Структура кабелю здається простою, насправді кожен його компонент має своє важливе призначення, тому матеріал кожного компонента повинен бути ретельно підібраний під час виготовлення кабелю, щоб забезпечити надійність кабелю, виготовленого з цих матеріалів, під час експлуатації.
1. Матеріал провідника
Історично, матеріалами для провідників силових кабелів були мідь та алюміній. Також недовго пробували використовувати натрій. Мідь та алюміній мають кращу електропровідність, а кількість міді відносно менша при передачі того ж струму, тому зовнішній діаметр мідного провідника менший, ніж у алюмінієвого провідника. Ціна алюмінію значно нижча, ніж міді. Крім того, оскільки щільність міді більша, ніж у алюмінію, навіть якщо струмопровідна здатність однакова, поперечний переріз алюмінієвого провідника більший, ніж у мідного провідника, але алюмінієвий провідний кабель все одно легший за мідний.
2. Ізоляційні матеріали
Існує багато ізоляційних матеріалів, які можна використовувати для силових кабелів середньої напруги, включаючи навіть технологічно зрілі просочені паперові ізоляційні матеріали, які успішно використовуються вже понад 100 років. Сьогодні екструдована полімерна ізоляція отримала широке визнання. До екструдованих полімерних ізоляційних матеріалів належать PE (LDPE та HDPE), XLPE, WTR-XLPE та EPR. Ці матеріали є термопластичними, а також термореактивними. Термопластичні матеріали деформуються при нагріванні, тоді як термореактивні матеріали зберігають свою форму за робочих температур.
2.1. Паперова ізоляція
На початку експлуатації кабелі з паперовою ізоляцією несуть лише невелике навантаження та відносно добре обслуговуються. Однак, споживачі електроенергії продовжують використовувати кабель, який несуть все більше й більше вантажів, і початкові умови використання більше не підходять для потреб поточного кабелю, тому початковий хороший досвід не може гарантувати, що майбутня експлуатація кабелю буде належною. В останні роки кабелі з паперовою ізоляцією використовуються рідко.
2.2.ПВХ
ПВХ досі використовується як ізоляційний матеріал для низьковольтних кабелів 1 кВ, а також як матеріал для оболонки. Однак, застосування ПВХ в ізоляції кабелів швидко замінюється XLPE, а застосування в оболонці швидко замінюється лінійним поліетиленом низької щільності (LLDPE), поліетиленом середньої щільності (MDPE) або поліетиленом високої щільності (HDPE), причому кабелі без ПВХ мають нижчі витрати протягом життєвого циклу.
2.3. Поліетилен (ПЕ)
Поліетилен низької щільності (LDPE) був розроблений у 1930-х роках і зараз використовується як базова смола для зшитого поліетилену (XLPE) та водостійкого зшитого поліетилену деревом (WTR-XLPE). У термопластичному стані максимальна робоча температура поліетилену становить 75 °C, що нижче за робочу температуру кабелів з паперовою ізоляцією (80~90 °C). Цю проблему було вирішено з появою зшитого поліетилену (XLPE), який може досягати або перевищувати робочу температуру кабелів з паперовою ізоляцією.
2.4.Зшитий поліетилен (XLPE)
XLPE – це термореактивний матеріал, виготовлений шляхом змішування поліетилену низької щільності (LDPE) зі зшиваючим агентом (таким як пероксид).
Максимальна робоча температура провідника кабелю з ізоляцією з XLPE становить 90 °C, випробування на перевантаження — до 140 °C, а температура короткого замикання може досягати 250 °C. XLPE має чудові діелектричні характеристики та може використовуватися в діапазоні напруг від 600 В до 500 кВ.
2.5. Водостійке дерево Зшитий поліетилен (WTR-XLPE)
Феномен водяного дерева скорочує термін служби кабелю з XLPE. Існує багато способів зменшити ріст водяного дерева, але одним із найпоширеніших є використання спеціально розроблених ізоляційних матеріалів, призначених для запобігання росту водяного дерева, які називаються водостійким зшитим поліетиленом WTR-XLPE.
2.6. Етиленпропіленовий каучук (EPR)
EPR – це термореактивний матеріал, виготовлений з етилену, пропілену (іноді третього мономеру), а сополімер трьох мономерів називається етиленпропілендієновим каучуком (EPDM). У широкому діапазоні температур EPR завжди залишається м’яким і має добру стійкість до коронного розряду. Однак діелектричні втрати матеріалу EPR значно вищі, ніж у XLPE та WTR-XLPE.
3. Процес вулканізації ізоляції
Процес зшивання залежить від використовуваного полімеру. Виробництво зшитих полімерів починається з матричного полімеру, а потім додаються стабілізатори та зшиваючі агенти для утворення суміші. Процес зшивання додає більше точок з'єднання до молекулярної структури. Після зшивання молекулярний ланцюг полімеру залишається еластичним, але його не можна повністю розірвати, перетворивши на рідкий розплав.
4. Матеріали для екранування та ізоляційного екранування провідників
Напівпровідний захисний шар екструдований на зовнішню поверхню провідника та ізоляції для вирівнювання електричного поля та утримання електричного поля в ізольованій серцевині кабелю. Цей матеріал містить технічну сажу, що дозволяє захисному шару кабелю досягти стабільної провідності в необхідному діапазоні.
Час публікації: 12 квітня 2024 р.