Uuden energian autoteollisuuden uusi aikakausi kantaa kaksoistehtävää teollisessa muutoksessa sekä ilmakehän ympäristön parantamisessa ja suojelussa, mikä vauhdittaa merkittävästi sähköajoneuvojen korkeajännitekaapeleiden ja muiden niihin liittyvien lisävarusteiden teollista kehitystä. Kaapelivalmistajat ja sertifiointielimet ovat investoineet paljon energiaa sähköajoneuvojen korkeajännitekaapeleiden tutkimukseen ja kehitykseen. Sähköajoneuvojen korkeajännitekaapeleilla on korkeat suorituskykyvaatimukset kaikilta osin, ja niiden on täytettävä RoHSb-standardin, UL94V-0-palonsuojausluokan vaatimukset ja pehmeä suorituskyky. Tässä artikkelissa esitellään sähköajoneuvojen korkeajännitekaapeleiden materiaalit ja valmistustekniikka.
1. Korkeajännitekaapelin materiaali
(1) Kaapelin johdinmateriaali
Tällä hetkellä kaapelijohdinkerroksissa on kaksi päämateriaalia: kupari ja alumiini. Jotkut yritykset uskovat, että alumiinisydän voi merkittävästi alentaa tuotantokustannuksiaan lisäämällä puhtaaseen alumiinimateriaaliin kuparia, rautaa, magnesiumia, piitä ja muita alkuaineita. Erikoisprosessien, kuten synteesin ja hehkutuskäsittelyn, avulla voidaan parantaa kaapelin sähkönjohtavuutta, taivutusominaisuuksia ja korroosionkestävyyttä, jotta voidaan täyttää saman kuormituskapasiteetin vaatimukset ja saavuttaa sama tai jopa parempi vaikutus kuin kuparisydämisjohtimilla. Näin tuotantokustannukset säästyvät huomattavasti. Useimmat yritykset pitävät kuitenkin kuparia edelleen johdinkerroksen päämateriaalina. Ensinnäkin kuparin resistiivisyys on alhainen, ja sitten useimmat kuparin ominaisuudet ovat parempia kuin alumiinin samalla tasolla, kuten suuri virrankantokyky, pieni jännitehäviö, alhainen energiankulutus ja vahva luotettavuus. Tällä hetkellä johtimien valinnassa käytetään yleensä kansallista standardia 6 pehmeää johdinta (yksittäisen kuparilangan venymän on oltava yli 25 %, monofilamentin halkaisijan on oltava alle 0,30) kuparimonofilamentin pehmeyden ja sitkeyden varmistamiseksi. Taulukossa 1 luetellaan standardit, jotka yleisesti käytettyjen kuparijohdinmateriaalien on täytettävä.
(2) Kaapeleiden eristekerrosmateriaalit
Sähköajoneuvojen sisäinen ympäristö on monimutkainen. Eristysmateriaalien valinnassa on tärkeää varmistaa eristyskerroksen turvallinen käyttö ja valita mahdollisimman paljon helposti käsiteltävät ja laajalti käytetyt materiaalit. Tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä eristysmateriaaleja ovat polyvinyylikloridi (PVC),ristisilloitettu polyeteeni (XLPE), silikonikumi, termoplastinen elastomeeri (TPE) jne., ja niiden pääominaisuudet on esitetty taulukossa 2.
PVC sisältää muun muassa lyijyä, mutta RoHS-direktiivi kieltää lyijyn, elohopean, kadmiumin, kuusiarvoisen kromin, polybromidifenyylieetterien (PBDE) ja polybromidifenyylien (PBB) sekä muiden haitallisten aineiden käytön, joten viime vuosina PVC on korvattu XLPE:llä, silikonikumilla, TPE:llä ja muilla ympäristöystävällisillä materiaaleilla.
(3) Kaapelin suojakerroksen materiaali
Suojakerros on jaettu kahteen osaan: puolijohtavaan suojakerrokseen ja punottuun suojakerrokseen. Puolijohtavan suojausmateriaalin tilavuusresistiivisyys 20 °C:ssa ja 90 °C:ssa sekä vanhentamisen jälkeen on tärkeä tekninen indeksi suojausmateriaalin mittaamiseksi, mikä epäsuorasti määrittää suurjännitekaapelin käyttöiän. Yleisiä puolijohtavia suojausmateriaaleja ovat etyleeni-propeenikumi (EPR), polyvinyylikloridi (PVC) japolyeteeni (PE)pohjaisia materiaaleja. Jos raaka-aineella ei ole etua eikä laatutasoa voida parantaa lyhyellä aikavälillä, tieteelliset tutkimuslaitokset ja kaapelimateriaalien valmistajat keskittyvät suojausmateriaalin prosessointitekniikan ja koostumussuhteen tutkimukseen ja pyrkivät innovaatioihin suojausmateriaalin koostumussuhteessa parantaakseen kaapelin yleistä suorituskykyä.
2. Korkeajännitekaapelin valmistusprosessi
(1) Johdinsäikeiden tekniikka
Kaapelin perusprosessia on kehitetty pitkään, joten teollisuudella ja yrityksillä on myös omat standardimääritelmänsä. Langanvetoprosessissa yksittäisen johtimen purkamistavan mukaan säikeiden vetämiseen käytettävät laitteet voidaan jakaa purkauskoneeseen, purkauskoneeseen ja purkamis-/purkukoneeseen. Kuparijohtimen korkean kiteytymislämpötilan ja pidemmän hehkutuslämpötilan sekä -ajan vuoksi on tarkoituksenmukaista käyttää purkauskonetta jatkuvaan vetämiseen ja yksittäisten johtimien jatkuvaan vetämiseen langanveton venymän ja murtumisnopeuden parantamiseksi. Tällä hetkellä ristisilloitettu polyeteenikaapeli (XLPE) on täysin korvannut öljypaperikaapelin 1–500 kV:n jännitetasoilla. XLPE-johtimille on kaksi yleistä johtimenmuodostusprosessia: pyöreä tiivistys ja langan kiertäminen. Toisaalta langan ydin voi välttää ristisilloitetun putkilinjan korkean lämpötilan ja korkean paineen, jolloin sen suojausmateriaali ja eristysmateriaali puristuvat säikeiden rakoon ja aiheuttavat jätettä; Toisaalta se voi myös estää veden tunkeutumisen johtimen suuntaan varmistaakseen kaapelin turvallisen käytön. Kuparijohdin itsessään on samankeskinen säikeisrakenne, joka valmistetaan enimmäkseen tavallisella kehyssäikeiskoneella, haarukkasäikeiskoneella jne. Pyöreään tiivistysprosessiin verrattuna se voi varmistaa johtimen säikeisyyden pyöreän muodon.
(2) XLPE-kaapelieristeen tuotantoprosessi
Korkeajännitteisen XLPE-kaapelin tuotannossa käytetään kaksi muovausprosessia: kuivaa ristisilloitusta (CCV) ja vertikaalia kuivaa ristisilloitusta (VCV).
(3) Ekstruusioprosessi
Aiemmin kaapelivalmistajat käyttivät toissijaista ekstruusioprosessia kaapelin eristysytimen valmistukseen. Ensimmäisessä vaiheessa johtimen suoja ja eristekerros ekstrudoitiin, minkä jälkeen ne ristisilloitettuina kierrettiin kaapelihyllylle, asetettiin tietyksi ajaksi ja sitten eristyssuoja ekstrudoitiin. 1970-luvulla eristetyn johtimen ytimeen ilmestyi 1+2-kolmikerroksinen ekstruusioprosessi, jonka avulla sisäinen ja ulkoinen suojaus ja eristys voitiin suorittaa yhdessä prosessissa. Prosessissa ensin ekstrudoidaan johtimen suoja lyhyen matkan (2–5 m) jälkeen ja sitten eristys ja eristyssuoja ekstrudoidaan johtimen suojalle samanaikaisesti. Kahdella ensimmäisellä menetelmällä on kuitenkin suuria haittoja, joten 1990-luvun lopulla kaapelintuotantolaitteiden toimittajat ottivat käyttöön kolmikerroksisen koekstruusiotuotantoprosessin, jossa johtimen suojaus, eristys ja eristyssuoja ekstrudoidaan samanaikaisesti. Muutama vuosi sitten ulkomaat lanseerasivat myös uuden ekstruuderin tynnyrinpään ja kaarevan verkkolevyn suunnittelun, jossa ruuvinpään ontelon virtauspaineen tasapainottaminen lievittää materiaalin kertymistä, pidentää jatkuvaa tuotantoaikaa ja korvaa pään suunnittelun jatkuvan spesifikaatioiden muutoksen, mikä voi myös säästää huomattavasti seisokkikustannuksia ja parantaa tehokkuutta.
3. Johtopäätös
Uusilla energianlähteillä on hyvät kehitysnäkymät ja valtavat markkinat. Tarvitaan useita korkeajännitekaapelituotteita, joilla on suuri kuormituskapasiteetti, korkea lämmönkestävyys, sähkömagneettinen suojausvaikutus, taivutuskestävyys, joustavuus, pitkä käyttöikä ja muut erinomaiset ominaisuudet tuotantoon ja markkinoille. Sähköajoneuvojen korkeajännitekaapelimateriaalilla ja sen valmistusprosessilla on laajat kehitysnäkymät. Sähköajoneuvo ei voi parantaa tuotannon tehokkuutta ja varmistaa käytön turvallisuutta ilman korkeajännitekaapelia.
Julkaisun aika: 23. elokuuta 2024