โครงสร้างและหน้าที่ของสายไฟ

โครงสร้างพื้นฐานของสายไฟถูกออกแบบเป็นชั้นๆ โดยแต่ละชั้นทำหน้าที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้มั่นใจได้ว่าการส่งพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงานไปยังผู้ใช้ปลายทางนั้นปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ การออกแบบแบบโมดูลาร์นี้ช่วยให้สายไฟสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการต่างๆ ได้ ตั้งแต่การจ่ายแรงดันต่ำไปจนถึงการส่งแรงดันสูงมาก และสามารถทนต่อแรงกดดันทางกล ทางเคมี และทางสิ่งแวดล้อมระหว่างการติดตั้งและการใช้งานในระยะยาวได้

โครงสร้างและฟังก์ชันโดยละเอียดมีดังต่อไปนี้:

1. ตัวนำ (แกนนำไฟฟ้า)

หน้าที่: ทำหน้าที่เป็นช่องทางหลักในการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้า นำกระแสไฟฟ้า และเป็นตัวกำหนดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าและประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของสายเคเบิล
วัสดุและกระบวนการผลิต: โดยทั่วไปทำจากทองแดงอบอ่อนที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง (ความต้านทานต่ำ ความยืดหยุ่นดี) หรือตัวนำอะลูมิเนียมดึงแข็ง เพื่อให้ได้สมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและความแข็งแรง ตัวนำมักถูกขึ้นรูปโดยการตีเกลียวลวดเส้นเล็กหลายเส้นเข้าด้วยกันอย่างสม่ำเสมอ รูปทรงหน้าตัดของตัวนำได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อเติมเต็มช่องว่างฉนวนอย่างแน่นหนาและปรับปรุงการระบายความร้อน

2. ชั้นป้องกัน

หน้าที่: ชั้นสารกึ่งตัวนำทั้งสองชั้นนี้ประกอบกันเป็น "ระบบปรับสมดุล" ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันการกระจายสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอในสายเคเบิลแรงดันปานกลางและสูง

แผ่นป้องกันตัวนำ: ถูกอัดขึ้นรูปอย่างแน่นหนาบนพื้นผิวตัวนำ ช่วยเติมเต็มความไม่สม่ำเสมอและช่องว่างขนาดเล็กภายในตัวนำแบบตีเกลียว ป้องกันการปล่อยประจุโคโรนาและการเกิดปรากฏการณ์ไฟฟ้าลัดวงจรเฉพาะจุด

แผ่นป้องกันฉนวน: ติดตั้งแนบสนิทกับพื้นผิวด้านนอกของชั้นฉนวน ช่วยกระจายสนามไฟฟ้าให้สม่ำเสมอ และสร้างการเปลี่ยนผ่านที่ราบเรียบไปยังชั้นป้องกันโลหะด้านนอก

วัสดุ: ทั้งสองเป็นวัสดุกึ่งตัวนำที่สามารถเชื่อมโยงกันได้ โดยมีค่าความต้านทานปริมาตรที่ควบคุมได้อยู่ในช่วง 10² ถึง 10⁵ โอห์ม·ซม.

3. ชั้นฉนวน

หน้าที่: ให้ฉนวนไฟฟ้า ทนต่อแรงดันไฟฟ้าใช้งานและแรงดันไฟฟ้าเกิน เพื่อป้องกันการชำรุดหรือการรั่วไหล

วัสดุ: วัสดุหลักที่ใช้กันทั่วไปคือโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE)ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR) ใช้สำหรับงานที่มีแรงดันปานกลางและมีความยืดหยุ่นสูง ในขณะที่โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ส่วนใหญ่ใช้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำ

4. ชั้นเกราะโลหะ

หน้าที่: ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และป้องกันการลัดวงจรลงดิน

แบบฟอร์ม:เทปทองแดงการป้องกันด้วยฉนวน เช่น ฉนวนลวดถักทองแดง หรือปลอกโลหะลูกฟูก (ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนกันน้ำในแนวรัศมีด้วย)

5. ชั้นเติมเต็ม

หน้าที่: เติมเต็มช่องว่างในสายเคเบิลหลายแกนเพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้าง และช่วยรองรับแรงกระแทกและป้องกันความชื้นเพิ่มเติม

วัสดุ: วัสดุที่ไม่ดูดซับความชื้น เช่น เชือกดึงโพลีโพรพีลีน (PP) หรือเชือกกันน้ำ

6. ปลอกชั้นใน

หน้าที่: ปกป้องชั้นเกราะโลหะจากการกัดกร่อน และสร้างเกราะป้องกันน้ำและความชื้นในแนวรัศมีเบื้องต้น

วัสดุ: ปลอกหุ้มทำจากโพลีเอทิลีน (PE) หรือโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) ที่ขึ้นรูปด้วยกระบวนการอัดรีด สำหรับงานที่ต้องการประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำได้ดี มักใช้ปลอกหุ้มที่ทำจากอลูมิเนียมและโพลีเอทิลีนแบบลามิเนต

7. ชั้นเกราะ

หน้าที่: ให้การป้องกันทางกลจากการบีบอัดระหว่างการฝังโดยตรง การดึงระหว่างการติดตั้ง และแรงดึงระหว่างการวางท่อใต้น้ำ

ประเภท: เกราะเทปเหล็ก (ส่วนใหญ่ใช้เพื่อต้านทานแรงอัด) หรือเกราะลวดเหล็ก (ใช้เพื่อต้านทานแรงดึง)

8.ปลอกหุ้มด้านนอก

หน้าที่: เป็นชั้นนอกสุดของการป้องกัน ทนทานต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม

วัสดุ: ปลอกหุ้มทำจาก PVC หรือ PE โดยอาจมีการพัฒนาวัสดุปลอกหุ้มชนิดพิเศษที่ทนไฟ ปราศจากฮาโลเจน และมีควันน้อยได้

9. งานก่อสร้างพิเศษ

วัสดุกันซึมสำหรับโครงสร้าง: แผ่นโลหะลูกฟูก หรือผง/เทป/เจลกันน้ำ

โครงสร้างป้องกันอัคคีภัย: ยางซิลิโคนชนิดเปลี่ยนรูปเป็นเซรามิกได้ เทปไมกา หรือวัสดุที่มีควันน้อยและปราศจากฮาโลเจน (LSZH)

การผสานรวมอย่างชาญฉลาด: สายเคเบิลบางชนิดมีการผสานรวมหน่วยใยแก้วนำแสงสำหรับการวัดอุณหภูมิหรือการสื่อสาร

10. ตัวอย่างโครงสร้าง (สายเคเบิลแกนเดี่ยวแรงดันสูง)

ตัวนำทองแดง → ฉนวนหุ้มตัวนำ → ฉนวน XLPE → ฉนวนหุ้ม → ฉนวนหุ้มโลหะลูกฟูก → ปลอกชั้นใน PE → เกราะลวดเหล็ก → ปลอกชั้นนอก

11. สรุป

สายไฟเป็นผลิตภัณฑ์ระบบที่ได้รับการออกแบบอย่างแม่นยำ การเลือกใช้วัสดุและการดำเนินการในแต่ละชั้นมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการส่งกระแสไฟฟ้า อายุการใช้งาน และระดับความปลอดภัยของสายเคเบิล เทคโนโลยีสายเคเบิลสมัยใหม่กำลังพัฒนาไปสู่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความจุที่มากขึ้น ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น ความอัจฉริยะที่มากขึ้น และความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อมที่ดียิ่งขึ้น