34,5 kV çapraz bağlı polietilen (XLPE) enerji kablolarının karakterizasyonu ve sağlık indeksi değerlendirmesi

Kablo yaşlanmasının günlük yaşama etkisi

Modern şehirler, yer altına gömülü yüksek gerilim enerji kablolarına, evlere, hastanelere ve sanayiye elektriği sessizce ulaştırmaları için bağımlıdır. Yıllar süren işletme, özellikle sıcak ve zorlu koşullarda, bu kabloların içindeki plastik yalıtımın yavaşça aşınmasına yol açar ve kesinti ile maliyetli arızalar riskini artırır. Bu çalışma, hizmette 5 ve 10 yıl kalmış gerçek 34,5 kV çapraz bağlı polietilen (XLPE) kabloların içini inceliyor ve arızadan önce işletmelere bakım, onarım veya değiştirme zamanını belirlemelerinde yardımcı olabilecek pratik bir “sağlık puanı” öneriyor.

Yaşlanan enerji kablolarının içini görmek

Araştırmacılar, laboratuvarda yapılan kısa, yapay yaşlandırma testlerine güvenmek yerine Suudi elektrik şebekesinin yüksek sıcaklığa sahip bir bölgesinde yıllarca çalışan gerçek XLPE kablo kesitleri temin ettiler. 5 ve 10 yıllık hizmet sürelerinde “sağlıklı” ve “arıza gösteren” örnekleri karşılaştırdılar. Elektron mikroskopları, X-ışını görüntüleme, termal analiz, kızılötesi spektroskopi ve X-ışını kırınımı gibi gelişmiş araç dizisi kullanarak yalıtımın iç yapısının ve kimyasının zaman içinde nasıl değiştiğini incelediler. Ayrıca malzemenin yüksek gerilim altında ne kadar kolay bozulduğunu ve gerilme karşısında ne kadar dayanabildiğini ölçerek hem mikroskobik durumu hem de gerçek dünya performansını ortaya koydular.

Malzemenin yavaş yıpranma süreci

Detaylı görüntüleme, sağlıklı yalıtımın nispeten pürüzsüz yüzeyler ve düzenli iç bölgeler koruduğunu, oysa arızalı parçaların elektro-kırılmanın başlayabileceği oluklar, mikroçatlaklar ve küçük boşluklar geliştirdiğini gösterdi. Termal testler, kablolar yaşlandıkça plastikte başlangıçta iyi organize olmuş kristal bölgelerin daha az kusursuz hale gelip daha yumuşak, düzensiz bölgelerle karıştığını ortaya koydu. X-ışını kırınımı, polietilenin temel kristal tipinin değişmediğini doğruladı, ancak özellikle arızalı 10 yıllık örneklerde düzenlilik seviyesinin sürekli azaldığını gösterdi. Bu bulgular birlikte, belirgin kimyasal oksidasyon düşük kalsa bile uzun süreli ısı ve elektriksel gerilmenin malzemenin iç “iskeletini” kademeli olarak zayıflattığı bir tablo çiziyor.

Yaşlanmanın elektriksel ve mekanik dayanıklılığa etkisi

Bu sessiz yapısal hasarın sonuçları performans testlerinde açıkça görülüyor. Artan yüksek gerilime tabi tutulduğunda, sağlıklı yalıtım örnekleri genellikle daha yüksek ve daha tutarlı seviyelerde arıza verirken, arızalı olanlar daha erken ve daha geniş dağılımla bozuluyor. En bozulmuş parçalarda arıza dayanımı ortalama olarak 5 yılda yaklaşık %14 ve 10 yılda %20’den fazla düşüyor. Yüzey atlama gerilimi—kablonun dış yüzeyi boyunca boşalmalara karşı dayanma ölçüsü—sağlıklı 5 yıllık örneklerle arızalı 10 yıllık örnekler arasında kabaca yarıya iniyor. Aynı zamanda mekanik testler, malzemenin daha az dayanıklı ve daha az uzayabilir hale geldiğini ortaya koyuyor: çekme dayanımı genç, sağlıklı yalıtımda yaklaşık 25 MPa iken arızalı 10 yıllık örneklerde yaklaşık 18 MPa seviyelerine düşüyor ve kopma öncesi uzama neredeyse %1000’den %400’ün altına inerek ciddi kırılganlaşmanın işaretini veriyor.

Birçok ölçümü tek bir sağlık puanına dönüştürmek

Bu karmaşık test setini varlık yöneticilerinin gerçekten kullanabileceği bir araca dönüştürmek için yazarlar Kablo Sağlık İndeksi (CHI) oluşturdu. Bu indeks, arıza dayanımı, dielektrik sabiti, dielektrik kayıp, çekme dayanımı ve kopma uzaması olmak üzere beş temel göstergiyi “mükemmel”den “ağır bozulma”ya kadar tek bir yüzde puanına birleştiriyor. Her parametrenin önemini uzman tahminine bırakmak yerine, örnekler arasında güçlü değişim gösteren ve benzersiz bilgi taşıyan ölçümlere otomatik olarak daha yüksek ağırlık atayan entropy yöntemi ve CRITIC yöntemi olarak bilinen iki matematiksel şema uyguladılar. Bu iki yaklaşımı harmanlayarak, CHI’yı hem elektriksel hem de mekanik yaşlanmaya karşı duyarlı ve dengeli yapan entegre bir ağırlıklandırma sistemi yarattılar.

Laboratuvar içgörüsünden daha akıllı şebeke bakımına

Entegre CHI, 20 farklı kablo kesitinde test edildiğinde kabloların gerçek bilinen durumunu en iyi şekilde eşleştirerek sağlıklı, orta yaşlı, uyarı ve ağır bozulmuş vakaları yüksek doğrulukla ayırdı. Pratikte böyle bir sağlık indeksi, işletmelere yer altı kablolarını risk sırasına koyma, denetimleri ve değiştirmeleri önceliklendirme ve hâlâ sağlam olan varlıkların ömrünü erken değiştirmeye alternatif olarak uzatma imkânı verebilir. Uzman olmayanlar için ana çıkarım, çalışma gerçek dünya kablolarının dikkatli incelenmesi ile akıllı veri analizinin teknik ölçümler yığınını açık, uygulanabilir bir “sağlık puanı”na dönüştürebileceğini; bunun da elektriğin daha güvenilir ve maliyet etkin şekilde sağlanmasına yardımcı olabileceğini gösteriyor.

Atıf: Salem, A.A., Hamanah, W.M., Al-Ameri, S.M. et al. Characterization and health index assessment of 34.5 kV cross-linked polyethylene (XLPE) power cables. Sci Rep 16, 12599 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41193-z

Anahtar kelimeler: XLPE enerji kabloları, kablo yaşlanması, yalıtım sağlık indeksi, yüksek gerilim güvenilirliği, duruma dayalı bakım