عصر جدید صنعت خودرو با انرژی‌های نو، ماموریت دوگانه تحول صنعتی و ارتقاء و حفاظت از محیط زیست جوی را بر عهده دارد که به طور قابل توجهی توسعه صنعتی کابل‌های ولتاژ بالا و سایر لوازم جانبی مرتبط برای وسایل نقلیه الکتریکی را هدایت می‌کند و تولیدکنندگان کابل و نهادهای صدور گواهینامه، انرژی زیادی را در تحقیق و توسعه کابل‌های ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی سرمایه‌گذاری کرده‌اند. کابل‌های ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی از همه نظر الزامات عملکرد بالایی دارند و باید الزامات استاندارد RoHSb، استاندارد UL94V-0 با درجه بازدارندگی شعله و عملکرد نرم را برآورده کنند. این مقاله به معرفی مواد و فناوری آماده‌سازی کابل‌های ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی می‌پردازد.
۱. جنس کابل ولتاژ بالا
(1) جنس هادی کابل
در حال حاضر، دو ماده اصلی برای لایه هادی کابل وجود دارد: مس و آلومینیوم. تعداد کمی از شرکت‌ها فکر می‌کنند که هسته آلومینیوم می‌تواند هزینه‌های تولید آنها را تا حد زیادی کاهش دهد، با افزودن مس، آهن، منیزیم، سیلیکون و سایر عناصر بر اساس مواد آلومینیومی خالص، از طریق فرآیندهای ویژه مانند سنتز و عملیات حرارتی، رسانایی الکتریکی، عملکرد خمشی و مقاومت در برابر خوردگی کابل را بهبود می‌بخشد تا الزامات ظرفیت بار مشابه را برآورده کند و به همان اثر هادی‌های هسته مسی یا حتی بهتر دست یابد. بنابراین، هزینه تولید تا حد زیادی صرفه‌جویی می‌شود. با این حال، اکثر شرکت‌ها هنوز مس را به عنوان ماده اصلی لایه هادی می‌دانند، اول از همه، مقاومت ویژه مس کم است و سپس بیشتر عملکرد مس در همان سطح بهتر از آلومینیوم است، مانند ظرفیت حمل جریان زیاد، افت ولتاژ کم، مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان قوی. در حال حاضر، در انتخاب هادی‌ها معمولاً از هادی‌های نرم استاندارد ملی 6 استفاده می‌شود (افزایش طول سیم مسی تکی باید بیشتر از 25٪ باشد، قطر تک رشته کمتر از 0.30 است) تا نرمی و چقرمگی تک رشته مسی تضمین شود. جدول 1 استانداردهایی را که باید برای مواد هادی مسی رایج رعایت شوند، فهرست می‌کند.
(2) مواد لایه عایق کابل‌ها
محیط داخلی خودروهای الکتریکی پیچیده است، در انتخاب مواد عایق، از یک سو، برای اطمینان از استفاده ایمن از لایه عایق، از سوی دیگر، تا حد امکان موادی با پردازش آسان و پرکاربرد انتخاب می‌شوند. در حال حاضر، مواد عایق رایج عبارتند از پلی وینیل کلرید (PVC)،پلی اتیلن شبکه ای (XLPE)، لاستیک سیلیکونی، الاستومر ترموپلاستیک (TPE) و غیره، و خواص اصلی آنها در جدول 2 نشان داده شده است.
در میان آنها، PVC حاوی سرب است، اما دستورالعمل RoHS استفاده از سرب، جیوه، کادمیوم، کروم شش ظرفیتی، اتر دی فنیل پلی برومینه (PBDE) و بی فنیل های پلی برومینه (PBB) و سایر مواد مضر را ممنوع کرده است، بنابراین در سال های اخیر PVC با XLPE، لاستیک سیلیکون، TPE و سایر مواد سازگار با محیط زیست جایگزین شده است.
(3) جنس لایه محافظ کابل
لایه محافظ به دو بخش تقسیم می‌شود: لایه محافظ نیمه رسانا و لایه محافظ بافته شده. مقاومت حجمی ماده محافظ نیمه رسانا در دمای 20 درجه سانتیگراد و 90 درجه سانتیگراد و پس از فرسودگی، یک شاخص فنی مهم برای اندازه‌گیری ماده محافظ است که به طور غیرمستقیم عمر مفید کابل ولتاژ بالا را تعیین می‌کند. مواد محافظ نیمه رسانای رایج شامل لاستیک اتیلن-پروپیلن (EPR)، پلی وینیل کلرید (PVC) وپلی اتیلن (PE)مواد پایه. در صورتی که ماده اولیه هیچ مزیتی نداشته باشد و سطح کیفیت در کوتاه مدت قابل بهبود نباشد، موسسات تحقیقاتی علمی و تولیدکنندگان مواد کابل بر تحقیق در مورد فناوری پردازش و نسبت فرمول ماده محافظ تمرکز می‌کنند و به دنبال نوآوری در نسبت ترکیب ماده محافظ برای بهبود عملکرد کلی کابل هستند.
۲. فرآیند آماده‌سازی کابل ولتاژ بالا
(1) فناوری رشته هادی
فرآیند اساسی کابل مدت‌هاست که توسعه یافته است، بنابراین مشخصات استاندارد خاص خود را نیز در صنعت و شرکت‌ها وجود دارد. در فرآیند کشش سیم، با توجه به حالت باز کردن پیچش سیم تکی، تجهیزات رشته‌سازی را می‌توان به دستگاه رشته‌سازی باز کردن پیچش، دستگاه رشته‌سازی باز کردن پیچش و دستگاه رشته‌سازی باز کردن پیچش/باز کردن پیچش تقسیم کرد. با توجه به دمای بالای تبلور هادی مسی، دمای پخت و زمان آن طولانی‌تر است، استفاده از تجهیزات دستگاه رشته‌سازی باز کردن پیچش برای انجام کشش مداوم و کشش مداوم سیم‌های تکی مناسب است تا میزان کشیدگی و شکستگی کشش سیم بهبود یابد. 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 رایج تشکیل هادی برای هادی‌های XLPE وجود دارد: تراکم دایره‌ای و پیچش سیم. از یک طرف، هسته سیم می‌تواند از دما و فشار بالا در خط لوله متقاطع جلوگیری کند تا مواد محافظ و عایق آن به داخل شکاف سیم رشته‌ای فشرده شده و باعث اتلاف شود. از طرف دیگر، می‌تواند از نفوذ آب در امتداد جهت هادی نیز جلوگیری کند تا عملکرد ایمن کابل تضمین شود. خود هادی مسی یک ساختار رشته‌ای متحدالمرکز است که عمدتاً توسط دستگاه رشته‌ای قاب معمولی، دستگاه رشته‌ای چنگالی و غیره تولید می‌شود. در مقایسه با فرآیند فشرده‌سازی دایره‌ای، می‌تواند شکل‌گیری رشته‌ای هادی را تضمین کند.
(2) فرآیند تولید عایق کابل XLPE
برای تولید کابل XLPE ولتاژ بالا، دو فرآیند شکل‌دهی وجود دارد: اتصال عرضی خشک زنجیری (CCV) و اتصال عرضی خشک عمودی (VCV).
(3) فرآیند اکستروژن
پیش از این، تولیدکنندگان کابل از یک فرآیند اکستروژن ثانویه برای تولید هسته عایق کابل استفاده می‌کردند، در مرحله اول، همزمان سپر هادی اکستروژن و لایه عایق قرار می‌گرفت و سپس به صورت متقاطع به سینی کابل پیچیده می‌شد، برای مدتی قرار می‌گرفت و سپس سپر عایق اکستروژن می‌شد. در طول دهه 1970، یک فرآیند اکستروژن سه لایه 1+2 در هسته سیم عایق ظاهر شد که امکان تکمیل سپر و عایق داخلی و خارجی را در یک فرآیند واحد فراهم می‌کرد. این فرآیند ابتدا سپر هادی را پس از طی مسافت کوتاهی (2 تا 5 متر) اکسترود می‌کند و سپس عایق و سپر عایق را همزمان روی سپر هادی اکسترود می‌کند. با این حال، دو روش اول دارای معایب بزرگی هستند، بنابراین در اواخر دهه 1990، تأمین‌کنندگان تجهیزات تولید کابل یک فرآیند تولید کو-اکستروژن سه لایه را معرفی کردند که سپر هادی، عایق و سپر عایق را همزمان اکسترود می‌کرد. چند سال پیش، کشورهای خارجی نیز یک طراحی جدید از سر بشکه‌ای اکسترودر و صفحه مشبک منحنی را راه‌اندازی کردند که با متعادل کردن فشار جریان حفره سر پیچ برای کاهش تجمع مواد، افزایش زمان تولید مداوم و جایگزینی تغییر مداوم مشخصات طراحی سر، می‌تواند هزینه‌های خرابی را تا حد زیادی کاهش داده و کارایی را بهبود بخشد.
۳. نتیجه‌گیری
خودروهای انرژی نو چشم‌انداز توسعه خوبی دارند و بازار بزرگی را به خود اختصاص داده‌اند. برای تولید و اشغال بازار، به مجموعه‌ای از محصولات کابل ولتاژ بالا با ظرفیت بار بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، اثر محافظتی الکترومغناطیسی، مقاومت خمشی، انعطاف‌پذیری، عمر طولانی و سایر عملکردهای عالی نیاز دارند. مواد کابل ولتاژ بالای خودروهای برقی و فرآیند آماده‌سازی آن، چشم‌انداز وسیعی برای توسعه دارند. خودروهای برقی بدون کابل ولتاژ بالا نمی‌توانند راندمان تولید را بهبود بخشند و ایمنی استفاده را تضمین کنند.
زمان ارسال: ۲۳ آگوست ۲۰۲۴