Struktura kabelu se zdá být jednoduchá, ve skutečnosti má každá jeho součást svůj důležitý účel, takže při výrobě kabelu musí být každý materiál součásti pečlivě vybrán, aby byla zajištěna spolehlivost kabelu vyrobeného z těchto materiálů během provozu.
1. Materiál vodiče
Historicky se pro vodiče silových kabelů používaly měď a hliník. Krátce byl vyzkoušen i sodík. Měď a hliník mají lepší elektrickou vodivost a množství mědi je při přenosu stejného proudu relativně menší, takže vnější průměr měděného vodiče je menší než průměr hliníkového vodiče. Cena hliníku je výrazně nižší než cena mědi. Navíc, protože hustota mědi je větší než hustota hliníku, i když je proudová únosnost stejná, průřez hliníkového vodiče je větší než průřez měděného vodiče, ale hliníkový vodič kabelu je stále lehčí než měděný vodič kabelu.
2. Izolační materiály
Existuje mnoho izolačních materiálů, které lze použít pro VN silové kabely, včetně technologicky vyspělých impregnovaných papírových izolačních materiálů, které se úspěšně používají již více než 100 let. Dnes je extrudovaná polymerní izolace široce přijímána. Mezi extrudované polymerní izolační materiály patří PE (LDPE a HDPE), XLPE, WTR-XLPE a EPR. Tyto materiály jsou termoplastické i termosetické. Termoplastické materiály se při zahřívání deformují, zatímco termosetické materiály si zachovávají svůj tvar i při provozních teplotách.
2.1. Papírová izolace
Na začátku provozu nesou kabely s papírovou izolací jen malé zatížení a jsou relativně dobře udržované. Nicméně, jak uživatelé energie stále více zatěžují kabely, původní podmínky používání již nejsou vhodné pro potřeby stávajícího kabelu, a proto původní dobré zkušenosti nemohou zaručit, že i budoucí provoz kabelu bude dobrý. V posledních letech se kabely s papírovou izolací používají jen zřídka.
2.2.PVC
PVC se stále používá jako izolační materiál pro nízkonapěťové kabely 1 kV a také jako plášťový materiál. Použití PVC v izolaci kabelů je však rychle nahrazováno XLPE a použití v plášti je rychle nahrazováno lineárním polyethylenem s nízkou hustotou (LLDPE), polyethylenem se střední hustotou (MDPE) nebo polyethylenem s vysokou hustotou (HDPE) a kabely bez PVC mají nižší náklady na životní cyklus.
2.3. Polyethylen (PE)
Nízkohustotní polyethylen (LDPE) byl vyvinut ve 30. letech 20. století a nyní se používá jako základní pryskyřice pro zesítěný polyethylen (XLPE) a voděodolné materiály zesítěného polyethylenu (WTR-XLPE). V termoplastickém stavu je maximální provozní teplota polyethylenu 75 °C, což je méně než provozní teplota kabelů s papírovou izolací (80~90 °C). Tento problém byl vyřešen s příchodem zesítěného polyethylenu (XLPE), který může dosáhnout nebo překročit provozní teplotu kabelů s papírovou izolací.
2.4.Zesítěný polyethylen (XLPE)
XLPE je termosetický materiál vyrobený smícháním nízkohustotního polyethylenu (LDPE) se síťovacím činidlem (například peroxidem).
Maximální provozní teplota vodiče kabelu s izolací XLPE je 90 °C, zkouška přetížením je až 140 °C a zkratová teplota může dosáhnout 250 °C. XLPE má vynikající dielektrické vlastnosti a lze jej použít v rozsahu napětí 600 V až 500 kV.
2.5. Voděodolný strom Zesítěný polyethylen (WTR-XLPE)
Fenomén vodního stromu zkracuje životnost kabelu XLPE. Existuje mnoho způsobů, jak omezit růst vodního stromu, ale jedním z nejběžněji uznávaných je použití speciálně navržených izolačních materiálů určených k potlačení růstu vodního stromu, nazývaných voděodolný síťovaný polyethylen WTR-XLPE.
2.6. Ethylenpropylenový kaučuk (EPR)
EPR je termosetový materiál vyrobený z ethylenu, propylenu (někdy i třetího monomeru) a kopolymeru těchto tří monomerů, nazývaného ethylenpropylendienový kaučuk (EPDM). V širokém teplotním rozsahu zůstává EPR vždy měkký a má dobrou odolnost proti korónovému výboji. Dielektrické ztráty materiálu EPR jsou však výrazně vyšší než u XLPE a WTR-XLPE.
3. Proces vulkanizace izolace
Proces zesíťování je specifický pro použitý polymer. Výroba zesíťovaných polymerů začíná matricovým polymerem a poté se přidávají stabilizátory a zesíťovací činidla za vzniku směsi. Proces zesíťování přidává do molekulární struktury další spojovací body. Po zesíťování zůstává molekulární řetězec polymeru elastický, ale nelze jej zcela přerušit do tekuté taveniny.
4. Stínění vodičů a izolační stínicí materiály
Polovodivá stínící vrstva je nanesena na vnější povrch vodiče a izolace, aby se elektrické pole rovnoměrně rozložilo a aby se elektrické pole udrželo v izolovaném jádru kabelu. Tento materiál obsahuje saze technické jakosti, které umožňují stínící vrstvě kabelu dosáhnout stabilní vodivosti v požadovaném rozsahu.
Čas zveřejnění: 12. dubna 2024