Новая эра автомобилестроения на новых источниках энергии ставит перед собой двойную задачу: трансформацию промышленности, модернизацию и защиту атмосферы, что в значительной степени стимулирует развитие промышленности высоковольтных кабелей и других сопутствующих аксессуаров для электромобилей. Производители кабелей и органы сертификации вкладывают значительные средства в исследования и разработки высоковольтных кабелей для электромобилей. Высоковольтные кабели для электромобилей предъявляют высокие требования к эксплуатационным характеристикам во всех аспектах и должны соответствовать стандарту RoHSb, требованиям стандарта огнестойкости UL94V-0 и требованиям к мягким характеристикам. В данной статье рассматриваются материалы и технологии изготовления высоковольтных кабелей для электромобилей.
1.Материал высоковольтного кабеля
(1) Материал проводника кабеля
В настоящее время существует два основных материала для слоя проводника кабеля: медь и алюминий. Некоторые компании считают, что алюминиевый сердечник может значительно снизить их производственные затраты, добавляя медь, железо, магний, кремний и другие элементы на основе чистых алюминиевых материалов с помощью специальных процессов, таких как синтез и отжиг, улучшая электропроводность, эксплуатационные характеристики при изгибе и коррозионную стойкость кабеля, чтобы соответствовать требованиям той же грузоподъемности, чтобы достичь того же эффекта, что и у медных сердечников или даже лучше. Таким образом, себестоимость производства значительно экономится. Тем не менее, большинство предприятий по-прежнему считают медь основным материалом для слоя проводника, прежде всего, удельное сопротивление меди низкое, а затем большинство характеристик меди лучше, чем у алюминия на том же уровне, таких как большая пропускная способность по току, низкие потери напряжения, низкое потребление энергии и высокая надежность. В настоящее время при выборе проводников обычно используется национальный стандарт 6 для мягких проводников (относительное удлинение одиночной медной проволоки должно быть более 25%, диаметр моноволокна должен быть менее 0,30), гарантирующий мягкость и прочность медного моноволокна. В таблице 1 перечислены стандарты, которым должны соответствовать материалы для широко используемых медных проводников.
(2) Материалы изоляционного слоя кабелей
Внутренняя среда электромобилей сложна, поэтому при выборе изоляционных материалов необходимо, с одной стороны, обеспечить безопасность использования изоляционного слоя, с другой – максимально использовать материалы, легко поддающиеся обработке и широко используемые. В настоящее время наиболее распространенными изоляционными материалами являются поливинилхлорид (ПВХ),сшитый полиэтилен (XLPE), силиконовый каучук, термопластичный эластомер (ТПЭ) и т. д., а также их основные свойства приведены в таблице 2.
Среди них ПВХ содержит свинец, однако директива RoHS запрещает использование свинца, ртути, кадмия, шестивалентного хрома, полибромированных дифениловых эфиров (ПБДЭ) и полибромированных бифенилов (ПББ) и других вредных веществ, поэтому в последние годы ПВХ заменяют сшитым полиэтиленом (XLPE), силиконовым каучуком, ТПЭ и другими экологически чистыми материалами.
(3) Материал экранирующего слоя кабеля
Экранирующий слой состоит из двух частей: полупроводящего и оплетённого экранирующего слоя. Объёмное удельное сопротивление полупроводящего экранирующего материала при 20°C и 90°C, а также после старения является важным техническим показателем, определяющим срок службы экранирующего материала и косвенно определяющим срок службы высоковольтного кабеля. К распространённым полупроводящим экранирующим материалам относятся этиленпропиленовый каучук (ЭПР), поливинилхлорид (ПВХ) и т.д.полиэтилен (ПЭ)В случае, если сырье не обладает преимуществами и уровень качества не может быть улучшен в краткосрочной перспективе, научно-исследовательские институты и производители кабельных материалов сосредотачиваются на исследовании технологии обработки и соотношения компонентов в составе экранирующего материала, а также ищут инновации в составе экранирующего материала для улучшения общих характеристик кабеля.
2.Процесс подготовки высоковольтного кабеля
(1) Технология жильного провода
Основной процесс производства кабеля разрабатывался долгое время, поэтому в промышленности и на предприятиях существуют свои собственные стандарты. В процессе волочения проволоки, в зависимости от способа раскручивания отдельной проволоки, скручивающее оборудование можно разделить на раскручивающую крутильную машину, раскручивающую крутильную машину и раскручивающую/раскручивающую крутильную машину. Из-за высокой температуры кристаллизации медного проводника, температуры и времени отжига более длительные, целесообразно использовать оборудование раскручивающей крутильной машины для осуществления непрерывного вытягивания и непрерывного вытягивания monwire, чтобы улучшить удлинение и скорость разрушения при волочении проволоки. В настоящее время кабель из сшитого полиэтилена (XLPE) полностью заменил кабель из промасленной бумаги на напряжение от 1 до 500 кВ. Существует два распространенных процесса формирования проводника для проводов из сшитого полиэтилена: круговое уплотнение и скручивание проволоки. С одной стороны, сердечник провода предотвращает воздействие высокой температуры и давления в сшитом трубопроводе, что приводит к вдавливанию экранирующего и изоляционного материала в зазор между жилами, что приводит к образованию отходов; с другой стороны, он также предотвращает проникновение воды вдоль проводника, обеспечивая безопасную эксплуатацию кабеля. Сам медный проводник представляет собой концентрическую структуру скрутки, которая чаще всего изготавливается с помощью обычной рамной крутильной машины, вилочной крутильной машины и т.д. По сравнению с методом кругового прессования, этот метод обеспечивает круглое скручивание проводника.
(2) Процесс производства кабельной изоляции из сшитого полиэтилена
Для производства высоковольтного кабеля из сшитого полиэтилена используются два процесса формования: цепная сухая сшивка (CCV) и вертикальная сухая сшивка (VCV).
(3) Процесс экструзии
Ранее производители кабелей использовали вторичный процесс экструзии для изготовления изоляционного сердечника кабеля, на первом этапе одновременно экструдировали экран проводника и слой изоляции, затем сшивали и наматывали на кабельный лоток, помещали на определенный период времени, а затем экструдировали изоляционный экран. В 1970-х годах появился трехслойный процесс экструзии 1+2 в изолированном сердечнике провода, позволяющий за один процесс выполнить внутреннее и внешнее экранирование и изоляцию. Процесс сначала экструдирует экран проводника, после короткого расстояния (2–5 м), а затем одновременно экструдируют изоляцию и изоляционный экран на экране проводника. Однако первые два метода имеют большие недостатки, поэтому в конце 1990-х годов поставщики оборудования для производства кабелей представили трехслойный процесс производства соэкструзией, при котором одновременно экструдируются экран проводника, изоляция и изоляционный экран. Несколько лет назад зарубежные страны также выпустили новую конструкцию головки экструдера с цилиндрической частью и изогнутой сетчатой пластиной. Благодаря балансировке давления потока в полости головки шнека снижается накопление материала, продлевается время непрерывного производства, а замена непрерывной смены спецификаций конструкции головки может значительно сократить затраты на простой и повысить эффективность.
3. Заключение
Транспортные средства на новых источниках энергии имеют хорошие перспективы развития и огромный рынок. Им необходим ряд высоковольтных кабельных изделий с высокой грузоподъемностью, высокой термостойкостью, электромагнитным экранированием, прочностью на изгиб, гибкостью, длительным сроком службы и другими превосходными характеристиками, которые необходимо внедрить в производство и занять лидирующие позиции на рынке. Материалы для высоковольтных кабелей электромобилей и процесс их изготовления имеют широкие перспективы развития. Электромобили не смогут повысить эффективность производства и обеспечить безопасность эксплуатации без высоковольтных кабелей.
Время публикации: 23 августа 2024 г.