Нова ера автомобільної промисловості нової енергії виконує подвійну місію промислової трансформації, модернізації та захисту атмосферного середовища, що значною мірою стимулює промисловий розвиток високовольтних кабелів та інших супутніх аксесуарів для електромобілів, а виробники кабелів та органи сертифікації інвестували багато енергії в дослідження та розробку високовольтних кабелів для електромобілів. Високовольтні кабелі для електромобілів мають високі вимоги до експлуатаційних характеристик у всіх аспектах і повинні відповідати стандарту RoHSb, вимогам стандарту UL94V-0 класу вогнестійкості та м'яким характеристикам. У цій статті представлено матеріали та технологію виготовлення високовольтних кабелів для електромобілів.
1. Матеріал високовольтного кабелю
(1) Матеріал провідника кабелю
Наразі існує два основних матеріали для виготовлення провідного шару кабелю: мідь та алюміній. Деякі компанії вважають, що алюмінієвий сердечник може значно знизити їхні виробничі витрати. Додавання міді, заліза, магнію, кремнію та інших елементів на основі чистого алюмінію за допомогою спеціальних процесів, таких як синтез та відпал, покращує електропровідність, стійкість до згинання та корозійну стійкість кабелю, щоб задовольнити вимоги щодо вантажопідйомності та досягти того ж ефекту, що й мідні провідники, або навіть кращого. Таким чином, виробничі витрати значно знижуються. Однак більшість підприємств все ще вважають мідь основним матеріалом провідного шару, по-перше, питомий опір міді низький, а по-друге, більшість характеристик міді перевершують алюміній на тому ж рівні, такі як велика струмопровідна здатність, низькі втрати напруги, низьке енергоспоживання та висока надійність. Наразі для вибору провідників зазвичай використовується національний стандарт 6 м'яких провідників (подовження одного мідного дроту має бути більше 25%, діаметр моноволокна менше 0,30), щоб забезпечити м'якість та міцність мідного моноволокна. У таблиці 1 наведено стандарти, яким повинні відповідати поширені матеріали для мідних провідників.
(2) Матеріали ізоляційного шару кабелів
Внутрішнє середовище електромобілів є складним, тому при виборі ізоляційних матеріалів, з одного боку, необхідно забезпечити безпечне використання ізоляційного шару, а з іншого боку, максимально обирати прості в обробці та широко використовувані матеріали. Наразі найпоширенішими ізоляційними матеріалами є полівінілхлорид (ПВХ),зшитий поліетилен (XLPE), силіконова гума, термопластичний еластомер (ТПЕ) тощо, а їх основні властивості наведено в таблиці 2.
Серед них ПВХ містить свинець, але Директива RoHS забороняє використання свинцю, ртуті, кадмію, шестивалентного хрому, полібромованих дифенілових ефірів (ПБДЕ) та полібромованих біфенілів (ПББ) та інших шкідливих речовин, тому в останні роки ПВХ був замінений XLPE, силіконовою гумою, TPE та іншими екологічно чистими матеріалами.
(3) Матеріал шару екранування кабелю
Екрануючий шар поділяється на дві частини: напівпровідниковий захисний шар та плетений захисний шар. Об'ємний опір напівпровідникового захисного матеріалу при 20°C та 90°C, а також після старіння є важливим технічним показником для вимірювання захисного матеріалу, який опосередковано визначає термін служби високовольтного кабелю. До поширених напівпровідникових захисних матеріалів належать етиленпропіленовий каучук (EPR), полівінілхлорид (ПВХ) таполіетилен (ПЕ)матеріали на основі. У випадку, якщо сировина не має переваг, а рівень якості не може бути покращений у короткостроковій перспективі, науково-дослідні установи та виробники кабельних матеріалів зосереджуються на дослідженні технології обробки та співвідношення формул захисного матеріалу, а також шукають інновації у співвідношенні складу захисного матеріалу для покращення загальних характеристик кабелю.
2. Процес підготовки високовольтного кабелю
(1) Технологія дротяних жилок
Основний процес виробництва кабелів розроблявся протягом тривалого часу, тому в промисловості та на підприємствах також існують власні стандарти. У процесі волочіння дроту, залежно від режиму розкручування окремого дроту, обладнання для скручування можна розділити на машину для розкручування, машину для розкручування та машину для розкручування/розкручування. Через високу температуру кристалізації мідного провідника, температуру та час відпалу, доцільно використовувати обладнання для розкручування для безперервного витягування та безперервного витягування одного дроту, щоб покращити видовження та швидкість розриву волочіння дроту. Наразі кабель із зшитого поліетилену (XLPE) повністю замінив паперовий кабель на напругу від 1 до 500 кВ. Існує два поширених процеси формування провідників із XLPE: кругове ущільнення та скручування дроту. З одного боку, серцевина дроту може уникнути високої температури та високого тиску в зшитому трубопроводі, що призводить до вдавлювання захисного та ізоляційного матеріалу в зазор між багатожильними дротами та утворення відходів; З іншого боку, це також може запобігти проникненню води вздовж напрямку провідника, забезпечуючи безпечну експлуатацію кабелю. Сам мідний провідник має концентричну структуру звивки, яка здебільшого виготовляється за допомогою звичайної рамної скручувальної машини, вилкової скручувальної машини тощо. Порівняно з процесом кругового ущільнення, це може забезпечити кругле формування скручення провідника.
(2) Процес виробництва ізоляції кабелів XLPE
Для виробництва високовольтного кабелю XLPE використовуються два процеси формування: сухе зшивання контактної мережі (CCV) та вертикальне сухе зшивання (VCV).
(3) Процес екструзії
Раніше виробники кабелів використовували процес вторинної екструзії для виробництва ізоляційного осердя кабелю, перший крок - одночасно екструзія екрану провідника та ізоляційного шару, а потім зшивання та намотування на кабельний лоток, розміщення на певний час, а потім екструзія ізоляційного екрану. У 1970-х роках з'явився тришаровий процес екструзії 1+2 для ізольованого дротяного осердя, що дозволило виконати внутрішнє та зовнішнє екранування та ізоляцію за один процес. Спочатку процес передбачає екструзію екрану провідника, потім через коротку відстань (2~5 м) - екструзію ізоляції та ізоляційного екрану на екран провідника одночасно. Однак перші два методи мають значні недоліки, тому наприкінці 1990-х років постачальники обладнання для виробництва кабелів запровадили тришаровий процес коекструзії, який передбачає одночасно екструзію екрану провідника, ізоляції та ізоляційного екрану. Кілька років тому зарубіжні країни також запровадили нову конструкцію головки екструдера та вигнутої сітчастої пластини. Завдяки балансуванню тиску потоку в порожнині гвинтової головки, полегшується накопичення матеріалу, збільшується час безперервного виробництва, а заміна безперервної зміни специфікацій конструкції головки також може значно заощадити витрати на простої та підвищити ефективність.
3. Висновок
Нові енергетичні транспортні засоби мають хороші перспективи розвитку та величезний ринок, потребують серії високовольтних кабельних виробів з високою вантажопідйомністю, стійкістю до високих температур, електромагнітним екрануванням, стійкістю до вигину, гнучкістю, тривалим терміном служби та іншими чудовими характеристиками для виробництва та зайняття ринку. Матеріали для високовольтних кабелів для електромобілів та процес їх підготовки мають широкі перспективи розвитку. Електромобіль не може підвищити ефективність виробництва та забезпечити безпеку використання без високовольтного кабелю.
Час публікації: 23 серпня 2024 р.