Polyethyleen (PE) wordt veel gebruikt in deisolatie en ommanteling van stroomkabels en telecommunicatiekabelsvanwege zijn uitstekende mechanische sterkte, taaiheid, hittebestendigheid, isolatie en chemische stabiliteit. Vanwege de structurele kenmerken van PE zelf is de weerstand tegen spanningsscheuren door omgevingsfactoren echter relatief slecht. Dit probleem wordt vooral prominent wanneer PE wordt gebruikt als de buitenmantel van gepantserde kabels met grote doorsnede.
1. Mechanisme van PE-mantelscheuren
PE-mantelscheuren komen voornamelijk in twee situaties voor:
A. Omgevingsspanningsscheuren: Dit verwijst naar het fenomeen waarbij de mantel brosse scheuren ondergaat vanaf het oppervlak als gevolg van gecombineerde spanning of blootstelling aan omgevingsmedia na de installatie en bediening van de kabel. Het wordt voornamelijk veroorzaakt door interne spanning in de schede en langdurige blootstelling aan polaire vloeistoffen. Uitgebreid onderzoek naar materiaalmodificatie heeft dit soort scheurvorming grotendeels opgelost.
B. Mechanische spanningsscheuren: Dit treedt op als gevolg van structurele tekortkomingen in de kabel of ongepaste extrusieprocessen van de mantel, wat leidt tot aanzienlijke spanningsconcentraties en door vervorming veroorzaakte scheuren tijdens de kabelinstallatie. Dit type scheurvorming is meer uitgesproken in de buitenmantels van met staalband gepantserde kabels met een grote doorsnede.
2. Oorzaken van scheuren in de PE-mantel en maatregelen ter verbetering
2.1 Invloed van kabelStalen bandStructuur
Bij kabels met grotere buitendiameters bestaat de pantserlaag doorgaans uit dubbellaagse stalen tape-omwikkelingen. Afhankelijk van de buitendiameter van de kabel varieert de dikte van de stalen tape (0,2 mm, 0,5 mm en 0,8 mm). Dikkere gepantserde stalen banden hebben een hogere stijfheid en een slechtere plasticiteit, wat resulteert in een grotere afstand tussen de bovenste en onderste lagen. Tijdens extrusie veroorzaakt dit aanzienlijke verschillen in de dikte van de mantel tussen de bovenste en onderste lagen van het oppervlak van de pantserlaag. Dunnere mantelgebieden aan de randen van de buitenste stalen tape ervaren de grootste spanningsconcentratie en zijn de belangrijkste gebieden waar toekomstige scheuren optreden.
Om de impact van de pantserstaalband op de buitenmantel te verzachten, wordt tussen de staalband en de PE-mantel een bufferlaag van een bepaalde dikte gewikkeld of geëxtrudeerd. Deze bufferlaag moet gelijkmatig dicht zijn, zonder rimpels of uitsteeksels. De toevoeging van een bufferlaag verbetert de gladheid tussen de twee lagen staalband, zorgt voor een uniforme dikte van de PE-mantel en vermindert, in combinatie met de samentrekking van de PE-mantel, de interne spanning.
ONEWORLD biedt gebruikers verschillende diktes vangegalvaniseerde stalen tape gepantserde materialenom aan uiteenlopende behoeften te voldoen.
2.2 Impact van het kabelproductieproces
De belangrijkste problemen bij het extrusieproces van gepantserde kabelmantels met een grote buitendiameter zijn onvoldoende koeling, onjuiste matrijsvoorbereiding en overmatige rekverhouding, resulterend in overmatige interne spanning in de mantel. Grote kabels hebben vanwege hun dikke en brede mantels vaak te maken met beperkingen in de lengte en het volume van de watergoten op extrusieproductielijnen. Het afkoelen van meer dan 200 graden Celsius tijdens de extrusie naar kamertemperatuur brengt uitdagingen met zich mee. Onvoldoende koeling leidt tot een zachtere mantel nabij de pantserlaag, waardoor krassen op het oppervlak van de mantel ontstaan wanneer de kabel wordt opgerold, wat uiteindelijk kan resulteren in mogelijke scheuren en breuken tijdens het leggen van de kabel als gevolg van externe krachten. Bovendien draagt onvoldoende koeling bij aan verhoogde interne krimpkrachten na het oprollen, waardoor het risico op scheuren in de mantel onder aanzienlijke externe krachten toeneemt. Om voldoende koeling te garanderen, wordt aanbevolen de lengte of het volume van de waterbakken te vergroten. Het is essentieel om de extrusiesnelheid te verlagen, terwijl de juiste plasticisering van de mantel behouden blijft en er voldoende tijd is voor afkoeling tijdens het oprollen. Bovendien helpt een gesegmenteerde koelmethode voor temperatuurverlaging, van 70-75°C naar 50-55°C, en uiteindelijk naar kamertemperatuur, door polyethyleen als een kristallijn polymeer te beschouwen, interne spanningen tijdens het koelproces te verlichten.
2.3 Invloed van de oprolradius op het oprollen van kabels
Tijdens het oprollen van kabels houden fabrikanten zich aan de industrienormen voor het selecteren van de juiste leveringshaspels. Het accommoderen van lange leveringslengtes voor kabels met een grote buitendiameter brengt echter uitdagingen met zich mee bij het selecteren van geschikte haspels. Om aan de gespecificeerde leveringslengtes te voldoen, verkleinen sommige fabrikanten de diameter van de haspelcilinder, wat resulteert in onvoldoende buigradiussen voor de kabel. Overmatig buigen leidt tot verplaatsing van pantserlagen, waardoor aanzienlijke schuifkrachten op de mantel ontstaan. In ernstige gevallen kunnen de bramen van de gepantserde stalen strip de dempende laag doorboren, zich direct in de omhulling nestelen en scheuren of scheuren langs de rand van de stalen strip veroorzaken. Tijdens het leggen van kabels zorgen de laterale buig- en trekkrachten ervoor dat de mantel langs deze scheuren scheurt, vooral bij kabels die zich dichter bij de binnenlagen van de haspel bevinden, waardoor ze gevoeliger worden voor breuk.
2.4 Impact van de bouw- en installatieomgeving ter plaatse
Om de kabelconstructie te standaardiseren, wordt geadviseerd om de kabellegsnelheid te minimaliseren, waarbij overmatige zijdelingse druk, buiging, trekkrachten en botsingen aan het oppervlak worden vermeden, waardoor een beschaafde bouwomgeving wordt gegarandeerd. Laat de kabel bij voorkeur vóór het installeren van de kabel rusten op 50-60°C om de interne spanning van de mantel te verminderen. Vermijd langdurige blootstelling van kabels aan direct zonlicht, omdat verschillende temperaturen aan verschillende zijden van de kabel kunnen leiden tot spanningsconcentratie, waardoor het risico op scheuren in de mantel tijdens het leggen van de kabel toeneemt.
Posttijd: 18 december 2023