مواد کابل ولتاژ بالا وسایل نقلیه الکتریکی و فرآیند آماده سازی آن

عصر جدید صنعت خودرو با انرژی های نو، ماموریت دوگانه تحول صنعتی و ارتقاء و حفاظت از محیط جوی را بر عهده دارد، که توسعه صنعتی کابل های فشار قوی و سایر لوازم جانبی مربوط به وسایل نقلیه الکتریکی را به شدت هدایت می کند و تولید کنندگان کابل و سازمان های صدور گواهینامه دارای انرژی زیادی برای تحقیق و توسعه کابل های فشار قوی برای وسایل نقلیه الکتریکی سرمایه گذاری کرد. کابل های ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی دارای الزامات عملکرد بالا در همه جنبه ها هستند و باید استاندارد RoHSb، الزامات استاندارد درجه ضد شعله UL94V-0 و عملکرد نرم را برآورده کنند. این مقاله مواد و تکنولوژی آماده سازی کابل های فشار قوی برای وسایل نقلیه الکتریکی را معرفی می کند.

1. مواد کابل ولتاژ بالا
(1) مواد هادی کابل
در حال حاضر، دو ماده اصلی لایه هادی کابل وجود دارد: مس و آلومینیوم. چند شرکت فکر می کنند که هسته آلومینیوم می تواند هزینه های تولید خود را تا حد زیادی کاهش دهد، با افزودن مس، آهن، منیزیم، سیلیکون و سایر عناصر بر اساس مواد آلومینیوم خالص، از طریق فرآیندهای خاص مانند سنتز و عملیات بازپخت، هدایت الکتریکی، خمش را بهبود بخشد. عملکرد و مقاومت در برابر خوردگی کابل، به منظور برآورده کردن الزامات ظرفیت بار یکسان، برای دستیابی به همان اثر هادی های هسته مسی یا حتی بهتر. بنابراین، هزینه تولید تا حد زیادی صرفه جویی می شود. با این حال، اکثر شرکت ها هنوز مس را به عنوان ماده اصلی لایه هادی می دانند، اول از همه، مقاومت مس کم است و سپس بیشتر عملکرد مس بهتر از آلومینیوم در همان سطح است، مانند جریان زیاد. ظرفیت حمل، افت ولتاژ کم، مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان قوی. در حال حاضر، انتخاب هادی ها به طور کلی از استاندارد ملی 6 هادی نرم استفاده می کند (ازدیاد طول سیم مسی منفرد باید بیشتر از 25٪ باشد، قطر مونوفیلامنت کمتر از 0.30 باشد) تا از نرمی و چقرمگی تک رشته مسی اطمینان حاصل شود. جدول 1 استانداردهایی را فهرست می کند که باید برای مواد رسانای مسی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند رعایت شوند.

(2) مواد لایه عایق کابل ها
محیط داخلی وسایل نقلیه الکتریکی پیچیده است، در انتخاب مواد عایق، از یک سو، برای اطمینان از استفاده ایمن از لایه عایق، از سوی دیگر، تا آنجا که ممکن است برای انتخاب مواد پردازش آسان و به طور گسترده استفاده می شود. در حال حاضر، مواد عایق رایج مورد استفاده پلی وینیل کلراید (PVC) هستند.پلی اتیلن متقاطع (XLPE)، لاستیک سیلیکون، الاستومر ترموپلاستیک (TPE) و غیره و خواص اصلی آنها در جدول 2 نشان داده شده است.
از جمله PVC حاوی سرب است، اما دستورالعمل RoHS استفاده از سرب، جیوه، کادمیوم، کروم شش ظرفیتی، دی فنیل اترهای پلی برومینه (PBDE) و بی فنیل های پلی برومینه (PBB) و سایر مواد مضر را ممنوع کرده است، بنابراین در سال های اخیر پی وی سی جایگزین شده است. XLPE، لاستیک سیلیکون، TPE و سایر مواد سازگار با محیط زیست.

(3) مواد لایه محافظ کابل
لایه محافظ به دو بخش تقسیم می شود: لایه محافظ نیمه رسانا و لایه محافظ بافته. مقاومت حجمی مواد محافظ نیمه رسانا در دمای 20 درجه سانتیگراد و 90 درجه سانتیگراد و پس از پیری یک شاخص فنی مهم برای اندازه گیری مواد محافظ است که به طور غیرمستقیم طول عمر کابل ولتاژ بالا را تعیین می کند. مواد محافظ نیمه رسانای رایج شامل لاستیک اتیلن- پروپیلن (EPR)، پلی وینیل کلراید (PVC) وپلی اتیلن (PE)مواد مبتنی بر در شرایطی که ماده خام مزیتی نداشته باشد و سطح کیفی آن در کوتاه مدت قابل ارتقا نباشد، مؤسسات تحقیقاتی علمی و تولیدکنندگان مواد کابلی بر تحقیق در مورد فناوری پردازش و نسبت فرمول مواد محافظ تمرکز می‌کنند و به دنبال نوآوری در صنعت هستند. نسبت ترکیب مواد محافظ برای بهبود عملکرد کلی کابل.

2. فرآیند آماده سازی کابل ولتاژ بالا
(1) فناوری رشته هادی
فرآیند اولیه کابل برای مدت طولانی توسعه یافته است، بنابراین مشخصات استاندارد خود را نیز در صنعت و شرکت ها وجود دارد. در فرآیند کشش سیم، با توجه به حالت باز کردن سیم تک سیم، تجهیزات رشته را می توان به دستگاه رشته بند بازکن، دستگاه رشته بند بازکن و دستگاه رشته رشته بازکن/پیچاندن تقسیم کرد. با توجه به دمای تبلور بالای هادی مسی، دما و زمان بازپخت طولانی‌تر است، مناسب است از تجهیزات ماشین رشته‌ای تاب‌پیچ برای انجام کشش مداوم و کشیدن مستمر مون وایر برای بهبود ازدیاد طول و نرخ شکست کشیدن سیم استفاده شود. در حال حاضر، کابل پلی اتیلن متقاطع (XLPE) به طور کامل جایگزین کابل کاغذ روغنی بین سطوح ولتاژ 1 تا 500 کیلوولت شده است. دو فرآیند متداول تشکیل هادی برای هادی های XLPE وجود دارد: تراکم دایره ای و پیچش سیم. از یک طرف، هسته سیم می تواند از دمای بالا و فشار بالا در خط لوله متقابل جلوگیری کند تا مواد محافظ و مواد عایق خود را به شکاف سیم رشته ای فشار دهد و باعث اتلاف شود. از سوی دیگر، همچنین می تواند از نفوذ آب در امتداد جهت هادی برای اطمینان از عملکرد ایمن کابل جلوگیری کند. هادی مسی خود یک ساختار رشته‌ای متحدالمرکز است که بیشتر توسط دستگاه رشته‌بندی قاب معمولی، دستگاه رشته‌بندی چنگالی و غیره تولید می‌شود.

(2) فرآیند تولید عایق کابل XLPE
برای تولید کابل XLPE ولتاژ بالا، اتصال عرضی خشک زنجیره ای (CCV) و اتصال متقابل خشک عمودی (VCV) دو فرآیند شکل دهی هستند.

(3) فرآیند اکستروژن
پیش از این، سازندگان کابل از یک فرآیند اکستروژن ثانویه برای تولید هسته عایق کابل استفاده می کردند، اولین مرحله در همان زمان سپر هادی اکستروژن و لایه عایق، و سپس به سینی کابل متصل می شود و برای مدتی قرار می گیرد و سپس اکستروژن می شود. سپر عایق در طول دهه 1970، یک فرآیند اکستروژن سه لایه 1 + 2 در هسته سیم عایق شده ظاهر شد، که اجازه می داد محافظ و عایق داخلی و خارجی در یک فرآیند تکمیل شود. این فرآیند ابتدا سپر هادی را پس از طی مسافتی کوتاه (2 ~ 5 متر) اکسترود می کند و سپس عایق و سپر عایق را روی سپر هادی اکسترود می کند. با این حال، دو روش اول دارای اشکالات بزرگی هستند، بنابراین در اواخر دهه 1990، تامین کنندگان تجهیزات تولید کابل یک فرآیند تولید سه لایه اکستروژن مشترک را معرفی کردند که همزمان محافظ هادی، عایق و محافظ عایق را اکسترود می کرد. چند سال پیش، کشورهای خارجی نیز با متعادل کردن فشار جریان حفره سر پیچ برای کاهش تجمع مواد، افزایش زمان تولید مداوم، جایگزینی تغییر بدون توقف مشخصات طراحی سر همچنین می تواند تا حد زیادی در هزینه های خرابی صرفه جویی کند و کارایی را بهبود بخشد.

3. نتیجه گیری
وسایل نقلیه جدید انرژی دارای چشم انداز توسعه خوب و بازار بزرگی هستند، به مجموعه ای از محصولات کابل فشار قوی با ظرفیت بار بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، اثر محافظ الکترومغناطیسی، مقاومت خمشی، انعطاف پذیری، عمر کاری طولانی و سایر عملکردهای عالی نیاز به تولید دارند و آن را اشغال می کنند. بازار مواد کابل فشار قوی وسایل نقلیه الکتریکی و فرآیند آماده سازی آن چشم انداز وسیعی برای توسعه دارد. وسیله نقلیه الکتریکی نمی تواند کارایی تولید را بهبود بخشد و استفاده از ایمنی را بدون کابل ولتاژ بالا تضمین کند.