โครงสร้างสายเคเบิลและวัสดุของกระบวนการผลิตสายไฟฟ้า

โครงสร้างของสายเคเบิลดูเหมือนจะเรียบง่าย ในความเป็นจริง ส่วนประกอบแต่ละส่วนมีวัตถุประสงค์สำคัญของตัวเอง ดังนั้น จึงต้องเลือกวัสดุของส่วนประกอบแต่ละส่วนอย่างระมัดระวังเมื่อผลิตสายเคเบิล เพื่อให้แน่ใจถึงความน่าเชื่อถือของสายเคเบิลที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ระหว่างการใช้งาน

1. วัสดุตัวนำไฟฟ้า
ในอดีต วัสดุที่ใช้ทำตัวนำไฟฟ้าคือทองแดงและอะลูมิเนียม โซเดียมก็เคยถูกนำมาใช้เช่นกัน ทองแดงและอะลูมิเนียมมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดีกว่า และปริมาณทองแดงเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าเท่ากันจะน้อยกว่า ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวนำทองแดงจึงเล็กกว่าตัวนำอะลูมิเนียม ราคาของอะลูมิเนียมจึงต่ำกว่าทองแดงอย่างมาก นอกจากนี้ เนื่องจากความหนาแน่นของทองแดงมากกว่าอะลูมิเนียม แม้ว่าความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าจะเท่ากัน พื้นที่หน้าตัดของตัวนำอะลูมิเนียมจึงใหญ่กว่าตัวนำทองแดง แต่สายตัวนำอะลูมิเนียมก็ยังคงมีน้ำหนักเบากว่าสายตัวนำทองแดง

2. วัสดุฉนวน
มีวัสดุฉนวนมากมายที่สายไฟฟ้า MV สามารถใช้ได้ รวมถึงวัสดุฉนวนกระดาษชุบสารซึ่งผ่านกระบวนการพัฒนาทางเทคโนโลยีแล้ว ซึ่งประสบความสำเร็จในการใช้งานมานานกว่า 100 ปี ปัจจุบัน ฉนวนโพลีเมอร์แบบอัดรีดได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง วัสดุฉนวนโพลีเมอร์แบบอัดรีดประกอบด้วย PE (LDPE และ HDPE), XLPE, WTR-XLPE และ EPR วัสดุเหล่านี้เป็นทั้งเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติง วัสดุเทอร์โมพลาสติกจะเสียรูปเมื่อได้รับความร้อน ในขณะที่วัสดุเทอร์โมเซตติงจะคงรูปร่างไว้ที่อุณหภูมิใช้งาน

2.1. ฉนวนกระดาษ
ในช่วงเริ่มต้นการใช้งาน สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษจะรับน้ำหนักได้เพียงเล็กน้อยและได้รับการดูแลรักษาค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้ไฟฟ้ายังคงใช้สายเคเบิลที่มีภาระหนักมากขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลให้สภาพการใช้งานเดิมไม่เหมาะสมกับความต้องการของสายเคเบิลในปัจจุบัน ประสบการณ์การใช้งานที่ดีแต่เดิมจึงไม่สามารถบ่งชี้ถึงการใช้งานในอนาคตที่ดีได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษแทบจะไม่ถูกใช้งานอีกต่อไป
2.2.พีวีซี
พีวีซียังคงใช้เป็นวัสดุฉนวนสำหรับสายเคเบิลแรงดันต่ำ 1 กิโลโวลต์ และยังเป็นวัสดุหุ้มฉนวนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม การใช้พีวีซีในฉนวนสายเคเบิลกำลังถูกแทนที่ด้วย XLPE อย่างรวดเร็ว และการใช้พีวีซีในปลอกหุ้มกำลังถูกแทนที่ด้วยโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง (MDPE) หรือโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) อย่างรวดเร็ว และสายเคเบิลที่ไม่ใช่พีวีซีมีต้นทุนวงจรชีวิตที่ต่ำกว่า
2.3. โพลีเอทิลีน (PE)
โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และปัจจุบันใช้เป็นเรซินพื้นฐานสำหรับวัสดุโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) และโพลีเอทิลีนเชื่อมขวางต้นไม้กันน้ำ (WTR-XLPE) ในสถานะเทอร์โมพลาสติก อุณหภูมิใช้งานสูงสุดของโพลีเอทิลีนอยู่ที่ 75 องศาเซลเซียส ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ (80-90 องศาเซลเซียส) ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขด้วยการถือกำเนิดของโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE) ซึ่งสามารถให้อุณหภูมิใช้งานเท่ากับหรือมากกว่าอุณหภูมิใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ

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

2.5. ต้นไม้ทนน้ำ โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (WTR-XLPE)
ปรากฏการณ์ต้นไม้น้ำจะลดอายุการใช้งานของสายเคเบิล XLPE มีหลายวิธีในการลดการเจริญเติบโตของต้นไม้น้ำ แต่หนึ่งในวิธีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือการใช้วัสดุฉนวนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของต้นไม้น้ำ ซึ่งเรียกว่า โพลีเอทิลีนเชื่อมขวางต้นไม้กันน้ำ WTR-XLPE

2.6. ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR)
EPR เป็นวัสดุเทอร์โมเซตติงที่ทำจากเอทิลีน โพรพิลีน (บางครั้งเป็นโมโนเมอร์ตัวที่สาม) และโคพอลิเมอร์ของโมโนเมอร์ทั้งสามนี้เรียกว่ายางเอทิลีนโพรพิลีนไดอีน (EPDM) EPR จะยังคงมีความอ่อนนุ่มและทนต่อโคโรนาได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง อย่างไรก็ตาม การสูญเสียไดอิเล็กทริกของวัสดุ EPR สูงกว่า XLPE และ WTR-XLPE อย่างมีนัยสำคัญ

3. กระบวนการวัลคาไนเซชันฉนวน
กระบวนการเชื่อมขวางจะเฉพาะเจาะจงกับพอลิเมอร์ที่ใช้ การผลิตพอลิเมอร์เชื่อมขวางเริ่มต้นด้วยพอลิเมอร์เมทริกซ์ จากนั้นจึงเติมสารทำให้คงตัวและสารเชื่อมขวางเพื่อผสมเป็นส่วนผสม กระบวนการเชื่อมขวางจะเพิ่มจุดเชื่อมต่อให้กับโครงสร้างโมเลกุล เมื่อเชื่อมขวางแล้ว โซ่โมเลกุลของพอลิเมอร์จะยังคงความยืดหยุ่น แต่ไม่สามารถแยกตัวออกจากกันเป็นของเหลวเหลวได้อย่างสมบูรณ์

4. วัสดุป้องกันตัวนำและฉนวนป้องกัน
ชั้นป้องกันกึ่งตัวนำถูกอัดขึ้นรูปบนพื้นผิวด้านนอกของตัวนำและฉนวน เพื่อสร้างสนามไฟฟ้าให้สม่ำเสมอและกักเก็บสนามไฟฟ้าไว้ในแกนหุ้มฉนวนของสายเคเบิล วัสดุนี้ประกอบด้วยคาร์บอนแบล็กเกรดวิศวกรรม เพื่อให้ชั้นป้องกันของสายเคเบิลมีค่าการนำไฟฟ้าที่เสถียรภายในช่วงที่กำหนด