Ученые Пермского Политеха разработали цифровой подход, который позволяет с точностью до 95% прогнозировать качество изоляции силовых кабелей среднего и высокого напряжения.
Этот подход может заменить дорогостоящий выбор режимов «методом проб и ошибок», который в настоящее время широко применяется на производстве.
Силовые кабели с напряжением 6−35 кВ являются основой энергоснабжения промышленных предприятий, жилых комплексов и инфраструктурных объектов. Они прокладываются под землей и водой и функционируют в условиях высоких электрических, механических и температурных нагрузок. Надежность их изоляции прямо влияет на энергетическую безопасность: повреждение кабелей может вызвать масштабные аварии, остановку производств и отключение городов.
Определяющую роль в долговечности кабеля играет степень сшивки полиэтиленовой изоляции. В процессе производства в полиэтилен добавляется пероксид, который при нагревании образует прочные химические связи между молекулярными цепочками. Однако управлять этим процессом сложно: на результат одновременно влияют геометрия кабеля, толщина изоляции, температурный режим, скорость изолирования и даже различия в химическом составе сырья от разных поставщиков. При увеличении толщины изоляции, например, внутри кабеля возникает неоднородное температурное поле, что может привести к неравномерной сшивке.
Ранее ученые ПНИПУ разработали математическую модель, описывающую влияние температуры и геометрии кабеля на равномерность сшивки. Теперь она была интегрирована в промышленный программный комплекс, который позволяет воспроизводить технологический процесс в цифровом формате. В основу модели легли экспериментальные данные, полученные с помощью ротационного реометра при температурах 160−200 °C — в диапазоне реальных производственных условий.
«Мы задали в модели все ключевые параметры, которые могут изменяться на производстве, и провели тысячи виртуальных испытаний. Сравнение с экспериментальными данными для стандартных режимов показало совпадение на уровне 95%, что подтверждает адекватность модели», — рассказала заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» Наталия Труфанова.
В результате исследователи получили количественные зависимости, которые могут использоваться как готовые технологические инструкции. Инженер сможет задать геометрию кабеля и марку сырья — и сразу получить оптимальные параметры процесса. По словам авторов, это позволит повысить производительность, сократить выпуск брака и полностью отказаться от длительных натурных экспериментов на линии.
Фото: hi-tech.mail.ru