Problem pękania zbrojonego kabla PE o dużym przekroju

Polietylen (PE) jest szeroko stosowany w izolacji i osłonie kabli elektroenergetycznych i telefonicznych ze względu na dobrą wytrzymałość mechaniczną, udarność, odporność na ciepło, izolację i stabilność chemiczną. Jednak ze względu na samą strukturę PE, jego odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku jest słaba, zwłaszcza gdy PE jest używany jako zewnętrzna powłoka kabla zbrojonego o dużym przekroju, problem pękania jest szczególnie widoczny.

1. Mechanizm pękania powłoki PE

Pękanie osłony PE ma głównie następujące dwie sytuacje: jedna to pękanie naprężeniowe w środowisku, odnosi się do kabla w instalacji i eksploatacji, osłona w połączeniu naprężeń lub kontaktu z medium środowiskowym, z powierzchni zjawiska kruchego pękania.

Pękanie to jest generalnie spowodowane dwoma czynnikami: jednym jest istnienie naprężeń wewnętrznych w powłoce, a drugim jest długi czas kontaktu powłoki kabla z cieczą polarną. Ten rodzaj pękania zależy głównie od odporności samego materiału na pękanie naprężeniowe w środowisku, dzięki wieloletnim badaniom nad modyfikacją materiału sytuacja ta została zasadniczo rozwiązana.

Drugi to mechaniczne pękanie naprężeniowe, ponieważ kabel ma wady w strukturze lub proces wytłaczania osłony nie jest odpowiedni, w strukturze osłony występują duże naprężenia i łatwo jest wytworzyć koncentrację naprężeń, tak że odkształcenie kabla i pękanie podczas budowy uwolnienia kabla. Ten rodzaj pęknięć jest bardziej widoczny w zewnętrznej powłoce warstwy zbrojonej taśmą stalową o dużym przekroju.

2.Przyczyny pękania powłoki PE i środki zaradcze

2.a. Wpływ struktury stalowej taśmy kablowej

Gdy zewnętrzna średnica kabla jest duża, warstwa pancerza jest zwykle wykonana z podwójnych warstw owinięcia szczeliny taśmy stalowej. W zależności od średnicy zewnętrznej linki grubość taśmy stalowej wynosi 0,2mm, 0,5mm i 0,8mm. Im większa grubość zbrojonej taśmy stalowej, tym większa sztywność, gorsza plastyczność, tym większa odległość między dolnymi warstwami taśmy stalowej.

W procesie wyciskania i rozciągania różnica grubości pomiędzy górną i dolną taśmą stalową na powierzchni warstwy pancernej jest bardzo duża. Część osłony na krawędzi zewnętrznej taśmy stalowej ma najcieńszą grubość i najbardziej skoncentrowane naprężenia wewnętrzne, co jest głównym miejscem pękania w przyszłości. Aby uniknąć wpływu opancerzonej zewnętrznej osłony pasa stalowego, warstwa buforowa o określonej grubości powinna być owinięta lub wyciśnięta między stalowym pasem a zewnętrzną osłoną PE, a warstwa buforowa powinna być ściśle jednolita, bez zmarszczek, bez nierówności.

Dodanie warstwy buforowej poprawia płaskość między dwiema warstwami taśmy stalowej, dzięki czemu grubość materiału osłony PE jest jednolita, oprócz skurczu osłony PE, dzięki czemu osłona nie będzie wyglądać na luźną torebkę, również będzie nie pakować zbyt ciasno, zmniejszając w ten sposób naprężenia wewnętrzne.

2.b. Wpływ procesu produkcji kabli

Głównymi problemami występującymi w procesie wytłaczania zbrojonej osłony kabla o dużej średnicy są niewystarczające chłodzenie, nieuzasadniona konfiguracja formy, nadmierny współczynnik rozciągania i nadmierne naprężenia wewnętrzne w powłoce. Ze względu na grubą osłonę i dużą średnicę zewnętrzną długość i objętość zbiornika na wodę w ogólnej linii produkcyjnej do wytłaczania są ograniczone. Trudno jest schłodzić kabel z wysokiej temperatury powyżej 200 stopni do normalnej temperatury, gdy osłona jest wytłaczana.

Jeśli schłodzenie powłoki nie jest wystarczające po wytłoczeniu, część osłony blisko warstwy zbrojonej będzie miękka i łatwo jest spowodować nacięcie na powierzchni osłony spowodowane taśmą stalową, gdy gotowy kabel płytka jest wygięta, co powoduje pękanie powłoki zewnętrznej pod wpływem większej siły zewnętrznej podczas konstrukcji zwalniacza kabla.

Z drugiej strony niedostateczne schłodzenie powłoki spowoduje większą siłę skurczu wewnętrznego po dalszym schłodzeniu kabla w krążek, tak że pod działaniem większej siły zewnętrznej wzrasta prawdopodobieństwo pęknięcia powłoki. Aby zapewnić wystarczające chłodzenie kabla, można odpowiednio zwiększyć długość lub objętość zbiornika oraz odpowiednio zmniejszyć prędkość wytłaczania na podstawie dobrego uplastycznienia powłoki, tak aby warstwy wewnętrzna i zewnętrzna osłony kabla zostały całkowicie schłodzone po nałożeniu kabla na cewkę.

Jednocześnie, biorąc pod uwagę, że polietylen jest polimerem krystalicznym, zaleca się przyjęcie trybu chłodzenia segmentowego ciepłą wodą w celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych powstających podczas chłodzenia. Zwykle jest schładzany od 70-75℃ do 50-55℃, a na koniec schładzany do temperatury pokojowej.

2.c. Wpływ promienia gięcia kabla

Gdy kabel jest skręcony, producent kabla powinien wybrać odpowiednią tackę zgodnie z normą przemysłową JB/T 8137.1-2013. Jednak gdy długość dostawy wymagana przez użytkownika jest duża, bardzo trudno jest dobrać odpowiednią cewkę do gotowego kabla o dużej średnicy zewnętrznej i dużej długości.

Niektórzy producenci, aby zagwarantować długość dostawy, musieli ciąć rurę o małej średnicy, ponieważ promień gięcia jest niewystarczający, warstwa zbrojona z powodu zginania jest zbyt dużym przemieszczeniem, duża siła ścinająca na osłonie, poważne, gdy opancerzony pas stalowy zadziory nakłuwają warstwę buforową bezpośrednio osadzoną w osłonie, osłona wzdłuż krawędzi paska pęka lub pęka. Podczas konstrukcji uwalniania kabla kabel jest poddawany dużej sile zginania poprzecznego i siły rozciągającej, co powoduje pękanie wzdłuż kierunku pęknięcia osłony po rozwinięciu gotowego kabla z korytka, a kabel blisko warstwy powłoki jest bardziej podatne na pękanie.

2.d. Wpływ budowy placu budowy i środowiska układania

Konstrukcja kabla powinna być znormalizowana i wykonana w ścisłej zgodności z wymaganiami normy. Zaleca się maksymalne zmniejszenie prędkości zwalniania kabla, aby uniknąć nadmiernego nacisku bocznego, siły zginającej i siły rozciągającej działającej na kabel oraz uniknąć kolizji z powierzchnią kabla, aby zapewnić bezpieczną konstrukcję.

Jednocześnie upewnij się, że minimalny promień gięcia kabla podczas instalacji spełnia wymagania projektowe. Promień gięcia jednożyłowego kabla zbrojonego wynosi ¥15D, a promień gięcia trzyrdzeniowego kabla zbrojonego wynosi ∅12D (D to zewnętrzna średnica kabla).

Przed ułożeniem kabla najlepiej umieścić go na pewien czas w temperaturze 50-60°C, aby uwolnić naprężenia wewnętrzne w powłoce. Jednocześnie kabel nie powinien być narażony na długotrwałe działanie promieni słonecznych, ponieważ temperatura różnych stron kabla nie jest stała podczas ekspozycji, co sprzyja koncentracji naprężeń, co zwiększa ryzyko pęknięcia powłoki podczas budowa i rozłączanie kabli.

Wniosek

Pękanie zbrojonej osłony kabla PE o dużym przekroju jest trudnym problemem, z którym muszą się zmierzyć producenci kabli. Aby poprawić odporność na pękanie powłoki PE kabla, należy ją kontrolować pod wieloma względami, takimi jak sam materiał osłony, struktura kabla, technologia produkcji i środowisko układania, aby przedłużyć żywotność kabla i zapewnić jakość kabel.