Novo doba automobilske industrije s novom energijom nosi dvostruku misiju industrijske transformacije i modernizacije te zaštite atmosferskog okoliša, što uvelike potiče industrijski razvoj visokonaponskih kabela i ostalog srodnog pribora za električna vozila, a proizvođači kabela i certifikacijska tijela uložili su mnogo energije u istraživanje i razvoj visokonaponskih kabela za električna vozila. Visokonaponski kabeli za električna vozila imaju visoke zahtjeve performansi u svim aspektima i trebali bi ispunjavati standard RoHSb, standard UL94V-0 za usporavanje plamena i meke performanse. Ovaj rad predstavlja materijale i tehnologiju pripreme visokonaponskih kabela za električna vozila.
1. Materijal visokonaponskog kabela
(1) Materijal vodiča kabela
Trenutno postoje dva glavna materijala za sloj kabelskog vodiča: bakar i aluminij. Nekoliko tvrtki smatra da aluminijska jezgra može uvelike smanjiti troškove proizvodnje. Dodavanjem bakra, željeza, magnezija, silicija i drugih elemenata na bazi čistog aluminija, posebnim postupcima poput sinteze i žarenja, poboljšava se električna vodljivost, svojstva savijanja i otpornost kabela na koroziju, kako bi se zadovoljili zahtjevi iste nosivosti i postigao isti učinak kao i kod bakrenih jezgrenih vodiča ili čak i bolji. Na taj način se uvelike smanjuju troškovi proizvodnje. Međutim, većina poduzeća i dalje smatra bakar glavnim materijalom za sloj vodiča. Prije svega, otpor bakra je nizak, a zatim su većina performansi bakra bolje od aluminija na istoj razini, kao što su velika nosivost struje, mali gubitak napona, niska potrošnja energije i velika pouzdanost. Trenutno se za odabir vodiča općenito koristi nacionalni standard 6 mekih vodiča (izduženje jedne bakrene žice mora biti veće od 25%, promjer monofilamenta manji od 0,30) kako bi se osigurala mekoća i žilavost bakrenog monofilamenta. Tablica 1 navodi standarde koje moraju ispunjavati uobičajeno korišteni materijali bakrenih vodiča.
(2) Materijali izolacijskog sloja kabela
Unutarnje okruženje električnih vozila je složeno, pri odabiru izolacijskih materijala, s jedne strane, osigurava se sigurna upotreba izolacijskog sloja, a s druge strane, koliko je to moguće, treba odabrati jednostavne za obradu i široko korištene materijale. Trenutno se najčešće korišteni izolacijski materijali smatraju polivinilkloridom (PVC),umreženi polietilen (XLPE), silikonska guma, termoplastični elastomer (TPE) itd., a njihova glavna svojstva prikazana su u Tablici 2.
Među njima, PVC sadrži olovo, ali RoHS direktiva zabranjuje upotrebu olova, žive, kadmija, heksvalentnog kroma, polibromiranih difenil etera (PBDE) i polibromiranih bifenila (PBB) te drugih štetnih tvari, pa je PVC posljednjih godina zamijenjen XLPE-om, silikonskom gumom, TPE-om i drugim ekološki prihvatljivim materijalima.
(3) Materijal sloja za zaštitu kabela
Zaštitni sloj podijeljen je na dva dijela: poluvodljivi zaštitni sloj i pleteni zaštitni sloj. Volumenski otpor poluvodljivog zaštitnog materijala na 20 °C i 90 °C te nakon starenja važan je tehnički pokazatelj za mjerenje zaštitnog materijala, koji neizravno određuje vijek trajanja visokonaponskog kabela. Uobičajeni poluvodljivi zaštitni materijali uključuju etilen-propilen gumu (EPR), polivinilklorid (PVC) ipolietilen (PE)materijala na bazi. U slučaju da sirovina nema prednosti i razina kvalitete ne može se poboljšati u kratkom roku, znanstveno-istraživačke institucije i proizvođači kabelskih materijala usredotočuju se na istraživanje tehnologije obrade i omjera formule zaštitnog materijala te traže inovacije u omjeru sastava zaštitnog materijala kako bi poboljšali ukupne performanse kabela.
2. Postupak pripreme visokonaponskog kabela
(1) Tehnologija žica vodiča
Osnovni proces izrade kabela razvijan je već dugo vremena, tako da postoje i vlastite standardne specifikacije u industriji i poduzećima. U procesu izvlačenja žice, prema načinu odmotavanja pojedinačne žice, oprema za upredanje može se podijeliti na stroj za odmotavanje upredanja, stroj za odmotavanje upredanja i stroj za odmotavanje/odmotavanje upredanja. Zbog visoke temperature kristalizacije bakrenog vodiča, temperature i vremena žarenja su dulji, pa je prikladno koristiti stroj za odmotavanje upredanja za kontinuirano izvlačenje i kontinuirano izvlačenje žice kako bi se poboljšalo istezanje i brzina loma uvlačenja žice. Trenutno je umreženi polietilenski kabel (XLPE) u potpunosti zamijenio uljno-papirnati kabel između naponskih razina od 1 do 500 kV. Postoje dva uobičajena postupka oblikovanja vodiča za XLPE vodiče: kružno zbijanje i uvijanje žice. S jedne strane, jezgra žice može izbjeći visoku temperaturu i visoki tlak u umreženom cjevovodu kako bi se njegov zaštitni materijal i izolacijski materijal utisnuli u razmak upredene žice i uzrokovali otpad; S druge strane, također može spriječiti prodiranje vode duž smjera vodiča kako bi se osigurao siguran rad kabela. Sam bakreni vodič je koncentrična struktura navoja, koja se uglavnom proizvodi običnim strojem za okvirno navoje, strojem za viličasto navoje itd. U usporedbi s postupkom kružnog zbijanja, može osigurati okruglo formiranje navoja vodiča.
(2) Proizvodni proces izolacije XLPE kabela
Za proizvodnju visokonaponskog XLPE kabela, dva su procesa oblikovanja suho umrežavanje lančanice (CCV) i vertikalno suho umrežavanje (VCV).
(3) Postupak ekstruzije
Ranije su proizvođači kabela koristili sekundarni postupak ekstruzije za proizvodnju izolacijske jezgre kabela, pri čemu je prvi korak istovremeno ekstrudirao štit vodiča i izolacijski sloj, a zatim se umrežavao i namotavao na kabelsku policu, postavljao na određeno vrijeme, a zatim ekstrudirao izolacijski štit. Tijekom 1970-ih pojavio se 1+2 troslojni postupak ekstruzije u izoliranoj jezgri žice, što je omogućilo da se unutarnja i vanjska zaštita i izolacija dovrše u jednom procesu. Postupak prvo ekstrudira štit vodiča, nakon kratke udaljenosti (2~5 m), a zatim istovremeno ekstrudira izolaciju i izolacijski štit na štit vodiča. Međutim, prve dvije metode imaju velike nedostatke, pa su krajem 1990-ih dobavljači opreme za proizvodnju kabela uveli troslojni proizvodni postupak koekstruzije, u kojem se istovremeno ekstrudira zaštita vodiča, izolacija i izolacijski štit. Prije nekoliko godina, strane zemlje su također lansirale novi dizajn glave ekstrudera i zakrivljene mrežaste ploče, balansirajući tlak protoka u šupljini glave vijka kako bi se ublažilo nakupljanje materijala, produžilo vrijeme kontinuirane proizvodnje, zamjenjujući neprestanu promjenu specifikacija dizajna glave, što također može uvelike uštedjeti troškove zastoja i poboljšati učinkovitost.
3. Zaključak
Vozila na novu energiju imaju dobre razvojne izglede i ogromno tržište, te im je potrebna serija visokonaponskih kabelskih proizvoda s visokom nosivošću, otpornošću na visoke temperature, elektromagnetskim oklopom, otpornošću na savijanje, fleksibilnošću, dugim vijekom trajanja i drugim izvrsnim performansama za proizvodnju i zauzimanje tržišta. Materijali za visokonaponske kabele za električna vozila i procesi njihove pripreme imaju široke razvojne izglede. Električno vozilo ne može poboljšati učinkovitost proizvodnje i osigurati sigurnost korištenja bez visokonaponskog kabela.
Vrijeme objave: 23. kolovoza 2024.