Kabelstruktur und Material des Stromkabelherstellungsprozesses.

Die Struktur des Kabels scheint einfach zu sein. Tatsächlich hat jede Komponente einen eigenen wichtigen Zweck. Daher muss jedes Komponentenmaterial bei der Herstellung des Kabels sorgfältig ausgewählt werden, um die Zuverlässigkeit des aus diesen Materialien hergestellten Kabels während des Betriebs sicherzustellen.

1. Leitermaterial
In der Vergangenheit wurden für Stromkabelleiter Kupfer und Aluminium als Materialien verwendet. Auch Natrium wurde kurzzeitig ausprobiert. Kupfer und Aluminium haben eine bessere elektrische Leitfähigkeit, und die Kupfermenge ist bei der Übertragung des gleichen Stroms relativ gering, sodass der Außendurchmesser des Kupferleiters kleiner ist als der des Aluminiumleiters. Der Preis von Aluminium ist deutlich niedriger als der von Kupfer. Da die Dichte von Kupfer größer ist als die von Aluminium, ist der Querschnitt des Aluminiumleiters auch bei gleicher Strombelastbarkeit größer als der des Kupferleiters, aber das Aluminiumleiterkabel ist immer noch leichter als das Kupferleiterkabel .

2. Isoliermaterialien
Es gibt viele Isoliermaterialien, die für Mittelspannungskabel verwendet werden können, darunter auch technologisch ausgereifte Isoliermaterialien aus imprägniertem Papier, die seit mehr als 100 Jahren erfolgreich eingesetzt werden. Heutzutage ist die extrudierte Polymerisolierung weithin akzeptiert. Zu den extrudierten Polymerisolationsmaterialien gehören PE (LDPE und HDPE), XLPE, WTR-XLPE und EPR. Diese Materialien sind sowohl thermoplastisch als auch duroplastisch. Thermoplastische Materialien verformen sich beim Erhitzen, während duroplastische Materialien bei Betriebstemperaturen ihre Form behalten.

2.1. Papierisolierung
Zu Beginn ihres Betriebs tragen papierisolierte Kabel nur eine geringe Belastung und sind relativ gut gewartet. Allerdings führen Stromverbraucher weiterhin dazu, dass das Kabel immer höhere Belastungen trägt. Die ursprünglichen Nutzungsbedingungen sind nicht mehr für die Anforderungen des aktuellen Kabels geeignet, und die ursprüngliche gute Erfahrung kann nicht den zukünftigen Betrieb des Kabels darstellen . In den letzten Jahren wurden papierisolierte Kabel kaum noch verwendet.
2.2.PVC
PVC wird immer noch als Isoliermaterial für Niederspannungs-1-kV-Kabel verwendet und ist auch ein Mantelmaterial. Allerdings wird die Anwendung von PVC in der Kabelisolierung schnell durch XLPE ersetzt, und die Anwendung in Ummantelungen wird schnell durch lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) oder Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und andere ersetzt -PVC-Kabel haben geringere Lebenszykluskosten.
2.3. Polyethylen (PE)
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) wurde in den 1930er Jahren entwickelt und wird heute als Basisharz für Materialien aus vernetztem Polyethylen (XLPE) und wasserbeständigem, baumvernetztem Polyethylen (WTR-XLPE) verwendet. Im thermoplastischen Zustand beträgt die maximale Betriebstemperatur von Polyethylen 75 °C und ist damit niedriger als die Betriebstemperatur von papierisolierten Kabeln (80–90 °C). Dieses Problem wurde mit der Einführung von vernetztem Polyethylen (XLPE) gelöst, das die Betriebstemperatur von papierisolierten Kabeln erreichen oder übertreffen kann.

2.4.Vernetztes Polyethylen (XLPE)
XLPE ist ein duroplastisches Material, das durch Mischen von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) mit einem Vernetzungsmittel (z. B. Peroxid) hergestellt wird.
Die maximale Leiterbetriebstemperatur des XLPE-isolierten Kabels beträgt 90 ° C, der Überlasttest beträgt bis zu 140 ° C und die Kurzschlusstemperatur kann 250 ° C erreichen. XLPE weist hervorragende dielektrische Eigenschaften auf und kann im Spannungsbereich verwendet werden von 600V bis 500kV.

2.5. Wasserbeständiger Baum, vernetztes Polyethylen (WTR-XLPE)
Das Phänomen des Wasserbaums verringert die Lebensdauer des XLPE-Kabels. Es gibt viele Möglichkeiten, das Wachstum von Wasserbäumchen zu reduzieren, aber eine der am weitesten verbreiteten ist die Verwendung speziell entwickelter Isoliermaterialien, die das Wachstum von Wasserbäumchen hemmen sollen, dem sogenannten wasserbeständigen, baumvernetzten Polyethylen WTR-XLPE.

2.6. Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR)
EPR ist ein duroplastisches Material aus Ethylen und Propylen (manchmal einem dritten Monomer), und das Copolymer der drei Monomere wird Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) genannt. Über einen weiten Temperaturbereich bleibt EPR stets weich und weist eine gute Koronabeständigkeit auf. Allerdings ist der dielektrische Verlust von EPR-Material deutlich höher als der von XLPE und WTR-XLPE.

3. Vulkanisationsprozess der Isolierung
Der Vernetzungsprozess ist spezifisch für das verwendete Polymer. Die Herstellung vernetzter Polymere beginnt mit einem Matrixpolymer, dem dann Stabilisatoren und Vernetzer zugesetzt werden, um eine Mischung zu bilden. Durch den Vernetzungsprozess werden weitere Verbindungspunkte zur Molekülstruktur hinzugefügt. Nach der Vernetzung bleibt die Molekülkette des Polymers elastisch, kann jedoch nicht vollständig in eine flüssige Schmelze zerlegt werden.

4. Leiterabschirmung und isolierende Abschirmmaterialien
Die halbleitende Abschirmschicht wird auf die Außenfläche des Leiters und der Isolierung extrudiert, um das elektrische Feld zu vereinheitlichen und das elektrische Feld im isolierten Kabelkern einzudämmen. Dieses Material enthält Rußmaterial in technischer Qualität, damit die Abschirmschicht des Kabels eine stabile Leitfähigkeit innerhalb des erforderlichen Bereichs erreichen kann.