Cercetarea și aplicarea materialelor compozite pentru cabluri de încălzire în medii de înaltă tensiune și ultra-înaltă tensiune

Materiale compozite pentru cabluri de încălzire de înaltă și ultra-înaltă tensiune sunt materiale compozite pe baza de polimeri utilizate special pentru prepararea cablurilor de incalzire care pot rezista in conditii extreme. Materialul trebuie să mențină proprietăți electrice excelente, rezistență mecanică și stabilitate termică sub tensiune și presiune extrem de ridicată. Scenariile sale tipice de aplicare includ explorarea petrolului și gazelor de adâncime, industria petrochimică și medii extrem de reci sau cu temperaturi ridicate.

Caracteristici cheie și cerințe de performanță
Pentru a face față unor medii de lucru extreme, materialele compozite ale cablurilor de încălzire de înaltă și ultra-înaltă tensiune trebuie să îndeplinească o serie de cerințe stricte de performanță, inclusiv, dar fără a se limita la următoarele aspecte:

Performanța izolației electrice: Cablurile de încălzire funcționează în condiții de înaltă tensiune, necesitând ca materialele să aibă proprietăți excelente de izolare electrică pentru a preveni scurgerea curentului și defectarea izolației. Acest lucru necesită ca materialul compozit să aibă rezistivitate ridicată și pierderi dielectrice scăzute.

Rezistență la temperaturi ridicate: cablul de încălzire va genera temperaturi ridicate în timpul funcționării și, de asemenea, trebuie să poată rămâne stabil în medii cu temperaturi extreme, astfel încât rezistența la temperaturi ridicate a materialului este deosebit de critică.

Rezistență mecanică și rezistență la presiune: Sub tensiune ultra-înaltă, materialul cablului trebuie să aibă o rezistență mecanică ridicată și să poată rezista forțelor externe, cum ar fi tensiunea și compresia, fără deformare sau rupere.

Rezistența la coroziune chimică: În mediile petrochimice sau de adâncime, materialele trebuie să aibă, de asemenea, o rezistență bună la coroziune chimică și să poată funcționa pentru o lungă perioadă de timp în medii chimice, cum ar fi acizi și alcaline, fără deteriorare.

Conductivitate termică: Cablul de încălzire trebuie să conducă căldura eficient pentru a obține un efect de încălzire stabil. Prin urmare, conductivitatea termică a materialului compozit este, de asemenea, un indicator important care trebuie luat în considerare în proiectare.

Principalele componente ale materialelor
Materialele compozite ale cablurilor de încălzire de înaltă tensiune și ultra-înaltă tensiune sunt în general compuse dintr-o matrice polimerică și materiale de umplutură funcționale. Diferitele componente se completează reciproc și conferă materialului proprietăți complete excelente. Componentele materiale principale comune includ:

Material de matrice: De obicei, sunt selectate materiale polimerice rezistente la temperaturi ridicate și rezistente la îmbătrânire, cum ar fi polietilena (PE), fluorură de poliviniliden (PVDF), cauciucul etilen propilen (EPR), etc. Aceste materiale au o izolare electrică excelentă, rezistență mecanică și stabilitate chimică.

Umpluturi funcționale: Materialele de umplutură utilizate în mod obișnuit includ materiale conductoare termice, cum ar fi alumina (Al₂O₃) și oxidul de magneziu (MgO), care sunt concepute pentru a îmbunătăți conductibilitatea termică a materialelor compozite. Pentru a îmbunătăți izolația electrică, se adaugă de asemenea agenți de îmbunătățire a izolației electrice, cum ar fi agenți de cuplare silan și oxid de titan (TiO₂).

Nanomateriale: în ultimii ani, nanomaterialele (cum ar fi grafenul, nanotuburile de carbon etc.) au fost folosite pentru a modifica materialele compozite pentru a le îmbunătăți și mai mult conductivitatea termică și rezistența mecanică.

Proces de pregătire
Procesul de pregătire a materialelor compozite pentru cabluri de încălzire de înaltă și ultra-înaltă tensiune este crucial. Principalii pași ai procesului includ amestecarea, turnarea prin extrudare, tratamentul termic etc.:

Amestecare: polimerul de matrice și umplutura funcțională sunt amestecate uniform pentru a se asigura că umplutura este distribuită uniform în matricea polimerică.

Turnare prin extrudare: Amestecul este prelucrat în forma necesară prin procesul de extrudare pentru aplicare în producția de cabluri.

Tratament termic: Pentru a spori stabilitatea termică și proprietățile mecanice ale materialului, un anumit tratament termic este de obicei efectuat după preparare, cum ar fi presarea la cald sau recoacere.

Exemple de aplicații
1. Cabluri de incalzire in extractie de petrol si gaze
Operațiunile de extracție a petrolului și gazelor se desfășoară de obicei în medii extreme. Cablurile de încălzire de înaltă tensiune și ultra-înaltă tensiune pot oferi suportul necesar de încălzire pentru echipamentele din medii de înaltă presiune și salinitate la adâncime. Rezistența sa excelentă la presiune și conductibilitatea termică fac acest material popular în acest domeniu.

2. Inginerie de adâncime
Explorările și exploatarea la adâncime au cerințe extrem de ridicate pentru rezistența la presiune, rezistența la coroziune și performanța electrică a cablurilor. Cablurile de încălzire de înaltă tensiune sunt utilizate pe scară largă în ingineria de adâncime pentru a preveni înghețarea țevilor din cauza temperaturilor scăzute.

3. Sisteme de încălzire în medii polare sau cu temperaturi ridicate
În medii cu temperaturi extreme scăzute sau ridicate, compozitele de cabluri de încălzire de înaltă și ultra-înaltă tensiune pot oferi suport de încălzire fiabil pentru clădiri și echipamente, asigurând astfel producția sau viața normală.

ML-ZRPE Cablu de înaltă tensiune compus înveliș de polietilenă ignifug