Конструкция кабеля кажется простой, на самом деле каждый его компонент имеет свое важное назначение, поэтому материал каждого компонента должен быть тщательно выбран при изготовлении кабеля, чтобы обеспечить надежность кабеля из этих материалов в процессе эксплуатации.
1. Материал проводника
Исторически для проводников силовых кабелей использовались медь и алюминий. Натрий также недолгое время пробовали использовать. Медь и алюминий обладают лучшей электропроводностью, а количество меди относительно меньше при передаче того же тока, поэтому внешний диаметр медного проводника меньше, чем у алюминиевого. Цена алюминия значительно ниже, чем у меди. Кроме того, поскольку плотность меди больше, чем у алюминия, даже если пропускная способность по току одинакова, поперечное сечение алюминиевого проводника больше, чем у медного, но кабель с алюминиевым проводником все равно легче кабеля с медным проводником.
2. Изоляционные материалы
Существует множество изоляционных материалов, которые могут использоваться в силовых кабелях среднего напряжения, включая даже технологически зрелые изоляционные материалы из пропитанной бумаги, которые успешно используются уже более 100 лет. Сегодня широкое распространение получила экструдированная полимерная изоляция. Экструдированные полимерные изоляционные материалы включают ПЭ (ПЭНП и ПЭВП), сшитый полиэтилен, WTR-XLPE и этиленпропиленовый каучук. 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 своей эксплуатации кабели с бумажной изоляцией несут лишь небольшую нагрузку и относительно хорошо обслуживаются. Однако потребители электроэнергии продолжают делать кабели, несущие все более и более высокую нагрузку, первоначальные условия использования больше не подходят для нужд текущего кабеля, тогда первоначальный хороший опыт не может представлять будущую эксплуатацию кабеля, которая должна быть хорошей. В последние годы кабели с бумажной изоляцией использовались редко.
2.2.ПВХ
ПВХ по-прежнему используется в качестве изоляционного материала для кабелей низкого напряжения 1 кВ, а также является материалом оболочки. Однако применение ПВХ в изоляции кабеля быстро заменяется XLPE, а применение в оболочке быстро заменяется линейным полиэтиленом низкой плотности (LLDPE), полиэтиленом средней плотности (MDPE) или полиэтиленом высокой плотности (HDPE), а кабели без ПВХ имеют более низкие затраты на жизненный цикл.
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), который может соответствовать или превышать рабочую температуру кабелей с бумажной изоляцией.
2.4.Сшитый полиэтилен (XLPE)
XLPE — это 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 Водостойкое дерево Сшитый полиэтилен (WTR-XLPE)
Феномен водяного дерева сократит срок службы кабеля XLPE. Существует много способов уменьшить рост водяного дерева, но один из наиболее общепринятых — это использование специально разработанных изоляционных материалов, предназначенных для подавления роста водяного дерева, называемых водостойким сшитым полиэтиленом WTR-XLPE.
2.6 Этиленпропиленовый каучук (ЭПК)
EPR — это термореактивный материал, состоящий из этилена, пропилена (иногда третьего мономера), а сополимер трех мономеров называется этиленпропилендиеновый каучук (EPDM). В широком диапазоне температур EPR всегда остается мягким и имеет хорошую стойкость к коронному разряду. Однако диэлектрические потери материала EPR значительно выше, чем у XLPE и WTR-XLPE.
3. Процесс вулканизации изоляции
Процесс сшивания специфичен для используемого полимера. Производство сшитых полимеров начинается с матричного полимера, а 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 жидкий расплав.
4. Материалы экранирования проводников и изоляционного экрана
Полупроводящий экранирующий слой экструдируется на внешней поверхности проводника и изоляции для выравнивания электрического поля и удержания электрического поля в изолированном сердечнике кабеля. Этот материал содержит инженерный сорт углеродной сажи, чтобы экранирующий слой кабеля мог достичь стабильной проводимости в требуемом диапазоне.
Время публикации: 12 апреля 2024 г.