Fűtőkábel kompozit anyagok kutatása és alkalmazása nagyfeszültségű és ultramagas feszültségű környezetben

Nagyfeszültségű és ultranagy feszültségű fűtőkábel kompozit anyagok polimer alapú kompozit anyagok, amelyeket kifejezetten olyan fűtőkábelek készítésére használnak, amelyek ellenállnak a szélsőséges körülményeknek. Az anyagnak meg kell őriznie kiváló elektromos tulajdonságait, mechanikai szilárdságát és hőstabilitását rendkívül magas feszültség és nyomás mellett. Tipikus alkalmazási forgatókönyvei közé tartozik a mélytengeri olaj- és gázkutatás, a petrolkémiai ipar, valamint a rendkívül hideg vagy magas hőmérsékletű környezet.

Főbb jellemzők és teljesítménykövetelmények
Az extrém munkakörnyezetekkel való megbirkózás érdekében a nagyfeszültségű és ultra-nagy feszültségű fűtőkábel-kompozit anyagoknak számos szigorú teljesítménykövetelménynek kell megfelelniük, beleértve, de nem kizárólagosan a következő szempontokat:

Elektromos szigetelési teljesítmény: A fűtőkábelek nagyfeszültségű körülmények között működnek, ezért az anyagoknak kiváló elektromos szigetelési tulajdonságokkal kell rendelkezniük, hogy megakadályozzák az áramszivárgást és a szigetelés meghibásodását. Ehhez a kompozit anyagnak nagy ellenállással és alacsony dielektromos veszteséggel kell rendelkeznie.

Magas hőmérséklettel szembeni ellenállás: A fűtőkábel működés közben magas hőmérsékletet generál, és extrém hőmérsékleti környezetben is stabilnak kell lennie, ezért az anyag magas hőmérséklettel szembeni ellenállása különösen kritikus.

Mechanikai szilárdság és nyomásállóság: Ultra-nagy feszültség alatt a kábel anyagának nagy mechanikai szilárdságúnak kell lennie, és deformáció vagy törés nélkül kell ellenállnia a külső erőknek, például a feszültségnek és a nyomásnak.

Kémiai korrózióállóság: Petrolkémiai vagy mélytengeri környezetben az anyagoknak jó kémiai korrózióállósággal kell rendelkezniük, és hosszú ideig károsodás nélkül kell működniük vegyi közegekben, például savakban és lúgokban.

Hővezető képesség: A fűtőkábelnek hatékonyan kell vezetnie a hőt a stabil fűtőhatás eléréséhez. Ezért a kompozit anyag hővezető képessége is fontos mutató, amelyet figyelembe kell venni a tervezés során.

Főbb anyagelemek
A nagyfeszültségű és ultra-nagyfeszültségű fűtőkábel kompozit anyagok általában polimer mátrixból és funkcionális töltőanyagokból állnak. A különböző alkatrészek kiegészítik egymást, és kiváló átfogó tulajdonságokat adnak az anyagnak. A gyakori fő anyagelemek a következők:

Mátrix anyag: Általában magas hőmérsékletnek és öregedésnek ellenálló polimer anyagokat választanak, mint például polietilén (PE), polivinilidén-fluorid (PVDF), etilén-propilén gumi (EPR) stb. Ezek az anyagok kiváló elektromos szigeteléssel, mechanikai szilárdsággal és kémiai stabilitással rendelkeznek.

Funkcionális töltőanyagok: Az általánosan használt töltőanyagok közé tartoznak a hővezető anyagok, mint például az alumínium-oxid (Al2O3) és a magnézium-oxid (MgO), amelyeket a kompozit anyagok hővezető képességének javítására terveztek. Az elektromos szigetelés javítására elektromos szigetelést fokozó anyagokat, például szilán kapcsolószereket és titán-oxidot (TiO₂) is adnak hozzá.

Nanotöltőanyagok: Az utóbbi években nanoanyagokat (például grafént, szén nanocsöveket stb.) alkalmaztak kompozit anyagok módosítására, hogy tovább javítsák hővezető képességüket és mechanikai szilárdságukat.

Előkészítési folyamat
A nagyfeszültségű és ultramagas feszültségű fűtőkábel kompozit anyagok előkészítési folyamata döntő fontosságú. Fő folyamatlépései közé tartozik a keverés, extrudálás, hőkezelés stb.:

Keverés: A mátrix polimert és a funkcionális töltőanyagot egyenletesen összekeverik, hogy biztosítsák a töltőanyag egyenletes eloszlását a polimer mátrixban.

Extrudálásos öntés: A keveréket az extrudálási eljárással a szükséges formára dolgozzák fel, hogy a kábelek gyártása során alkalmazzák.

Hőkezelés: Az anyag termikus stabilitásának és mechanikai tulajdonságainak javítása érdekében az előkészítést követően általában bizonyos hőkezelést végeznek, például melegsajtolást vagy izzítást.

Alkalmazási példák
1. Fűtőkábelek olaj- és gázkitermelésben
Az olaj- és gázkitermelési műveleteket általában szélsőséges környezetben végzik. A nagyfeszültségű és ultra-nagyfeszültségű fűtőkábelek megfelelő fűtési támogatást nyújthatnak a mélytengeri nagynyomású és nagy sótartalmú környezetben lévő berendezések számára. Kiváló nyomásállósága és hővezető képessége teszi ezt az anyagot népszerűvé ezen a területen.

2. Mélytengeri gépészet
A mélytengeri kutatás és bányászat rendkívül magas követelményeket támaszt a kábelek nyomásállóságával, korrózióállóságával és elektromos teljesítményével szemben. A nagyfeszültségű fűtőkábeleket széles körben használják a mélytengeri mérnökökben, hogy megakadályozzák a csövek alacsony hőmérséklet miatti befagyását.

3. Fűtési rendszerek poláris vagy magas hőmérsékletű környezetben
Extrém alacsony vagy magas hőmérsékletű környezetben a nagyfeszültségű és ultramagas feszültségű fűtőkábel kompozitok megbízható fűtési támogatást nyújthatnak az épületek és berendezések számára, biztosítva ezzel a normál termelést vagy élettartamot.

ML-ZRPE nagyfeszültségű kábel égésgátló polietilén köpeny vegyület