Cáp XLPE – Hướng dẫn Câu hỏi thường gặp

XLPE là viết tắt của polyetylen liên kết chéo, một loại vật liệu phổ biến dùng làm vật liệu cách điện cho cáp. Vật liệu này đã có nhiều tiến bộ và ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là trong các ứng dụng điện áp cao. Đối thủ cạnh tranh chính của nó là EPR, một loại vật liệu nhiệt rắn khác. XLPE mang lại nhiều lợi ích, chủ yếu đến từ khả năng liên kết chéo. Polyetylen tự thân đã là một vật liệu tuyệt vời để cách điện và làm vỏ cáp. Tuy nhiên, liên kết chéo đưa nó lên một tầm cao mới và trở nên lý tưởng cho một số ứng dụng nhất định. Vật liệu này chủ yếu chỉ được sử dụng để cách điện, vì vậy bạn sẽ thấy nó được kết hợp với các vật liệu vỏ bọc khác, phổ biến nhất là PVC. Tuy nhiên, nó khác biệt rất nhiều so với PVC, đặc biệt là về mặt cách điện.

Cáp XLPE là gì?

Bất kỳ loại cáp nào có lớp cách điện polyethylene liên kết ngang đều là cáp XLPE. Đây là vật liệu nhiệt rắn, có nghĩa là nó chỉ có thể được nung nóng và định hình một lần. Polyethylene được liên kết ngang về mặt vật lý hoặc hóa học, và quá trình này tương tự như quá trình lưu hóa cao su. Các hóa chất như silane hoặc peroxide tạo ra các gốc tự do hình thành các liên kết/chuỗi giữa các phân tử. Do đó, độ ổn định của liên kết giữa các phân tử tăng lên, ngay cả khi chúng tiếp xúc với nhiệt độ cao. Mặt khác, trong liên kết ngang vật lý, các nhà sản xuất sử dụng chùm tia điện tử năng lượng cao hoặc tia laser vi sóng. Dù bằng cách nào, polyethylene thu được đều chắc chắn hơn nhiều so với phiên bản trước đó. Về cơ bản, nó sắp xếp lại cấu trúc phân tử và tạo ra các rào cản cho các liên kết để chúng không bị đứt ngay cả ở nhiệt độ cao hơn hoặc dưới áp suất cao hơn. Vật liệu này sau đó được sử dụng để cách điện cho các dây dẫn bằng nhôm hoặc đồng.

Đặc điểm của cáp XLPE là gì?

XLPE có nhiều tính năng hữu ích khi dùng làm vật liệu cách điện. Những tính năng này bao gồm:

Khả năng chịu nhiệt

XLPE có khả năng chịu nhiệt đáng tin cậy, một phần nhờ vào liên kết ngang. Bản thân ethylene cũng có khả năng chịu nhiệt, nhưng khi được liên kết ngang, nó còn thể hiện khả năng chịu nhiệt tốt hơn nữa. Cấu trúc phân tử bền hơn nhiều, do đó chúng phân tán dưới áp suất nhiệt. So với hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo, XLPE, với tư cách là vật liệu nhiệt rắn, có khả năng chịu nhiệt tốt hơn nhiều.

Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng

Nhờ khả năng chịu nhiệt cao, vật liệu này cũng có độ ổn định cao hơn ở nhiệt độ cao. Điều này cho phép nhiệt độ hoạt động bình thường và nhiệt độ ngắn mạch cao hơn so với nhựa nhiệt dẻo. Đây cũng là một trong những lý do tại sao vật liệu cách điện này có thể dễ dàng xử lý điện áp cao. Nhiệt độ hoạt động bình thường của XLPE là 90℃, trong khi phạm vi khẩn cấp lên đến 130℃, và nhiệt độ ngắn mạch là 250℃.

Độ bền kéo cao

XLPE có độ bền kéo rất cao, giúp nó cũng thích hợp để chịu được ứng suất cơ học. Nó có thể chịu được mài mòn, rách và hao mòn, và nhìn chung có độ bền cao nhờ cấu trúc phân tử mạnh mẽ. Các đặc tính mạnh mẽ của nó khiến nó lý tưởng để sử dụng ngoài trời và trong điều kiện khắc nghiệt, nơi các yếu tố môi trường có thể gây ra nguy cơ hao mòn. Việc bổ sung carbon đen có thể tăng cường khả năng chống cắt.

Khả năng chống va đập

So với polyethylene, XLPE có khả năng chống va đập thậm chí còn cao hơn. Nó có thể chịu được áp lực cơ học tốt. Điều này đảm bảo cáp không bị mất tính toàn vẹn về cấu trúc và vẫn hoạt động tốt ngay cả khi bị tác động mạnh.

Kháng hóa chất

XLPE có khả năng chống hóa chất, bao gồm axit và kiềm. Nó cũng có khả năng chống dầu tốt, đặc biệt tốt hơn các loại cách điện khác như PVC và EPR.

Khả năng chống chịu thời tiết

Một trong những đặc tính quan trọng nhất của cáp điện là khả năng chống chịu thời tiết. Khả năng chống chịu thời tiết chủ yếu liên quan đến lớp vỏ ngoài của cáp vì lớp ngoài này là lớp đầu tiên tiếp xúc với các yếu tố thời tiết. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng XLPE tăng cường khả năng chống chịu thời tiết của cáp. Khía cạnh quan trọng nhất của khả năng chống chịu thời tiết của XLPE là khả năng chống thấm nước. Thấm nước là hiện tượng nước thấm vào lớp cách điện, tạo ra các vết nứt. Nó có thể dẫn đến hư hỏng chậm theo thời gian và thậm chí có thể là hỏng vĩnh viễn. XLPE có khả năng chống thấm nước tốt. So sánh với EPR, khả năng bảo vệ này tốt hơn. Tuy nhiên, XLPE có khả năng chống thấm nước tốt hơn PVC.

Ít khói, không halogen

Vật liệu không halogen ít khói là vật liệu không tạo ra khói quá mức khi cháy và không chứa halogen nên không tạo ra bất kỳ khí độc hại nào. XLPE đáp ứng cả hai yêu cầu này, thường được yêu cầu cho nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp được quản lý.

Lợi ích của cáp XLPE là gì?

Loại cáp này đã trở thành một trong những vật liệu được săn đón nhất trong thế giới cáp. Đây là một trong ba loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất, hai loại còn lại là PVC và EPR. Tuy nhiên, nó mang lại nhiều lợi ích mà hai loại kia không có.

Hỗ trợ cho các ứng dụng điện áp cao

XLPE gần như đã trở thành vật liệu cách điện tiêu chuẩn trong tất cả các loại cáp điện cao thế. Vật liệu này có thể dẫn dòng điện lớn và hỗ trợ các ứng dụng hàng trăm kV. Ngay cả EPR cũng không thể sánh được với phạm vi tương thích điện áp cao của XLPE. Định mức điện áp của cáp XLPE có thể là thấp, cao và siêu cao. Dải điện áp của chúng thường từ 600V đến 36kV. Cáp siêu cao thế được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điện áp cao với lớp cách điện là XLPE có thể cung cấp điện áp lên đến 300 kV. Đây là lý do tại sao nó là vật liệu phổ biến trong cáp nguồn điện cao thế, tải hàng trăm kV để cung cấp điện cho các thành phố và thị trấn. Hơn nữa, vật liệu này không yêu cầu vỏ bọc kim loại, giúp cáp có độ linh hoạt.

Vật liệu cứng

XLPE là vật liệu bền chắc, chịu được ứng suất cơ học và hóa chất tốt. Nó đáp ứng tất cả các yêu cầu của một vật liệu cách điện chất lượng cao. Cho dù bạn đang lắp đặt ngoài trời, đi dây ngầm hay sử dụng trong công nghiệp, loại vật liệu cách điện này đều mang lại khả năng bảo vệ toàn diện khỏi mọi mối đe dọa tiềm ẩn. Điều này cũng làm cho cáp XLPE cực kỳ đáng tin cậy. Chúng cũng là một trong những loại cáp có độ bền cao nhất, vì XLPE không bị mất độ bền theo thời gian.

Tổn thất điện môi thấp

So với PVC và EPR, XLPE có tổn thất điện môi thấp nhất. Với mức tiêu tán điện năng tối thiểu, XLPE đứng đầu về mặt kinh tế. Đây là một trong nhiều lý do tại sao nhiều ngành công nghiệp ưa chuộng vật liệu cách điện này hơn các loại khác, vì nó giúp họ tiết kiệm chi phí về lâu dài. Điều này mang lại hiệu quả cao vì tổn thất điện môi là một trong những vấn đề lớn trong hệ thống cáp, đặc biệt là trong ngành năng lượng. Toàn bộ lượng điện năng bị thất thoát không thể tránh khỏi có thể được tận dụng bằng cách sử dụng các cấu trúc cáp hiệu quả hơn, trong đó XLPE là một thành phần quan trọng.

Phạm vi nhiệt độ cao

Dải nhiệt của XLPE khá rộng, lý tưởng để sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới, cả nhiệt độ dưới 0 độ C và nhiệt độ sôi. Nó có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp có điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ vận hành cao đối với cáp là yếu tố quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của cáp ngay cả trong trường hợp xảy ra tai nạn như hỏa hoạn.

Cài đặt dễ dàng

Cáp XLPE thường có bán kính uốn cong khá tốt, mặc dù bán kính uốn cong này thay đổi rất nhiều tùy theo từng loại cáp (phụ thuộc vào nhiều yếu tố). Bán kính uốn cong kết hợp với trọng lượng nhẹ giúp loại cáp này dễ lắp đặt. Cũng cần lưu ý rằng cáp XLPE có thể được lắp đặt theo chiều dọc, trái ngược với cáp có dầu trong cấu trúc. Do đó, không có giới hạn về chiều cao khi lắp đặt cáp XLPE. Tương tự, không phải lúc nào cũng cần sử dụng lửa để nối và lắp đặt.

Ứng dụng của cáp XLPE là gì?

Cáp XLPE chủ yếu được sử dụng làm cáp điện để cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, chúng không chỉ giới hạn trong lĩnh vực năng lượng. Các ngành công nghiệp khác, đặc biệt là những ngành đòi hỏi cáp điện cao thế, cũng sử dụng cáp có lớp cách điện XLPE. Danh sách các ngành công nghiệp sử dụng cáp XLPE rất rộng. Dưới đây là một số ứng dụng/ngành công nghiệp chính:

• Ngành năng lượng (Cung cấp điện, HVDC, phân phối, v.v.)
• Khai thác
• Nông nghiệp
• Tàu biển
• Sản xuất hóa chất

Sự khác biệt giữa cáp XLPE và Cáp PVC?

XLPE và PVC (polyvinyl clorua) là hai trong số những vật liệu cách điện phổ biến nhất. Trong khi XLPE chủ yếu đóng vai trò cách điện, PVC vừa là vật liệu cách điện vừa là vỏ bọc. Tuy nhiên, có rất nhiều điểm khác biệt giữa hai loại vật liệu này, ngay cả khi chúng ta chỉ so sánh chúng với tư cách là vật liệu cách điện. Sự khác biệt này cũng dẫn đến các ứng dụng khác nhau. Một số ứng dụng, đặc biệt là ứng dụng điện áp thấp, có thể sử dụng cả PVC và XLPE, trong khi một số ứng dụng khác có những điều kiện mà chỉ XLPE mới đáp ứng được. Sau đây là những điểm khác biệt chính giữa hai loại cáp này (cáp có lớp cách điện XLPE và cáp có lớp cách điện PVC):

XLPE không chứa Halogen

PVC chứa clo (Cl), một halogen, trong khi XLPE không chứa halogen. Đó là sự khác biệt cơ bản nhất về mặt phân tử giữa hai vật liệu, nhưng cũng là một điểm khác biệt quan trọng. Trong các ứng dụng có nguy cơ cháy nổ, XLPE rõ ràng là một lựa chọn tốt hơn và thậm chí có thể là một yêu cầu bắt buộc. Nhiều ngành công nghiệp và tiêu chuẩn chính thức yêu cầu vật liệu cáp không chứa halogen, về cơ bản loại bỏ khả năng sử dụng PVC. Clo trong PVC gây ra nguy cơ phát sinh khí độc hại trong trường hợp hỏa hoạn. Điều này khiến XLPE trở thành một lựa chọn an toàn hơn nhiều.

XLPE tốt hơn cho điện áp cao

XLPE tốt hơn nhiều trong việc dẫn dòng điện lớn, do đó nó có thể hỗ trợ các ứng dụng điện áp cao (lên đến 100 kV). Mặt khác, PVC chỉ lý tưởng cho các ứng dụng điện áp thấp. Nó có thể không phù hợp cho các dây dẫn cách điện có điện áp định mức trên 100 kV.

XLPE bền hơn

Nhìn chung, XLPE bền hơn PVC rất nhiều. Mặc dù cả hai vật liệu đều có khả năng chống mài mòn, chống mài mòn, chống rách và chống va đập, XLPE vẫn nhỉnh hơn PVC. Liên kết ngang giúp XLPE chịu được áp lực cơ học và tác nhân hóa học tốt hơn. XLPE cũng có nhiệt độ hoạt động cao hơn, một lần nữa nhờ vào liên kết ngang, giúp liên kết cấu trúc phân tử ngay cả ở nhiệt độ cao. Ví dụ, trong điều kiện ngắn mạch, PVC có nhiệt độ tối đa là 160℃, trong khi XLPE có nhiệt độ tối đa là 250℃.

PVC rẻ hơn

Về mặt kinh tế, PVC là lựa chọn tốt hơn vì nó rẻ và dễ kiếm. Vì XLPE đòi hỏi phải liên kết ngang nên chi phí sản xuất cao hơn PVC một chút. Tuy nhiên, về lâu dài, XLPE tỏ ra hiệu quả về mặt chi phí nhờ tổn thất điện môi thấp hơn.

PVC có khả năng chống nước tốt hơn

XLPE có khả năng chống nước tốt, nhưng nếu phải tiếp xúc liên tục với nước, PVC là lựa chọn tốt hơn. PVC đóng vai trò là vật liệu cách điện và vỏ bọc quan trọng trong cáp tàu thuyền.

Tiêu chuẩn của cáp XLPE là gì?

Tiêu chuẩn đóng vai trò cực kỳ quan trọng khi xem xét cáp. Các tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế đã thiết kế các tiêu chuẩn chung cho cáp, xác định cấu trúc, vật liệu, khả năng chịu tải và ứng dụng. Các tiêu chuẩn này cũng giúp đảm bảo an toàn cho cơ sở và công trình nơi cáp được sử dụng. Có một số hệ thống tiêu chuẩn có các tiêu chuẩn cụ thể cho cáp điện, bao gồm XLPE làm vật liệu cách điện. Ví dụ, Tiêu chuẩn Anh BS 5467 chỉ định vật liệu cách điện cho cáp điện có định mức điện áp lên đến 3kV. XLPE đáp ứng các yêu cầu cách điện do tiêu chuẩn cụ thể này đặt ra. Về mặt kỹ thuật, HEPR hoặc cao su etylen propylen cứng cũng đáp ứng tiêu chuẩn, nhưng XLPE thường được sử dụng. IEC 62076 và IEC 60502 cũng bao gồm các thông số kỹ thuật cho cách điện đùn mà XLPE đáp ứng. IEC 62076 đưa ra thông số kỹ thuật cho cáp cách điện đùn và cho định mức điện áp từ 150 kV đến 500 kV trong hệ thống lắp đặt cố định. Tiêu chuẩn IEC 60502 đưa ra thông số kỹ thuật cho các loại cáp tương tự nhưng cho định mức điện áp từ 1 kV đến 30 kV. Bạn có thể tìm thêm thông tin về cách điện và các thông số kỹ thuật khác trong các tiêu chuẩn được áp dụng trong khu vực của bạn. Các tiêu chuẩn IEC và BS được áp dụng trên toàn thế giới, nhưng cũng có các cơ quan tiêu chuẩn hóa khu vực và quốc gia. Ngoài các tiêu chuẩn, hãy chú ý đến các chứng nhận như CE và ROHS, giúp đánh giá mức độ an toàn của cáp.

Có những loại cáp XLPE nào?

• YJV Cáp điện
• YJV22 Cáp điện bọc thép
• CJPF96/SC Cáp tàu bọc thép
• CBYJR/DC Dây điện hàng hải
• CBPJP86/SC Cáp EMC
• MPRX Cáp biển không bọc thép
• LKSM-HF Cáp điện biển

Phần kết luận

XLPE là vật liệu cách điện có độ bền và khả năng bảo vệ đặc biệt, đặc biệt là đối với cáp điện cao thế. Nó đã trở thành vật liệu phổ biến nhất cho các loại cáp này nhờ dải nhiệt độ cao, độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn từ nhiều yếu tố môi trường. Do đó, Cáp XLPE được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, chủ yếu để cung cấp và phân phối điện. Chính khả năng liên kết chéo giúp cáp bền bỉ trước nhiều mối đe dọa từ môi trường. Chất lượng cách điện tất nhiên là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Cáp chỉ có thể hoạt động đáng tin cậy nếu chúng có linh kiện chất lượng và đáp ứng các tiêu chuẩn yêu cầu.