โครงสร้างสายเคเบิลและวัสดุในกระบวนการผลิตสายไฟ

โครงสร้างของสายเคเบิลดูเหมือนเรียบง่าย จริงๆ แล้วส่วนประกอบแต่ละส่วนมีวัตถุประสงค์ที่สำคัญในตัวเอง ดังนั้นจึงต้องเลือกวัสดุส่วนประกอบแต่ละชิ้นอย่างระมัดระวังเมื่อผลิตสายเคเบิล เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของสายเคเบิลที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ระหว่างการใช้งาน

1. วัสดุตัวนำ
ในอดีต วัสดุที่ใช้สำหรับตัวนำสายไฟคือทองแดงและอะลูมิเนียม โซเดียมก็ถูกทดลองในช่วงสั้นๆ เช่นกัน ทองแดงและอลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีกว่า และปริมาณทองแดงค่อนข้างน้อยกว่าเมื่อส่งกระแสเดียวกัน ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำทองแดงจึงเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำอะลูมิเนียม ราคาอลูมิเนียมต่ำกว่าทองแดงอย่างมาก นอกจากนี้ เนื่องจากความหนาแน่นของทองแดงมีขนาดใหญ่กว่าอลูมิเนียม แม้ว่าความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าจะเท่ากัน แต่หน้าตัดของตัวนำอะลูมิเนียมจะมีขนาดใหญ่กว่าตัวนำทองแดง แต่สายตัวนำอลูมิเนียมยังคงเบากว่าสายตัวนำทองแดง .

2. วัสดุฉนวน
มีวัสดุฉนวนหลายชนิดที่สายไฟ MV สามารถใช้ได้ แม้กระทั่งวัสดุฉนวนกระดาษที่เคลือบด้วยเทคโนโลยีซึ่งประสบความสำเร็จในการใช้งานมานานกว่า 100 ปี ปัจจุบันฉนวนโพลีเมอร์อัดรีดได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง วัสดุฉนวนโพลีเมอร์อัดขึ้นรูป ได้แก่ PE (LDPE และ HDPE), XLPE, WTR-XLPE และ EPR วัสดุเหล่านี้เป็นเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติง วัสดุเทอร์โมพลาสติกจะเสียรูปเมื่อถูกความร้อน ในขณะที่วัสดุเทอร์โมเซ็ตจะคงรูปร่างไว้ที่อุณหภูมิใช้งาน

2.1. ฉนวนกระดาษ
ในช่วงเริ่มต้นของการทำงาน สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษจะรับน้ำหนักเพียงเล็กน้อยและได้รับการดูแลอย่างดี อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้ไฟฟ้ายังคงทำให้สายเคเบิลรับภาระมากขึ้นเรื่อยๆ เงื่อนไขการใช้งานเดิมไม่เหมาะกับความต้องการของสายเคเบิลในปัจจุบันอีกต่อไป ดังนั้นประสบการณ์ที่ดีแบบเดิมไม่สามารถแสดงถึงการทำงานในอนาคตของสายเคเบิลจะต้องดี . ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษไม่ค่อยได้ใช้
2.2.พีวีซี
พีวีซียังคงใช้เป็นวัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำ 1kV และยังเป็นวัสดุหุ้มด้วย อย่างไรก็ตาม การใช้พีวีซีในฉนวนสายเคเบิลกำลังถูกแทนที่ด้วย XLPE อย่างรวดเร็ว และการใช้งานในปลอกก็ถูกแทนที่ด้วยโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง (MDPE) หรือโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และไม่ใช่ -สาย PVC มีต้นทุนวงจรชีวิตที่ต่ำกว่า
2.3. โพลีเอทิลีน (PE)
โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1930 และปัจจุบันใช้เป็นเรซินพื้นฐานสำหรับวัสดุโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) และโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางจากต้นไม้ (WTR-XLPE) ที่ทนน้ำ ในสถานะเทอร์โมพลาสติก อุณหภูมิในการทำงานสูงสุดของโพลีเอทิลีนคือ 75 ° C ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ (80 ~ 90 ° C) ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขด้วยการถือกำเนิดของ cross-linked polyethylene (XLPE) ซึ่งสามารถตอบสนองหรือเกินกว่าอุณหภูมิการให้บริการของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ

2.4.โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE)
XLPE เป็นวัสดุเทอร์โมเซตติงที่ทำโดยการผสมโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) กับสารเชื่อมขวาง (เช่น เปอร์ออกไซด์)
อุณหภูมิการทำงานของตัวนำสูงสุดของสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE คือ 90 ° C การทดสอบการโอเวอร์โหลดสูงถึง 140 ° C และอุณหภูมิการลัดวงจรสามารถเข้าถึงได้ถึง 250 ° C XLPE มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมและสามารถใช้ในช่วงแรงดันไฟฟ้า 600V ถึง 500kV

2.5. ต้นไม้ทนน้ำ โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (WTR-XLPE)
ปรากฏการณ์ต้นน้ำจะลดอายุการใช้งานของสาย XLPE มีหลายวิธีในการลดการเจริญเติบโตของต้นน้ำ แต่วิธีหนึ่งที่ได้รับการยอมรับกันมากที่สุดคือการใช้วัสดุฉนวนที่ออกแบบเป็นพิเศษซึ่งออกแบบมาเพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของต้นน้ำ เรียกว่าโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางต้นไม้ทนน้ำ WTR-XLPE

2.6. ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)
EPR เป็นวัสดุเทอร์โมเซตติงที่ทำจากเอทิลีน โพรพิลีน (บางครั้งก็เป็นโมโนเมอร์ตัวที่สาม) และโคโพลีเมอร์ของโมโนเมอร์ทั้งสามตัวเรียกว่ายางเอทิลีนโพรพิลีนไดอีน (EPDM) ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง EPR ยังคงความนุ่มนวลอยู่เสมอและมีความต้านทานโคโรนาที่ดี อย่างไรก็ตาม การสูญเสียอิเล็กทริกของวัสดุ EPR นั้นสูงกว่าการสูญเสียอิเล็กทริกของ XLPE และ WTR-XLPE อย่างมีนัยสำคัญ

3. กระบวนการหลอมโลหะฉนวน
กระบวนการเชื่อมขวางนั้นเฉพาะกับโพลีเมอร์ที่ใช้ การผลิตโพลีเมอร์เชื่อมขวางเริ่มต้นด้วยเมทริกซ์โพลีเมอร์ จากนั้นจึงเติมสารเพิ่มความคงตัวและตัวเชื่อมขวางเพื่อสร้างเป็นส่วนผสม กระบวนการเชื่อมขวางจะเพิ่มจุดเชื่อมต่อให้กับโครงสร้างโมเลกุลมากขึ้น เมื่อเชื่อมโยงข้ามแล้ว สายโซ่โมเลกุลโพลีเมอร์จะยังคงยืดหยุ่น แต่ไม่สามารถแยกออกเป็นของเหลวที่หลอมละลายได้อย่างสมบูรณ์

4. วัสดุป้องกันตัวนำและวัสดุป้องกันฉนวน
ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำถูกอัดขึ้นบนพื้นผิวด้านนอกของตัวนำและฉนวนเพื่อให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและเพื่อให้สนามไฟฟ้าอยู่ในแกนหุ้มฉนวนสายเคเบิล วัสดุนี้ประกอบด้วยวัสดุคาร์บอนแบล็คเกรดวิศวกรรมเพื่อให้ชั้นป้องกันของสายเคเบิลมีการนำไฟฟ้าที่เสถียรภายในช่วงที่ต้องการ