Lämmityskaapelikomposiittimateriaalien tutkimus ja käyttö suurjännite- ja ultrakorkeajänniteympäristöissä

Korkeajännitteiset ja ultrakorkeajännitteiset lämpökaapelikomposiittimateriaalit ovat polymeeripohjaisia ​​komposiittimateriaaleja, joita käytetään erityisesti äärimmäisiä olosuhteita kestävien lämpökaapeleiden valmistukseen. Materiaalin tulee säilyttää erinomaiset sähköiset ominaisuudet, mekaaninen lujuus ja lämpöstabiilisuus erittäin korkeassa jännitteessä ja paineessa. Sen tyypillisiä käyttöskenaarioita ovat syvänmeren öljyn ja kaasun etsintä, petrokemian teollisuus ja erittäin kylmät tai korkeat lämpötilat.

Tärkeimmät ominaisuudet ja suorituskykyvaatimukset
Voidakseen selviytyä äärimmäisissä työympäristöissä korkeajännitteisten ja ultrakorkeajännitteisten lämpökaapelikomposiittimateriaalien on täytettävä useita tiukkoja suorituskykyvaatimuksia, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, seuraavat näkökohdat:

Sähköeristyksen suorituskyky: Lämmityskaapelit toimivat suurjänniteolosuhteissa, jolloin materiaaleilta vaaditaan erinomaiset sähköeristysominaisuudet, jotta estetään virtavuoto ja eristeen rikkoutuminen. Tämä edellyttää, että komposiittimateriaalilla on korkea resistiivisyys ja pieni dielektrinen häviö.

Korkean lämpötilan kestävyys: Lämmityskaapeli tuottaa korkeita lämpötiloja käytön aikana, ja sen on myös kyettävä pysymään vakaana äärimmäisissä lämpötiloissa, joten materiaalin korkean lämpötilan kestävyys on erityisen kriittinen.

Mekaaninen lujuus ja paineenkestävyys: Ultrakorkealla jännitteellä kaapelimateriaalilla on oltava korkea mekaaninen lujuus ja sen on kestettävä ulkoisia voimia, kuten jännitystä ja puristusta, ilman muodonmuutoksia tai rikkoutumista.

Kemiallinen korroosionkestävyys: Petrokemian tai syvänmeren ympäristöissä materiaaleilla on oltava myös hyvä kemiallinen korroosionkestävyys ja niiden on kyettävä toimimaan pitkään kemiallisissa väliaineissa, kuten hapoissa ja emäksissä, vahingoittumatta.

Lämmönjohtavuus: Lämmityskaapelin on johdettava lämpöä tehokkaasti vakaan lämpövaikutuksen saavuttamiseksi. Siksi komposiittimateriaalin lämmönjohtavuus on myös tärkeä indikaattori, joka on otettava huomioon suunnittelussa.

Päämateriaalikomponentit
Suurjännite- ja ultrakorkeajännitelämmityskaapelikomposiittimateriaalit koostuvat yleensä polymeerimatriisista ja toiminnallisista täyteaineista. Eri komponentit täydentävät toisiaan ja antavat materiaalille erinomaiset kokonaisvaltaiset ominaisuudet. Yleisiä tärkeimpiä materiaalikomponentteja ovat:

Matriisimateriaali: Yleensä valitaan korkeita lämpötiloja ja ikääntymistä kestäviä polymeerimateriaaleja, kuten polyeteeni (PE), polyvinylideenifluoridi (PVDF), eteenipropeenikumi (EPR) jne. Näillä materiaaleilla on erinomainen sähköeristys, mekaaninen lujuus ja kemiallinen stabiilisuus.

Toiminnalliset täyteaineet: Yleisesti käytettyjä täyteaineita ovat lämpöä johtavat materiaalit, kuten alumiinioksidi (Al2O3) ja magnesiumoksidi (MgO), jotka on suunniteltu parantamaan komposiittimateriaalien lämmönjohtavuutta. Sähköeristyksen parantamiseksi lisätään myös sähköeristyksen tehostajia, kuten silaanikytkentäaineita ja titaanioksidia (TiO2).

Nanotäyteaineet: Viime vuosina nanomateriaaleja (kuten grafeenia, hiilinanoputkia jne.) on käytetty komposiittimateriaalien muokkaamiseen niiden lämmönjohtavuuden ja mekaanisen lujuuden parantamiseksi.

Valmisteluprosessi
Suurjännite- ja ultrakorkeajännitelämmityskaapelikomposiittimateriaalien valmistusprosessi on ratkaisevan tärkeä. Sen tärkeimmät prosessivaiheet sisältävät sekoituksen, ekstruusiomuovauksen, lämpökäsittelyn jne.:

Sekoitus: Matriisipolymeeri ja funktionaalinen täyteaine sekoitetaan tasaisesti sen varmistamiseksi, että täyteaine jakautuu tasaisesti polymeerimatriisiin.

Suulakepuristusmuovaus: Seos prosessoidaan haluttuun muotoon ekstruusioprosessin kautta käytettäväksi kaapeleiden valmistuksessa.

Lämpökäsittely: Materiaalin lämpöstabiilisuuden ja mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi valmistuksen jälkeen suoritetaan yleensä tietty lämpökäsittely, kuten kuumapuristus tai hehkutus.

Sovellusesimerkkejä
1. Lämmityskaapelit öljyn- ja kaasunpoistossa
Öljyn ja kaasun talteenotto suoritetaan yleensä äärimmäisissä olosuhteissa. Korkeajännitteiset ja ultrakorkeajännitteiset lämmityskaapelit voivat tarjota tarvittavan lämmitystuen laitteille syvänmeren korkeapaineisissa ja suolapitoisissa ympäristöissä. Sen erinomainen paineenkesto ja lämmönjohtavuus tekevät tästä materiaalista suositun tällä alalla.

2. Syvänmeren suunnittelu
Syvänmeren etsinnässä ja kaivostoiminnassa on erittäin korkeat vaatimukset kaapeleiden paineenkestolle, korroosionkestävyydelle ja sähköiselle suorituskyvylle. Korkeajännitteisiä lämmityskaapeleita käytetään laajalti syvänmeren suunnittelussa estämään putkien jäätyminen alhaisten lämpötilojen takia.

3. Lämmitysjärjestelmät polaarisissa tai korkean lämpötilan ympäristöissä
Äärimmäisen matalissa tai korkeissa lämpötiloissa suurjännite- ja ultrakorkeajännitteiset lämmityskaapelikomposiitit voivat tarjota luotettavaa lämmitystukea rakennuksille ja laitteille, mikä varmistaa normaalin tuotannon tai käyttöiän.

ML-ZRPE korkeajännitekaapelin palosuojattu polyeteenivaippaseos