องค์ประกอบโครงสร้างและวัสดุของสายไฟและสายเคเบิล

สำนักพิมพ์เทคโนโลยี

องค์ประกอบโครงสร้างและวัสดุของสายไฟและสายเคเบิล

โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟและสายเคเบิลประกอบด้วยตัวนำ ฉนวน วัสดุป้องกัน ปลอกหุ้ม และส่วนประกอบอื่นๆ

องค์ประกอบโครงสร้าง (1)

1. ตัวนำ

หน้าที่: ตัวนำเป็นส่วนประกอบของสายไฟและสายเคเบิลที่ส่งผ่านพลังงานไฟฟ้า (แม่เหล็ก) ข้อมูล และทำหน้าที่เฉพาะในการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

วัสดุ: ตัวนำหลักๆ มีหลายแบบ ได้แก่ ตัวนำที่ไม่เคลือบผิว เช่น ทองแดง อะลูมิเนียม โลหะผสมทองแดง โลหะผสมอะลูมิเนียม; ตัวนำเคลือบผิว เช่น ทองแดงชุบดีบุก ทองแดงชุบเงิน ทองแดงชุบนิกเกิล; และตัวนำหุ้มโลหะ เช่น เหล็กหุ้มทองแดง อะลูมิเนียมหุ้มทองแดง เหล็กหุ้มอะลูมิเนียม เป็นต้น

องค์ประกอบโครงสร้าง (2)

2. ฉนวนกันความร้อน

หน้าที่: ชั้นฉนวนจะห่อหุ้มตัวนำหรือชั้นเสริมของตัวนำ (เช่น เทปไมกาทนความร้อน) โดยมีหน้าที่แยกตัวนำออกจากแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องและป้องกันกระแสรั่วไหล

วัสดุที่นิยมใช้ในการผลิตฉนวนแบบอัดขึ้นรูป ได้แก่ โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC), โพลีเอทิลีน (PE), โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยง (XLPE), โพลีโอเลฟินชนิดหน่วงไฟปราศจากฮาโลเจนและควันต่ำ (LSZH/HFFR), ฟลูออโรพลาสติก, เทอร์โมพลาสติกอีลาสติก (TPE), ยางซิลิโคน (SR), ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPM/EPDM) เป็นต้น

3. การป้องกัน

หน้าที่: ชั้นฉนวนที่ใช้ในผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลนั้น แท้จริงแล้วมีแนวคิดที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงสองประการ

ประการแรก โครงสร้างของสายไฟและสายเคเบิลที่ส่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง (เช่น คลื่นวิทยุ สายเคเบิลอิเล็กทรอนิกส์) หรือกระแสไฟฟ้าอ่อน (เช่น สายเคเบิลสัญญาณ) เรียกว่า การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จุดประสงค์คือเพื่อป้องกันการรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก หรือเพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณความถี่สูงในสายเคเบิลรบกวนโลกภายนอก และเพื่อป้องกันการรบกวนซึ่งกันและกันระหว่างคู่สาย

ประการที่สอง โครงสร้างของสายไฟแรงดันปานกลางและแรงดันสูงที่ใช้ปรับสมดุลสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวตัวนำหรือพื้นผิวฉนวนเรียกว่า การป้องกันสนามไฟฟ้า โดยแท้จริงแล้ว การป้องกันสนามไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องมีฟังก์ชัน "การป้องกัน" อย่างแท้จริง แต่ทำหน้าที่เพียงแค่ทำให้สนามไฟฟ้ามีความสม่ำเสมอ โดยปกติแล้ว ฉนวนที่ห่อหุ้มสายไฟมักจะต่อลงดิน

องค์ประกอบโครงสร้าง (3)

* โครงสร้างและวัสดุป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

① ฉนวนหุ้มแบบถัก: ส่วนใหญ่ใช้ลวดทองแดงเปลือย ลวดทองแดงชุบดีบุก ลวดทองแดงชุบเงิน ลวดโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม เทปทองแดงแบน เทปทองแดงแบนชุบเงิน ฯลฯ ถักหุ้มด้านนอกแกนฉนวน คู่สาย หรือแกนสายเคเบิล

② การหุ้มด้วยเทปทองแดง: ใช้เทปทองแดงอ่อนหุ้มหรือพันในแนวตั้งด้านนอกแกนสายเคเบิล

③ การป้องกันด้วยเทปโลหะผสม: ใช้เทปไมลาร์ฟอยล์อลูมิเนียมหรือเทปไมลาร์ฟอยล์ทองแดงพันรอบหรือพันในแนวตั้งรอบคู่สายไฟหรือแกนสายเคเบิล

④ การป้องกันแบบครอบคลุม: การประยุกต์ใช้แบบครอบคลุมโดยใช้รูปแบบการป้องกันที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น พันลวดทองแดงบางๆ (1-4) เส้นในแนวตั้งหลังจากพันด้วยเทปฟอยล์อลูมิเนียมไมลาร์ ลวดทองแดงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของการป้องกันได้

⑤ การป้องกันแบบแยกส่วน + การป้องกันโดยรวม: สายไฟแต่ละคู่หรือแต่ละกลุ่มจะถูกหุ้มด้วยฟอยล์อลูมิเนียม เทปไมลาร์ หรือลวดทองแดงถักแยกกัน จากนั้นจึงเพิ่มโครงสร้างการป้องกันโดยรวมหลังจากเดินสายเสร็จ

⑥ การห่อหุ้มป้องกัน: ใช้ลวดทองแดงเส้นเล็ก เทปทองแดงแบน ฯลฯ ห่อหุ้มแกนสายไฟ สายไฟคู่ หรือแกนสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม

* โครงสร้างและวัสดุป้องกันสนามไฟฟ้า

การป้องกันด้วยวัสดุกึ่งตัวนำ: สำหรับสายไฟที่มีแรงดัน 6kV ขึ้นไป จะมีการติดชั้นป้องกันกึ่งตัวนำบางๆ ไว้ที่ผิวตัวนำและผิวฉนวน ชั้นป้องกันตัวนำเป็นชั้นกึ่งตัวนำแบบอัดขึ้นรูป โดยทั่วไปแล้ว การป้องกันตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัด 500 มม.² ขึ้นไป จะประกอบด้วยเทปกึ่งตัวนำและชั้นกึ่งตัวนำแบบอัดขึ้นรูป ส่วนชั้นป้องกันฉนวนเป็นโครงสร้างแบบอัดขึ้นรูปเช่นกัน
การพันลวดทองแดง: โดยทั่วไปจะใช้ลวดทองแดงกลมในการพันแบบทิศทางเดียวกัน โดยชั้นนอกจะพันแบบย้อนกลับและยึดด้วยเทปทองแดงหรือลวดทองแดง โครงสร้างประเภทนี้มักใช้ในสายเคเบิลที่มีกระแสลัดวงจรสูง เช่น สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง 35kV แบบแกนเดี่ยวขนาดใหญ่บางประเภท
การห่อด้วยเทปทองแดง: การห่อด้วยเทปทองแดงแบบอ่อน;
④ ปลอกอลูมิเนียมลูกฟูก: ใช้วิธีการอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนหรือการพันเทปอลูมิเนียมตามแนวยาว การเชื่อม การขึ้นรูปนูน ฯลฯ การป้องกันประเภทนี้ยังช่วยป้องกันน้ำได้ดีเยี่ยม และส่วนใหญ่ใช้สำหรับสายไฟแรงสูงและแรงสูงมาก

4. ปลอกหุ้ม

หน้าที่ของปลอกหุ้มคือการป้องกันสายเคเบิล และแกนกลางมีหน้าที่ป้องกันฉนวน เนื่องจากสภาพแวดล้อมการใช้งาน เงื่อนไขการใช้งาน และความต้องการของผู้ใช้เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ดังนั้น ประเภท รูปแบบโครงสร้าง และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของโครงสร้างปลอกหุ้มจึงมีความหลากหลาย ซึ่งสามารถสรุปได้เป็นสามประเภท:

ประการแรก คือ การป้องกันสภาพอากาศภายนอก แรงทางกลที่เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว และชั้นป้องกันทั่วไปที่ต้องการการปิดผนึกทั่วไป (เช่น ป้องกันการแทรกซึมของไอน้ำและก๊าซที่เป็นอันตราย) หากมีแรงทางกลภายนอกขนาดใหญ่หรือต้องรับน้ำหนักของสายเคเบิล จะต้องมีโครงสร้างชั้นป้องกันที่เป็นเกราะโลหะ และประการที่สาม คือ โครงสร้างชั้นป้องกันที่มีข้อกำหนดพิเศษ

ดังนั้น โครงสร้างของปลอกหุ้มสายไฟและสายเคเบิลโดยทั่วไปจึงแบ่งออกเป็นสองส่วนหลัก คือ ปลอกหุ้ม (sleeve) และปลอกหุ้มชั้นนอก โครงสร้างของปลอกหุ้มชั้นในค่อนข้างเรียบง่าย ในขณะที่ปลอกหุ้มชั้นนอกประกอบด้วยชั้นเกราะโลหะและชั้นบุภายใน (เพื่อป้องกันไม่ให้ชั้นเกราะทำลายชั้นปลอกหุ้มชั้นใน) และปลอกหุ้มชั้นนอกซึ่งมีไว้เพื่อปกป้องชั้นเกราะ เป็นต้น สำหรับข้อกำหนดพิเศษต่างๆ เช่น การหน่วงไฟ การทนไฟ การป้องกันแมลง (ปลวก) การป้องกันสัตว์ (หนูกัด นกจิก) เป็นต้น ส่วนใหญ่จะแก้ไขได้โดยการเติมสารเคมีต่างๆ ลงในปลอกหุ้มชั้นนอก บางกรณีจำเป็นต้องเพิ่มส่วนประกอบที่จำเป็นลงในโครงสร้างของปลอกหุ้มชั้นนอกด้วย

วัสดุที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่:
โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC), โพลีเอทิลีน (PE), โพลีเพอร์ฟลูออโรเอทิลีนโพรพิลีน (FEP), โพลีโอเลฟินชนิดหน่วงไฟปราศจากฮาโลเจนและควันน้อย (LSZH/HFFR), เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE)


วันที่เผยแพร่: 30 ธันวาคม 2022