電力ケーブル製造工程におけるケーブル構造と材質。

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電力ケーブル製造工程におけるケーブル構造と材質。

ケーブルの構造は単純に見えますが、実際には各コンポーネントにそれぞれ重要な目的があるため、ケーブルを製造する際には各コンポーネント材料を慎重に選択し、これらの材料で作られたケーブルの動作時の信頼性を確保する必要があります。

1. 導体材料
歴史的に、電力ケーブルの導体材料は銅とアルミニウムが主流でした。ナトリウムも短期間試されました。銅とアルミニウムは導電性に優れており、同じ電流を流す場合の銅の使用量が少ないため、銅導体の外径はアルミニウム導体の外径よりも小さくなります。アルミニウムの価格は銅よりも大幅に安価です。また、銅の密度はアルミニウムよりも大きいため、同じ電流容量であっても、アルミニウム導体の断面積は銅導体よりも大きくなりますが、それでもアルミニウム導体ケーブルは銅導体ケーブルよりも軽量です。

ケーブル

2. 断熱材
高圧電力ケーブルには、技術的に成熟した含浸紙絶縁材をはじめ、100年以上にわたり実績のある絶縁材が数多く存在します。今日では、押出成形ポリマー絶縁材が広く普及しています。押出成形ポリマー絶縁材には、PE(LDPEおよびHDPE)、XLPE、WTR-XLPE、EPRなどがあります。これらの材料は熱可塑性と熱硬化性の両方の性質を持ちます。熱可塑性材料は加熱すると変形しますが、熱硬化性材料は動作温度でも形状を維持します。

2.1. 紙絶縁材
紙絶縁ケーブルは、運用開始当初は負荷が小さく、メンテナンスも比較的良好です。しかし、電力ユーザーがケーブルに負荷をかけ続けるにつれて、当初の使用条件が現在のケーブルのニーズに合わなくなると、当初の良好な使用経験はケーブルの将来の運用が良好であることを必ずしも保証しなくなります。近年、紙絶縁ケーブルはほとんど使用されなくなりました。
2.2.PVC
PVCは、低電圧1kVケーブルの絶縁材として、またシース材としても依然として使用されています。しかし、ケーブル絶縁材におけるPVCの使用はXLPEに急速に置き換えられつつあり、シース材における使用は直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、または高密度ポリエチレン(HDPE)に急速に置き換えられつつあり、非PVCケーブルはライフサイクルコストが低くなっています。
2.3. ポリエチレン(PE)
低密度ポリエチレン(LDPE)は1930年代に開発され、現在では架橋ポリエチレン(XLPE)や耐水性架橋ポリエチレン(WTR-XLPE)などの材料のベース樹脂として使用されています。熱可塑性状態におけるポリエチレンの最高使用温度は75℃で、紙絶縁ケーブルの使用温度(80~90℃)よりも低いです。この問題は、架橋ポリエチレン(XLPE)の登場により解決され、紙絶縁ケーブルの使用温度を満たすか、それを超える温度を実現しました。

2.4.架橋ポリエチレン(XLPE)
XLPE は、低密度ポリエチレン (LDPE) と架橋剤 (過酸化物など) を混合して作られた熱硬化性材料です。
XLPE絶縁ケーブルの導体の最大動作温度は90℃、過負荷テストは最大140℃、短絡温度は250℃に達することがあります。XLPEは優れた誘電特性を備えており、600V〜500kVの電圧範囲で使用できます。

2.5. 耐水架橋ポリエチレン(WTR-XLPE)
水トリー現象はXLPEケーブルの耐用年数を短縮します。水トリーの発生を抑制する方法は数多くありますが、最も一般的に受け入れられている方法の一つは、水トリーの発生を抑制するために特別に設計された絶縁材料、すなわち耐水トリー架橋ポリエチレン(WTR-XLPE)を使用することです。

2.6. エチレンプロピレンゴム(EPR)
EPRは、エチレン、プロピレン(場合によっては第3のモノマ​​ー)からなる熱硬化性材料で、これら3つのモノマーの共重合体はエチレン・プロピレンジエンゴム(EPDM)と呼ばれます。EPRは広い温度範囲において常に柔らかさを保ち、優れた耐コロナ性を備えています。しかし、EPR材料の誘電損失はXLPEおよびWTR-XLPEに比べて大幅に高くなります。

3. 絶縁加硫プロセス
架橋プロセスは使用するポリマーによって異なります。架橋ポリマーの製造は、マトリックスポリマーから始まり、次に安定剤と架橋剤を加えて混合物を形成します。架橋プロセスにより、分子構造により多くの結合点が追加されます。架橋後もポリマー分子鎖は弾性を保ちますが、完全に切断されて流動性のある溶融状態になることはありません。

4.導体シールドと絶縁シールド材
半導電性シールド層は、導体と絶縁体の外表面に押し出され、電界を均一化し、ケーブル絶縁コア内に電界を閉じ込めます。この材料にはエンジニアリンググレードのカーボンブラックが含まれており、ケーブルのシールド層が要求範囲内で安定した導電性を実現します。


投稿日時: 2024年4月12日