Hochspannungskabelverbindungen: Isolationsanforderungen für Stromkabelhersteller

Wenn ein 132-kV-Kabel seinen routinemäßigen Teilentladungsschirm bei 5 pC durchfällt, wird zuerst die Extrusionslinie und zuletzt die Verbindung untersucht. Die Reihenfolge ist in der Regel umgekehrt. Teilentladungs-, Hotset- und Durchschlagsfehler an Hochspannungskabeln sind auf drei Eigenschaften zurückzuführen, die ein Verbindungszertifikat nicht nachweist: Sauberkeit, Feuchtigkeit und die Vollständigkeit der Vernetzung. Für einen Hersteller von industriellen Stromkabeln werden alle drei Monate in der Einkaufsspezifikation festgelegt, bevor der erste Meter extrudiert wird.

Was ein Hochspannungskabelverbund leisten muss

Eine Isoliermasse für Hochspannungskabel muss vier Anforderungen gleichzeitig erfüllen: geringe dielektrische Verluste, dielektrische Festigkeit, die die Standard-Wechselstrom- und Impulstests übersteht, thermische und mechanische Beständigkeit bei der Auslegungstemperatur des Leiters und ein Verarbeitungsverhalten, das bei der Extrusion keine Defekte verursacht. Eine Sorte, die eine davon verfehlt, scheitert im Kabelteststadium, nicht im Verbundstadium.

• Dielektrischer Verlust: Der Verlustfaktor muss über den Betriebstemperaturbereich niedrig und stabil bleiben, da der Verlust die Isolationsdicke und den Nennstrom am oberen Ende des Spannungsbereichs bestimmt.
• Spannungsfestigkeit: Die ausgehärtete Isolierung muss dem Wechselspannungstest und den Blitzimpulspegeln der Kabelnorm standhalten und den routinemäßigen Teilentladungsgrenzwert, beispielsweise 10 pC gemäß IEC 60502-2, einhalten.
• Thermische und mechanische Beständigkeit: 90 °C Dauerleitertemperatur und 250 °C bei Kurzschluss, mit Verformungsprüfung durch Hot-Set-Test nach IEC 60811-507.
• Verarbeitbarkeit: Das Compound muss auf der qualifizierten Linie mit der qualifizierten Schmelzetemperatur und -leistung laufen und während der Förderung, Trocknung und Lagerung frei von Verunreinigungen bleiben.

Die Spannungsklasse bestimmt die Verbindungsqualität

Kabelnormen teilen den Markt in drei Isolationsbereiche auf: IEC 60502-2 deckt 1 kV bis 30 kV ab, IEC 60840 deckt über 30 kV bis 150 kV ab und IEC 62067 deckt über 150 kV bis 500 kV ab. An jeder Grenze ändert sich die Qualifizierungsstufe der Mischung und damit auch die Nachweise, die ein Lieferant erbringen muss.

Unterhalb von 36 kV ist die Isolationswand vergleichsweise dünn und die elektrische Belastung moderat, sodass silanvernetztes XLPE weiterhin eine praktische Wahl bleibt. Oberhalb von 36 kV steigen die Wandstärke und die Spannung an der Siebschnittstelle, und nur superreine Peroxidqualitäten mit kontrollierten Nebenproduktgehalten passen zum Design.

Die XLPE-Basislinie und wo die Silanvernetzung aufhört

Peroxidvernetztes XLPE ist die Standardisolierung über 30 kV. Mit Silan vernetztes XLPE eignet sich für 35 kV und darunter, wenn eine Wasserbadhärtung ausreicht und die Ausrüstungskosten höher sind als die dielektrische Marge.

Der Unterschied liegt in der Chemie, nicht im Marketing. Dicumylperoxid zerfällt während der Aushärtung in Acetophenon, Cumylalkohol, Methan und Alpha-Methylstyrol. Diese Rückstände erhöhen den Verlustfaktor und müssen durch Entgasung entfernt werden, bevor die Tan-Delta-Grenzwerte an der Spitze der Spannungsklasse erreicht werden können. Die Zuverlässigkeit dieses Weges hängt sowohl von den Aushärtungsbedingungen als auch von der Formulierung ab, die in diesem Hinweis behandelt wird Was macht Peroxid-XLPE-Compounds für Stromkabel zuverlässig? .

Isolierungsportfolios für Industrie- und Verteilungsprojekte enden in der Regel bei der 35-kV-Obergrenze, sodass die Qualitätsliste, aus der ein Hersteller kauft, enger ist, als das Standardsortiment vermuten lässt. Ein repräsentatives Beispiel ist dieser peroxidische XLPE-Typ für Kabelisolierungen bis 35 kV, bei dem Vernetzungsverhalten und Hot-Set-Werte Kaufkriterien und nicht die dielektrischen Schlagzeilen sind.

ML-YJ35 Peroxid-XLPE-Isoliermasse für 35-kV-Kabel Peroxid XLPE insulation compound for power cables up to 35 kV, listed to JB/T 10437-2004; a representative grade when crosslinking and hot-set values guide specification. Produkt anzeigen →

Kontamination, Feuchtigkeit und Entgasung: Was im Datenblatt weggelassen wird

Drei Fehlerquellen entscheiden darüber, ob aus einer konformen Verbindung ein konformes Kabel wird: zurückgehaltene Verunreinigungen, absorbierte Feuchtigkeit und unvollständige Entgasung. Keines davon erscheint in einem typischen Datenblatt, daher müssen alle drei in die Kaufspezifikation aufgenommen werden.

• Kontamination: Partikel über der vereinbarten Größe erzeugen Spannungskonzentrationen, die zur Entstehung von Bäumen und Teilentladungen führen. Hochspannungsqualitäten werden nach der maximalen Partikelgröße spezifiziert und durch Pellet- oder Bandinspektion überprüft, nicht durch eine durchschnittliche Zählung.
• Feuchtigkeit: Absorbiertes Wasser bildet beim Extrudieren Hohlräume und fördert die Bildung von Wasserbäumen im Betrieb. Legen Sie in der Spezifikation einen Karl-Fischer-Feuchtigkeitsgrenzwert fest und fordern Sie eine Verpackung mit Feuchtigkeitsbarriere, da ein auf einem feuchten Boden geöffneter Folienbeutel schnell zum Gleichgewicht zurückkehrt.
• Entgasung: Restliche Peroxid-Nebenprodukte müssen nach der Aushärtung entfernt werden. Der akzeptable Wert hängt von der Spannungsklasse und der Isolationsdicke ab. Die Überprüfung erfolgt am fertigen Kabel, niemals an Pellets.

Halbleiterschirme sind die halbe Isolierung

Der Leiterschirm und der Isolationsschirm kontrollieren die elektrische Spannung an beiden Isolationsschnittstellen. Oberhalb von 30 kV beeinflussen Schirmglätte, Verklebung und Abziehbarkeit das Impuls- und Teilentladungsverhalten ebenso wie die Isoliermasse selbst.

Siebmassen sind mit Ruß beladene, vernetzbare Formulierungen. Entscheidend beim Kauf ist nicht der Schwarzgehalt, sondern die fertige Oberfläche: Vorsprünge an der Isolationsschnittstelle wirken als Spannungspunkte, der spezifische Volumenwiderstand muss niedrig genug bleiben, um das Feld entlang des Leiters auszugleichen, und die Isolationsabschirmung muss an der Verbindungsstelle abgezogen werden können, ohne dass die darunter liegende Isolierung reißt. Die dreischichtige Simultanextrusion ist nicht umsonst gängige Praxis, denn eine glatte Grenzfläche kann nachträglich nicht mehr hergestellt werden.

ML-PSD Halbleitender Leiterschirm für 10-kV-XLPE-Kabel Halbleitender, vernetzbarer Leiterschirm für XLPE-Stromkabel bis 10 kV, gelistet nach JB/T 10738; Dies ist bei der Festlegung von Bildschirmverbindungen und Eingangskontrollen relevant. Produkt anzeigen →

Eingangskontrolle vor der Extrusion

Vier Eingangskontrollen decken den größten Teil des Risikos in einer Hochspannungsverbindung ab: Hotset, Feuchtigkeit, Verschmutzung und Pelletkonsistenz. Jedes verfügt über eine definierte Methodee, die in eine Bestellung geschrieben und beim Wareneingang wiederholt werden kann.

Fragen Sie über die Testdaten hinaus nach dem Berichtspaket und dem Kalibrierungsstatus der dahinter stehenden Instrumente. Ein Lieferant, der veröffentlicht seine Laborprüfgeräte Eine Produktionsumgebung ist einfacher zu prüfen als eine, die ein Zertifikat ohne nachvollziehbare Methode sendet.

Mantel- und Flammenleistung auf Industriestrecken

Der Außenmantel hat keine dielektrische Funktion, entscheidet aber darüber, ob das Kabel Wassereintritt, Abrieb, Nagetiere und Feuereinwirkung übersteht. Die Mantelzusammensetzungen werden anhand der Installationsnorm und der Brandklasse des fertigen Kabels ausgewählt, nicht anhand des Isolationsgrads.

Auf Industriestandorten dominieren drei Mantelfamilien. Flammhemmendes Polyethylen wird auf Hochspannungsstrecken eingesetzt, wo Feuchtigkeitsbeständigkeit und geringe Wasserdampfdurchlässigkeit wichtiger sind als Flexibilität. PVC-Typen für 70 °C und 90 °C bleiben weit verbreitet, wenn Kosten und mechanische Belastbarkeit ausschlaggebend sind. Halogenfreie Ummantelungen treten dort auf, wo Rauchdichte und Korrosivität am Kabel und nicht an der Verbindung kontrolliert werden. In jedem Fall ist die auf der Zeichnung angegebene Verbindungsmenge anzugeben: Manteldicke, Haftung auf dem Schirm und Brandschutzklasse des fertigen Kabels.

ML-ZRPE-H Flammhemmender Polyethylenmantel für Hochspannungskabel Halogenfreie, raucharme flammhemmende PE-Mantelmischung für Hochspannungskabel, angegeben nach GB/T 11017 ST12 und Bündelverbrennung A/B; relevant, wenn das Brandverhalten der Hülle spezifiziert wird. Produkt anzeigen →

Praktische Fragen von Kabelherstellern

Welche Verbindung passt zu einem 33-kV-Industrieabzweig?

Innerhalb der Norm IEC 60502-2 befindet sich eine 33-kV-Einspeisung, die für 30 kV Nennspannung und Um 36 kV ausgelegt ist. Auf dieser Ebene werden sowohl Peroxid- als auch Silan-vernetztes XLPE verwendet: Peroxid, wenn die Teilentladungsmarge knapp ist, Silan, wenn die Aushärtungsausrüstung wasserbasiert ist. Geben Sie Hotset-, Feuchtigkeits- und Siebeigenschaften als ein Paket an, da der Isolationsgrad allein nicht das Testergebnis bestimmt.

Wie wird die Entgasung überprüft und nicht angenommen?

Für alle Spannungsklassen gilt kein einheitlicher numerischer Grenzwert. Die Entgasung wird am fertigen Kabel durch Messung des Verlustfaktors bei Netzfrequenz und erhöhter Temperatur sowie durch mit dem Kunden vereinbarte Tests auf Restnebenprodukte oder Gasentwicklung überprüft. Wandstärke und Aushärtetemperatur legen die erforderliche Entgasungszeit fest, daher gehört der Zeitplan in die Prozessspezifikation.

Gilt die Einstufung B2ca oder Cca für die Isoliermasse?

Nr. EN 13501-6-Klassen wie B2ca und Cca werden dem fertigen Kabel anhand der Ergebnisse der Brandtests zugeordnet und hängen hauptsächlich vom Mantel und der Gesamtkonstruktion ab. Die Isolierung trägt durch Halogengehalt, Rauch und Säure bei, aber die Klasse ist eine Kabeleigenschaft, keine zusammengesetzte Eigenschaft.

Was gehört außer der Spannungsfestigkeit in eine Kaufspezifikation?

Mindestens: Feuchtigkeitsgrenzwert mit Prüfmethode, Kontaminationsgrenzwert und Prüfmethode, Hotset-Werte gemäß IEC 60811-507, Volumenwiderstand und Oberflächenglätte des Halbleiterschirms, Verpackungs- und Lagerbedingungen sowie das Prüfberichtspaket pro Lieferung. Dies sind die Punkte, die darüber entscheiden, ob die Verbindung den routinemäßigen Teilentladungstest bei 10 pC übersteht.