้แรงหนุนจากโครงการปรับปรุงกริดให้ทันสมัยทั่วทั้งเอเชียแปซิฟิก ยุโรป และอเมริกาเหนือ ภายในการเติบโตนี้ สารประกอบปลอดฮาโลเจน เช่น สารประกอบ ZPE กำลังได้รับส่วนแบ่งเพิ่มขึ้น เนื่องจากกฎระเบียบด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยที่เข้มงวดในอุโมงค์ ระบบขนส่งมวลชน และเส้นทางเคเบิลในเมืองที่มีประชากรหนาแน่น

ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้า: ข้อได้เปรียบหลัก

สารประกอบ ZPE มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ตรงหรือเกินกว่าข้อกำหนด IEC 60502 และ IEC 60840 สำหรับโครงสร้างสายเคเบิลไฟฟ้าแรงปานกลางและแรงสูง พารามิเตอร์สามตัวกำหนดความเหนือกว่าในการใช้งานกริดที่มีความต้องการสูง:

• ความเป็นฉนวน ค่าที่สูงกว่า 30 kV/มม. อย่างสม่ำเสมอ ช่วยให้ผนังฉนวนบางลงที่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากัน — ลดระยะห่างระหว่างตัวนำถึงตัวนำและเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเคเบิลโดยรวมได้มากถึง 12% เมื่อเทียบกับ XLPE มาตรฐานในการออกแบบ MV บางรุ่น
• ปัจจัยการกระจายต่ำ (แทนเดลต้า) ตันเดลต้าต่ำกว่า 1x10 ^-4 ที่ความถี่ไฟฟ้าจะช่วยลดการสูญเสียความร้อนจากอิเล็กทริก ซึ่งเป็นเกณฑ์ประสิทธิภาพที่สำคัญสำหรับสายเคเบิลที่ทำงานอย่างต่อเนื่องที่ปัจจัยโหลดสูงในทางเดินส่งสัญญาณใต้ดิน
• ความต้านทานการคายประจุบางส่วน สัณฐานวิทยาที่สะอาดและเป็นเนื้อเดียวกันสามารถทำได้ด้วยสารประกอบ ZPE ซึ่งเป็นผลมาจากการกระจายตัวของสารเติมแต่งที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ทำให้เกิดฉนวนที่มีปริมาณช่องว่างน้อยที่สุด ซึ่งช่วยลดความไวต่อการเสื่อมสภาพของการปล่อยประจุบางส่วนได้โดยตรงตลอดอายุการใช้งานการออกแบบ 40 ปีของสายเคเบิล

เสถียรภาพทางความร้อนภายใต้สภาวะต่อเนื่องและความผิดปกติ

ความเสถียรทางความร้อนในฉนวนสายเคเบิลได้รับการประเมินตามเกณฑ์ที่แตกต่างกัน 3 แบบ ได้แก่ การทำงานต่อเนื่อง การโอเวอร์โหลด และการลัดวงจร สารประกอบ ZPE ได้รับการกำหนดสูตรเพื่อให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในทั้งสามสารประกอบ โดยไม่ทำให้โครงสร้างเสื่อมหรือสูญเสียคุณสมบัติไดอิเล็กทริก

ภายใต้การทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิตัวนำ 90°C ฉนวน ZPE แบบเชื่อมขวางจะคงไว้มากกว่า 95% ของการยืดเริ่มต้นเมื่อขาดหลังจากการบ่มด้วยความร้อนเป็นเวลา 20,000 ชั่วโมง ผลลัพธ์ที่ได้รับการยืนยันในการศึกษาการเร่งอายุที่อ้างอิงโดยวิธี IEC 60216 ในสภาวะการลัดวงจร เครือข่ายเทอร์โมเซตทนทานต่ออุณหภูมิชั่วคราวที่เกิน 250°C โดยไม่เกิดการหลอมละลายหรือการไหล ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่กำจัดเทอร์โมพลาสติก PE จากการใช้งาน HV ที่มีการลัดวงจรโดยสิ้นเชิง

สารประกอบ ZPE กับสารประกอบ XLPE: การเปรียบเทียบโดยตรง

การอภิปราย ZPE กับ XLPE นั้นเป็นคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการใช้งาน ทั้งสองระบบเป็นระบบโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง ความแตกต่างอยู่ที่ปริมาณฮาโลเจน พฤติกรรมการเผาไหม้ และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ

สำหรับข้อกำหนดที่ควบคุมโดย CPR (กฎระเบียบผลิตภัณฑ์ก่อสร้าง) ในยุโรปหรือรหัสความปลอดภัยจากอัคคีภัยระดับชาติที่เทียบเท่า สารประกอบ ZPE เป็นเส้นทางที่สอดคล้องทางเทคนิคในการจำแนกประเภทประสิทธิภาพการทำงานของไฟ Cca และ Dca โดยไม่ต้องออกแบบตัวนำของสายเคเบิลหรือสถาปัตยกรรมหน้าจอโลหะใหม่

ประสิทธิภาพการประมวลผลในสายการอัดรีดความเร็วสูง

ประสิทธิภาพภาคสนามของสารประกอบจะไม่มีความหมายใดๆ หากไม่สามารถประมวลผลได้อย่างน่าเชื่อถือที่ความเร็วของสายการผลิต สารประกอบ ZPE สำหรับสายไฟ ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยให้ประสิทธิภาพการประมวลผลเป็นเกณฑ์การออกแบบหลักควบคู่ไปกับคุณสมบัติทางไฟฟ้า

เวลาไหม้เกรียมที่ได้รับการควบคุมเป็นข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดในการปฏิบัติงาน โดยจะกำหนดหน้าต่างการประมวลผลระหว่างการทำให้เป็นพลาสติกแบบผสมในกระบอกอัดรีดและการเริ่มต้นการเชื่อมขวางในท่อ CV — การเชื่อมขวางที่สั้นเกินไปและก่อนกำหนดทำให้เกิดความหยาบของพื้นผิวและข้อบกพร่องจากความเยื้องศูนย์กลาง ยาวเกินไปและความหนาแน่นในการแข็งตัวที่แกนเคเบิลอาจไม่เพียงพอสำหรับการทดสอบคุณสมบัติ IEC

คุณสมบัติไดอิเล็กทริกที่กำหนดความน่าเชื่อถือในระยะยาว

โหมดความล้มเหลวของฉนวนสายเคเบิลส่วนใหญ่จะเป็นไฟฟ้าในแหล่งกำเนิด — การสะสมประจุของพื้นที่, การสร้างน้ำ และการหนีความร้อนภายใต้ความเค้นสนามสูง สูตรผสม ZPE จัดการกับกลไกทั้งสามผ่านการออกแบบวัสดุ

• การปราบปรามประจุอวกาศ: แพ็คเกจสารต้านอนุมูลอิสระและตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่คัดสรรมาเป็นพิเศษช่วยลดการสะสมประจุเฮเทอโรชาร์จที่ส่วนต่อประสานหน้าจอตัวนำ ซึ่งเป็นกลไกที่ทราบกันว่าสามารถขยายความเค้นของสนามไฟฟ้าในพื้นที่ได้มากถึง 40% ใน XLPE ที่ไม่ได้รับการบำบัดภายใต้สภาวะ DC
• การหน่วงเวลาของต้นไม้น้ำ: เกรด ZPE ที่หน่วงต้นไม้ (TR-ZPE) รวมสารเติมแต่งระดับโมเลกุลที่ขัดขวางเส้นทางออกซิเดชันเคมีไฟฟ้าที่รับผิดชอบในการเริ่มต้นของต้นไม้น้ำ ช่วยยืดอายุของฉนวนในสภาพแวดล้อมการฝังโดยตรงที่เปียกเกินกว่าการคาดการณ์บรรทัดฐาน IEC 60502
• ขอบรันอะเวย์ความร้อน: คุณลักษณะแทนเดลต้าต่ำของฉนวน ZPE ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการสร้างความร้อนด้วยตนเองด้วยอิเล็กทริกที่ความลาดชันของสนามปฏิบัติการยังคงต่ำกว่าเกณฑ์ที่ความไม่เสถียรทางความร้อนแบบป้อนกลับเชิงบวกสามารถพัฒนาได้ ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่ระบุไว้อย่างชัดเจนใน IEC 62067 สำหรับการออกแบบสายเคเบิล EHV

การระบุสารประกอบ ZPE: พารามิเตอร์หลักที่ต้องกำหนด

การเลือกเกรดผสม ZPE ที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบสายเคเบิลจำเป็นต้องมีการจัดตำแหน่งแกนข้อมูลจำเพาะหกแกน กำหนดเป้าหมายที่ชัดเจนให้กับซัพพลายเออร์สารประกอบของคุณเพื่อให้แต่ละรายได้รับคำแนะนำที่สอดคล้องกับทางเทคนิค: