Polietylen (PE) jest szeroko stosowany wizolacja i osłona kabli elektroenergetycznych 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 w środowisku jest stosunkowo słaba. Problem ten staje się szczególnie widoczny, gdy PE jest stosowany jako zewnętrzna powłoka kabli pancernych o dużych przekrojach.
1. Mechanizm pękania powłoki PE
Pękanie powłoki PE występuje głównie w dwóch sytuacjach:
A. Pękanie naprężeniowe: odnosi się do zjawiska, w którym powłoka ulega kruchemu pękaniu na powierzchni w wyniku połączonego naprężenia lub narażenia na czynniki środowiskowe po zainstalowaniu i użytkowaniu kabla. Jest to spowodowane głównie naprężeniami wewnętrznymi w osłonie i długotrwałym narażeniem na ciecze polarne. Szeroko zakrojone badania nad modyfikacją materiałów zasadniczo rozwiązały problem tego typu pęknięć.
B. Pękanie naprężeniowe mechaniczne: Dzieje się tak z powodu wad strukturalnych kabla lub niewłaściwych procesów wytłaczania powłoki, co prowadzi do znacznej koncentracji naprężeń i pękania wywołanego odkształceniem podczas instalacji kabla. Ten typ pęknięć jest bardziej wyraźny w zewnętrznych powłokach kabli opancerzonych taśmą stalową o dużych przekrojach.
2. Przyczyny pękania osłony PE i środki naprawcze
2.1 Wpływ kablaTaśma stalowaStruktura
W kablach o większych średnicach zewnętrznych warstwa pancerna składa się zazwyczaj z dwuwarstwowych owinięć taśmą stalową. W zależności od zewnętrznej średnicy kabla grubość taśmy stalowej jest różna (0,2 mm, 0,5 mm i 0,8 mm). Grubsze taśmy ze stali pancernej mają większą sztywność i gorszą plastyczność, co skutkuje większymi odstępami pomiędzy górną i dolną warstwą. Podczas wytłaczania powoduje to znaczne różnice w grubości osłony pomiędzy górną i dolną warstwą powierzchni warstwy pancernej. Cieńsze obszary powłoki na krawędziach zewnętrznej taśmy stalowej podlegają największej koncentracji naprężeń i są głównymi obszarami, w których w przyszłości dochodzi do pęknięć.
Aby złagodzić wpływ zbrojonej taśmy stalowej na zewnętrzną powłokę, między taśmę stalową a powłokę PE nawija się lub wytłacza warstwę buforową o określonej grubości. Ta warstwa buforowa powinna być równomiernie gęsta, bez zmarszczek i wypukłości. Dodatek warstwy buforowej poprawia gładkość pomiędzy dwiema warstwami taśmy stalowej, zapewnia jednolitą grubość powłoki PE, a w połączeniu z kurczliwością powłoki PE zmniejsza naprężenia wewnętrzne.
ONEWORLD zapewnia użytkownikom różne grubościmateriały zbrojone taśmą stalową ocynkowanąaby zaspokoić różnorodne potrzeby.
2.2 Wpływ procesu produkcji kabli
Podstawowymi problemami związanymi z procesem wytłaczania opancerzonych powłok kabli o dużej średnicy zewnętrznej są niewystarczające chłodzenie, niewłaściwe przygotowanie formy i nadmierny stopień rozciągnięcia, co skutkuje nadmiernymi naprężeniami wewnętrznymi w powłoce. Kable wielkogabarytowe, ze względu na grubą i szeroką osłonę, często napotykają ograniczenia dotyczące długości i objętości rynien wodnych na liniach produkcyjnych do wytłaczania. Chłodzenie z temperatury ponad 200 stopni Celsjusza podczas wytłaczania do temperatury pokojowej stwarza wyzwania. Nieodpowiednie chłodzenie prowadzi do powstania bardziej miękkiej powłoki w pobliżu warstwy pancerza, powodując zarysowania powierzchni powłoki podczas zwijania kabla, co ostatecznie skutkuje potencjalnymi pęknięciami i przerwaniami podczas układania kabla pod wpływem sił zewnętrznych. Co więcej, niewystarczające chłodzenie przyczynia się do zwiększenia wewnętrznych sił skurczu po zwinięciu, zwiększając ryzyko pęknięcia osłony pod wpływem znacznych sił zewnętrznych. Aby zapewnić wystarczające chłodzenie, zaleca się zwiększenie długości lub objętości rynien wodnych. Niezbędne jest obniżenie prędkości wytłaczania przy jednoczesnym zachowaniu właściwej plastyfikacji otoczki i zapewnieniu wystarczającego czasu na ochłodzenie podczas zwijania. Dodatkowo, biorąc pod uwagę polietylen jako polimer krystaliczny, segmentowa metoda chłodzenia z redukcją temperatury, z 70-75°C do 50-55°C, a na koniec do temperatury pokojowej, pomaga złagodzić naprężenia wewnętrzne podczas procesu chłodzenia.
2.3 Wpływ promienia zwijania na zwijanie kabla
Podczas zwijania kabla producenci przestrzegają standardów branżowych w zakresie wyboru odpowiednich szpul dostawczych. Jednakże uwzględnienie długich dostaw kabli o dużej średnicy zewnętrznej stwarza wyzwania przy wyborze odpowiednich szpul. Aby spełnić określone długości dostaw, niektórzy producenci zmniejszają średnice bębnów, co skutkuje niewystarczającym promieniem zgięcia kabla. Nadmierne zginanie prowadzi do przemieszczeń w warstwach pancerza, powodując powstawanie znacznych sił ścinających na powłoce. W ciężkich przypadkach zadziory pancernej taśmy stalowej mogą przebić warstwę amortyzującą, wtapiając się bezpośrednio w osłonę i powodując pęknięcia lub szczeliny wzdłuż krawędzi stalowej taśmy. Podczas układania kabli boczne siły zginające i ciągnące powodują pękanie powłoki 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, unikanie nadmiernych nacisków bocznych, zginania, sił rozciągających i kolizji powierzchniowych, zapewniając cywilizowane środowisko budowlane. Najlepiej przed instalacją kabla pozostawić kabel w temperaturze 50-60°C, aby uwolnić wewnętrzne naprężenia z powłoki. Unikaj długotrwałego narażenia kabli na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, ponieważ różnice temperatur po różnych stronach kabla mogą prowadzić do koncentracji naprężeń, zwiększając ryzyko pękania powłoki podczas układania kabla.
Czas publikacji: 18 grudnia 2023 r