Polyetylen (PE) er mye brukt iisolasjon og mantel av strømkabler og telekommunikasjonskablerpå grunn av dens utmerkede mekaniske styrke, seighet, varmebestandighet, isolasjon og kjemiske stabilitet. På grunn av de strukturelle egenskapene til PE i seg selv er imidlertid motstanden mot miljømessige spenningssprekker relativt dårlig. Dette problemet blir spesielt fremtredende når PE brukes som ytre kappe av store armerte kabler.
1. Mekanisme for sprekkdannelse i PE-kappe
Sprekkdannelser i PE-kappen forekommer hovedsakelig i to situasjoner:
a. Miljømessige spenningssprekker: Dette refererer til fenomenet der kappen utsettes for sprø sprekker fra overflaten på grunn av kombinert belastning eller eksponering for miljømedier etter kabelinstallasjon og drift. Det er primært forårsaket av indre belastninger i kappen og langvarig eksponering for polare væsker. Omfattende forskning på materialmodifisering har i vesentlig grad løst denne typen sprekker.
b. Mekanisk spenningssprekker: Dette oppstår på grunn av strukturelle mangler i kabelen eller upassende ekstruderingsprosesser for kappe, noe som fører til betydelig spenningskonsentrasjon og deformasjonsindusert sprekker under kabelinstallasjon. Denne typen sprekker er mer uttalt i de ytre kappene til kabler med stort stålbåndpansring.
2. Årsaker til sprekker i PE-kappen og forbedringstiltak
2.1 Kabelens innflytelseStålbåndStruktur
I kabler med større ytre diameter består det armerte laget vanligvis av dobbeltlags stålbåndsviklinger. Avhengig av kabelens ytre diameter varierer tykkelsen på stålbåndet (0,2 mm, 0,5 mm og 0,8 mm). Tykkere armerte stålbånd har høyere stivhet og dårligere plastisitet, noe som resulterer i større avstand mellom øvre og nedre lag. Under ekstrudering forårsaker dette betydelige forskjeller i kappetykkelse mellom de øvre og nedre lagene på det armerte lagets overflate. Tynnere kappeområder i kantene av det ytre stålbåndet opplever den største spenningskonsentrasjonen og er de primære områdene der fremtidig sprekkdannelse oppstår.
For å redusere virkningen av det armerte stålbåndet på den ytre kappen, pakkes eller ekstruderes et bufferlag med en viss tykkelse mellom stålbåndet og PE-kappen. Dette bufferlaget skal være jevnt tett, uten rynker eller utstikkere. Tillegg av et bufferlag forbedrer glattheten mellom de to lagene med stålbånd, sikrer jevn PE-kappetykkelse, og kombinert med sammentrekningen av PE-kappen reduseres indre spenninger.
ONEWORLD gir brukerne forskjellige tykkelser avgalvanisert stålbånd pansrede materialerfor å møte ulike behov.
2.2 Virkningen av kabelproduksjonsprosessen
De primære problemene med ekstruderingsprosessen for pansrede kabelmantler med stor ytre diameter er utilstrekkelig kjøling, feil formforberedelse og overdrevent strekkforhold, noe som resulterer i for høy indre spenning i mantelen. Store kabler, på grunn av sine tykke og brede mantler, møter ofte begrensninger i lengden og volumet av vannrennene på ekstruderingsproduksjonslinjer. Nedkjøling fra over 200 grader Celsius under ekstrudering til romtemperatur gir utfordringer. Utilstrekkelig kjøling fører til en mykere mantel nær panseringslaget, noe som forårsaker riper på manteloverflaten når kabelen kveiles, noe som til slutt resulterer i potensielle sprekker og brudd under kabellegging på grunn av ytre krefter. Dessuten bidrar utilstrekkelig kjøling til økte indre krympekrefter etter kveiling, noe som øker risikoen for at mantelen sprekker under betydelige ytre krefter. For å sikre tilstrekkelig kjøling anbefales det å øke lengden eller volumet av vannrennene. Det er viktig å senke ekstruderingshastigheten samtidig som man opprettholder riktig mykgjøring av mantelen og gi god tid til avkjøling under kveiling. I tillegg, når man betrakter polyetylen som en krystallinsk polymer, bidrar en segmentert temperaturreduserende kjølemetode, fra 70–75 °C til 50–55 °C, og til slutt til romtemperatur, til å lindre indre spenninger under kjøleprosessen.
2.3 Innflytelse av kveilingsradius på kabelkveiling
Under kabelkveiling følger produsenter industristandarder for valg av passende leveringsspoler. Det er imidlertid utfordringer å tilpasse seg lange leveringslengder for kabler med stor ytre diameter når man skal velge passende spoler. For å oppfylle spesifiserte leveringslengder reduserer noen produsenter spolens diameter, noe som resulterer i utilstrekkelige bøyningsradier for kabelen. Overdreven bøying fører til forskyvning i armeringslagene, noe som forårsaker betydelige skjærkrefter på kappen. I alvorlige tilfeller kan gradene på den armerte stålstripen trenge gjennom det polstrede laget, sette seg direkte inn i kappen og forårsake sprekker eller sprekker langs kanten av stålstripen. Under kabellegging fører sideveis bøying og trekkkrefter til at kappen sprekker langs disse sprekkene, spesielt for kabler nærmere spolens indre lag, noe som gjør dem mer utsatt for brudd.
2.4 Påvirkning av bygge- og installasjonsmiljø på stedet
For å standardisere kabelkonstruksjonen anbefales det å minimere kabelleggingshastigheten, unngå for høyt sidetrykk, bøying, trekkrefter og overflatekollisjoner, for å sikre et sivilisert byggemiljø. Helst bør kabelen hvile ved 50–60 °C før kabelinstallasjon for å frigjøre indre spenninger fra kappen. Unngå langvarig eksponering av kabler for direkte sollys, da temperaturforskjeller på forskjellige sider av kabelen kan føre til spenningskonsentrasjon, noe som øker risikoen for at kappen sprekker under kabellegging.
Publisert: 18. desember 2023