Kaapelin rakenne vaikuttaa yksinkertaiselta, itse asiassa jokaisella sen osalla on oma tärkeä tarkoituksensa, joten jokainen osamateriaali on valittava huolellisesti kaapelia valmistettaessa, jotta näistä materiaaleista valmistetun kaapelin luotettavuus käytön aikana varmistetaan.
1. Johdinmateriaali
Historiallisesti voimakaapeleiden johtimissa käytettiin kuparia ja alumiinia. Myös natriumia kokeiltiin lyhyesti. Kuparilla ja alumiinilla on parempi sähkönjohtavuus, ja kuparin määrä on suhteellisen pieni saman virran siirtämisessä, joten kuparijohtimen ulkohalkaisija on pienempi kuin alumiinijohtimen. Alumiinin hinta on huomattavasti alhaisempi kuin kuparin. Lisäksi, koska kuparin tiheys on suurempi kuin alumiinin, alumiinijohtimen poikkileikkaus on suurempi kuin kuparijohtimen, vaikka virrankantokyky olisi sama, mutta alumiinijohdinkaapeli on silti kevyempi kuin kuparijohdinkaapeli.
2. Eristysmateriaalit
Keskijännitekaapeleissa voidaan käyttää monia eristemateriaaleja, mukaan lukien jopa teknisesti kypsät kyllästetyt paperieristysmateriaalit, joita on käytetty menestyksekkäästi yli 100 vuoden ajan. Nykyään suulakepuristettu polymeerieriste on laajalti hyväksytty. Suulakepuristettuja polymeerieristysmateriaaleja ovat PE (LDPE ja HDPE), XLPE, WTR-XLPE ja EPR. Nämä materiaalit ovat sekä kestomuoveja että kertamuovia. Kestomuovimateriaalit muuttavat muotoaan kuumennettaessa, kun taas kertamuovit säilyttävät muotonsa käyttölämpötiloissa.
2.1. Paperieristys
Käyttönsä alussa paperieristeiset kaapelit kantavat vain pienen kuorman ja niitä huolletaan suhteellisen hyvin. Tehokäyttäjät kuitenkin jatkavat kaapelin kuormituksen kasvattamista, ja kun alkuperäiset käyttöolosuhteet eivät enää vastaa nykyisen kaapelin tarpeita, alkuperäinen hyvä kokemus ei enää takaa kaapelin tulevaa toimintaa. Viime vuosina paperieristeisiä kaapeleita on käytetty harvoin.
2.2.PVC
PVC:tä käytetään edelleen eristemateriaalina pienjännitteisissä 1 kV:n kaapeleissa ja se toimii myös vaippamateriaalina. XLPE on kuitenkin nopeasti korvaamassa PVC:n käyttöä kaapelieristeissä, ja lineaarinen matalatiheyksinen polyeteeni (LLDPE), keskitiheyksinen polyeteeni (MDPE) tai korkeatiheyksinen polyeteeni (HDPE) korvaavat sen käytön vaippamateriaaleissa, ja PVC:stä valmistetuilla kaapeleilla on alhaisemmat elinkaarikustannukset.
2.3. Polyeteeni (PE)
Matalatiheyksinen polyeteeni (LDPE) kehitettiin 1930-luvulla, ja sitä käytetään nykyään perushartsina ristisilloitetulle polyeteenille (XLPE) ja vedenkestäville puuristisilloitetuille polyeteeneille (WTR-XLPE). Termoplastisessa muodossa polyeteenin enimmäiskäyttölämpötila on 75 °C, mikä on alhaisempi kuin paperieristeisten kaapeleiden käyttölämpötila (80–90 °C). Tämä ongelma on ratkaistu ristisilloitetun polyeteenin (XLPE) myötä, joka voi saavuttaa tai ylittää paperieristeisten kaapeleiden käyttölämpötilan.
2.4.Ristisilloitettu polyeteeni (XLPE)
XLPE on lämpökovettuva materiaali, joka on valmistettu sekoittamalla matalatiheyksistä polyeteeniä (LDPE) silloittimen (kuten peroksidin) kanssa.
XLPE-eristetyn kaapelin johtimen maksimikäyttölämpötila on 90 °C, ylikuormituskoe jopa 140 °C ja oikosulkulämpötila voi nousta 250 °C:seen. XLPE:llä on erinomaiset dielektriset ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää jännitealueella 600 V - 500 kV.
2.5. Vedenkestävä puu Silloitettu polyeteeni (WTR-XLPE)
Vesipuuilmiö lyhentää XLPE-kaapelin käyttöikää. Vesipuun kasvua voidaan vähentää monella tapaa, mutta yksi yleisimmin hyväksytyistä on käyttää erityisesti suunniteltuja eristemateriaaleja, jotka on suunniteltu estämään vesipuun kasvua. Näitä materiaaleja kutsutaan vedenkestäväksi, ristisilloitettuksi polyeteeniksi WTR-XLPE.
2.6. Etyleenipropeenikumi (EPR)
EPR on eteenistä, propeenista (joskus kolmannesta monomeeristä) valmistettu lämpökovettuva materiaali, ja näiden kolmen monomeerin kopolymeeriä kutsutaan etyleenipropyleenidieenikumiseksi (EPDM). Laajalla lämpötila-alueella EPR pysyy aina pehmeänä ja sillä on hyvä koronakestävyys. EPR-materiaalin dielektrinen häviö on kuitenkin huomattavasti suurempi kuin XLPE:n ja WTR-XLPE:n.
3. Eristyksen vulkanointiprosessi
Ristisilloitusprosessi on spesifinen käytetylle polymeerille. Ristisilloitettujen polymeerien valmistus alkaa matriisipolymeeristä, johon lisätään stabilointiaineita ja ristisilloitusaineita seoksen muodostamiseksi. Ristisilloitusprosessi lisää molekyylirakenteeseen uusia liitoskohtia. Ristisilloituksen jälkeen polymeerimolekyyliketju pysyy elastisena, mutta sitä ei voida katkaista kokonaan sulaksi nesteeksi.
4. Johtimien suojaus- ja eristysmateriaalit
Puolijohtava suojakerros pursotetaan johtimen ja eristeen ulkopinnalle sähkökentän tasaamiseksi ja sähkökentän rajoittamiseksi kaapelin eristetyssä ytimessä. Tämä materiaali sisältää teknistä hiilimustaa materiaalia, jonka avulla kaapelin suojakerros saavuttaa vakaan johtavuuden vaaditulla alueella.
Julkaisun aika: 12.4.2024