De structuur van de kabel lijkt eenvoudig, maar in feite heeft elk onderdeel een eigen belangrijke functie. Daarom moet het materiaal van elk onderdeel zorgvuldig worden geselecteerd tijdens de productie van de kabel, om de betrouwbaarheid van de kabel tijdens gebruik te garanderen.
1. Geleidermateriaal
Historisch gezien werden koper en aluminium gebruikt voor de geleiders van stroomkabels. Ook natrium werd kortstondig uitgeprobeerd. Koper en aluminium hebben een betere elektrische geleidbaarheid, en de hoeveelheid koper die nodig is om dezelfde stroom te geleiden, is relatief kleiner. Daardoor is de buitendiameter van een koperen geleider kleiner dan die van een aluminium geleider. De prijs van aluminium is bovendien aanzienlijk lager dan die van koper. Omdat koper een hogere dichtheid heeft dan aluminium, is de doorsnede van een aluminium geleider groter dan die van een koperen geleider, zelfs bij een gelijk stroomvoerend vermogen. Toch is een aluminium kabel lichter dan een koperen kabel.
2. Isolatiematerialen
Er zijn veel isolatiematerialen die gebruikt kunnen worden voor middenspanningskabels, waaronder zelfs technologisch beproefde geïmpregneerde papierisolatiematerialen, die al meer dan 100 jaar succesvol worden toegepast. Tegenwoordig is geëxtrudeerde polymeerisolatie breed geaccepteerd. Geëxtrudeerde polymeerisolatiematerialen omvatten PE (LDPE en HDPE), XLPE, WTR-XLPE en EPR. Deze materialen zijn zowel thermoplastisch als thermohardend. Thermoplastische materialen vervormen bij verhitting, terwijl thermohardende materialen hun vorm behouden bij bedrijfstemperaturen.
2.1. Papierisolatie
Aanvankelijk werden papiergeïsoleerde kabels slechts aan een kleine belasting blootgesteld en bleven ze relatief goed intact. Echter, naarmate stroomgebruikers de kabels steeds zwaarder belastten, voldeden de oorspronkelijke gebruiksomstandigheden niet langer aan de eisen van de huidige kabels. De aanvankelijk goede ervaringen bieden dan geen garantie meer voor een goede werking in de toekomst. Daarom worden papiergeïsoleerde kabels de laatste jaren steeds minder gebruikt.
2.2.PVC
PVC wordt nog steeds gebruikt als isolatiemateriaal voor laagspanningskabels van 1 kV en ook als omhulselmateriaal. Het gebruik van PVC in kabelisolatie wordt echter snel vervangen door XLPE, en het gebruik ervan in de omhulling wordt snel vervangen door lineair lagedichtheidpolyethyleen (LLDPE), middeldicht polyethyleen (MDPE) of hogedichtheidpolyethyleen (HDPE). Kabels zonder PVC hebben bovendien lagere levenscycluskosten.
2.3. Polyethyleen (PE)
Polyethyleen met lage dichtheid (LDPE) werd ontwikkeld in de jaren dertig van de vorige eeuw en wordt nu gebruikt als basishars voor verknoopt polyethyleen (XLPE) en waterbestendig, drievoudig verknoopt polyethyleen (WTR-XLPE). In thermoplastische toestand is de maximale bedrijfstemperatuur van polyethyleen 75 °C, wat lager is dan de bedrijfstemperatuur van met papier geïsoleerde kabels (80-90 °C). Dit probleem is opgelost met de komst van verknoopt polyethyleen (XLPE), dat de bedrijfstemperatuur van met papier geïsoleerde kabels kan bereiken of zelfs overtreffen.
2.4.Gekruisd polyethyleen (XLPE)
XLPE is een thermohardend materiaal dat wordt gemaakt door lagedichtheidpolyethyleen (LDPE) te mengen met een verknopingsmiddel (zoals peroxide).
De maximale bedrijfstemperatuur van de geleider in een XLPE-geïsoleerde kabel is 90 °C, de overbelastingstest gaat tot 140 °C en de kortsluittemperatuur kan oplopen tot 250 °C. XLPE heeft uitstekende diëlektrische eigenschappen en kan worden gebruikt in het spanningsbereik van 600 V tot 500 kV.
2.5. Waterbestendig boomstructuur, verknoopt polyethyleen (WTR-XLPE)
Het fenomeen waterboomvorming verkort de levensduur van XLPE-kabels. Er zijn verschillende manieren om waterboomvorming te verminderen, maar een van de meest gangbare is het gebruik van speciaal ontwikkelde isolatiematerialen die waterboomvorming remmen, zoals waterbestendig, boomvernet polyethyleen (WTR-XLPE).
2.6. Ethyleenpropyleenrubber (EPR)
EPR is een thermohardend materiaal gemaakt van ethyleen, propyleen (soms een derde monomeer) en het copolymeer van deze drie monomeren wordt ethyleenpropyleendieenrubber (EPDM) genoemd. Over een breed temperatuurbereik blijft EPR altijd zacht en heeft het een goede coronabestendigheid. Het diëlektrisch verlies van EPR-materiaal is echter aanzienlijk hoger dan dat van XLPE en WTR-XLPE.
3. Vulkanisatieproces van de isolatie
Het verknopingsproces is specifiek voor het gebruikte polymeer. De productie van verknoopte polymeren begint met een matrixpolymeer waaraan vervolgens stabilisatoren en verknopingsmiddelen worden toegevoegd om een mengsel te vormen. Het verknopingsproces voegt meer verbindingspunten toe aan de moleculaire structuur. Eenmaal verknoopt, blijft de polymeerketen elastisch, maar kan deze niet volledig worden verbroken tot een vloeibare massa.
4. Afschermingsmaterialen voor geleiders en isolerende afscherming
De halfgeleidende afschermingslaag wordt op het buitenoppervlak van de geleider en isolatie aangebracht om het elektrische veld te egaliseren en het elektrische veld in de geïsoleerde kabelkern te houden. Dit materiaal bevat een technische kwaliteit roet, waardoor de afschermingslaag van de kabel een stabiele geleidbaarheid binnen het vereiste bereik kan bereiken.
Geplaatst op: 12 april 2024