חומר כבלים במתח גבוה לרכב חשמלי ותהליך הכנתו

העידן החדש של תעשיית רכב באנרגיה חדשה נושא את המשימה הכפולה של טרנספורמציה תעשייתית ושדרוג והגנה על הסביבה האטמוספרית, מה שמניע מאוד את הפיתוח התעשייתי של כבלים במתח גבוה ואביזרים נלווים אחרים לכלי רכב חשמליים, ויצרני כבלים וגופי הסמכה השקיע אנרגיה רבה במחקר ופיתוח של כבלי מתח גבוה לרכבים חשמליים. לכבלי מתח גבוה לרכבים חשמליים יש דרישות ביצועים גבוהות בכל ההיבטים, וצריכים לעמוד בתקן RoHSb, דרישות תקן מעכב בעירה UL94V-0 וביצועים רכים. מאמר זה מציג את החומרים וטכנולוגיית ההכנה של כבלי מתח גבוה לרכבים חשמליים.

1. החומר של כבל מתח גבוה
(1) חומר מוליך של הכבל
נכון לעכשיו, ישנם שני חומרים עיקריים של שכבת מוליך כבל: נחושת ואלומיניום. כמה חברות חושבות שליבת אלומיניום יכולה להפחית מאוד את עלויות הייצור שלהן, על ידי הוספת נחושת, ברזל, מגנזיום, סיליקון ואלמנטים נוספים על בסיס חומרי אלומיניום טהורים, באמצעות תהליכים מיוחדים כמו סינתזה וטיפול חישול, לשפר את המוליכות החשמלית, כיפוף ביצועים ועמידות בפני קורוזיה של הכבל, על מנת לעמוד בדרישות של אותה יכולת עומס, כדי להשיג את אותו אפקט כמו מוליכים ליבת נחושת או אפילו טוב יותר. כך, עלות הייצור נחסכת מאוד. עם זאת, רוב הארגונים עדיין מתייחסים לנחושת כחומר העיקרי של שכבת המוליך, קודם כל, ההתנגדות של הנחושת נמוכה, ואז רוב הביצועים של הנחושת טובים יותר מאלומיניום באותה רמה, כגון זרם גדול. כושר נשיאה, אובדן מתח נמוך, צריכת אנרגיה נמוכה ואמינות חזקה. נכון לעכשיו, בחירת המוליכים משתמשת בדרך כלל בתקן הלאומי 6 מוליכים רכים (התארכות חוט נחושת בודד חייבת להיות גדולה מ-25%, קוטר המונופילמנט קטן מ-0.30) כדי להבטיח את הרכות והקשיחות של מונופילמנט הנחושת. טבלה 1 מפרטת את הסטנדרטים שיש לעמוד בהם עבור חומרים מוליכי נחושת בשימוש נפוץ.

(2) חומרי שכבת בידוד של כבלים
הסביבה הפנימית של רכבים חשמליים מורכבת, בבחירת חומרי בידוד, מחד, כדי להבטיח שימוש בטוח בשכבת בידוד, מאידך, עד כמה שניתן לבחור עיבוד קל וחומרים בשימוש נרחב. כיום, חומרי הבידוד הנפוצים הם פוליוויניל כלוריד (PVC),פוליאתילן צולב (XLPE), גומי סיליקון, אלסטומר תרמופלסטי (TPE) וכו', והמאפיינים העיקריים שלהם מוצגים בטבלה 2.
ביניהם, PVC מכיל עופרת, אך הוראת ה-RoHS אוסרת על שימוש בעופרת, כספית, קדמיום, כרום משושה, אתרים דיפניל פוליברומינים (PBDE) וביפנילים פוליברוםים (PBB) וחומרים מזיקים נוספים, כך שבשנים האחרונות הוחלף ה-PVC ע"י XLPE, גומי סיליקון, TPE וחומרים ידידותיים לסביבה אחרים.

(3) חומר שכבת מיגון כבל
שכבת המיגון מחולקת לשני חלקים: שכבת מיגון מוליכה למחצה ושכבת מיגון קלועה. התנגדות הנפח של חומר המיגון המוליך למחצה ב-20 מעלות צלזיוס ו-90 מעלות צלזיוס ולאחר היישון היא מדד טכני חשוב למדידת חומר המיגון, הקובע בעקיפין את חיי השירות של כבל המתח הגבוה. חומרי מיגון מוליכים למחצה נפוצים כוללים גומי אתילן-פרופילן (EPR), פוליוויניל כלוריד (PVC) ופוליאתילן (PE)חומרים מבוססים. במקרה שלחומר הגלם אין יתרון ולא ניתן לשפר את רמת האיכות בטווח הקצר, מוסדות מחקר מדעיים ויצרני חומרי כבלים מתמקדים בחקר טכנולוגיית העיבוד ויחס הנוסחה של חומר המיגון, ומחפשים חדשנות בתחום. יחס הרכב של חומר המיגון לשיפור הביצועים הכוללים של הכבל.

2. תהליך הכנת כבל מתח גבוה
(1) טכנולוגיית גדיל מוליכים
התהליך הבסיסי של כבלים פותח במשך זמן רב, כך שיש גם מפרטים סטנדרטיים משלהם בתעשייה ובארגונים. בתהליך של שרטוט חוטים, על פי מצב ביטול פיתול של חוט יחיד, ניתן לחלק את ציוד הגדילה למכונת זרימה ניתוק, מכונת פיתול ומכונת פיתול. בשל טמפרטורת ההתגבשות הגבוהה של מוליך נחושת, טמפרטורת החישול והזמן ארוכים יותר, ראוי להשתמש בציוד של מכונת גדילה בלתי מתפתלת כדי לבצע משיכה מתמשכת ומשיכת monwire מתמשכת כדי לשפר את קצב ההתארכות והשבר של ציור החוט. נכון לעכשיו, כבל הפוליאתילן המוצלב (XLPE) החליף לחלוטין את כבל נייר השמן בין רמות מתח של 1 ל-500kV. ישנם שני תהליכי יצירת מוליכים נפוצים עבור מוליכים XLPE: דחיסה מעגלית ופיתול תיל. מצד אחד, ליבת החוט יכולה למנוע את הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה בצנרת הצולבת כדי ללחוץ את חומר המיגון וחומר הבידוד שלו לתוך מרווח התיל התקוע ולגרום לבזבוז; מצד שני, זה יכול גם למנוע חדירת מים לאורך כיוון המוליך כדי להבטיח הפעלה בטוחה של הכבל. מוליך הנחושת עצמו הוא מבנה גדילה קונצנטרי, אשר מיוצר בעיקר על ידי מכונת גדילת מסגרת רגילה, מכונת גדילת מזלג וכו '. בהשוואה לתהליך הדחיסה העגול, זה יכול להבטיח את היווצרות גדילה עגולה של המוליך.

(2) תהליך ייצור בידוד כבל XLPE
לייצור כבל XLPE במתח גבוה, קישור צולב יבש (CCV) וחיבור יבש אנכי (VCV) הם שני תהליכי יצירת.

(3) תהליך שחול
מוקדם יותר, יצרני כבלים השתמשו בתהליך אקסטרוזיה משני לייצור ליבת בידוד כבלים, השלב הראשון בו-זמנית מגן מוליך שחול ושכבת בידוד, ולאחר מכן צלב ופתיל למגש הכבלים, הניח לפרק זמן ולאחר מכן שחול מגן בידוד. במהלך שנות ה-70 הופיע בליבת החוט המבודדת תהליך שחול 1+2 תלת שכבתי, המאפשר השלמת המיגון והבידוד הפנימי והחיצוני בתהליך אחד. התהליך מוציא תחילה את מגן המוליך, לאחר מרחק קצר (2~5 מ'), ולאחר מכן מוציא את מגן הבידוד ומגן הבידוד על מגן המוליך בו זמנית. עם זאת, לשתי השיטות הראשונות יש חסרונות גדולים, ולכן בסוף שנות ה-90, ספקי ציוד לייצור כבלים הציגו תהליך ייצור קו-אקסטרוזיה תלת-שכבתי, אשר הוציא סיכוך מוליכים, בידוד וסיכוך בידוד בו זמנית. לפני מספר שנים, מדינות זרות גם השיקו ראש חבית אקסטרודר חדש ועיצוב לוחית רשת מעוקלת, על ידי איזון לחץ זרימת חלל ראש הבורג כדי להקל על הצטברות החומר, להאריך את זמן הייצור המתמשך, ולהחליף את השינוי הבלתי פוסק של מפרטים של עיצוב הראש יכול גם לחסוך מאוד בעלויות זמן השבתה ולשפר את היעילות.

3. מסקנה
לרכבי אנרגיה חדשים יש סיכויי פיתוח טובים ושוק ענק, זקוקים לסדרה של מוצרי כבלים במתח גבוה עם כושר עומס גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, אפקט מיגון אלקטרומגנטי, התנגדות לכיפוף, גמישות, חיי עבודה ארוכים ועוד ביצועים מצוינים לייצור ותופסים את שׁוּק. לחומר כבלים במתח גבוה לרכב חשמלי ותהליך ההכנה שלו יש סיכויי פיתוח רחבים. רכב חשמלי אינו יכול לשפר את יעילות הייצור ולהבטיח את השימוש בבטיחות ללא כבל מתח גבוה.