โครงสร้างสายเคเบิลและวัสดุของกระบวนการผลิตสายไฟฟ้า

โครงสร้างของสายเคเบิลดูเหมือนจะเรียบง่าย ในความเป็นจริงแล้ว ส่วนประกอบแต่ละชิ้นมีจุดประสงค์ที่สำคัญของตัวเอง ดังนั้นจึงต้องคัดเลือกวัสดุของส่วนประกอบแต่ละชิ้นอย่างระมัดระวังเมื่อผลิตสายเคเบิล เพื่อให้แน่ใจถึงความน่าเชื่อถือของสายเคเบิลที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ระหว่างการใช้งาน

1.วัสดุตัวนำ
ในอดีต วัสดุที่ใช้ทำสายไฟฟ้าเป็นทองแดงและอลูมิเนียม โซเดียมก็เคยถูกทดลองในช่วงสั้นๆ เช่นกัน ทองแดงและอลูมิเนียมมีสภาพนำไฟฟ้าที่ดีกว่า และปริมาณทองแดงเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าเท่ากันก็ค่อนข้างน้อยกว่า ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำทองแดงจึงเล็กกว่าตัวนำอลูมิเนียม ราคาของอลูมิเนียมถูกกว่าทองแดงอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ เนื่องจากความหนาแน่นของทองแดงมากกว่าอลูมิเนียม แม้ว่าความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าจะเท่ากัน แต่หน้าตัดของตัวนำอลูมิเนียมจึงใหญ่กว่าตัวนำทองแดง แต่สายตัวนำอลูมิเนียมยังคงเบากว่าสายตัวนำทองแดง

2. วัสดุฉนวน
มีวัสดุฉนวนมากมายที่สายไฟ MV สามารถใช้ได้ รวมถึงวัสดุฉนวนกระดาษชุบสารที่มีคุณสมบัติทางเทคโนโลยีสูงซึ่งใช้ได้ผลดีมาเป็นเวลากว่า 100 ปีแล้ว ปัจจุบัน ฉนวนโพลีเมอร์อัดรีดได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง วัสดุฉนวนโพลีเมอร์อัดรีด ได้แก่ PE (LDPE และ HDPE), XLPE, WTR-XLPE และ EPR วัสดุเหล่านี้เป็นทั้งเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติ้ง วัสดุเทอร์โมพลาสติกจะเสียรูปเมื่อได้รับความร้อน ในขณะที่วัสดุเทอร์โมเซตติ้งจะคงรูปร่างไว้ที่อุณหภูมิใช้งาน

2.1. ฉนวนกระดาษ
ในช่วงเริ่มต้นการใช้งาน สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษจะรับน้ำหนักเพียงเล็กน้อยและได้รับการดูแลรักษาค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้ไฟฟ้ายังคงใช้สายเคเบิลที่รับน้ำหนักมากขึ้นเรื่อยๆ เงื่อนไขการใช้งานเดิมไม่เหมาะสมกับความต้องการของสายเคเบิลในปัจจุบันอีกต่อไป ดังนั้นประสบการณ์การใช้งานเดิมที่ดีจึงไม่สามารถแสดงถึงการใช้งานสายเคเบิลในอนาคตที่ดีได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษแทบจะไม่ได้ถูกใช้เลย
2.2.พีวีซี
PVC ยังคงใช้เป็นวัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำ 1kV และยังเป็นวัสดุหุ้มด้วย อย่างไรก็ตาม การใช้ PVC ในฉนวนสายเคเบิลกำลังถูกแทนที่ด้วย XLPE อย่างรวดเร็ว และการใช้ในปลอกหุ้มกำลังถูกแทนที่ด้วยโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง (MDPE) หรือโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) อย่างรวดเร็ว และสายเคเบิลที่ไม่ใช่ PVC ก็มีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่า
2.3. โพลีเอทิลีน (PE)
โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1930 และปัจจุบันใช้เป็นเรซินพื้นฐานสำหรับวัสดุโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) และโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางต้นไม้กันน้ำ (WTR-XLPE) ในสถานะเทอร์โมพลาสติก อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของโพลีเอทิลีนคือ 75 ° C ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ (80~90 ° C) ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขด้วยการถือกำเนิดของโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) ซึ่งสามารถบรรลุหรือเกินอุณหภูมิการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ

2.4.โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE)
XLPE เป็นวัสดุเทอร์โมเซตติ้งที่ผลิตโดยการผสมโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) กับตัวแทนเชื่อมโยง (เช่น เปอร์ออกไซด์)
อุณหภูมิการทำงานของตัวนำสูงสุดของสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE คือ 90 ° C การทดสอบโหลดเกินสูงถึง 140 ° C และอุณหภูมิไฟฟ้าลัดวงจรสามารถสูงถึง 250 ° C XLPE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและสามารถใช้ในช่วงแรงดันไฟฟ้า 600V ถึง 500kV

2.5. ต้นไม้ทนน้ำ โพลิเอทิลีนครอสลิงค์ (WTR-XLPE)
ปรากฏการณ์ต้นไม้ใต้น้ำจะลดอายุการใช้งานของสายเคเบิล XLPE มีหลายวิธีที่จะลดการเติบโตของต้นไม้ใต้น้ำ แต่หนึ่งในวิธีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือการใช้วัสดุฉนวนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อยับยั้งการเติบโตของต้นไม้ใต้น้ำ เรียกว่าโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางต้นไม้กันน้ำ WTR-XLPE

2.6. ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)
EPR เป็นวัสดุเทอร์โมเซตติ้งที่ทำจากเอทิลีน โพรพิลีน (บางครั้งเป็นโมโนเมอร์ตัวที่สาม) และโคพอลิเมอร์ของโมโนเมอร์ทั้งสามเรียกว่ายางเอทิลีนโพรพิลีนไดอีน (EPDM) เมื่อใช้งานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง EPR จะยังคงมีความอ่อนนุ่มและมีความต้านทานต่อโคโรนาที่ดี อย่างไรก็ตาม การสูญเสียไดอิเล็กตริกของวัสดุ EPR จะสูงกว่า XLPE และ WTR-XLPE อย่างมาก

3. กระบวนการวัลคาไนเซชันฉนวน
กระบวนการเชื่อมขวางนั้นเฉพาะเจาะจงกับพอลิเมอร์ที่ใช้ การผลิตพอลิเมอร์ที่เชื่อมขวางนั้นเริ่มต้นด้วยพอลิเมอร์เมทริกซ์ จากนั้นจึงเติมสารทำให้คงตัวและสารเชื่อมขวางเพื่อสร้างส่วนผสม กระบวนการเชื่อมขวางจะเพิ่มจุดเชื่อมต่อเพิ่มเติมให้กับโครงสร้างโมเลกุล เมื่อเชื่อมขวางแล้ว โซ่โมเลกุลของพอลิเมอร์จะยังคงยืดหยุ่นได้ แต่ไม่สามารถตัดขาดเป็นของเหลวที่หลอมละลายได้อย่างสมบูรณ์

4. วัสดุป้องกันตัวนำและวัสดุป้องกันฉนวน
ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำถูกอัดขึ้นรูปบนพื้นผิวด้านนอกของตัวนำและฉนวนเพื่อให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและเพื่อกักเก็บสนามไฟฟ้าไว้ในแกนฉนวนของสายเคเบิล วัสดุนี้ประกอบด้วยวัสดุคาร์บอนแบล็กเกรดวิศวกรรมเพื่อให้ชั้นป้องกันของสายเคเบิลสามารถบรรลุสภาพการนำไฟฟ้าที่เสถียรภายในช่วงที่ต้องการ