Конструкция кабеля кажется простой, но на самом деле каждый его компонент имеет свое важное предназначение, поэтому при изготовлении кабеля необходимо тщательно подбирать материал каждого компонента, чтобы обеспечить надежность кабеля из этих материалов в процессе эксплуатации.
1. Материал проводника
Традиционно для изготовления жил силовых кабелей использовались медь и алюминий. Некоторое время также испытывался натрий. Медь и алюминий обладают лучшей электропроводностью, при этом количество меди при передаче одинакового тока относительно меньше, поэтому наружный диаметр медного проводника меньше, чем алюминиевого. Цена алюминия значительно ниже, чем у меди. Кроме того, поскольку плотность меди выше, чем у алюминия, даже при одинаковой токопроводящей способности поперечное сечение алюминиевого проводника больше, чем у медного, но кабель с алюминиевым проводником всё равно легче кабеля с медным проводником.
2. Изоляционные материалы
Для кабелей среднего напряжения может использоваться множество изоляционных материалов, включая технологически совершенные материалы на основе пропитанной бумаги, которые успешно применяются уже более 100 лет. В настоящее время широкое распространение получила экструдированная полимерная изоляция. К экструдированным полимерным изоляционным материалам относятся полиэтилен (ПЭНП и ПЭВП), сшитый полиэтилен (СПЭ), ПЭВП-ПЭ и этиленпропиленовый каучук (ЭПР). Эти материалы являются как термопластичными, так и термореактивными. Термопластичные материалы деформируются при нагревании, в то время как термореактивные материалы сохраняют форму при рабочих температурах.
2.1. Бумажная изоляция
В начале эксплуатации кабели с бумажной изоляцией выдерживают лишь небольшую нагрузку и относительно хорошо обслуживаются. Однако потребители электроэнергии продолжают использовать кабели, выдерживающие всё более высокие нагрузки. Изначальные условия эксплуатации уже не соответствуют требованиям текущего кабеля, и первоначальный положительный опыт эксплуатации не может гарантировать, что кабель будет работать хорошо в будущем. В последние годы кабели с бумажной изоляцией используются редко.
2.2.ПВХ
ПВХ по-прежнему используется в качестве изоляционного материала для кабелей низкого напряжения (1 кВ), а также в качестве материала для оболочки. Однако применение ПВХ в изоляции кабелей быстро заменяется сшитым полиэтиленом (XLPE), а применение в оболочке — линейным полиэтиленом низкой плотности (LLDPE), полиэтиленом средней плотности (MDPE) или полиэтиленом высокой плотности (HDPE), а кабели без ПВХ имеют более низкую стоимость жизненного цикла.
2.3. Полиэтилен (ПЭ)
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) был разработан в 1930-х годах и в настоящее время используется в качестве базовой смолы для сшитого полиэтилена (XLPE) и водостойкого сшитого полиэтилена (WTR-XLPE). В термопластичном состоянии максимальная рабочая температура полиэтилена составляет 75 °C, что ниже рабочей температуры кабелей с бумажной изоляцией (80–90 °C). Эта проблема была решена с появлением сшитого полиэтилена (XLPE), температура эксплуатации которого может соответствовать или превышать рабочую температуру кабелей с бумажной изоляцией.
2.4.Сшитый полиэтилен (XLPE)
XLPE — термореактивный материал, изготавливаемый путем смешивания полиэтилена низкой плотности (LDPE) со сшивающим агентом (например, пероксидом).
Максимальная рабочая температура проводника кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена составляет 90 °C, испытание на перегрузку — до 140 °C, а температура короткого замыкания может достигать 250 °C. XLPE обладает превосходными диэлектрическими характеристиками и может использоваться в диапазоне напряжений от 600 В до 500 кВ.
2.5. Водостойкий древесный сшитый полиэтилен (WTR-XLPE)
Явление «водяных деревьев» сокращает срок службы кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE). Существует множество способов замедлить рост «водяных деревьев», но один из наиболее распространённых — использование специально разработанных изоляционных материалов, препятствующих образованию «водяных деревьев», — так называемого водостойкого сшитого полиэтилена WTR-XLPE.
2.6. Этиленпропиленовый каучук (ЭПК)
ЭПР (этиленпропиленовый каучук) — термореактивный материал, состоящий из этилена, пропилена (иногда третьего мономера), а сополимер этих трёх мономеров называется этиленпропилендиеновым каучуком (ЭПДМ). В широком диапазоне температур ЭПР сохраняет мягкость и обладает хорошей стойкостью к коронному разряду. Однако диэлектрические потери ЭПР значительно выше, чем у сшитого полиэтилена (XLPE) и водно-теплового (WTR) сшитого полиэтилена (XLPE).
3. Процесс вулканизации изоляции
Процесс сшивания зависит от используемого полимера. Производство сшитых полимеров начинается с матричного полимера, к которому затем добавляются стабилизаторы и сшивающие агенты для образования смеси. Процесс сшивания увеличивает число точек соединения в молекулярной структуре. После сшивания молекулярная цепь полимера остаётся эластичной, но не может быть полностью разорвана в жидкий расплав.
4. Материалы для экранирования проводников и изоляционные материалы
Полупроводящий экранирующий слой экструдируется на внешнюю поверхность проводника и изоляции для равномерного распределения электрического поля и его удержания в изолированной жиле кабеля. Этот материал содержит технический технический углерод, что позволяет экранирующему слою кабеля обеспечивать стабильную проводимость в требуемом диапазоне.
Время публикации: 12 апреля 2024 г.