7 défauts courants dans les couches de blindage des câbles et leurs causes profondes expliquées

Dans un câble d'alimentation moyenne ou haute tension, la couche de blindage semi-conductrice n'a qu'une fraction de millimètre d'épaisseur, mais elle assure une part considérable de la fiabilité à long terme du câble. Il lisse le champ électrique autour du conducteur, remplit les espaces entre les brins et protège l'isolation des arêtes vives et des vides qui autrement deviendraient des sites de décharge partielle. Une couche de protection qui semble acceptable sur la bobine peut néanmoins masquer des défauts qui ne font surface qu'après des années de service.

Nous fabriquons des composés de blindage semi-conducteurs depuis 2002, et les rapports de défauts que les fabricants de câbles nous signalent ont tendance à se répéter. Les sept ci-dessous sont ceux que nous rencontrons le plus souvent, ainsi que leurs causes profondes.

Pourquoi les défauts de la couche de protection punissent les petits écarts de processus

Un blindage semi-conducteur est un polymère chargé de noir de carbone, co-extrudé en trois couches avec l'isolant et l'autre blindage. Étant donné que la couche est mince et que la zone d’interface est énorme, les petites perturbations n’ont nulle part où se cacher. Une saillie de quelques dizaines de microns, un seul vide ou une tache de noir de carbone mal dispersé peuvent déformer localement le champ électrique et déclencher le processus de dégradation qui aboutit à une défaillance.

Lorsque nous enquêtons sur une plainte, la cause profonde se situe presque toujours à l’un des trois endroits suivants : le composé lui-même, la ligne d’extrusion ou la manipulation qui s’ensuit. Le tri du symptôme visible selon l’un des sept modèles ci-dessous vous indique généralement lequel des trois examiner en premier.

Les sept défauts en un coup d'oeil

1. Saillies et rugosité de surface à l'interface d'isolation

Les saillies sont des points surélevés sur la surface du blindage qui s'enfoncent dans l'isolation. Ils sont comptés par unité de surface sur des tranches de microtome, et le nombre augmente rapidement lorsque le processus dérive.

Causes profondes que nous voyons le plus souvent :

• Tamis filtrants à mailles trop grossières, ou tamis cassé laissant passer les agglomérats
• Rupture de matière fondue causée par une température de filière trop basse ou une pression de tête instable
• Accumulation de matériaux dégradés sur le terrain de la filière, se détachant périodiquement
• Particules de noir de carbone surdimensionnées ou mal dispersées dans le composé entrant
• Gels isolants migrant dans l'interface du bouclier lors de la coextrusion

2. Microvides et bulles de gaz à l’intérieur du bouclier

Les vides sont le point faible électrique classique : ils déforment le champ, enflamment des décharges partielles et alimentent l'arborescence de l'eau. Ils apparaissent lors des inspections de tranches sous la forme de petites cavités rondes, souvent regroupées près du conducteur.

Causes profondes :

• Humidité absorbée par le composé lors du stockage ou du transport, sans séchage avant la trémie
• Volatiles libérés par le polymère ou par les sous-produits peroxydes lorsque le profil de température est erroné
• Vide insuffisant au niveau de la goulotte d'alimentation ou conduites de vide bloquées
• Faible pression de fusion et filière mal scellée, qui permettent à l'air d'être aspiré dans la fusion
• Air emprisonné dans les interstices d'un conducteur toronné lorsque le remplissage des torons ou le préchauffage est inadéquat

3. Force de liaison trop élevée ou trop faible

La force de liaison entre le bouclier isolant et l’isolant est une fenêtre étroite. Trop serré et l'installateur ne peut pas dénuder proprement le câble sans entailler l'isolation. Trop lâche, l'interface peut s'ouvrir, laissant l'humidité se propager le long du câble. Les deux extrêmes sont généralement signalés comme un seul défaut : le bouclier ne se dénude pas correctement.

Causes profondes :

• Formulation et chimie du peroxyde qui ne correspondent pas au comportement de décapage prévu
• Taux de refroidissement et vitesse de ligne après le tube de réticulation, qui modifient la cristallinité à l'interface
• Durée et température de stockage, car la force de liaison continue de dériver après l'enroulement du câble
• Préchauffage du conducteur et température de la surface de l'isolation en dehors de la fenêtre convenue

Pour les câbles moyenne tension, une qualité dénudable effectue une grande partie de ce travail au stade de la formulation plutôt que sur la ligne. Le HJ0602 est construit exactement autour de cet équilibre.

HJ0602 Composé de blindage isolant facile à dénuder pour câbles d'alimentation MT Blindage isolant facile à dénuder pour les câbles MT jusqu'à 36 kV, avec une faible force de pelage et une extrusion stable, utile lorsqu'un blindage uniforme et une séparation propre sont importants. Voir le produit →

4. Variation d'épaisseur et excentricité

Une épaisseur de bouclier inégale est un défaut discret. Il échoue rarement immédiatement, mais le côté mince perd sa marge de contrainte tandis que le côté épais gaspille du matériau et peut adhérer différemment.

Causes profondes :

• Concentricité de la matrice et de la pointe qui a dérivé, ou outillage simplement usé
• Différences de température autour de la traverse, courbant le flux de matière fondue d'un côté
• Augmentation et fluctuation du débit de vis, souvent dues à un problème d'alimentation en amont
• Variation de la vitesse de transport ou du cabestan qui modifie le taux de rabattement
• Affaissement par gravité d'un composé mou avant qu'il n'entre dans le tube de polymérisation

5. Gels, Fisheyes et contamination étrangère

Ceux-ci apparaissent sous forme de taches discrètes avec une couleur ou une texture différente. Au microscope, ils sont clairement étrangers au composé : gel réticulé, poussière, fibre ou morceau de matériau dégradé.

Causes profondes :

• Purge incomplète entre les qualités, laissant des résidus dans les points morts de la vis et de la tête
• Zones surchauffées générant du gel réticulé à l'intérieur de l'extrudeuse
• Tamis de filtre endommagés ou contournés
• Contamination introduite lorsque les sacs sont ouverts ou lorsque le rebroyé est utilisé sans contrôle
• Poussière et fibres dans la zone d'alimentation, en particulier là où le matériau est transféré pneumatiquement

6. Agglomérats de noir de carbone et dispersion inégale

Un bouclier qui conduit de manière inégale est pire qu’un bouclier qui conduit mal. Les agglomérats augmentent suffisamment la résistivité locale pour créer des points chauds et des niveaux de contrainte inégaux, et ils peuvent également perturber l'adhésion à l'interface.

Causes profondes :

• Énergie de mélange qui distribue le noir de carbone mais ne disperse jamais les agglomérats primaires
• Noir de carbone avec une structure élevée ou une charge élevée qui pousse le composé au-delà de la capacité de la vis
• Problèmes d'alimentation avec du noir à faible densité apparente, provoquant une fluctuation du rapport du noir
• Packs de tamis trop ouverts pour capturer les particules non dispersées
• Distribution du temps de séjour qui laisse une partie de la matière fondue sous-mélangée

Il s'agit d'un domaine dans lequel la qualité composée décide du résultat avant que le fabricant de câbles ne touche à un réglage. Un blindage conducteur tel que le HJ0301 est construit autour d'une dispersion et d'un blindage qui maintiennent les agglomérats hors de la pastille.

HJ0301 Composé de blindage de conducteur semi-conducteur pour câbles d'alimentation MT Composé de blindage pour conducteurs collés pour câbles MT jusqu'à 36 kV, conçu pour résister à la brûlure et à l'oxydation du cuivre tout en permettant une extrusion stable et propre. Voir le produit →

7. Marques de surface brûlées, pré-durcies et liées à l'humidité

La brûlure apparaît sous la forme de particules dures partiellement réticulées ou sous la forme d'une surface rugueuse et mate. Les marques laissées par les gouttelettes d’eau semblent cosmétiques, mais elles se trouvent souvent au-dessus d’une interface localement rugueuse.

Causes profondes :

• Température ou temps de séjour trop élevé pour le système au peroxyde utilisé
• Points morts dans la tête où le matériau reste pendant un arrêt
• Longs arrêts sans purge, donc les premiers mètres après le redémarrage transportent des particules brûlées
• Eau de refroidissement contaminée ou gouttelettes déposées sur la surface du bouclier avant le tube de durcissement
• Humidité sur la surface des pellets avant extrusion, se transformant en marques de vapeur

Comment affiner plus rapidement la cause profonde

Lorsqu’un défaut apparaît, la première étape la plus utile n’est pas de modifier un paramètre mais de bien caractériser le symptôme. Mesurez la taille du défaut, comptez-la par unité de surface et notez où il se situe : au début d'un trajet ou en régime permanent, sur le blindage du conducteur ou sur le blindage isolant, uniformément réparti ou regroupé. Chaque observation supprime des branches entières de l’arbre des pannes.

À partir de là, effectuez trois contrôles dans l’ordre. Tout d’abord, l’historique du matériau : numéro de lot, conditions de stockage, teneur en humidité et manière dont les sacs ont été manipulés. Deuxièmement, l’état de la machine : températures, vide, état du tamis, enregistrements de purge et usure des outils. Troisièmement, l'interface elle-même : coupez le câble et regardez ce que le blindage touche réellement. Ce n'est qu'après cela qu'il vaut la peine d'ajuster le processus, car des changements aléatoires détruisent les preuves dont vous avez besoin.

Un fournisseur de composés qui comprend la ligne d’extrusion peut raccourcir considérablement cette boucle. Notre composés de blindage de câble d'alimentation couvrent les blindages de conducteurs, les blindages d'isolation et les systèmes collés ou dénudables à tous les niveaux de tension, et la discussion technique commence généralement par le modèle de défaut plutôt que par la fiche technique. Pour les travaux à haute tension, le HJ0901 combine les fonctions de blindage des conducteurs et de l'isolation en un seul grade.

HJ0901 Composé de blindage pour conducteurs et isolants pour câbles HT Pour les câbles haute tension jusqu'à 132 kV, cette qualité ultra-propre et ultra-lisse combine le blindage des conducteurs et de l'isolation en un seul composé. Voir le produit →

Pour approfondir la façon dont la composition et les performances du composé interagissent avec le traitement, notre note technique sur composition et sélection de composés semi-conducteurs parcourt les mêmes variables du côté matériel.

Sept défauts, mais la même courte liste de causes profondes ne cesse de réapparaître : l'humidité, la température, la contamination et l'outillage. Aucun d’entre eux n’est exotique et aucun n’est résolu par un seul paramètre. Ce qui fait la différence, c'est un vocabulaire partagé entre le fabricant de câbles et le fournisseur de composés, de sorte qu'un symptôme à l'interface pointe rapidement vers l'étape du processus ou la variable matérielle responsable.

Si vous travaillez actuellement sur un problème de couche de protection, envoyez-nous vos photos de tranches et exécutez vos données. Cela nous suffit généralement pour vous dire si la cause réside dans l'enceinte, la ligne ou la manipulation après le tube.