Учёные ПНИПУ разработали новый цифровой инструмент,который моежт прогнозировать качество изоляции силовых кабелей с точностью в 95 %

Прочность и долговечность силовых кабелей среднего и высокого напряжения – ключевой фактор надежности энергосетей и безопасности. Это напрямую зависит от степени сшивки полиэтилена, процесса, формирующего прочную термостойкую структуру изоляции. На сегодняшний день оптимальные режимы технологического процесса часто подбираются методом проб и ошибок: технолог останавливает линию, меняет настройки и запускает новые партии, а результат проверяется в лаборатории.

Ученые Пермского политеха разработали метод, позволяющий с точностью 95 % прогнозировать качество изоляции кабелей. Статья об этом опубликована в научно‑практическом журнале «Электричество».

Силовые кабели среднего и высокого напряжения – основа передачи электроэнергии для промышленности, жилых районов и инфраструктурных объектов. Они проложены под землей и водой, работают в экстремальных условиях и выдерживают высокие электрические (6–35 кВ), механические и температурные нагрузки. Надежность каждого метра кабеля напрямую влияет на энергетическую безопасность: выход из строя приводит к масштабным авариям, остановке производства, обесточиванию городов и экономическим потерям.

Качество изоляции – главный фактор надёжности. Полиэтилен при нагреве размягчается и теряет форму; для улучшения эксплуатационных свойств его подвергают химическому процессу сшивки. Добавляя пероксид, образуются прочные связи между длинными молекулярными цепочками полиэтилена, что обеспечивает долговечность кабеля десятилетиями.

Управлять процессом сшивки сложно: необходимо одновременно контролировать геометрию кабеля (толщина изоляции), состав сырья, количество химического агента, скорость нагрева и охлаждения. При увеличении толщины изоляции равномерно нагреть её становится труднее, внутренние слои могут не достичь нужной температуры, а сшивка окажется неполной. Полиэтилен от разных поставщиков отличается составом, поэтому реакция может протекать с разной скоростью – один режим для всех случаев невозможен.

Традиционные методы контроля (нагрев под давлением) применяются к уже готовому кабелю и не позволяют прогнозировать результат или управлять процессом в реальном времени. Поэтому поиск оптимального режима сшивки остаётся дорогостоящим и длительным, сопровождающимся остановками линии и потерей материала.

Ранее ученые ПНИПУ разработали математическую модель, позволяющую анализировать влияние температуры и геометрии кабеля на равномерность сшивки. Теперь исследователи интегрировали её в промышленный программный комплекс, чтобы воспроизвести технологический процесс и получить точные данные о влиянии каждого параметра – геометрии кабеля, скорости изолирования, температурного режима нагрева и охлаждения – на качество изоляции.

На начальной стадии исследователи изучили свойства исходного сырья и отобрали несколько популярных промышленных марок, различающихся химическим составом. Для оценки реакции сшивки использовался ротационный реометр: прибор вращает и нагревает образцы материала при температурах от 160 °C до 200 °C – диапазоне реальных производственных условий. Эксперименты показали, при какой температуре начинается реакция, как быстро она протекает и в каком диапазоне наиболее активно для каждого типа полиэтилена.

Полученные экспериментальные данные стали основой для создания 3‑D модели, описывающей химическую реакцию сшивки внутри кабеля. В модель вошли многослойная структура кабеля, свойства материалов, теплообмен и реальные технологические параметры процесса. Благодаря ей можно рассчитать, как изменение температуры влияет на степень сшивки полиэтилена в каждой точке изоляции.

— С помощью разработанной цифровой модели мы провели серию виртуальных испытаний. Мы задали все ключевые параметры – толщину кабеля, скорость нагрева, температуру и др., а модель автоматически рассчитала тысячи сценариев, комбинируя эти параметры. Чтобы убедиться в достоверности результатов, их сравнивали с экспериментальными данными для стандартных режимов производства. Совпадение составило 95 %, что позволило считать модель адекватной. В результате исследования процесса сшивки с различными комбинациями исходных параметров были определены оптимальные, позволяющие без потери качества увеличить общую производительность, — отметила Наталия Труфанова, заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике», доктор технических наук.

На завершающем этапе ученые обработали весь массив данных. Итогом анализа стали количественные закономерности – графики, таблицы и диаграммы, определяющие качество продукции в зависимости от набора исходных параметров. Эти данные могут стать готовыми технологическими инструкциями для инженера: при заданной геометрии кабеля он сможет установить параметры процесса, гарантируя качество будущей продукции.

— Виртуальные эксперименты на основе созданной модели дали результат, недостижимый традиционными методами: количественные закономерности, раскрывающие «механику» процесса. Модель выявила критически важные пороговые значения и зависимости. Главный практический итог – возможность с высокой точностью прогнозировать степень сшивки изоляции для любых заданных условий, полностью исключая необходимость в дорогостоящих и длительных натурных экспериментах на производственной линии, — дополнила Наталия Труфанова.

Разработанная методика представляет собой готовый к внедрению цифровой инструмент. Когда на производстве возникает задача выпустить кабель нового размера или перейти на другую марку сырья, технолог вводит в усовершенствованный программный комплекс конкретные параметры. Модель проводит виртуальный эксперимент и выдает прогноз: при какой температуре будет достигнута требуемая степень сшивки. Это позволяет заранее утвердить оптимальный технологический режим, гарантировать качество и исключить выпуск брака

Истории и карточки

1
Вывод КАБСов на Форуме!
форум
Обновление Форума!
Активность EL-комитета НОПСМ-1.mp4_snapshot_00.19.255
Активность EL-комитета НОПСМ
RC3d кейсы-1.mp4_snapshot_00.09.816
Вот как надо делать кабель красивым!

Рекомендуем прочесть

Ученые НГТУ НЭТИ разработали генератор комбинированной волны напряжением до 25 000 В
Коллектив электротехнической лаборатории Новосибирского государственного технического университета НЭТИ...
«Парус электро» закончили разработку первого отечественного стринг‑инвертора мощностью до 350 кВт
В компании «Парус электро», входящей в дивизион «АСУ ТП и электротехника» госкорпорации «Росатом», завершён...
СФУ придумали метод, повышающий эффективность контактной сварки на 30 %
Новые электродные материалы от Сибирского федерального университета (СФУ) обещают продлить срок службы...

Журнал

Читайте и скачивайте архив журнала ElektroPortal, где мы рассказываем о главных новостях и событиях рынка и интересно пишем об электротоварах

Радио Kabel.FM

Слушайте первое кабельное радио Kabel.FM на ЭлектроПортал.Ру

album-art

Прямая трансляция Kabel.FM
00:00

Не работает эфир? Переходи на резервный!

Интервью и персоны

69452c0ec589c (1)
Рост под давлением: итоги года АО "Кирскабель"
02
Мы работаем над переводом всех своих решений на Linux
interwetalonVNIIKP
Эталон испытаний. Центр климатических испытаний и испытаний на пожарную безопасность ВНИИКП
Сергей Снежко на заводе "Иркутсккабель". В руках - кабель для майнинга. Это относительно новая номенклатура для УНКОМТЕХа
«УНКОМТЕХ» готов полностью обеспечить кабелем собственного производства любой объект
ispchesVNIIKP
Испытания на честность Ассоциацией "Электрокабель"
Алюминий помогает застройщикам экономить
Алюминий помогает застройщикам экономить