XLPE 절연체: 케이블 제조업체를 위한 특성, 압출 공정 및 선택 가이드

XLPE 단열재가 존재하는 이유는 한 가지입니다. 일반 폴리에틸렌은 케이블이 뜨거워지면 견딜 수 없습니다. 가교는 폴리머 구조를 다시 배선하여 재료가 녹는 것을 멈추고 전기적 무결성을 유지하며 90°C 연속 도체 온도 최대 250°C의 단락 피크가 있습니다. 전원 케이블, 자동차 배선 또는 산업용 제어 케이블을 제조하는 경우 XLPE는 다른 모든 절연체를 비교하는 벤치마크입니다. 이 가이드에서는 XLPE 단열재의 정의, 성능, 압출 방법, 압출 라인 선택 시 평가 사항을 다룹니다.

XLPE 단열재란 무엇이며 교차 연결이 모든 것을 변화시키는 이유

XLPE는 가교 폴리에틸렌을 의미합니다. 원료는 유동성과 청결도가 좋은 폴리에틸렌으로 일반적으로 150°C 이하의 용융 온도에서 가공됩니다. 압출 후 케이블은 별도의 폴리머 사슬을 3차원 네트워크로 결합하는 경화 단계를 통과합니다. 이러한 단일 변화로 인해 열가소성 수지가 열경화성 수지로 전환됩니다.

열가소성 PE는 도체가 가열되면 부드러워지고 도관이나 덕트 내부의 압력에 따라 변형될 수 있습니다. XLPE는 교차 연결된 네트워크가 폴리머 사슬을 함께 유지하기 때문에 모양을 유지합니다. 실용적인 결과는 동일한 도체 크기에 대해 더 뜨겁게 작동하고, 더 많은 전류를 전달하며, 붕괴 없이 과부하 조건을 처리할 수 있는 케이블입니다.

열가소성 PE에서 열경화성 네트워크로

가교 과정에서 인접한 폴리에틸렌 사슬의 활성화된 부위는 공유 결합을 형성합니다. 과산화물 XLPE에서 열은 약 180°C 이상에서 디큐밀 과산화물을 분해하여 이러한 결합을 생성하는 자유 라디칼을 생성합니다. 실란 XLPE에서 수분은 실란이 접목된 사슬 사이의 축합 반응을 유발합니다. 두 경우 모두 최종 재료는 더 이상 녹지 않습니다.

성공적인 가교 반응의 표준 지표는 다음과 같습니다. 200°C에서 175% 미만의 핫셋 신율(IEC 60811-507) 겔 함량은 일반적으로 70~80% 이상입니다. 가교 정도가 부족하면 단열재는 열 기억을 유지하고 고온에서 변형될 수 있습니다.

XLPE 단열재가 유지되는 곳

XLPE 절연은 약 6kV ~ 35kV의 중압 배전 케이블에서 지배적이며 최대 500kV의 고전압 및 초고압 케이블에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 저전압 건물 전선, 광산 케이블, 선상 케이블, 자동차 배터리 케이블 및 풍력 발전 단지 배열 케이블도 응용 분야에서 90°C 작동 또는 더 나은 과부하 허용 오차가 필요한 경우 XLPE를 지정합니다.

XLPE 단열재가 다른 단열재와 비교되는 방법

단열재를 선택하는 것은 열 등급, 유전 특성, 유연성 및 비용의 균형을 맞추는 것입니다. 아래 표는 압출 라인에서 가장 흔히 볼 수 있는 재료를 비교한 것입니다.

케이블 설계를 주도하는 주요 XLPE 특성

데이터시트에서 가장 중요한 데이터는 전기, 열, 장기 노화라는 세 가지 그룹으로 분류됩니다. 복합 사양에 나타나는 일반적인 값을 통해 찾아야 할 사항은 다음과 같습니다.

• 체적 저항률: XLPE 화합물은 10을 나타냅니다. ¹⁵ 10까지 ¹⁶ 20°C에서 ohm-cm이므로 90°C에서도 누설 전류가 낮게 유지됩니다.
• 비유전율: 상용 주파수에서 약 2.3~2.5. 이 낮은 값은 긴 배전 회로의 정전용량과 유전 손실을 줄여줍니다.
• 소산 인자(탄젠트 델타): 20°C 및 우수한 화합물의 전력 주파수에서 0.001 미만, 값이 높을수록 오염 또는 습기가 있음을 나타냅니다.
• 유전 강도: 압출 XLPE 절연체에 대한 단기 테스트는 두께, 전극 구성 및 화합물 청결도에 따라 20~40kV/mm에 도달하는 경우가 많습니다.
• 열 등급: 90°C 연속 도체 온도, 130°C overload (cable-dependent), and 250°C short-circuit peak per IEC 60502 .
• 노화 및 수목 저항성: 나무 지연 XLPE(TR-XLPE) 화합물은 습식 설치에서 전기화학적 나무 형성을 늦추는 특수 첨가제를 추가합니다.

XLPE를 만드는 세 가지 교차 연결 경로

XLPE가 교차 연결되는 방식에 따라 생산 라인 레이아웃, 화학적 특성 및 만들 수 있는 케이블 유형이 변경됩니다. 세 가지 경로가 시장을 장악하고 있습니다.

과산화물 가교

과산화물 XLPE는 중압 및 고전압 케이블의 표준입니다. 이 화합물에는 350~450°C 증기 또는 압력 하에서 질소의 연속 가황(CV) 튜브 내부 고온에서 분해되는 디큐밀 퍼옥사이드가 포함되어 있습니다. 케이블은 필요한 가교 정도에 도달할 수 있을 만큼 오랫동안 튜브에 남아 있습니다. 경화 후 과산화물 부산물은 일부 설계에서는 케이블이 종단되기 전에 며칠 또는 몇 주 동안 가스를 제거해야 합니다.

실란 가교

실란 XLPE는 2단계(Sioplas) 또는 1단계(Monosil) 공정을 사용합니다. 폴리에틸렌은 비닐 실란과 접목된 후 뜨거운 물이나 증기에 노출되어 가교됩니다. 압출 후에 경화조가 수행됩니다. 수분이 단열재로 확산되어야 하기 때문에 라인 속도는 일반적으로 더 낮습니다. 이 방법은 CV 튜브의 추가 투자가 정당화되지 않는 저전압 전선, 자동차 케이블 및 기타 얇은 벽 제품에 널리 사용됩니다.

방사선 가교

전자빔 가속기는 kiloGray 단위로 측정되는 제어된 선량 수준에서 가교 반응을 구동합니다. 방사선 XLPE는 고온 화학 반응 없이 균일한 가교가 필요한 얇은 벽 제품, 열수축성 재료 및 특수 와이어에 적합합니다. 투여량, 침투 깊이 및 라인 속도는 단열재 벽 두께에 맞게 신중하게 조정되어야 합니다.

압출 XLPE 단열재: 공정 및 장비

XLPE 단열 압출은 PE 압출과 유사해 보이지만 청결성과 온도 제어가 훨씬 더 까다롭습니다. 탄 화합물, 먼지, 금속 입자 등 모든 종류의 오염은 전기적 스트레스로 인해 공극이나 나무가 생길 수 있는 약점을 만듭니다. 많은 공장에서는 XLPE 전용 압출기를 사용하고 이를 통제된 환경에서 운영합니다.

용융 온도는 일반적으로 좁은 범위 내에 유지되어야 합니다. 실란 XLPE의 경우 120~140°C 그래서 가교는 배럴이 아닌 경화 단계에서만 시작됩니다. 스크류 형상, 압축비 및 배럴 냉각 모두 온도 프로파일에 영향을 미칩니다. 미세한 메쉬가 있는 스크린 체인저는 용융물을 깨끗하게 유지하고 유입되는 화합물에서 오염 물질을 억제하는 데 도움이 됩니다.

중전압 구조의 경우 삼중 압출은 한 번의 작업으로 내부 반도전층, XLPE 절연체, 외부 반도전층을 배치합니다. 절연 헤드는 매끄러운 코어 또는 홈이 있는 코어 설계를 사용하여 인터페이스의 불규칙성이 전기적 스트레스를 집중시키기 때문에 결함 없는 인터페이스를 달성합니다.

솔리드 코어 와이어 및 케이블 절연 라인의 경우 LSZH, XLPE, TPE 및 TPU 컴파운드 등급의 다용도 압출기를 사용하면 공장에서 전체 라인을 변경하지 않고도 제품 간에 전환할 수 있습니다. 온도 안정성, 벽 두께에 대한 엄격한 허용 오차 및 빠른 재료 전환은 교대당 생산할 수 있는 사용 가능한 케이블의 양을 결정합니다.

LSZH, TPE 및 TPU와 함께 XLPE를 처리할 수 있는 라인은 자동차, 건물 및 산업용 케이블 유형 간에 주문이 이동할 때 유연성을 제공합니다. 결정하기 전에 압출기의 스크류 설계, 온도 제어 정확도 및 필요한 벽 두께에 대한 실제 라인 속도를 확인하십시오.

XLPE 기반 케이블 피복 및 완성

단열은 이야기의 절반에 불과합니다. 외부 피복은 기계적 손상, 습기, 화학 물질 및 UV로부터 코어를 보호합니다. XLPE 화합물은 높은 열과 내마모성이 필요할 때 외장재로 사용되는 반면, LSZH 외장재는 공공 건물, 터널, 선박에 지정되어 화재 시 연기와 독성 가스를 제한합니다.

XLPE 절연체와 XLPE 또는 LSZH 외피를 갖춘 케이블은 수명 내내 90°C에서 지속적으로 작동할 수 있습니다. 외피 라인은 일반적으로 재킷 벽이 더 두껍고 표면 품질 요구 사항이 다르기 때문에 절연 라인보다 더 높은 출력으로 실행됩니다. 온도 구역, 운반 속도 및 냉각통 레이아웃은 수축을 방지하고 외장을 동심원으로 유지해야 합니다.

이 단계에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요. 와이어 및 케이블 외장 압출 기계 지식 기반 라인을 지정하기 전에.

맞춤형 LSZH/XLPE/TPE/TPU 외장 압출 라인 친환경 케이블용 고점도 난연성 소재를 취급하는 압출라인입니다. 강력한 구동력, 고급 냉각, 안정적인 테이크업 기능을 갖추고 있어 표면 결함을 방지하고 지속적인 생산을 지원합니다. 제품보기 →

동일한 제조업체가 일반적으로 단열재와 외장 라인을 모두 공급할 수 있으므로 시운전, 교육 및 예비 부품 관리가 단순화됩니다. GEMWELL의 외장 압출기 제품군에는 PVC, PE, PP, PU, ​​LSZH, XLPE, TPE 및 TPU와 고온 재킷 작업용 실리콘이 포함됩니다.

일반적인 XLPE 단열재 결함 및 이를 방지하는 방법

압출 중에 문제가 항상 나타나는 것은 아닙니다. 완성된 케이블 테스트에는 많은 것들이 나타납니다. XLPE 케이블을 리젝트 베이로 가장 자주 보내는 오류는 다음과 같습니다.

• 오염: 용융물 내 먼지, 습기, 금속 또는 분해된 폴리머로 인해 응력 집중이 발생할 수 있습니다. 완화: 클린룸과 같은 조건, 전용 압출기 및 미세 여과 스크린 팩.
• 타는 듯한 현상: 용융물이 너무 오랫동안 개시 온도 이상으로 유지되면 과산화물이나 실란이 배럴에서 교차 결합되기 시작합니다. 완화 방법: 엄격한 배럴 온도 제어, 저전단 스크류 및 짧은 체류 시간.
• 공극 및 미세 공극: 갇힌 수분이나 휘발성 가스는 경화 중에 공동을 형성합니다. 완화: 화합물을 건조시키고, 호퍼 공기 흐름을 관리하고, 탈기 조건을 제어합니다.
• 수목: 습한 조건과 높은 AC 스트레스 하에서 나무와 같은 저하 경로는 수년에 걸쳐 불완전성으로 인해 성장합니다. 완화: TR-XLPE, 부드러운 인터페이스 및 건식 경화를 사용합니다.
• 인터페이스 거칠기: 절연층과 반도체층 사이의 거친 경계는 전기적 스트레스를 증폭시킵니다. 완화 방법: 공압출 및 적합한 헤드 디자인.
• 벽 두께 변화: 편심 단열재는 가장 얇은 지점에서 절연 테스트에 실패합니다. 완화 방법: 폐쇄 루프 제어를 사용한 레이저 측정.
• 습식 설계의 접착 문제: 반도체 층이 절연체와 분리됩니다. 완화 방법: 복합 경화 속도를 일치시키고 경화 후 케이블을 조심스럽게 다루십시오.

정기적인 청소, 문서화된 유지 관리 일정 및 운영자 교육을 통해 이러한 문제의 대부분을 예방할 수 있습니다. 실용 가이드를 참조하세요. 압출 기계 작동, 유지 보수 및 수리 유지 관리 루틴을 위해 라인에 맞게 조정할 수 있습니다.

XLPE 단열 압출 라인을 선택할 때 찾아야 할 사항

견적을 비교하기 전에 제품 구성, 목표 라인 속도 및 벽 두께 범위를 적어 두십시오. 그런 다음 다음 요소에 대해 각 라인을 평가합니다.

1. 복합 적용 범위: 라인은 교차 오염 없이 필요한 용융 온도에서 PE, XLPE, LSZH, TPE 및 TPU를 실행해야 합니다.
2. 온도 제어: ±1~2°C의 정확도와 실란 XLPE의 낮은 용융 온도를 위한 충분한 배럴 냉각을 갖춘 폐쇄 루프 구역.
3. 나사 및 다이 설계: 저전단 가공에 적합하고 얇거나 두꺼운 단열 벽에 적합한 크기입니다.
4. 여과: 효율적인 스크린 체인저이므로 메시 변경으로 인해 긴 생산 중단이 발생하지 않습니다.
5. 측정 및 제어: 온라인 벽 두께 제어를 위한 운반 및 나사에 대한 피드백을 제공하는 레이저 직경 게이지입니다.
6. 라인 구성: 페이오프, 캡스턴 또는 댄서, 냉각통 길이 및 테이크업 와인더는 모두 필요한 속도에 맞게 크기가 조정됩니다.
7. 제조업체 지원: 문서화, 예비 부품, 시운전 및 교육. 여러 국가에 수출 설비를 갖춘 공급업체는 가동 중단 위험을 줄입니다.

오늘 XLPE 절연 케이블을 생산할 계획이고 내일 LSZH, TPE 또는 TPU 옵션을 원한다면 실용적인 대답은 네 가지 모두에 맞게 설계된 절연 라인입니다. 모듈형 기계는 추가 투자 없이 더 다양한 주문을 수용할 수 있기 때문에 더 빨리 투자 비용을 회수할 수 있습니다.

XLPE 단열재에 대해 자주 묻는 질문

XLPE와 일반 PE 단열재의 차이점은 무엇입니까?

일반 PE는 약 100°C에서 부드러워지고 케이블의 도체 정격을 70°C로 제한하는 열가소성 소재입니다. XLPE는 녹지 않는 열경화성 네트워크로 가교되어 90°C 연속 정격과 250°C 단락 피크를 허용합니다. XLPE는 또한 열가소성 PE보다 환경적 응력 균열에 훨씬 더 잘 저항합니다.

표준 PE 압출기에서 XLPE를 압출할 수 있습니까?

실란 기반 XLPE는 엄격한 온도 제어와 깨끗한 조건으로 PE 압출기에서 가공할 수 있는 경우가 많지만, 스크류, 여과 및 재료 공급은 특정 화합물에 적합해야 합니다. 중압 케이블용 과산화물 XLPE는 압출 후 CV 라인에서 경화 단계가 이루어지기 때문에 보다 전문적인 장비가 필요합니다. 또한 배럴과 스크류가 완벽하게 퍼지되지 않는 한 동일한 라인에서 난연성 화합물 후에 XLPE를 실행하지 않아야 합니다.

XLPE 단열재의 최대 작동 온도는 얼마입니까?

표준 XLPE 절연 케이블의 경우 최대 연속 도체 작동 온도는 90°C입니다. 과부하 조건에서 값은 일반적으로 130°C이고 단락 시 최대 허용 도체 온도는 IEC 60502에 따라 최대 5초 동안 250°C입니다. 일부 특수 설계에서는 더 낮은 수치를 지정하므로 케이블 표준에서 정확한 값을 확인하십시오.

XLPE 케이블의 워터 트리잉(water treeing)이란 무엇입니까?

워터 트리잉은 습기와 전기적 스트레스가 절연체나 경계면의 불완전성으로 인해 점차적으로 나무 모양의 미세 구조를 성장시키는 전기화학적 분해 과정입니다. 즉각적인 고장을 일으키지는 않지만 수년에 걸쳐 절연 내력을 감소시키고 노후된 중압 케이블의 파손을 초래할 수 있습니다. 최신 건식 경화 및 나무 지연 방지 XLPE 화합물은 이 과정을 크게 지연시킵니다.

XLPE 절연체는 저전압 케이블에도 사용됩니까?

예. 중압 및 고전압 전력 케이블 외에도 XLPE는 저압 건물 전선, 자동차 케이블, 풍력 발전소 수집 케이블 및 산업용 제어 케이블에 나타납니다. 주된 이유는 PVC 또는 PE에 비해 더 높은 연속 온도 등급, 더 나은 과부하 용량, 화학 물질 및 응력 균열에 대한 더 강한 저항성 때문입니다. 벽이 얇은 저전압 제품의 경우 실란과 방사선 가교가 가장 일반적인 경로입니다.