Специалисты ПНИПУ разработали модель улучшенной изоляции высоковольтных кабелей

Высоковольтные кабели используются, в первую очередь, для передачи электрической энергии. Их изоляционный слой, в большинстве случаев, сформирован полиэтиленом, технологичным материалом, выдерживающим механические, атмосферные, электрохимические нагрузки без разрушения.

Полиэтиленовые отрезки соединяются методом сшивки, перед передачей изделия в эксплуатацию или продажу обязательно проводится контроль качества, что требует дополнительных вложений, временных и финансовых. Специалисты ПНИПУ предложили способ, помогающий свести эти вложения к минимуму. Они представили математическую модель, способную определить, насколько точно соблюдены стандарты и допуски при выпуске кабеля.

“Труд специалистов ПНИПУ будет по достоинству оценен всеми организациями, занятыми в кабельном производстве, поможет им в сокращении издержек, оптимизации бизнес-процессов.” - отмечают эксперты телекоммуникационной компании LANart.

Технология сшивки полиэтилена: особенности

Полимерный материал сшивается внутри герметичной трубы, заполненной азотом. Для обеспечения соединения на молекулярном уровне, температурное воздействие должно превышать 400 градусов. В специализированной литературе такой метод называется “вулканизацией”. Его результат – объединение молекул соединяемых материалов в общую структуру, эластичную, устойчивую к нагрузкам на разрыв, продольным, поперечным воздействиям, скручиванию.

Сшивка – более совершенная технология, в сравнении с аналогами, способная обеспечить кабелю несколько значимых преимуществ:

• Температурная стойкость, способность без разрушения, деформаций, плавления выдержать даже 90-градусную нагрузку;
• Повышенный показатель тока нагрузки, на треть больший, чем у кабеля с бумажным изоляционным слоем;
• Водонепроницаемость, полиэтилен – материал, не склонный впитывать влагу, что исключает коррозию центрального проводника;
• Меньшая масса, упрощающая перевозку и монтаж.

Проблемы и решения

Преимущества кабелей с полиэтиленовой изоляцией бесспорны, однако, процесс сшивки материала требует доработки. Покрытие должно быть максимально однородным, неразрывным, что на 100% исключает воздействие влаги на центральный проводник, опасность перелома при постоянных механических нагрузках.

Актуальные технологии не всегда обеспечивают такую однородность. Слишком сложны расчеты, брак может образоваться из-за минимальных температурных отклонений в процессе сшивки, ошибках при определении исходных характеристик изоляционного материала.

Специалистам ПНИПУ удалось создать математическую модель, упрощающую подбор оптимальных для соединения параметров, ускоряющую процесс без вреда для результата.

Наталия Труфанова, возглавляющая кафедру “Конструирование и технологии в электротехнике”, подробнее раскрыла характер проблемы. Трудность касается температурной разницы внутри изоляционного слоя, изменяющей характер вулканизации, приводящей к неравномерности, неоднородности процесса. Вдобавок, качество сшивки определяется кинетическими показателями изоляционного материала, связанными с температурой и интенсивностью ее изменения. Неравномерность параметров требует максимально тщательного отслеживания всех составляющих процесса, равномерного прогрева заготовки по всей толщине.

Специалисты ПНИПУ экспериментировали с несколькими сортами полиэтилена, причем испытания велись как в формате математических моделей, так и эмпирически, в виде прямых тестов. Было установлено, что рост температуры всегда приводит к ускорению сшивки, независимо от сорта изоляционного материала, что помогает снизить временные траты без ухудшения качества.

Артем Корелин, аспирант кафедры “Конструирование и технологии в электротехнике”, подвел итоги испытаний. Он сказал, что созданная объемная математическая модель дает точное визуальное представление и переносе тепла и массы внутри вулканизационной установки. Модель поможет сразу определить параметры, соответствующие конкретному сорту полиэтилена, выпускаемому кабелю, что сократит временные, материальные издержки, исключит риск производства бракованной партии.