Materiál vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla a proces jejich přípravy

Nová éra automobilového průmyslu s novou energií nese dvojí poslání průmyslové transformace a modernizace a ochrany atmosférického prostředí, což výrazně pohání průmyslový rozvoj vysokonapěťových kabelů a dalšího souvisejícího příslušenství pro elektrická vozidla. Výrobci kabelů a certifikační orgány investují mnoho energie do výzkumu a vývoje vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla. Vysokonapěťové kabely pro elektrická vozidla mají ve všech ohledech vysoké výkonnostní požadavky a měly by splňovat normu RoHSb, normu UL94V-0 pro zpomalování hoření a měkké vlastnosti. Tento článek představuje materiály a technologii přípravy vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla.

1. Materiál vysokonapěťového kabelu
(1) Materiál vodiče kabelu
V současné době existují dva hlavní materiály pro výrobu vodivé vrstvy kabelů: měď a hliník. Některé společnosti se domnívají, že hliníkové jádro může výrazně snížit jejich výrobní náklady. Přidáním mědi, železa, hořčíku, křemíku a dalších prvků na bázi čistého hliníku se pomocí speciálních procesů, jako je syntéza a žíhání, zlepší elektrická vodivost, ohybové vlastnosti a odolnost kabelu proti korozi, aby se splnily požadavky na stejnou nosnost a dosáhlo se stejného nebo i lepšího účinku jako u měděných vodičů. Tím se výrazně ušetří výrobní náklady. Většina podniků však stále považuje měď za hlavní materiál vodivé vrstvy. V první řadě má měď nízký odpor a ve srovnání s hliníkem má lepší vlastnosti, jako je velká proudová únosnost, nízké ztráty napětí, nízká spotřeba energie a vysoká spolehlivost. V současné době se při výběru vodičů obecně používá národní norma 6 pro měkké vodiče (prodloužení jednoho měděného drátu musí být větší než 25 %, průměr monofilu musí být menší než 0,30 m), aby se zajistila měkkost a houževnatost měděného monofilu. Tabulka 1 uvádí normy, které musí být splněny pro běžně používané materiály měděných vodičů.

(2) Materiály izolačních vrstev kabelů
Vnitřní prostředí elektrických vozidel je složité. Při výběru izolačních materiálů je třeba jednak zajistit bezpečné používání izolační vrstvy a jednak zvolit co nejvíce snadno zpracovatelné a široce používané materiály. V současné době se běžně používanými izolačními materiály stává polyvinylchlorid (PVC).zesítěný polyethylen (XLPE), silikonový kaučuk, termoplastický elastomer (TPE) atd. a jejich hlavní vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 2.
Mezi nimi PVC obsahuje olovo, ale směrnice RoHS zakazuje používání olova, rtuti, kadmia, šestimocného chromu, polybromovaných difenyletherů (PBDE) a polybromovaných bifenylů (PBB) a dalších škodlivých látek, takže v posledních letech bylo PVC nahrazeno XLPE, silikonovým kaučukem, TPE a dalšími ekologickými materiály.

(3) Materiál stínicí vrstvy kabelu
Stínicí vrstva je rozdělena na dvě části: polovodivou stínicí vrstvu a opletenou stínicí vrstvu. Objemový odpor polovodivého stínicího materiálu při 20 °C a 90 °C a po stárnutí je důležitým technickým ukazatelem pro měření stínicího materiálu, který nepřímo určuje životnost vysokonapěťového kabelu. Mezi běžné polovodivé stínicí materiály patří ethylen-propylenový kaučuk (EPR), polyvinylchlorid (PVC) apolyethylen (PE)materiály na bázi zinku. V případě, že surovina nemá žádnou výhodu a úroveň kvality nelze v krátkodobém horizontu zlepšit, vědeckovýzkumné instituce a výrobci kabelových materiálů se zaměřují na výzkum technologie zpracování a poměru složení stínicího materiálu a hledají inovace ve složení stínicího materiálu pro zlepšení celkového výkonu kabelu.

2. Proces přípravy kabelů vysokého napětí
(1) Technologie s lankem vodiče
Základní proces výroby kabelů byl vyvinut po dlouhou dobu, takže v průmyslu a podnicích existují i ​​vlastní standardní specifikace. V procesu tažení drátu lze podle způsobu odvíjení jednotlivého drátu rozdělit zařízení na odvíjecí splétací stroj, odvíjecí splétací stroj a odvíjecí/rozvíjecí splétací stroj. Vzhledem k vysoké teplotě krystalizace měděného vodiče, delší teplotě a době žíhání je vhodné používat odvíjecí splétací stroj k provádění kontinuálního tažení a kontinuálního tažení drátu, aby se zlepšilo prodloužení a rychlost lomu taženého drátu. V současné době síťovaný polyethylenový kabel (XLPE) zcela nahradil papírový kabel mezi napěťovými hladinami 1 a 500 kV. Existují dva běžné procesy tvarování vodičů z XLPE: kruhové zhutňování a kroucení drátu. Na jedné straně se jádro drátu vyhne vysoké teplotě a vysokému tlaku v zesítěném potrubí, které by mohly vtlačit jeho stínící a izolační materiál do mezery mezi splétanými dráty a způsobit plýtvání; Na druhou stranu může také zabránit pronikání vody podél směru vodiče, čímž je zajištěn bezpečný provoz kabelu. Měděný vodič sám o sobě má soustřednou strukturu splétání, která se většinou vyrábí běžnými rámovými splétacími stroji, vidlicovými splétacími stroji atd. Ve srovnání s kruhovým hutněním může zajistit kruhový tvar splétání vodiče.

(2) Výrobní proces izolace kabelů z XLPE
Pro výrobu vysokonapěťových kabelů XLPE se používají dva tvářecí procesy: suché zesítění v trolejovém řetězci (CCV) a vertikální suché zesítění (VCV).

(3) Proces extruze
Dříve výrobci kabelů používali k výrobě izolačního jádra kabelu proces sekundární extruze, kdy se v prvním kroku současně extrudovalo stínění vodiče a izolační vrstva, poté se zesíťovalo a navíjelo na kabelový žlab, umístilo se na určitou dobu a následně se extrudovalo izolační stínění. V 70. letech 20. století se objevil proces třívrstvé extruze izolovaného jádra drátu 1+2, který umožňoval dokončení vnitřního a vnějšího stínění a izolace v jednom procesu. Proces nejprve extruduje stínění vodiče, po krátké vzdálenosti (2~5 m) a poté se na stínění vodiče současně extruduje izolace a izolační stínění. První dvě metody však mají velké nevýhody, proto koncem 90. let 20. století dodavatelé zařízení pro výrobu kabelů zavedli proces třívrstvé koextruze, kdy se současně extrudovalo stínění vodiče, izolace a izolační stínění. Před několika lety také zahraniční země uvedly na trh novou konstrukci hlavy extruderu a zakřivené síťové desky. Vyrovnáváním tlaku proudění v dutině šroubové hlavy se zmírňuje hromadění materiálu, prodlužuje se nepřetržitá doba výroby a nahrazuje se neustálá změna specifikací konstrukce hlavy, což může také výrazně ušetřit náklady na prostoje a zvýšit efektivitu.

3. Závěr
Vozidla s novou energií mají dobré vyhlídky na rozvoj a obrovský trh. Vyžadují řadu vysokonapěťových kabelových produktů s vysokou nosností, odolností proti vysokým teplotám, elektromagnetickým stíněním, odolností proti ohybu, flexibilitou, dlouhou životností a dalšími vynikajícími vlastnostmi, které by se dostaly do výroby a obsadily trh. Materiál vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla a proces jejich přípravy mají široké vyhlídky na rozvoj. Bez vysokonapěťového kabelu nelze zlepšit efektivitu výroby ani zajistit bezpečnost používání elektrického vozidla.