هيكل الكابل والمواد المستخدمة في عملية تصنيع كابلات الطاقة.

يبدو هيكل الكابل بسيطًا، في الواقع، كل مكون فيه له غرض مهم خاص به، لذلك يجب اختيار كل مادة مكونة بعناية عند تصنيع الكابل، وذلك لضمان موثوقية الكابل المصنوع من هذه المواد أثناء التشغيل.

1. مادة موصلة
تاريخيًا، كانت المواد المستخدمة لموصلات كابلات الطاقة هي النحاس والألومنيوم. كما تمت تجربة الصوديوم لفترة وجيزة. يتمتع النحاس والألمنيوم بموصلية كهربائية أفضل، وكمية النحاس أقل نسبيًا عند نقل نفس التيار، وبالتالي فإن القطر الخارجي للموصل النحاسي أصغر من القطر الخارجي لموصل الألومنيوم. سعر الألومنيوم أقل بكثير من النحاس. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن كثافة النحاس أكبر من كثافة الألومنيوم، حتى لو كانت قدرة الحمل الحالية هي نفسها، فإن المقطع العرضي لموصل الألومنيوم أكبر من موصل النحاس، لكن كابل موصل الألومنيوم لا يزال أخف من كابل موصل النحاس .

2. المواد العازلة
هناك العديد من المواد العازلة التي يمكن أن تستخدمها كابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط، بما في ذلك المواد العازلة الورقية المشربة الناضجة تقنيًا، والتي تم استخدامها بنجاح لأكثر من 100 عام. اليوم، تم قبول عزل البوليمر المبثوق على نطاق واسع. تشمل مواد العزل البوليمرية المبثوقة PE(LDPE وHDPE)، XLPE، WTR-XLPE وEPR. هذه المواد هي لدن بالحرارة وكذلك بالحرارة. تتشوه المواد البلاستيكية الحرارية عند تسخينها، بينما تحتفظ المواد المتصلبة بالحرارة بشكلها عند درجات حرارة التشغيل.

2.1. العزل الورقي
في بداية تشغيلها، تحمل الكابلات المعزولة بالورق حمولة صغيرة فقط وتتم صيانتها بشكل جيد نسبيًا. ومع ذلك، يستمر مستخدمو الطاقة في جعل الكابل يحمل حمولة عالية أكثر فأكثر، ولم تعد ظروف الاستخدام الأصلية مناسبة لاحتياجات الكابل الحالي، ثم لا يمكن أن تمثل التجربة الجيدة الأصلية التشغيل المستقبلي للكابل جيدًا . في السنوات الأخيرة، نادراً ما يتم استخدام الكابلات المعزولة بالورق.
2.2.بولي كلوريد الفينيل
لا يزال PVC يستخدم كمادة عازلة للكابلات ذات الجهد المنخفض 1 كيلو فولت وهو أيضًا مادة تغليف. ومع ذلك، يتم استبدال تطبيق PVC في عزل الكابلات بسرعة بـ XLPE، ويتم استبدال التطبيق في الغلاف بسرعة بالبولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE)، أو البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDPE) أو البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وغير ذلك - تتميز الكابلات البلاستيكية بتكاليف دورة حياة أقل.
2.3. البولي ايثيلين (بي)
تم تطوير البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) في ثلاثينيات القرن العشرين ويستخدم الآن كراتنج أساسي لمواد البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) والبولي إيثيلين المتشابك المقاوم للماء (WTR-XLPE). في حالة اللدائن الحرارية، تكون درجة حرارة التشغيل القصوى للبولي إيثيلين 75 درجة مئوية، وهي أقل من درجة حرارة تشغيل الكابلات المعزولة بالورق (80 ~ 90 درجة مئوية). تم حل هذه المشكلة مع ظهور البولي إيثيلين المتقاطع (XLPE)، والذي يمكنه تلبية درجة حرارة الخدمة للكابلات المعزولة بالورق أو تجاوزها.

2.4.البولي إيثيلين المتقاطع (XLPE)
XLPE عبارة عن مادة لدنة بالحرارة يتم تصنيعها عن طريق خلط البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) مع عامل تشابك (مثل البيروكسيد).
الحد الأقصى لدرجة حرارة تشغيل الموصل للكابل المعزول XLPE هو 90 درجة مئوية، واختبار التحميل الزائد يصل إلى 140 درجة مئوية، ويمكن أن تصل درجة حرارة الدائرة القصيرة إلى 250 درجة مئوية. يتميز XLPE بخصائص عازلة ممتازة ويمكن استخدامه في نطاق الجهد الكهربي. من 600 فولت إلى 500 كيلو فولت.

2.5. شجرة مقاومة للماء من البولي إيثيلين المتشابك (WTR-XLPE)
سوف تؤدي ظاهرة شجرة الماء إلى تقليل عمر خدمة كابل XLPE. هناك العديد من الطرق للحد من نمو الأشجار المائية، ولكن إحدى الطرق الأكثر قبولًا هي استخدام مواد عازلة مصممة خصيصًا لمنع نمو الأشجار المائية، تسمى البولي إيثيلين المتشابك المقاوم للماء WTR-XLPE.

2.6. مطاط الإيثيلين البروبيلين (EPR)
EPR عبارة عن مادة لدنة بالحرارة مصنوعة من الإيثيلين والبروبيلين (أحيانًا مونومر ثالث)، ويسمى البوليمر المشترك للمونومرات الثلاثة مطاط الإيثيلين بروبيلين ديين (EPDM). على مدى نطاق واسع من درجات الحرارة، يظل EPR دائمًا ناعمًا ويتمتع بمقاومة جيدة للإكليل. ومع ذلك، فإن فقدان العزل الكهربائي لمواد EPR أعلى بكثير من XLPE وWTR-XLPE.

3. عملية الفلكنة العازلة
عملية التشابك خاصة بالبوليمر المستخدم. يبدأ تصنيع البوليمرات المتشابكة ببوليمر أساس ثم تضاف المثبتات والروابط المتشابكة لتكوين خليط. تضيف عملية الارتباط المتشابك المزيد من نقاط الاتصال إلى البنية الجزيئية. بمجرد ربطها بشكل متقاطع، تظل سلسلة البوليمر الجزيئية مرنة، ولكن لا يمكن قطعها بالكامل إلى سائل مصهور.

4. تدريع الموصل ومواد التدريع العازلة
يتم بثق طبقة التدريع شبه الموصلة على السطح الخارجي للموصل والعزل لتوحيد المجال الكهربائي واحتواء المجال الكهربائي في قلب الكابل المعزول. تحتوي هذه المادة على درجة هندسية من مادة أسود الكربون لتمكين الطبقة الواقية للكابل من تحقيق توصيل مستقر ضمن النطاق المطلوب.