Polietylen (PE) jest szeroko stosowany wizolacja i osłona kabli energetycznych i telekomunikacyjnychze względu na doskonałą wytrzymałość mechaniczną, wytrzymałość, odporność na ciepło, izolację i stabilność chemiczną. Jednakże ze względu na właściwości strukturalne samego PE, jego odporność na pękanie naprężeniowe jest stosunkowo słaba. Problem ten staje się szczególnie widoczny, gdy PE jest stosowany jako zewnętrzna powłoka kabli pancernych o dużym przekroju.
1. Mechanizm pękania osłony PE
Pękanie osłony PE występuje głównie w dwóch sytuacjach:
a. Pękanie naprężeniowe w środowisku: odnosi się do zjawiska, w którym powłoka ulega kruchemu pękaniu od powierzchni z powodu łącznego naprężenia lub narażenia na media środowiskowe po instalacji i eksploatacji kabla. Jest to spowodowane głównie wewnętrznym naprężeniem w obrębie powłoki i przedłużonym narażeniem na płyny polarne. Obszerne badania nad modyfikacją materiałów zasadniczo rozwiązały ten typ pękania.
b. Pękanie naprężeniowe mechaniczne: Występuje z powodu wad konstrukcyjnych kabla lub niewłaściwego procesu wytłaczania osłony, co prowadzi do znacznej koncentracji naprężeń i pęknięć wywołanych odkształceniem podczas instalacji kabla. Ten typ pęknięć jest bardziej widoczny w zewnętrznych osłonach kabli pancernych o dużym przekroju z taśmy stalowej.
2. Przyczyny pękania osłony PE i środki zaradcze
2.1 Wpływ kablaTaśma stalowaStruktura
W kablach o większych średnicach zewnętrznych warstwa pancerna składa się zazwyczaj z dwuwarstwowych owinięć taśmą stalową. W zależności od średnicy zewnętrznej kabla grubość taśmy stalowej jest różna (0,2 mm, 0,5 mm i 0,8 mm). Grubsze taśmy pancerne mają większą sztywność i gorszą plastyczność, co skutkuje większym odstępem między górną i dolną warstwą. Podczas wytłaczania powoduje to znaczne różnice w grubości osłony między górną i dolną warstwą powierzchni warstwy pancernej. Cieńsze obszary osłony na krawędziach zewnętrznej taśmy stalowej doświadczają największej koncentracji naprężeń i są głównymi obszarami, w których występują przyszłe pęknięcia.
Aby złagodzić wpływ pancernej taśmy stalowej na zewnętrzną osłonę, warstwa buforowa o określonej grubości jest owinięta lub wytłaczana pomiędzy taśmą stalową a osłoną PE. Ta warstwa buforowa powinna być jednolicie gęsta, bez zmarszczek lub wystających elementów. Dodanie warstwy buforowej poprawia gładkość pomiędzy dwiema warstwami taśmy stalowej, zapewnia jednolitą grubość osłony PE i, w połączeniu z kurczeniem się osłony PE, zmniejsza naprężenia wewnętrzne.
ONEWORLD zapewnia użytkownikom różne grubościocynkowana taśma stalowa materiały pancerneaby sprostać zróżnicowanym potrzebom.
2.2 Wpływ procesu produkcji kabli
Głównymi problemami w procesie wytłaczania osłon kabli o dużej średnicy zewnętrznej są niewystarczające chłodzenie, niewłaściwe przygotowanie formy i nadmierny współczynnik rozciągania, co powoduje nadmierne naprężenia wewnętrzne w osłonie. Kable o dużych rozmiarach, ze względu na grube i szerokie osłony, często napotykają ograniczenia w długości i objętości koryt wodnych na liniach produkcyjnych wytłaczania. Schłodzenie z temperatury ponad 200 stopni Celsjusza podczas wytłaczania do temperatury pokojowej stwarza wyzwania. Niewystarczające chłodzenie prowadzi do bardziej miękkiej osłony w pobliżu warstwy pancerza, powodując zarysowania na powierzchni osłony podczas zwijania kabla, co ostatecznie prowadzi do potencjalnych pęknięć i złamań podczas układania kabla z powodu sił zewnętrznych. Ponadto niewystarczające chłodzenie przyczynia się do wzrostu wewnętrznych sił skurczu po zwijaniu, zwiększając ryzyko pęknięcia osłony pod wpływem znacznych sił zewnętrznych. Aby zapewnić wystarczające chłodzenie, zaleca się zwiększenie długości lub objętości koryt wodnych. Niezbędne jest obniżenie prędkości wytłaczania przy jednoczesnym zachowaniu właściwego uplastycznienia osłony i umożliwieniu wystarczającego czasu na chłodzenie podczas zwijania. Ponadto, biorąc pod uwagę, że polietylen jest polimerem krystalicznym, metoda segmentowego chłodzenia polegająca na obniżeniu temperatury z 70–75°C do 50–55°C i ostatecznie do temperatury pokojowej pomaga złagodzić naprężenia wewnętrzne powstające w trakcie procesu chłodzenia.
2.3 Wpływ promienia zwijania na zwijanie kabla
Podczas zwijania kabla producenci stosują się do standardów branżowych w zakresie wyboru odpowiednich rolek dostarczających. Jednak dostosowanie długich długości dostawy dla kabli o dużej średnicy zewnętrznej stwarza wyzwania w zakresie wyboru odpowiednich rolek. Aby spełnić określone długości dostawy, niektórzy producenci zmniejszają średnice bębnów rolek, co skutkuje niewystarczającymi promieniami gięcia kabla. Nadmierne zginanie prowadzi do przemieszczenia warstw pancerza, powodując znaczne siły ścinające na osłonie. W poważnych przypadkach zadziory pancernej taśmy stalowej mogą przebić warstwę amortyzującą, osadzając się bezpośrednio w osłonie i powodując pęknięcia lub szczeliny wzdłuż krawędzi taśmy stalowej. Podczas układania kabla boczne siły zginania i ciągnięcia powodują pękanie osłony wzdłuż tych szczelin, szczególnie w przypadku kabli znajdujących się bliżej wewnętrznych warstw szpuli, co czyni je bardziej podatnymi na pękanie.
2.4 Wpływ środowiska budowy i instalacji na miejscu
Aby ujednolicić konstrukcję kabla, zaleca się zminimalizowanie prędkości układania kabla, unikając nadmiernego nacisku bocznego, zginania, sił ciągnących i kolizji powierzchniowych, zapewniając cywilizowane środowisko konstrukcyjne. Najlepiej przed instalacją kabla pozostawić go w temperaturze 50–60°C, aby uwolnić naprężenia wewnętrzne z osłony. Unikaj długotrwałego wystawiania kabli na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, ponieważ różnice temperatur po różnych stronach kabla mogą prowadzić do koncentracji naprężeń, zwiększając ryzyko pęknięcia osłony podczas układania kabla.
Czas publikacji: 18-12-2023