מבנה הכבל וחומר של תהליך ייצור כבלי חשמל.

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

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

2. חומרי בידוד
ישנם חומרי בידוד רבים בהם ניתן להשתמש בכבלי חשמל MV, כולל חומרי בידוד נייר ספוגים מתקדמים מבחינה טכנולוגית, אשר נמצאים בשימוש מוצלח כבר יותר מ-100 שנה. כיום, בידוד פולימרי אקסטרודי מקובל באופן נרחב. חומרי בידוד פולימרי אקסטרודי כוללים PE (LDPE ו-HDPE), XLPE, WTR-XLPE ו-EPR. חומרים אלה הם תרמופלסטיים וכן תרמוסטיים. חומרים תרמופלסטיים מתעוותים בעת חימום, בעוד שחומרים תרמוסטיים שומרים על צורתם בטמפרטורות הפעלה.

2.1. בידוד נייר
בתחילת פעילותם, כבלים מבודדים בנייר נושאים עומס קטן בלבד ומתוחזקים היטב יחסית. עם זאת, משתמשים מתקדמים ממשיכים לייצר כבלים הנושאים עומסים גבוהים יותר ויותר, ותנאי השימוש המקוריים אינם מתאימים עוד לצרכים של הכבל הנוכחי, ולכן הניסיון הטוב המקורי אינו מייצג את פעולתו העתידית של הכבל. בשנים האחרונות, כבלים מבודדים בנייר נמצאים בשימוש לעיתים רחוקות.
2.2.PVC
PVC עדיין משמש כחומר מבודד לכבלים במתח נמוך של 1kV והוא גם חומר ציפוי. עם זאת, השימוש ב-PVC בבידוד כבלים מוחלף במהירות על ידי XLPE, והיישום בציפוי מוחלף במהירות על ידי פוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה (LLDPE), פוליאתילן בצפיפות בינונית (MDPE) או פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE), ולכבלים שאינם PVC יש עלויות מחזור חיים נמוכות יותר.
2.3. פוליאתילן (PE)
פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) פותח בשנות ה-30 של המאה ה-20 וכיום משמש כשרף בסיס לחומרים של פוליאתילן צולב (XLPE) ופוליאתילן צולב עצים עמיד למים (WTR-XLPE). במצב תרמופלסטי, טמפרטורת ההפעלה המקסימלית של פוליאתילן היא 75 מעלות צלזיוס, שהיא נמוכה מטמפרטורת ההפעלה של כבלים מבודדים מנייר (80~90 מעלות צלזיוס). בעיה זו נפתרה עם הופעת הפוליאתילן הצולב (XLPE), שיכול לעמוד בטמפרטורת השירות של כבלים מבודדים בנייר או לעלות עליה.

2.4.פוליאתילן צולב (XLPE)
XLPE הוא חומר תרמוסטי המיוצר על ידי ערבוב פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) עם חומר מקשר צולב (כגון מי חמצן).
טמפרטורת ההפעלה המקסימלית של המוליך של כבל מבודד XLPE היא 90 מעלות צלזיוס, מבחן עומס יתר הוא עד 140 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הקצר יכולה להגיע ל-250 מעלות צלזיוס. ל-XLPE מאפיינים דיאלקטריים מצוינים וניתן להשתמש בו בטווח המתח של 600 וולט עד 500 קילו-וולט.

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

2.6. גומי אתילן-פרופילן (EPR)
EPR הוא חומר תרמוסטי העשוי מאתילן, פרופילן (לפעמים מונומר שלישי), והקופולימר של שלושת המונומרים נקרא גומי אתילן-פרופילן-דיאן (EPDM). בטווח טמפרטורות רחב, EPR תמיד נשאר רך ובעל עמידות טובה בפני קורונה. עם זאת, ההפסד הדיאלקטרי של חומר EPR גבוה משמעותית מזה של XLPE ו-WTR-XLPE.

3. תהליך גיפור בידוד
תהליך הקישור הצולב ספציפי לפולימר בו נעשה שימוש. ייצור פולימרים מקושרים צולבים מתחיל בפולימר מטריצת ולאחר מכן מוסיפים מייצבים ומקשרים צולבים ליצירת תערובת. תהליך הקישור הצולב מוסיף נקודות חיבור נוספות למבנה המולקולרי. לאחר הקישור הצולב, שרשרת המולקולות של הפולימר נשארת אלסטית, אך לא ניתן לנתק אותה לחלוטין לתערובת נוזלית.

4. חומרי מיגון ומיגון בידוד למוליכים
שכבת המיגון החצי-מוליכה מובלטת על פני השטח החיצוניים של המוליך והבידוד כדי לאזן את השדה החשמלי ולבלום את השדה החשמלי בליבת הכבל המבודדת. חומר זה מכיל חומר פחמן שחור בדרגת הנדסה כדי לאפשר לשכבת המיגון של הכבל להשיג מוליכות יציבה בטווח הנדרש.