انواع تركيبات پلي اتيلن شبكه ای (XLPE) جهت توليد كابلهای فشار قوی

انواع تركيبات پلي اتيلن شبكه ای (XLPE)

LDPE اولين بار بعنوان يک ماده ترموپلاستيک مورد استفاده قرار گرفت اما تحقيقات بعدی جهت استفاده در دماهای بالاتر منجر به دستيابي به مواد عايق مشبک يعنی XLPE گرديد. پلي اتيلن مشبک در مقايسه با مواد ترموپلاستيک دارای مزايايی است كه از آن جمله می توان به مقاومت فيزيكی بالا در برابر تغيير شكل گرمايی ، مقاومت الكتريكی عايقی بالا و همچنين ظرفيت حمل جريان باالتر توسط كابل اشاره نمود.
با توجه به مزايای فوق ، كابلهای XLPE بمقدار زيادي در طی 30 سال گذشته در انواع سيستم های توزيع و انتقال پست های فشار قوی مورد استفاده قرار گرفته است . اين مقاله مختصرا به ارزيابي و توسعه تركيبات طراحی شده در پروسه استفاده از پراكسيد بعنوان عامل اصلی شبكه ای كننده می پردازد.

عايق

جهت توليدكابلهاي ولتاژ متوسط انواع مختلفي از مواد عايقي مورد استفاده قرارگرفته اند. كه از آن جمله كابلهاي زير را مي توان نام برد:

• كابلهای با عايق كاغذي آغشته به روغن (paper Impregnated)
• عايق با كابلهای   Ethylene Propylene Rubber   -    EPR 
• عايق با كابلهای    Crosslinkable Polyethylene  -  XLPE  

انواع تركيبات با عايق EPR بطور همزمان با عايق XLPE معرفي شده و مصرف گرديده اند اما در بسياری از كشورها استفاده از اين نوع عايقها بسيار پر هزينه قلمداد می گردد. مدت سرويس طولانی كابلهای با عايق XLPE و EPR براي اولين بار توسط يک كارخانه سازنده كابل در سوئيس مورد تاييد قرار گرفت.
با استفاده از تجهيزات كاملا" يكسان نشان داده شده است كه مشخصات كابلهای EPR نسبت به تغييرات در عناصر مختلف تركيبات و شرايـط توليد ، از حساسيت بيشتری نسبت به XLPE برخوردار می باشد.

پلي اتيلن

    1- محصولی از پليمريزاسيون منومر اتيلن (2CH) در راكتورهای فشار باال (حدود 2000 اتمسفر) در واحدهای پتروشيمی است.

    2- دارای فرمول گسترده و خطي بصورت زير است

  3- فرمول بالا بصورت زير هم نشان داده مي شود

    4 - در واقع فرمول كلي پلي اتيلن بصورت (CH(n بوده كه در آن 800<n ميباشد.

خواص ويژه پلي اتيلن

در دهه 1960 تكنولوژی جديد توليد كابل هاي اكسترود شده با پلي اتيلن پديد آمد. پلي اتيلن بدليل خواص دي الكتريک مطلوب نظير :

• پائين بودن تلفات عايقی
• پرميتيويته نسبي پائين
• طول عمر بالا
• سهولت كاركرد
• قيمت كمتر در مقايسه با برخی مواد پلاستيكی ديگر

- دمای كاركرد بالاتر هادی  (برای پلي اتيلن كراس لينک شده XLPE)

• بطور پيوسته تا c90°
• برای مدت محدود تا چند ساعت در شرايط اضطراری  100 تا c130°
• در زمان اتصال كوتاه c250°

توسعه و تكامل كابل هاي XLPE

در طـی سالهای دهـه هفتاد ميلادی ، نـواقص ديده شد در تعـداد زيادي از كابلهای بـا عايـق پلي اتيلن يكی از مسائل و مشكالت عمده اين صنعت در آمريكا و آلمان بشمار می رفت. در تعدادی از حالات ، اين نواقص به نفوذ آب به درون عايق و نهايتا فساد الكتروشيميايي عايق نسبت داده مي شد.
اين پديده كه به عنوان "درخت آبی" (Treeing Water)  شناخته مي شود مورد مطالعات زيادی واقع گرديد. تعدادی از عوامل مهم در ايجاد پديده "درخت آبی" به شرح زير مي باشند :

1. طراحي ضعيف كابل
2. رويه استقرار بصورت نامناسب
3. طريقه توليد كابل
4. مواد XLPE نامرغوب

اين مسايل متخصصين صنعت را وادار نمود تا به شناسايي و رفع عوامل مضر در توليد كابل گام برداشته و امروزه نسبت به 30 سال پيش كابلهای توليدی از كيفيت بسيار بالايی برخوردارند.
افزايش در كيفيت كابل در دياگرام زير بوسيله بررسيهای آماری صورت گرفته در سراسر دنيا نشان داده شده است. شكل شماره 2 نتايج اين بررسيها را در قالب نمودار آماری بيان می نمايد.

تركيبات XLPE

• مواد عايق

يكـي از فاكتـورهای مهـم جهـت كارآيی دي الكتريك يـك كـابـل XLPE پاكيزگـی تركيب عايقـي مي باشد. پاكيزگی پلي اتيلن شبكه ای شده توسط پراكسيد كه از محصولات كمپانی Borealis بوده و بمنظور عايـق HV/MV بكار مي رود. در اين زمينه كوششهاي قابل مالحظه اي از سوي سازندگان اين مواد و كمپانيهای كابل سازي در جهت توسعه محصولات صورت گرفته و هدف توليد موادی با ارتقاء خواص الكتريكي در حالت مرطوب در مقايسه با استاندارد XLPE بوده است. دو روش بمنظور كاهش تشكيل پديده "درخت آبی" در عايق XLPE بكار رفته است :

1. استفاده از افزودنيهاي شيميايي كه عمدتا در آمريكا ،ژاپن و پاره ای از كشورهاي اروپايی و در ساختمان قابل لخت شدن بكار مي روند
2. استفاده از پليمرهای اصالح كننده كه منجر به عايقهای كوپليمر مي گردد و عمدتا در آلمان از اين روش استفاده مي شود. از زمان معرفی اين پليمرها در اوائل دهه هشتاد ميلادی ، بيش از 70000 تن عايق با پايه كوپليمری توليد گشته و بيش از 200000 كيلومتر كابل ساخته شده است. اين تكنولوژی بهمراه استفاده از مواد نيمه هادی در كشور آلمان بعنوان اسـتانداردي در تست "كهنگی بـمدت دو سال در محيط مرطوب" طبق620 - 0276 VDE معرفی شده است.

• مواد نيمه هادی

پيشرفتهای چشمگيری در كيفيت مواد نيمه هادي از نظر عدم آلودگي و صافي و يكنواختي سطح حاصل شده است كه اين امر با كنترل كيفيت شديد و دقيق برروی كربن سياه (black Carbon) ، پليمر و با افزودني های مورد استفاده در فرمولاسيون ميسر می باشد . البته پيشرفتهای بزرگی در تكنولوژی ساخت اين تركيبات نيز ايجاد گشته است.
كيفيت مواد نيمه هادی استاندارد كه در آن از كربن سياه تجاری استفاده مي شود افزايش پيدا نموده و در دهه اخير صافی سطح تركيبات نيمه هادی بيش از 10 برابر افزايش يافته. همچنين عدم آلودگی از نظر شيميايی نيز در دهه اخير بيش از 30 برابر شده است.