ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СИЛОВИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛІВ З ТЕРМОПЛАСТИЧНОЮ ПОЛІМЕРНОЮ ІЗОЛЯЦІЄЮ
Обкладинка журналу

Ключові слова

полімерна ізоляція
екструзія
параметри технологічного процесу
поліпропілен
ефективна в’язкість
коефіцієнт теплопровідності
кросс-логарифмічна модель

Як цитувати

Гринишина, М. В. . «ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СИЛОВИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛІВ З ТЕРМОПЛАСТИЧНОЮ ПОЛІМЕРНОЮ ІЗОЛЯЦІЄЮ». Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність, вип. 2 (3), Грудень 2021, с. 59-65, doi:10.20998/2224-0349.2021.02.18.

Анотація

Проблема високовольтних силових кабелів пов’язана зі складними технологічними процесами при їх виготовленні. Одним із головних процесів при виготовленні кабелів є екструзія. Існує величезна кількість параметрів (відомих як параметри процесу) на стадії процесу екструзії, які безпосередньо впливають на експлуатаційні характеристики ізоляції та кабелю в цілому. Показано, що для процесу екструзії важливими параметрами процесу є температура розплаву, швидкість, тиск, швидкість шнека, тип використовуваної матриці та середовище, яке охолоджує, в екструдері. Температура та тиск розплаву є одними з найбільших важливих параметрів в процесі екструзії, які визначають продуктивність процесу. Проаналізовано вплив  температури, тиску та коливання цих параметрів на комплекс механічних та електричних характеристик кабелю. Обгрунтовано, що реологічні властивості полімерів  схильні до коливань, що викликає проблеми у виробництві кабелів. Складність і велика кількість параметрів процесу, задіяних у виробництві кабелів, ускладнюють процес контролю, що обумовлює появу дефектів у вигляді тріщин, повітряних порожнин і пористості у високовольтній ізоляції. Аргументовано, що застосування силових кабелів з ізоляцією на основі зшитого поліетилену, який є термореактивним ізоляційним матеріалом, обумовлює складність перероблення як на стадії виготовлення, так і в експлуатації. Розвиток технології впровадження термопластичної ізоляції забезпечує вторинну переробку для реалізації проєктів силових високовольтних кабелів змінного та постійного струму. Представлено порівняльний аналіз електричних, механічних та теплових параметрів зшитого поліетилену та термопластичних полімерів в якості альтернативи термореактивної ізоляції. В статті наводяться особливості технологічного режиму екструзії полімерної ізоляції на основі термоеластопластів, зокрема, композицій поліпропілену, що обумовлено меншими значення коефіцієнту теплопровідності таких композицій в порівнянні з поліетиленом. Представлено моделі для опису процесу екструзії термопластичної ізоляції силових кабелів з урахуванням потоку розплавленого полімерного матеріалу як неньютонівської, нестисливої, ізотермічної рідини. Обґрунтовано необхідність визначення значень коефіцієнтів теплопровідності та теплоємності композицій на основі поліпропілену  в широкому діапазоні температури для зменшення вірогідності технологічних дефектів у високовольтній термопластичній ізоляції.

https://doi.org/10.20998/2224-0349.2021.02.18

Посилання

Huang X., Zhang J., Jiang P., Tanaka T. Material progress toward recyclable insulation of power cables part 2: Polypropylene-based thermoplastic materials. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2020, vol. 36, no. 1, pp. 8–18. doi: https://www.doi.org/10.1109/MEI.2020.8932973.

Du B. Polymer Insulation Applied for HVDC Transmission. Handbook. Singapore, Springer, 2021. 674 p.

Mazzanti G., Marzinotto M. Extruded Cables for High-Voltage Direct-Current Transmission. New Jersey, Wiley, 2013. 384 p.

Ouyang Y. et al. High‐temperature creep resistant ternary blends based on polyethylene and polypropylene for thermoplastic power cable insulation. Journal of Polymer Science. 2021, vol. 59, no. 11, pp. 1084–1094. doi: https://www.doi.org/10.1002/pol.20210147.

Celik O., Bonten C. Three-dimensional simulation of a single screw extruder’s grooved feed section. AIP Conference Proceedings. 2016, vol. 1779, pp. 050004. doi: https://www.doi.org/10.1063/1.4965509.

Lewandowski A., Wilczyński K. J., Nastaj A., Wilczyński K. A composite model for an intermeshing counter-rotating twin-screw extruder and its experimental verification. Polymer Engineering & Science. 2015, vol. 55, no. 12, pp. 2838–2848. doi: https://www.doi.org/10.1002/pen.24175.

Kim N., Kim H., Lee J. Numerical analysis of internal flow and mixing performance in polymer extruder I: single screw element. Korea-Australia Rheology Journal. 2006, vol. 18, no. 3, pp. 143–151.

Marschik C., Roland W., Löw-Baselli B., Miethlinger J. A heuristic method for modeling three-dimensional non-Newtonian flows of polymer melts in single-screw extruders. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2017, vol. 248, pp. 27–39. doi: https://www.doi.org/10.1016/j.jnnfm.2017.08.007.

Kadyirov A., Gataullin R., Karaeva J. Numerical Simulation of Polymer Solutions in a Single-Screw Extruder. Applied Sciences. 2019, vol. 9, no. 24, pp. 5423. doi: https://www.doi.org/10.3390/app9245423.

Bessonova M., Ponomareva M., Yakutenok V. Numerical solution of polymer melt flow problem in a single screw extruder. Himičeskaâ fizika i mezoskopiâ. 2019, vol. 21, no. 2, pp. 198–217. doi: https://www.doi.org/10.15350/17270529.2019.2.22.

Krueger H. Extruder for non-Newtonian melt analysis and performance prediction. Plastics. 1963, no. 53, pp. 711–722.

Rauwendaal C. Finite element studies of flow and temperature evolution in single screw extruders. Plastics, Rubber and Composites. 2004, vol. 33, no. 9–10, pp. 390–396. doi: https://www.doi.org/10.1179/174328904x24880.

Rauwendaal C. Polymer Extrusion. Munich, Carl Hanser Verlag GmbH & Company KG, 2014. 925 p.

Besprozvannykh A. V., Morozov I. A. Effektivnaya vyazkost' polimernykh materialov opticheskogo modulya [Effective viscosity of polymer materials optical module]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency. 2005, no. 42, pp. 55–58.

Rao N. S., Schott N. R. Understanding plastics engineering calculations. Munich, Hanser, 2012. 196 p.

Naboka B. G., Besprozvannykh A. V., Gladchenko V. Ya. Fizicheskie osnovy izmereniy vyazkosti zhidkikh dielektrikov i pokazateley tekuchesti rasplavov polimerov. Uchebno-metodicheskoe posobie dlya studentov spetsializatsii «Elektroizolyatsionnaya i kabel'naya tekhnika» [Physical basis for measurements of liquid dielectric viscosity and flow properties of polymer melts. Textbook for students of specialisation «Electrical insulation and cable engineering»]. Kharkiv, «KhDPU» Publ., 2000. 71 p.

Besprozvannykh A. V., Vasil'eva O. V., Gladchenko V. Ya., Naboka B. G. Sravnitel'nyy analiz ekstrudirovannoy vysokovol'tnoy polietilenovoy izolyatsii [Comparative analysis of extruded high voltage polyethylene insulation]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency. 1999, no. 69.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право (c) 2021 Маргарита Володимирівна Гринишина