Конструкция кабеля кажется простой, но на самом деле каждый его компонент выполняет свою важную функцию, поэтому при изготовлении кабеля необходимо тщательно подбирать материал каждого компонента, чтобы обеспечить надежность кабеля, изготовленного из этих материалов, в процессе эксплуатации.
1. Материал проводника
Исторически сложилось так, что для изготовления проводников силовых кабелей использовались медь и алюминий. Также ненадолго пробовали использовать натрий. Медь и алюминий обладают лучшей электропроводностью, а количество меди при передаче одинакового тока относительно меньше, поэтому внешний диаметр медного проводника меньше, чем у алюминиевого. Цена алюминия значительно ниже, чем у меди. Кроме того, поскольку плотность меди выше, чем у алюминия, даже при одинаковой пропускной способности по току поперечное сечение алюминиевого проводника больше, чем у медного, но кабель с алюминиевым проводником все равно легче, чем кабель с медным проводником.
2. Изоляционные материалы
Для изоляции силовых кабелей среднего напряжения можно использовать множество материалов, включая даже технологически отработанные пропитанные бумажные изоляционные материалы, успешно применяемые более 100 лет. Сегодня широко используется экструдированная полимерная изоляция. К экструдированным полимерным изоляционным материалам относятся полиэтилен (ПЭНП и ПЭВП), сшитый полиэтилен (СПЭП), водорастворимый сшитый полиэтилен (ВТР-СПЭ) и этиленпропиленовый спирт (ЭПР). Эти материалы являются как термопластичными, так и термореактивными. Термопластичные материалы деформируются при нагревании, в то время как термореактивные материалы сохраняют свою форму при рабочих температурах.
2.1. Бумажная изоляция
В начале эксплуатации кабели с бумажной изоляцией выдерживают лишь небольшую нагрузку и относительно хорошо обслуживаются. Однако, по мере увеличения нагрузки на кабели, первоначальные условия эксплуатации перестают соответствовать потребностям современных кабелей, и, следовательно, положительный опыт эксплуатации не гарантирует их надлежащего качества в будущем. В последние годы кабели с бумажной изоляцией используются всё реже.
2.2.ПВХ
ПВХ по-прежнему используется в качестве изоляционного материала для низковольтных кабелей 1 кВ, а также в качестве материала оболочки. Однако применение ПВХ в изоляции кабелей быстро заменяется сшитым полиэтиленом (XLPE), а применение в оболочке быстро заменяется линейным полиэтиленом низкой плотности (LLDPE), полиэтиленом средней плотности (MDPE) или полиэтиленом высокой плотности (HDPE), и кабели без ПВХ имеют более низкую стоимость жизненного цикла.
2.3. Полиэтилен (ПЭ)
Полиэтилен низкой плотности (ПНП) был разработан в 1930-х годах и в настоящее время используется в качестве базовой смолы для сшитого полиэтилена (СПЭ) и водостойкого сшитого полиэтилена на основе древесины (ВТР-СПЭ). 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 (СПЭ), который может соответствовать или превосходить рабочую температуру кабелей с бумажной изоляцией.
2.4.Сшитый полиэтилен (XLPE)
Сшитый полиэтилен (XLPE) — это термореактивный материал, получаемый путем смешивания полиэтилена низкой плотности (LDPE) со сшивающим агентом (например, пероксидом).
Максимальная рабочая температура проводника кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) составляет 90 °C, при испытании 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 сшитый полиэтилен (WTR-XLPE)
Феномен образования водяных дендритов сокращает срок службы кабеля из сшитого полиэтилена (XLPE). Существует множество способов уменьшения роста водяных дендритов, но одним из наиболее распространенных является использование специально разработанных изоляционных материалов, предназначенных для предотвращения их образования, называемых водостойким сшитым полиэтиленом (WTR-XLPE).
2.6. Этиленпропиленовый каучук (ЭПР)
ЭПР — это термореактивный материал, состоящий из этилена, пропилена (иногда третьего мономера), а сополимер этих трех мономеров называется этиленпропилендиеновым каучуком (ЭПДМ). В широком диапазоне температур ЭПР всегда остается мягким и обладает хорошей устойчивостью к коронному разряду. Однако диэлектрические потери материала ЭПР значительно выше, чем у СХПЭ и ВТ-СХПЭ.
3. Процесс вулканизации изоляции
Процесс сшивания зависит от используемого полимера. Производство сшитых полимеров начинается с матричного полимера, затем добавляются стабилизаторы и сшивающие агенты для образования смеси. Процесс сшивания добавляет больше точек соединения к молекулярной структуре. После сшивания молекулярная цепь полимера остается эластичной, но не может быть полностью разорвана в расплавленном состоянии.
4. Экранирующие и изоляционные экранирующие материалы проводников.
Полупроводниковый экранирующий слой экструдируется на внешней поверхности проводника и изоляции для выравнивания электрического поля и удержания электрического поля внутри изолированного сердечника кабеля. Этот материал содержит технический углерод, что позволяет экранирующему слою кабеля обеспечивать стабильную проводимость в требуемом диапазоне.
Дата публикации: 12 апреля 2024 г.