บทเรียนวิทยาศาสตร์ยอดนิยม: สายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (สายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE)

สายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (สายเคเบิล XLPE) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายไม่เพียงแต่ในระบบจ่ายไฟแรงดันต่ำต่ำกว่า 6kV เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบสายส่งและจำหน่ายที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 6kV ถึง 500kV อีกด้วย โครงสร้างของสายเคเบิล XLPE ต่ำกว่า 6kV โดยทั่วไปจะเหมือนกับสายเคเบิลแรงดันต่ำ PVC (ดูแผนภาพ)

แผนผังโครงสร้างสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางแบบแกนเดี่ยว

(ก) สายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางแบบแกนเดี่ยว (ข) สายเคเบิลหุ้มเกราะเทปเหล็กหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางแบบแกนเดี่ยว (ค) สายเคเบิลหุ้มเกราะลวดเหล็กหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางแบบแกนเดี่ยว (ง) แผนผังโครงร่าง: 1, 8, 17 - ตัวนำ; 2, 9, 18 - ฉนวนตัวนำ; 3, 10, 19 - ฉนวน; 4, 11, 20 - ฉนวนป้องกัน; 5, 12, 21 - ฉนวนเทปทองแดง; 6, 13, 22 - เทปพัน; 7, 16, 26 - ปลอกนอก; 14, 23 - ปลอกใน; 15, 24 - เกราะเทปเหล็ก; 25 - ลวดทองแดง

แผนผังโครงสร้างสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางสามแกน:

(ก) สายเคเบิลที่ไม่มีเกราะ (ข) สายเคเบิลหุ้มเกราะเทปเหล็ก (ค) สายเคเบิลหุ้มเกราะลวดเหล็ก (ง) แผนผังโครงร่าง: 1, 9, 19 - ตัวนำ; 2, 10, 20 - ฉนวนตัวนำ; 3, 11, 21 - ฉนวน; 4, 12, 22 - ฉนวนป้องกัน; 5, 13, 23 - ฉนวนเทปทองแดง; 6, 14, 24 - ไส้; 7, 15, 25 - เทปพัน; 8, 18, 28 - ปลอกนอก; 16, 26 - ปลอกใน; 17, 27 - เกราะเทปเหล็ก/ลวดเหล็ก

เมื่อเทียบกับสายเคเบิลพลาสติกแรงดันต่ำอื่นๆ ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดในโครงสร้างระหว่างสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) 6~35kV คือการเพิ่มชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านในและด้านนอกและชั้นป้องกันโลหะเทปทองแดง (ลวด) ทั้งชั้นป้องกันกึ่งตัวนำด้านในและด้านนอกใช้สาร XLPE ที่เติมคาร์บอนแบล็ค โดยทั่วไปหนา 1~2 มม. โดยมีความต้านทานปริมาตรประมาณ 10⁴ Ω·cm เทปทองแดง (ลวด) จะสร้างวงจรสำหรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของสายเคเบิลและให้ศักย์ไฟฟ้าดินที่เสถียร ดังนั้น สายดินของสายเคเบิล XLPE จึงถูกนำออกผ่านเทปทองแดง (ลวด) แทนที่จะเป็นเทปเหล็กหุ้มเกราะ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง สายเคเบิลที่มีพื้นที่หน้าตัดตัวนำ 240m² หรือน้อยกว่า โดยทั่วไปจะใช้โครงสร้างป้องกันเทปทองแดง ในขณะที่สายเคเบิลที่มีพื้นที่หน้าตัดตัวนำมากกว่า 240m² จะใช้โครงสร้างป้องกันลวดทองแดง

รุ่นตัวแทนของสายเคเบิล XLPE 6~35kV ได้แก่ ประเภทแกนอะลูมิเนียม YJLV หรือ YJLY และประเภทแกนทองแดง YJV หรือ YJY

รูปภาพแสดงโครงสร้างทั่วไปสองแบบของสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางที่มีระดับแรงดันไฟฟ้า 66kV ขึ้นไป นอกเหนือจากประเภท YJLY/V และ YJV/Y แล้ว รุ่นตัวแทนยังรวมถึงประเภท YJQ, YJLQ, YJLW และ YJLLW

แผนผังโครงสร้างสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง 66~220kV (I)

(ก) มุมมองตัดขวาง (ข) มุมมองภายนอก 1- ตัวนำ; 2- ฉนวนด้านใน; 3- ฉนวน; 4- ฉนวนด้านนอก; 5- ฉนวนลวดทองแดง; 6- ชั้นกันน้ำตามยาว; 7- ชั้นกันน้ำแบบครบวงจร; 8- ปลอกนอก

แผนผังโครงสร้างสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง 66~220kV (II) (ก) มุมมองตัดขวาง (ข) มุมมองรูปร่างภายนอก 1- ตัวนำ; 2- ฉนวนด้านใน; 3- ฉนวน; 4- ฉนวนด้านนอก; 5- ชั้นกันน้ำตามยาว; 6- ปลอกโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก; 7- ปลอกนอก

เมื่อเทียบกับสายเคเบิล 35kV และต่ำกว่า สายเคเบิล 66kV และสูงกว่าจะไม่ใช้เทปเหล็กสำหรับชั้นเกราะ แต่จะใช้โลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น ปลอกอะลูมิเนียมลูกฟูก (ทองแดง, โลหะผสมอะลูมิเนียม, สแตนเลส) ซึ่งให้การกันน้ำได้ดีเยี่ยมเช่นกัน โดยทั่วไปปลอกนอกของสายเคเบิลทำจากวัสดุ PVC โดยมีชั้นกราไฟต์นำไฟฟ้าเคลือบอยู่ด้านบน ชั้นกราไฟต์นี้ทำหน้าที่เป็นขั้วต่อสายดิน ซึ่งอำนวยความสะดวกในการทดสอบแรงดันไฟฟ้าทนทานบนปลอกนอก