מבנה הכבלים והחומר של תהליך ייצור כבל החשמל.

מבנה הכבל נראה פשוט, למעשה, לכל רכיב שלו יש מטרה חשובה משלו, ולכן יש לבחור בקפידה כל חומר רכיב בעת ייצור הכבל, על מנת להבטיח את אמינות הכבל העשוי מחומרים אלו במהלך הפעולה.

1. חומר מוליך
מבחינה היסטורית, החומרים ששימשו למוליכי כבלי חשמל היו נחושת ואלומיניום. נתרן נוסה גם לזמן קצר. לנחושת ולאלומיניום יש מוליכות חשמלית טובה יותר, וכמות הנחושת פחותה יחסית בהעברת אותו זרם, ולכן הקוטר החיצוני של מוליך הנחושת קטן מזה של מוליך האלומיניום. מחיר האלומיניום נמוך משמעותית מנחושת. בנוסף, מכיוון שצפיפות הנחושת גדולה מזו של אלומיניום, גם אם כושר נשיאת הזרם זהה, החתך של מוליך האלומיניום גדול מזה של מוליך נחושת, אך כבל מוליך אלומיניום עדיין קל יותר מכבל מוליך נחושת .

2. חומרי בידוד
ישנם חומרי בידוד רבים שכבלי חשמל MV יכולים להשתמש בהם, אפילו כולל חומרי בידוד מנייר ספוג בשלים מבחינה טכנולוגית, אשר נעשה בהם שימוש מוצלח כבר יותר מ-100 שנים. כיום, בידוד פולימרי שחול היה מקובל באופן נרחב. חומרי בידוד פולימריים שחולצו כוללים PE(LDPE ו-HDPE), XLPE, WTR-XLPE ו-EPR. חומרים אלו הם תרמופלסטיים כמו גם תרמוסטיים. חומרים תרמופלסטיים מתעוותים כאשר הם מחוממים, בעוד חומרים תרמוסטים שומרים על צורתם בטמפרטורות עבודה.

2.1. בידוד נייר
בתחילת פעולתם, כבלים מבודדים מנייר נושאים רק עומס קטן ומתוחזקים יחסית. עם זאת, משתמשי כוח ממשיכים להפוך את הכבל לשאת עומס גבוה יותר ויותר, תנאי השימוש המקוריים אינם מתאימים יותר לצורכי הכבל הנוכחי, ואז החוויה הטובה המקורית לא יכולה לייצג את הפעולה העתידית של הכבל חייבת להיות טובה . בשנים האחרונות, כמעט ולא נעשה שימוש בכבלים מבודדים מנייר.
2.2.PVC
PVC עדיין משמש כחומר מבודד עבור כבלים במתח נמוך 1kV והוא גם חומר מעטפת. עם זאת, היישום של PVC בבידוד כבלים מוחלף במהירות על ידי XLPE, והיישום במעטפת מוחלף במהירות על ידי פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה (LLDPE), פוליאתילן בצפיפות בינונית (MDPE) או פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE), ולא -כבלי PVC יש עלויות מחזור חיים נמוכות יותר.
2.3. פוליאתילן (PE)
פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) פותח בשנות ה-30 ומשמש כיום כשרף בסיס לחומרי פוליאתילן מוצלב (XLPE) וחומרי פוליאתילן מוצלבים עצים (WTR-XLPE) עמידים במים. במצב תרמופלסטי, טמפרטורת הפעולה המקסימלית של פוליאתילן היא 75 מעלות צלזיוס, שהיא נמוכה מטמפרטורת הפעולה של כבלים מבודדים מנייר (80 ~ 90 מעלות צלזיוס). בעיה זו נפתרה עם הופעתו של פוליאתילן צולב (XLPE), שיכול לעמוד בטמפרטורת השירות של כבלים מבודדים נייר או לחרוג ממנו.

2.4.פוליאתילן צולב (XLPE)
XLPE הוא חומר תרמוסטט המיוצר על ידי ערבוב פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) עם חומר צולב (כגון פרוקסיד).
טמפרטורת הפעולה המקסימלית של המוליך של הכבל המבודד XLPE היא 90 מעלות צלזיוס, בדיקת עומס היתר היא עד 140 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הקצר יכולה להגיע ל-250 מעלות צלזיוס. ל-XLPE מאפיינים דיאלקטריים מצוינים וניתן להשתמש בו בטווח המתח של 600V עד 500kV.

2.5. עץ עמיד במים פוליאתילן צולב (WTR-XLPE)
תופעת עץ המים תפחית את חיי השירות של כבל XLPE. ישנן דרכים רבות להפחית את צמיחת עצי המים, אך אחת המקובלות ביותר היא להשתמש בחומרי בידוד מהונדסים במיוחד שנועדו לעכב צמיחת עצי מים, הנקראים פוליאתילן עמיד במים עמיד במים פוליאתילן WTR-XLPE.

2.6. גומי אתילן פרופילן (EPR)
EPR הוא חומר תרמוסטי העשוי מאתילן, פרופילן (לעיתים מונומר שלישי), והקופולימר של שלושת המונומרים נקרא אתילן פרופילן דין גומי (EPDM). על פני טווח טמפרטורות רחב, EPR תמיד נשאר רך ובעל עמידות טובה לקורונה. עם זאת, האובדן הדיאלקטרי של חומר EPR גבוה משמעותית מזה של XLPE ו-WTR-XLPE.

3. תהליך גיפור בידוד
תהליך ההצלבה הוא ספציפי לפולימר המשמש. ייצור פולימרים צולבים מתחיל בפולימר מטריקס ולאחר מכן מוסיפים מייצבים וחומרים צולבים ליצירת תערובת. תהליך ההצלבה מוסיף עוד נקודות חיבור למבנה המולקולרי. לאחר חיבור צולב, השרשרת המולקולרית הפולימרית נשארת אלסטית, אך לא ניתן לנתק אותה לחלוטין להמסה נוזלית.

4. חומרי מיגון מוליכים ובידוד
שכבת המיגון המוליך למחצה מוחלפת על פני השטח החיצוניים של המוליך והבידוד כדי להאחיד את השדה החשמלי ולהכיל את השדה החשמלי בליבה המבודדת בכבל. חומר זה מכיל חומר פחמן שחור בדרגה הנדסית כדי לאפשר לשכבת המיגון של הכבל להשיג מוליכות יציבה בטווח הנדרש.