PVC, XLPE, EPR หรือ LSZH: การเลือกวัสดุฉนวนและเปลือกหุ้มสายเคเบิล

การเลือกวัสดุฉนวนและเปลือกหุ้มสายเคเบิลดูเหมือนเป็นการเลือกจากแคตตาล็อก: PVC, XLPE, EPR หรือ LSZH แต่ในทางปฏิบัติ มันกำหนดรูปร่างของสายเคเบิลทั้งเส้น วัสดุเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิที่ยอมให้ของตัวนำ และผ่านอุณหภูมินั้นจึงกำหนดพิกัดกระแส ขนาดตัวนำ เส้นผ่านศูนย์กลาง น้ำหนัก และราคา นอกจากนี้ยังกำหนดว่าสายเคเบิลจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อเกิดเพลิงไหม้ โค้งงอได้อย่างไรระหว่างการติดตั้ง และเสื่อมสภาพอย่างไรในน้ำหรือแสงแดด

บทความนี้ไม่ใช่ตารางคุณสมบัติ แต่เป็นข้อคิดเชิงปฏิบัติว่า PVC, XLPE, EPR และ LSZH แตกต่างกันจริงอย่างไร และการเลือกวัสดุมักผิดพลาดตรงไหน สำหรับตำแหน่งของชั้นเหล่านี้ในสายเคเบิล ดูที่ กายวิภาคของสายเคเบิลไฟฟ้ากำลัง

วัสดุฉนวนและเปลือกหุ้มสายเคเบิลทำหน้าที่สองอย่างที่ต่างกัน

ฉนวนและเปลือกหุ้มมักถูกพูดถึงด้วยกัน แต่ทำหน้าที่ต่างกัน

• ฉนวน ทำหน้าที่ต้านแรงดันไฟฟ้า และต้องทนต่ออุณหภูมิใช้งานและอุณหภูมิลัดวงจรของตัวนำได้นานหลายทศวรรษ คุณสมบัติทางไฟฟ้าของฉนวนสำคัญที่สุด
• เปลือกหุ้ม (ชั้นรองพื้น เปลือกหุ้มชั้นใน เปลือกหุ้มชั้นนอก) ปกป้องสายเคเบิลจากโลกภายนอก: น้ำ การขูดขีด สารเคมี รังสี UV ไฟ และสัตว์ฟันแทะ คุณสมบัติทางกลและความทนทานต่อสภาพแวดล้อมของเปลือกหุ้มสำคัญที่สุด

ชื่อกลุ่มวัสดุเดียวกันอาจปรากฏในทั้งสองบทบาท โดยมีคอมพาวด์ที่แตกต่างกันมากอยู่เบื้องหลัง ฉนวน "PVC" และเปลือกหุ้ม "PVC" เป็นเกรดที่ต่างกันและมีข้อกำหนดต่างกัน "สายเคเบิล LSZH" มักหมายถึงเปลือกหุ้มและชั้นรองพื้นที่ปราศจากฮาโลเจน ในขณะที่ฉนวนมักเป็นวัสดุแบบครอสลิงก์ การอ่านรายการในเอกสารประกวดราคาอย่าง "สายเคเบิล LSZH" ว่าเป็นวัสดุเพียงชนิดเดียวคือข้อผิดพลาดที่พบบ่อยข้อแรก

ข้อคิดที่ 1: เส้นแบ่งที่แท้จริงคือเทอร์โมพลาสติกกับเทอร์โมเซ็ต

วิธีที่มีประโยชน์ที่สุดในการจัดกลุ่มวัสดุคือดูว่าวัสดุตอบสนองต่อความร้อนอย่างไร

เทอร์โมพลาสติก (PVC พอลิเอทิลีน และคอมพาวด์เปลือกหุ้มปราศจากฮาโลเจนส่วนใหญ่) จะอ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน อัดรีดและรีไซเคิลได้ง่าย แต่สิ่งนี้จำกัดอุณหภูมิที่ตัวนำจะทำงานได้: ภายใต้ความร้อนจากการลัดวงจร ฉนวนอาจเสียรูปได้

เทอร์โมเซ็ต (XLPE, EPR และคอมพาวด์ปราศจากฮาโลเจนแบบครอสลิงก์) จะถูกครอสลิงก์หลังการอัดรีด ด้วยการบ่มด้วยเปอร์ออกไซด์ในสายการผลิตวัลคาไนซ์ต่อเนื่อง การบ่มด้วยไซเลน (ความชื้น) หรือการฉายรังสี การครอสลิงก์ทำให้วัสดุกลายเป็นโครงข่ายที่ไม่หลอมละลายอีก วัสดุจึงทนอุณหภูมิต่อเนื่องได้สูงกว่ามาก และทนอุณหภูมิลัดวงจรได้สูงกว่ามาก

นั่นคือเหตุผลที่สายเคเบิลฉนวน PVC โดยทั่วไปมีพิกัดอุณหภูมิตัวนำสูงสุด 70 °C ในขณะที่ XLPE และ EPR โดยทั่วไปมีพิกัด 90 °C ยี่สิบองศานี้ไม่ใช่รายละเอียดเล็กน้อย มันเปลี่ยนพิกัดกระแสตาม IEC 60287 สำหรับตัวนำเดียวกัน ดังนั้นสายเคเบิลแบบครอสลิงก์จึงมักใช้ตัวนำขนาดเล็กลงได้สำหรับโหลดเท่าเดิม คอมพาวด์ PVC ถูกกว่าต่อกิโลกรัม แต่โลหะที่ประหยัดได้จากการใช้ XLPE มักคุ้มค่ากว่า

ข้อคิดที่ 2: PVC ยังคงเป็นตัวเลือกที่สมเหตุสมผล — ภายในขีดจำกัดของมัน

PVC ราคาถูก แปรรูปง่าย หน่วงการลามไฟได้เองตามธรรมชาติจากปริมาณคลอรีน และแข็งแรง สำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำในการติดตั้งทั่วไป PVC ยังคงเป็นฉนวนที่เหมาะสมและเป็นเปลือกหุ้มที่ใช้กันแพร่หลายมาก

ขีดจำกัดของมันชัดเจน:

• อุณหภูมิ อุณหภูมิใช้งานและอุณหภูมิลัดวงจรที่ต่ำกว่าหมายถึงตัวนำที่ใหญ่ขึ้นสำหรับกระแสเท่าเดิมและระดับกระแสลัดวงจรเท่าเดิม
• การสูญเสียทางไฟฟ้า PVC มีการสูญเสียไดอิเล็กทริกค่อนข้างสูง จึงไม่ใช้กับแรงดันที่สูงขึ้น ใน IEC 60502-2 อนุญาตให้ใช้เฉพาะที่ช่วงล่างสุดของแรงดันปานกลางเท่านั้น
• ผลพลอยได้จากการเผาไหม้ คลอรีนที่ทำให้ PVC หน่วงการลามไฟจะกลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์และควันหนาทึบเมื่อเกิดเพลิงไหม้ ในอุโมงค์ รถไฟฟ้าใต้ดิน โรงพยาบาล ศูนย์ข้อมูล และเรือ นี่คือสิ่งที่ลูกค้าต้องการหลีกเลี่ยงพอดี
• ความเย็น เกรดมาตรฐานจะแข็งตัวในภูมิอากาศหนาว ต้องระบุเกรดสำหรับอุณหภูมิต่ำ

ข้อคิดที่ 3: XLPE คือค่าเริ่มต้น — แต่ไม่ใช่วัสดุเพียงชนิดเดียว

XLPE รวมการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ ความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง และพิกัดอุณหภูมิสูงเข้าไว้ด้วยกัน จึงครองตลาดสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังตั้งแต่แรงดันต่ำจนถึงแรงดันสูงพิเศษ

มีสองประเด็นที่มักถูกมองข้าม:

• วิธีครอสลิงก์มีความสำคัญ XLPE ที่บ่มด้วยไซเลนแพร่หลายในแรงดันต่ำเพราะไม่ต้องใช้สายการผลิตวัลคาไนซ์ต่อเนื่อง สายเคเบิลแรงดันปานกลางและแรงดันสูงโดยปกติใช้ XLPE ที่บ่มด้วยเปอร์ออกไซด์ ซึ่งอัดรีดพร้อมกับชีลด์กึ่งตัวนำในกระบวนการอัดรีดสามชั้น เพราะความสะอาดและรอยต่อกับชีลด์มีความสำคัญยิ่งภายใต้ความเครียดทางไฟฟ้าสูง โรงงานที่ผลิต XLPE แรงดันต่ำได้ไม่ได้หมายความว่าจะผลิตสายเคเบิลแรงดันปานกลางได้โดยอัตโนมัติ
• วอเตอร์ทรี ในการติดตั้งที่เปียกชื้น ฉนวนที่มีพอลิเอทิลีนเป็นฐานอาจเกิดวอเตอร์ทรีภายใต้ความเครียดทางไฟฟ้า ซึ่งค่อย ๆ ลดความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้า XLPE ชนิดต้านวอเตอร์ทรี (TR-XLPE) และแผงกั้นน้ำในแนวรัศมีจึงมีอยู่ด้วยเหตุนี้ หากการไฟฟ้าขอ TR-XLPE หรือแผงกั้นน้ำตามแนวยาวและแนวรัศมี นั่นคือการตอบสนองต่อประสบการณ์การใช้งานจริง ไม่ใช่การเพิ่มของประดับ

XLPE ยังค่อนข้างแข็ง จึงไม่ใช่คำตอบที่ดีที่สุดเสมอไปสำหรับสายเคเบิลที่ต้องโค้งงอซ้ำ ๆ

ข้อคิดที่ 4: EPR ให้ความยืดหยุ่นและความทนทาน แลกกับการสูญเสียที่มากขึ้น

EPR (ยางเอทิลีนโพรพิลีน และเกรดแข็ง HEPR) เป็นยางแบบครอสลิงก์ มีพิกัดอุณหภูมิทั่วไปเท่ากับ XLPE แต่ยืดหยุ่นกว่าอย่างเห็นได้ชัด และมักถือว่าทนต่อดิสชาร์จบางส่วนและความชื้นได้ดีกว่า

ทำให้ EPR เหมาะโดยธรรมชาติสำหรับ:

• สายเคเบิลเหมืองแร่และสายเคเบิลลากเคลื่อนที่
• สายเคเบิลสำหรับเรือและงานนอกชายฝั่ง
• สายเคเบิลแรงดันปานกลางในตลาดการไฟฟ้าบางแห่ง
• สายเคเบิลที่ต้องติดตั้งด้วยรัศมีการโค้งงอแคบหรือต้องทนการสั่นสะเทือน

ราคาที่ต้องจ่ายคือต้นทุนวัสดุที่สูงกว่าและการสูญเสียไดอิเล็กทริกที่สูงกว่า XLPE ซึ่งเป็นเหตุผลที่ EPR พบได้น้อยในแรงดันสูงและแรงดันสูงพิเศษ มาตรฐานบางฉบับยังกำหนดความหนาฉนวนของ EPR ต่างจาก XLPE ที่แรงดันเดียวกันด้วย การเปลี่ยน EPR เป็น XLPE (หรือกลับกัน) ในแบบที่มีอยู่โดยไม่คำนวณโครงสร้างใหม่ เป็นข้อผิดพลาดแบบคัดลอกแล้วแก้ไขที่คลาสสิก

ข้อคิดที่ 5: "LSZH" คือข้อกำหนดด้านสมรรถนะเมื่อเกิดเพลิงไหม้ ไม่ใช่วัสดุ

LSZH (เขียนได้อีกว่า LS0H, LSOH, HFFR หรือ "ปราศจากฮาโลเจน") อธิบายพฤติกรรมของสายเคเบิลเมื่อเกิดเพลิงไหม้: ควันน้อย ไม่มีฮาโลเจน และก๊าซมีฤทธิ์กัดกร่อนต่ำ โดยทั่วไปพิสูจน์ด้วยการทดสอบ เช่น ความหนาแน่นของควัน (IEC 61034) ก๊าซกรดฮาโลเจน (IEC 60754) และการลามของเปลวไฟ (อนุกรม IEC 60332) ไม่ใช่ด้วยการระบุชื่อคอมพาวด์

คอมพาวด์เปลือกหุ้มชนิดปราศจากฮาโลเจนและหน่วงการลามไฟทำได้โดยเติมสารตัวเติมแร่ปริมาณมากลงในพอลิโอเลฟิน โดยทั่วไปคืออะลูมิเนียมหรือแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งปล่อยน้ำออกมาเมื่อได้รับความร้อน ปริมาณสารตัวเติมที่สูงนี้มีผลที่ผู้ออกแบบต้องคำนึงถึง:

• ความต้านแรงดึงและความต้านทานการขูดขีดต่ำกว่า PVC หรือ PE
• การดูดซึมน้ำสูงกว่า ดังนั้นเปลือกหุ้ม LSZH จึงไม่ใช่ตัวเลือกแรกสำหรับการติดตั้งที่เปียกชื้นถาวรหรือฝังดินโดยตรง
• การอัดรีดที่ยากกว่า ต้องควบคุมอุณหภูมิเข้มงวดกว่าและใช้เครื่องมือต่างออกไป
• ความหนาแน่นสูงกว่า ดังนั้นเปลือกหุ้มจึงหนักกว่า

ภายในสายเคเบิล LSZH ฉนวนมักเป็น XLPE หรือคอมพาวด์ปราศจากฮาโลเจนแบบครอสลิงก์ และชั้นรองพื้นกับเปลือกหุ้มเป็นแบบปราศจากฮาโลเจน สายเคเบิลจะปราศจากฮาโลเจนได้เพียงเท่าที่ชั้นที่แย่ที่สุดเป็น: วัสดุอุดช่องว่างหรือเทปพันยึดที่เป็น PVC ในสายเคเบิล "LSZH" ถือเป็นความไม่สอดคล้อง

ความทนไฟ (การรักษาให้วงจรทำงานได้ระหว่างเพลิงไหม้) เป็นอีกข้อกำหนดหนึ่งที่แตกต่างออกไป ซึ่งมักทำได้ด้วยเทปไมกาและโครงสร้างพิเศษ และจะมีบทความแยกเฉพาะ

วัสดุเปลือกหุ้ม: เลือกให้ตรงกับสภาพแวดล้อม

สำหรับเปลือกหุ้มชั้นนอก คำถามไม่ได้อยู่ที่ "พอลิเมอร์ชนิดใด" เท่ากับ "สภาพแวดล้อมแบบใด"

PE เป็นแผงกั้นความชื้นที่ยอดเยี่ยมและแข็งแรงมาก จึงพบบ่อยในสายเคเบิลแรงดันปานกลางและแรงดันสูงที่ฝังดิน แต่อาจไม่ผ่านข้อกำหนดด้านสมรรถนะเมื่อเกิดเพลิงไหม้ในจุดที่สายเคเบิลเส้นเดียวกันเข้าสู่อาคาร เอกสารประกวดราคาที่รวม "ฝังดินโดยตรง" และ "ไรเซอร์ภายในอาคาร" ไว้ในสายเคเบิลชนิดเดียว บังคับให้ต้องประนีประนอม ซึ่งต้องทำอย่างรู้ตัว

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการประกวดราคา

• "LSZH" โดยไม่อ้างอิงการทดสอบ สอบถามว่าการทดสอบควัน ฮาโลเจน และเปลวไฟใดที่ใช้ และใช้กับชั้นใด
• ปะปนข้อกำหนดของฉนวนและเปลือกหุ้ม "XLPE/PVC" มักหมายถึงฉนวน XLPE และเปลือกหุ้ม PVC — ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทั้งสองฝ่ายเข้าใจลำดับตรงกัน
• คงขนาดตัวนำไว้เมื่อเปลี่ยนฉนวน การเปลี่ยนจาก PVC เป็น XLPE มักทำให้ใช้ตัวนำเล็กลงได้ การเปลี่ยนจาก XLPE เป็น PVC มักต้องใช้ตัวนำใหญ่ขึ้น ต้องคำนวณพิกัดใหม่
• ลืมอุณหภูมิลัดวงจร วัสดุฉนวนกำหนดอุณหภูมิสุดท้ายที่ยอมให้ระหว่างเกิดฟอลต์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดการตรวจสอบตัวนำและชีลด์

เช็กลิสต์: คำถามก่อนเลือกวัสดุ

1. การติดตั้งเป็นแบบใด: ฝังดิน ในอากาศ ในท่อ ในอาคาร ในอุโมงค์ หรือบนเรือ?
2. มีข้อกำหนดด้านสมรรถนะเมื่อเกิดเพลิงไหม้หรือไม่ และการทดสอบใดพิสูจน์ได้?
3. สายเคเบิลเปียกเป็นเวลานานหรือไม่? ต้องใช้แผงกั้นน้ำหรือฉนวนต้านวอเตอร์ทรีหรือไม่?
4. ต้องโค้งงอ สั่นสะเทือน หรือโค้งแคบระหว่างการติดตั้งหรือไม่?
5. มีการสัมผัสกับภูมิอากาศหนาว สารเคมี น้ำมัน UV ปลวก หรือสัตว์ฟันแทะหรือไม่?
6. มาตรฐานใดกำหนดโครงสร้าง และมาตรฐานนั้นอนุญาตวัสดุใดที่แรงดันนี้?

CablePLM จัดการการเลือกวัสดุอย่างไร

ใน CablePLM วัสดุฉนวนและเปลือกหุ้มเป็นข้อมูลนำเข้าของการออกแบบ ไม่ใช่ป้ายกำกับบนดาต้าชีต ชุดมาตรฐาน แต่ละชุดรู้ว่ามาตรฐานอนุญาตวัสดุใดสำหรับแต่ละชั้นและแต่ละแรงดัน และใช้กฎความหนาและขีดจำกัดอุณหภูมิที่สอดคล้องกันเป็นวิธีคำนวณที่มีการกำหนดเวอร์ชัน เปลี่ยน PVC เป็น XLPE หรือเปลือกหุ้ม PVC เป็น LSZH แล้วโครงสร้างทีละชั้น รายการวัสดุ น้ำหนัก ดาต้าชีต และพิกัดกระแสตาม IEC 60287 จะถูกคำนวณใหม่พร้อมกัน — โดยทุกค่าถูกระบุว่าเป็นข้อมูลมาตรฐานหรือค่าประมาณ สำหรับการประกวดราคา ส่วนเสริมการเลือกและเพิ่มประสิทธิภาพสายเคเบิล จะเปรียบเทียบทางเลือกแบบเคียงข้างกัน เพื่อให้เห็นผลกระทบต่อต้นทุนของการเปลี่ยนวัสดุก่อนส่งข้อเสนอ ดูเพิ่มเติมที่ IEC 60502-1 และ IEC 60502-2 ว่ามาตรฐานหลักของสายเคเบิลไฟฟ้ากำลังวางกรอบการเลือกเหล่านี้อย่างไร

ต้องการเห็นการเปรียบเทียบตัวเลือกวัสดุของคุณเองบนแบบจริงหรือไม่? จองการสาธิต