ケーブルの構造は一見単純に見えるが、実際には各構成要素にそれぞれ重要な役割があり、そのため、ケーブルの製造時には各構成要素の材料を慎重に選定し、これらの材料で作られたケーブルが動作中に信頼性を確保できるようにする必要がある。
1. 導体材料
歴史的に、電力ケーブルの導体には銅とアルミニウムが使用されていました。ナトリウムも短期間試用されました。銅とアルミニウムは電気伝導性に優れており、同じ電流を流す場合、銅の使用量が少なくて済むため、銅導体の外径はアルミニウム導体よりも小さくなります。アルミニウムの価格は銅よりもかなり安価です。さらに、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。
2. 断熱材
中電圧電力ケーブルに使用できる絶縁材料は数多くあり、100年以上にわたり実績のある、技術的に成熟した含浸紙絶縁材料も含まれます。今日では、押出成形ポリマー絶縁が広く採用されています。押出成形ポリマー絶縁材料には、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材料と熱硬化性材料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、比較的良好な状態を維持していました。しかし、電力利用者がケーブルにますます大きな負荷をかけるようになり、当初の使用条件は現在のケーブルのニーズに合わなくなってきました。そのため、過去の良好な実績は、将来のケーブルの良好な運用を保証するものではありません。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、また被覆材としても依然として使用されています。しかしながら、ケーブル絶縁材としてのPVCの使用は急速にXLPEに置き換えられつつあり、被覆材としてのPVCの使用も急速に線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3重架橋ポリエチレン（WTR-XLPE）の基材樹脂として使用されています。熱可塑性状態の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℃）よりも低いものでした。この問題は、紙絶縁ケーブルの使用温度を満たす、あるいはそれを超えることができる架橋ポリエチレン（XLPE）の登場によって解決されました。
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）を混合して作られる熱硬化性材料である。
XLPE絶縁ケーブルの導体最高動作温度は90℃、過負荷試験は140℃まで、短絡温度は250℃まで対応可能です。XLPEは優れた誘電特性を持ち、600V～500kVの電圧範囲で使用できます。
2.5. 耐水性架橋ポリエチレン（WTR-XLPE）
ウォータートリー現象は、XLPEケーブルの耐用年数を短縮させます。ウォータートリーの発生を抑制する方法は数多くありますが、最も一般的に用いられている方法の一つは、ウォータートリーの発生を抑制するように特別に設計された絶縁材料、すなわち耐水性架橋ポリエチレン（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あり、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は広い温度範囲で常に柔軟性を保ち、コロナ放電に対する耐性に優れています。しかし、EPR材料の誘電損失は、XLPEやWTR-XLPEよりも著しく高くなっています。
3. 絶縁材の加硫プロセス
架橋プロセスは、使用するポリマーの種類によって異なります。架橋ポリマーの製造は、まずマトリックスポリマーから始まり、そこに安定剤と架橋剤を添加して混合します。架橋プロセスによって、分子構造に結合点が増えます。架橋されたポリマー分子鎖は弾性を保ちますが、完全に切断して流動的な溶融状態にすることはできません。
4. 導体遮蔽材および絶縁遮蔽材
導体と絶縁体の外面に半導電性の遮蔽層を押し出し成形することで、電界を均一化し、ケーブル絶縁コア内に電界を閉じ込める。この材料には、ケーブルの遮蔽層が要求される範囲内で安定した導電率を達成できるように、エンジニアリンググレードのカーボンブラック材料が含まれている。
投稿日時：2024年4月12日