Характеристики устойчивой к образованию древовидного проводящего следа изоляции из сшитого полиэтилена с точки зрения требований стандарта DIN VDE 276-605/AE

Авторы: M. Aarts, J. Kjellqvist, A. Mendelsohn и K. Vaterrodt

Полиэтилен начал использоваться в качестве изолирующего материала для силовых кабелей более 40 лет назад. Ему присущи такие свойства, как прочность, стойкость к воздействию химических веществ и влаги, пластичность при низких температурах, а также превосходные электроизоляционные свойства. Все это, в комплексе с низкой стоимостью и простотой обработки, делает полиэтилен превосходным материалом для применения в качестве изолятора при производстве всей номенклатуры электрических кабелей – от низковольтных, до высоковольтных. Имеется множество технологических разработок, обеспечивших лидирующее положение полиэтилена как материала для изоляции электрических кабелей.

Материалы с высокой стойкостью к образованию древовидного следа (WTR) в основном используются в Северной Америке; европейский же рынок склонился к использованию гомополимеров и сополимеров. Использование сополимеров в Европе определяется требованием к характеристикам старения под действием влаги в течение двухлетнего срока, содержащимся в стандарте VDE (Verband der Elektrotechnik). Гомополимеры же чаще применяются в сухих системах, когда для устранения поступления воды к жиле используются кабели более сложной конструкции.

В настоящее время применяется согласованный стандарт CENELEC HD605 S1 HD 605 S1:1994/A3:2002 "Электрические кабели – дополнительные методы испытаний". В нем описано испытание на старение в воде в течение двух лет, и он может обеспечить более однородный подход к использованию изоляционных материалов. Проводящиеся в настоящее время исследования позволяют оценить характеристики изоляционных WTR-материалов с точки зрения критически важного для европейского рынка теста.

Три кабеля, рассчитанных на промежуточное напряжение, с размерами, очень близкими к кабелям на 6/10 кВ по стандарту DIN VDE 0276-620, вытягивались через трехслойную матрицу и отверждались в азотной атмосфере с использованием процесса непрерывной вулканизации. Использовались гомополимер, сополимер и WTR-изоляция. В течение одного года производилось кондиционирование этих кабелей; они подвергались воздействию воды, как внутри, так и снаружи, и затем тестировались при напряженности поля 6 – 6,7 кВ/мм, подобно тому, как это делается для кабелей на 20 кВ. Для выявления развития водно-древовидной деградации в зависимости от возраста, использовались микроскопические исследования. Тангенс угла потерь в зависимости от температуры (до 130° C) измерялся на этих кабелях в диапазоне до 18 кВ (3Uo).

Самая высокая диэлектрическая прочность на переменном напряжении для свежеизготовленных жил была найдена для WTR. Установлено, что диэлектрическая прочность WTR-материалов показывает наилучшие характеристики после одно- и двухлетнего периода старения.

Все значения в кВ/мм Свежеизготовленные жилы Через 1 год Через 2 года
Гомополимер 57 33 30
Сополимер 57 36 39
WTR 61 51 45

Таблица 1. Диэлектрическая прочность на переменном напряжении для различных изоляционных материалов после кондиционирования и старения в воде.

В этой статье обсуждается механизм, с помощью которого агент, замедляющий образование древовидного следа, увеличивает стойкость к пробою на переменном напряжении в процессе старения. В итоговый отчет включены результаты измерения для промежуточных продолжительностей воздействия и для интервалов длительностью до двух лет, а также интерпретация обнаруженных тенденций.

Данные также указывают на то, что применение WTR-материалов представляет собой превосходный выбор, позволяющий удовлетворить строжайшим требованиям, появившимся после введения нового стандарта на двухлетние испытания CENELEC HD 605 S1. Преимущества WTR-материалов и эксплуатации в сухом режиме выявлены в течение более чем 20-летнего использования их в Северной Америке, как в виде снимающейся изоляции, так и в полностью герметизированных изолирующих покрытиях. Даже для "сухого исполнения" можно ожидать дополнительной степени безопасности в случае физического повреждения водозащитной структуры.

Чтобы запросить полную копию статьи в том виде, как она была представлена на международной конференции по электротехническим изделиям (CIRED), щелкните здесь. Чтобы получить дополнительную информацию о самой конференции, прочитайте статью События в отрасли