Cấu trúc của cáp trông có vẻ đơn giản, nhưng trên thực tế, mỗi thành phần của nó đều có mục đích quan trọng riêng, vì vậy vật liệu của từng thành phần phải được lựa chọn cẩn thận khi sản xuất cáp, nhằm đảm bảo độ tin cậy của cáp được làm từ những vật liệu này trong quá trình hoạt động.
1. Vật liệu dẫn điện
Trong lịch sử, vật liệu được sử dụng cho dây dẫn cáp điện là đồng và nhôm. Natri cũng đã được thử nghiệm trong một thời gian ngắn. Đồng và nhôm có độ dẫn điện tốt hơn, và lượng đồng cần dùng để truyền tải cùng một dòng điện tương đối ít hơn, do đó đường kính ngoài của dây dẫn đồng nhỏ hơn dây dẫn nhôm. Giá thành của nhôm thấp hơn đáng kể so với đồng. Ngoài ra, vì mật độ của đồng lớn hơn mật độ của nhôm, ngay cả khi khả năng chịu tải dòng điện như nhau, tiết diện của dây dẫn nhôm lớn hơn dây dẫn đồng, nhưng cáp dẫn nhôm vẫn nhẹ hơn cáp dẫn đồng.
2. Vật liệu cách nhiệt
Có rất nhiều vật liệu cách điện mà cáp điện trung thế có thể sử dụng, thậm chí bao gồm cả các vật liệu cách điện bằng giấy tẩm đã được công nghệ hoàn thiện và sử dụng thành công hơn 100 năm nay. Hiện nay, vật liệu cách điện polymer đùn ép được chấp nhận rộng rãi. Các vật liệu cách điện polymer đùn ép bao gồm PE (LDPE và HDPE), XLPE, WTR-XLPE và EPR. Các vật liệu này vừa là vật liệu nhiệt dẻo vừa là vật liệu nhiệt rắn. Vật liệu nhiệt dẻo biến dạng khi bị nung nóng, trong khi vật liệu nhiệt rắn giữ nguyên hình dạng ở nhiệt độ hoạt động.
2.1. Lớp cách nhiệt bằng giấy
Ban đầu, cáp cách điện bằng giấy chỉ chịu tải nhỏ và được bảo trì tương đối tốt. Tuy nhiên, khi người sử dụng điện liên tục yêu cầu cáp chịu tải ngày càng cao, điều kiện sử dụng ban đầu không còn phù hợp với nhu cầu hiện tại của cáp, do đó kinh nghiệm tốt ban đầu không thể đảm bảo cáp hoạt động tốt trong tương lai. Trong những năm gần đây, cáp cách điện bằng giấy ít được sử dụng.
2.2.PVC
PVC vẫn được sử dụng làm vật liệu cách điện cho cáp điện áp thấp 1kV và cũng là vật liệu vỏ bọc. Tuy nhiên, việc sử dụng PVC trong cách điện cáp đang nhanh chóng được thay thế bằng XLPE, và việc sử dụng trong vỏ bọc đang nhanh chóng được thay thế bằng polyetylen mật độ thấp tuyến tính (LLDPE), polyetylen mật độ trung bình (MDPE) hoặc polyetylen mật độ cao (HDPE), và các loại cáp không chứa PVC có chi phí vòng đời thấp hơn.
2.3. Polyethylene (PE)
Polyethylene mật độ thấp (LDPE) được phát triển vào những năm 1930 và hiện được sử dụng làm nhựa nền cho các vật liệu polyetylen liên kết chéo (XLPE) và polyetylen liên kết chéo dạng cây chống nước (WTR-XLPE). Ở trạng thái nhiệt dẻo, nhiệt độ hoạt động tối đa của polyetylen là 75°C, thấp hơn nhiệt độ hoạt động của cáp cách điện bằng giấy (80-90°C). Vấn đề này đã được giải quyết với sự ra đời của polyetylen liên kết chéo (XLPE), có thể đáp ứng hoặc vượt quá nhiệt độ hoạt động của cáp cách điện bằng giấy.
2.4.Polyethylene liên kết chéo (XLPE)
XLPE là một loại vật liệu nhiệt rắn được tạo ra bằng cách trộn polyetylen mật độ thấp (LDPE) với chất liên kết ngang (như peroxit).
Nhiệt độ hoạt động tối đa của dây dẫn cáp cách điện XLPE là 90°C, thử nghiệm quá tải lên đến 140°C, và nhiệt độ ngắn mạch có thể đạt 250°C. XLPE có đặc tính điện môi tuyệt vời và có thể được sử dụng trong dải điện áp từ 600V đến 500kV.
2.5. Polyethylene liên kết chéo chống thấm nước (WTR-XLPE)
Hiện tượng hình thành cây nước sẽ làm giảm tuổi thọ của cáp XLPE. Có nhiều cách để giảm sự phát triển của cây nước, nhưng một trong những cách được chấp nhận rộng rãi nhất là sử dụng vật liệu cách điện được thiết kế đặc biệt để ức chế sự phát triển của cây nước, được gọi là polyetylen liên kết chéo chống nước (WTR-XLPE).
2.6. Cao su ethylene propylene (EPR)
EPR là vật liệu nhiệt rắn được làm từ etylen, propylen (đôi khi có thêm monome thứ ba), và copolyme của ba monome này được gọi là cao su etylen propylen dien (EPDM). Trong phạm vi nhiệt độ rộng, EPR luôn giữ được độ mềm và có khả năng chống phóng điện corona tốt. Tuy nhiên, tổn hao điện môi của vật liệu EPR cao hơn đáng kể so với XLPE và WTR-XLPE.
3. Quy trình lưu hóa vật liệu cách nhiệt
Quá trình liên kết ngang phụ thuộc vào loại polymer được sử dụng. Việc sản xuất polymer liên kết ngang bắt đầu với polymer nền, sau đó thêm chất ổn định và chất liên kết ngang để tạo thành hỗn hợp. Quá trình liên kết ngang bổ sung thêm nhiều điểm kết nối vào cấu trúc phân tử. Sau khi liên kết ngang, chuỗi phân tử polymer vẫn giữ được tính đàn hồi, nhưng không thể bị cắt hoàn toàn thành chất lỏng nóng chảy.
4. Vật liệu chắn dẫn điện và vật liệu chắn cách điện
Lớp chắn bán dẫn được ép đùn lên bề mặt ngoài của dây dẫn và lớp cách điện để làm đồng nhất điện trường và giữ điện trường trong lõi cách điện của cáp. Vật liệu này chứa một lượng lớn muội than kỹ thuật để giúp lớp chắn của cáp đạt được độ dẫn điện ổn định trong phạm vi yêu cầu.
Thời gian đăng bài: 12/04/2024