Budowa kabla wydaje się prosta, w rzeczywistości każdy jego element ma swoje ważne zadanie, dlatego też każdy materiał musi zostać starannie dobrany podczas produkcji kabla, aby zapewnić niezawodność kabla wykonanego z tych materiałów podczas eksploatacji.
1. Materiał przewodzący
Historycznie, materiały używane do produkcji przewodów kabli energetycznych to miedź i aluminium. Krótko testowano również sód. Miedź i aluminium charakteryzują się lepszą przewodnością elektryczną, a ilość miedzi jest stosunkowo mniejsza przy przesyłaniu tego samego prądu, więc średnica zewnętrzna przewodu miedzianego jest mniejsza niż przewodu aluminiowego. Cena aluminium jest znacznie niższa niż miedzi. Ponadto, ponieważ gęstość miedzi jest większa niż aluminium, nawet przy tej samej obciążalności prądowej, przekrój przewodu aluminiowego jest większy niż przewodu miedzianego, ale kabel aluminiowy jest nadal lżejszy od kabla miedzianego.
2. Materiały izolacyjne
Kable energetyczne średniego napięcia mogą być wykonane z wielu materiałów izolacyjnych, w tym z impregnowanego papieru o zaawansowanej technologii, który jest z powodzeniem stosowany od ponad 100 lat. Obecnie powszechnie akceptowana jest izolacja z wytłaczanych polimerów. Do materiałów izolacyjnych z wytłaczanych polimerów należą PE (LDPE i HDPE), XLPE, WTR-XLPE oraz EPR. Materiały te są zarówno termoplastyczne, jak i termoutwardzalne. Materiały termoplastyczne odkształcają się pod wpływem ciepła, natomiast materiały termoutwardzalne zachowują swój kształt w temperaturach roboczych.
2.1. Izolacja papierowa
Na początku eksploatacji kable w izolacji papierowej przenoszą jedynie niewielkie obciążenie i są stosunkowo dobrze utrzymane. Jednak użytkownicy coraz częściej stosują coraz większe obciążenia, a pierwotne warunki użytkowania nie odpowiadają już obecnym potrzebom. W takim przypadku początkowe dobre doświadczenia nie mogą świadczyć o dobrej eksploatacji kabla w przyszłości. W ostatnich latach kable w izolacji papierowej są rzadko stosowane.
2.2.PCV
PVC jest nadal stosowany jako materiał izolacyjny w kablach niskiego napięcia 1 kV, a także jako materiał osłonowy. Jednak PVC w izolacji kabli jest szybko zastępowany przez XLPE, a w osłonach przez liniowy polietylen niskiej gęstości (LLDPE), polietylen średniej gęstości (MDPE) lub polietylen wysokiej gęstości (HDPE). Kable niezawierające PVC charakteryzują się niższymi kosztami cyklu życia.
2.3. Polietylen (PE)
Polietylen o niskiej gęstości (LDPE) został opracowany w latach 30. XX wieku i jest obecnie stosowany jako żywica bazowa do produkcji polietylenu usieciowanego (XLPE) oraz wodoodpornych materiałów z polietylenu usieciowanego (WTR-XLPE). W stanie termoplastycznym maksymalna temperatura pracy polietylenu wynosi 75°C, czyli jest niższa niż temperatura pracy kabli z izolacją papierową (80–90°C). Problem ten został rozwiązany wraz z pojawieniem się polietylenu usieciowanego (XLPE), który może osiągać temperaturę pracy równą lub wyższą niż kable z izolacją papierową.
2.4.Polietylen usieciowany (XLPE)
XLPE to materiał termoutwardzalny powstający w wyniku zmieszania polietylenu o niskiej gęstości (LDPE) ze środkiem sieciującym (np. nadtlenkiem).
Maksymalna temperatura pracy przewodu izolowanego XLPE wynosi 90°C, test przeciążenia wynosi do 140°C, a temperatura zwarcia może osiągnąć 250°C. XLPE ma doskonałe właściwości dielektryczne i może być stosowany w zakresie napięć od 600 V do 500 kV.
2.5. Drzewo wodoodporne Polietylen usieciowany (WTR-XLPE)
Zjawisko „drzewa wodnego” skraca żywotność kabla XLPE. Istnieje wiele sposobów na ograniczenie wzrostu drzew wodnych, ale jednym z najczęściej akceptowanych jest stosowanie specjalnie zaprojektowanych materiałów izolacyjnych, które hamują wzrost drzew wodnych, zwanych wodoodpornym usieciowanym polietylenem WTR-XLPE.
2.6. Kauczuk etylenowo-propylenowy (EPR)
EPR to materiał termoutwardzalny wykonany z etylenu, propylenu (czasami trzeciego monomeru) oraz kopolimeru tych trzech monomerów, zwanego kauczukiem etylenowo-propylenowo-dienowym (EPDM). W szerokim zakresie temperatur EPR zawsze pozostaje miękki i charakteryzuje się dobrą odpornością na wyładowania koronowe. Jednak strata dielektryczna materiału EPR jest znacznie wyższa niż w przypadku XLPE i WTR-XLPE.
3. Proces wulkanizacji izolacji
Proces sieciowania jest specyficzny dla użytego polimeru. Produkcja polimerów usieciowanych rozpoczyna się od polimeru matrycowego, do którego następnie dodaje się stabilizatory i czynniki sieciujące, tworząc mieszaninę. Proces sieciowania dodaje więcej punktów połączeń do struktury molekularnej. Po usieciowaniu łańcuch cząsteczkowy polimeru pozostaje elastyczny, ale nie może zostać całkowicie rozerwany do postaci płynnego stopu.
4. Materiały ekranujące przewody i izolacyjne materiały ekranujące
Półprzewodząca warstwa ekranująca jest wytłaczana na zewnętrznej powierzchni przewodnika i izolacji, aby ujednolicić pole elektryczne i ograniczyć je w izolowanym rdzeniu kabla. Materiał ten zawiera sadzę techniczną, która umożliwia warstwie ekranującej osiągnięcie stabilnej przewodności w wymaganym zakresie.
Czas publikacji: 12 kwietnia 2024 r.