La nuova era dell'industria automobilistica a energia pulita si pone di fronte alla duplice missione di trasformazione e ammodernamento industriale e di tutela dell'ambiente atmosferico, il che stimola fortemente lo sviluppo industriale dei cavi ad alta tensione e di altri accessori correlati per veicoli elettrici. I produttori di cavi e gli enti di certificazione hanno investito molte energie nella ricerca e nello sviluppo di cavi ad alta tensione per veicoli elettrici. I cavi ad alta tensione per veicoli elettrici devono soddisfare elevati requisiti prestazionali sotto tutti gli aspetti e devono essere conformi allo standard RoHSb, ai requisiti di resistenza alla fiamma UL94V-0 e alle prestazioni di flessibilità. Questo articolo illustra i materiali e le tecnologie di produzione dei cavi ad alta tensione per veicoli elettrici.
1. Il materiale del cavo ad alta tensione
(1) Materiale conduttore del cavo
Attualmente, i due materiali principali utilizzati per lo strato conduttore dei cavi sono il rame e l'alluminio. Alcune aziende ritengono che l'anima in alluminio possa ridurre significativamente i costi di produzione, grazie all'aggiunta di rame, ferro, magnesio, silicio e altri elementi all'alluminio puro, attraverso processi speciali come la sintesi e il trattamento di ricottura, migliorando la conduttività elettrica, la resistenza alla flessione e alla corrosione del cavo. In questo modo, a parità di capacità di carico, si ottengono prestazioni pari o addirittura superiori a quelle dei conduttori con anima in rame, con un conseguente notevole risparmio sui costi di produzione. Tuttavia, la maggior parte delle aziende continua a considerare il rame il materiale principale per lo strato conduttore, principalmente per la sua bassa resistività e perché, a parità di prestazioni, offre una maggiore capacità di trasporto di corrente, basse perdite di tensione, basso consumo energetico e grande affidabilità, superando di gran lunga quelle dell'alluminio. Attualmente, la selezione dei conduttori si basa generalmente sullo standard nazionale 6 per i conduttori morbidi (l'allungamento del singolo filo di rame deve essere superiore al 25%, il diametro del monofilo inferiore a 0,30) al fine di garantire la morbidezza e la tenacità del monofilo di rame. La Tabella 1 elenca gli standard che devono essere rispettati per i materiali conduttori in rame comunemente utilizzati.
(2) Materiali dello strato isolante dei cavi
L'ambiente interno dei veicoli elettrici è complesso, nella selezione dei materiali isolanti, da un lato, garantire l'uso sicuro dello strato isolante, dall'altro, scegliere per quanto possibile materiali facili da lavorare e ampiamente utilizzati. Attualmente, i materiali isolanti comunemente utilizzati sono il cloruro di polivinile (PVC),polietilene reticolato (XLPE), gomma siliconica, elastomero termoplastico (TPE), ecc., e le loro proprietà principali sono riportate nella Tabella 2.
Tra questi, il PVC contiene piombo, ma la direttiva RoHS vieta l'uso di piombo, mercurio, cadmio, cromo esavalente, eteri difenilici polibromurati (PBDE) e bifenili polibromurati (PBB) e altre sostanze nocive, quindi negli ultimi anni il PVC è stato sostituito da XLPE, gomma siliconica, TPE e altri materiali ecocompatibili.
(3) Materiale dello strato di schermatura del cavo
Lo strato di schermatura è diviso in due parti: strato di schermatura semiconduttore e strato di schermatura intrecciato. La resistività volumetrica del materiale di schermatura semiconduttore a 20 °C e 90 °C e dopo l'invecchiamento è un importante indice tecnico per misurare il materiale di schermatura, che determina indirettamente la durata di servizio del cavo ad alta tensione. I materiali di schermatura semiconduttori comuni includono gomma etilene-propilene (EPR), cloruro di polivinile (PVC) epolietilene (PE)materiali di base. Nel caso in cui la materia prima non offra vantaggi e il livello di qualità non possa essere migliorato a breve termine, gli istituti di ricerca scientifica e i produttori di materiali per cavi si concentrano sulla ricerca della tecnologia di lavorazione e del rapporto di formulazione del materiale di schermatura, cercando innovazione nel rapporto di composizione del materiale di schermatura per migliorare le prestazioni complessive del cavo.
2. Processo di preparazione dei cavi ad alta tensione
(1) Tecnologia dei fili conduttori
Il processo di base per la produzione di cavi è stato sviluppato nel corso del tempo, pertanto esistono specifiche standard proprie nel settore e nelle aziende. Nel processo di trafilatura, a seconda della modalità di svolgimento del singolo filo, le apparecchiature di trefolatura possono essere suddivise in macchine di trefolatura con svolgimento, macchine di trefolatura con svolgimento e macchine di trefolatura con svolgimento/svolgimento. A causa dell'elevata temperatura di cristallizzazione del conduttore in rame, la temperatura e il tempo di ricottura sono più lunghi, è opportuno utilizzare l'apparecchiatura di trefolatura con svolgimento per eseguire la trazione continua e la trazione continua del monofilo per migliorare l'allungamento e il tasso di rottura della trafilatura del filo. Attualmente, il cavo in polietilene reticolato (XLPE) ha completamente sostituito il cavo in carta oleata tra i livelli di tensione da 1 a 500 kV. Esistono due processi comuni di formazione del conduttore per i conduttori XLPE: la compattazione circolare e la torsione del filo. Da un lato, l'anima del filo può evitare che le alte temperature e le alte pressioni nella tubazione reticolata spingano il materiale di schermatura e il materiale isolante nello spazio tra i fili intrecciati, causando sprechi; dall'altro lato, può anche impedire l'infiltrazione di acqua lungo la direzione del conduttore, garantendo il funzionamento sicuro del cavo. Il conduttore in rame stesso è una struttura a trefoli concentrici, che viene prodotta principalmente da macchine per trefolatura a telaio ordinarie, macchine per trefolatura a forcella, ecc. Rispetto al processo di compattazione circolare, può garantire la formazione circolare dei trefoli del conduttore.
(2) Processo di produzione dell'isolamento del cavo XLPE
Per la produzione di cavi XLPE ad alta tensione, i due processi di formatura utilizzati sono la reticolazione a secco catenaria (CCV) e la reticolazione a secco verticale (VCV).
(3) Processo di estrusione
In passato, i produttori di cavi utilizzavano un processo di estrusione secondaria per produrre l'anima isolante del cavo: nella prima fase si estrudevano contemporaneamente la schermatura del conduttore e lo strato isolante, che venivano poi reticolati e avvolti sul vassoio portacavi, lasciati riposare per un certo periodo di tempo e infine estrusi lo strato isolante. Negli anni '70, è apparso un processo di estrusione a tre strati 1+2 per l'anima del filo isolato, che permetteva di completare la schermatura e l'isolamento interni ed esterni in un unico processo. Questo processo prevedeva prima l'estrusione della schermatura del conduttore, dopo una breve distanza (2-5 m), e poi l'estrusione simultanea dell'isolamento e dello strato isolante sopra la schermatura del conduttore. Tuttavia, i primi due metodi presentavano notevoli svantaggi, quindi alla fine degli anni '90 i fornitori di apparecchiature per la produzione di cavi hanno introdotto un processo di produzione a coestrusione a tre strati, che estrudeva contemporaneamente la schermatura del conduttore, l'isolamento e lo strato isolante. Alcuni anni fa, anche i paesi stranieri hanno lanciato un nuovo design della testa dell'estrusore e della piastra a rete curva, bilanciando la pressione del flusso nella cavità della testa della vite per alleviare l'accumulo di materiale, estendendo il tempo di produzione continua, sostituendo il continuo cambio di specifiche del design della testa può anche ridurre notevolmente i costi di fermo e migliorare l'efficienza.
3. Conclusion
I veicoli a energia alternativa hanno ottime prospettive di sviluppo e un mercato enorme, e necessitano di una serie di prodotti per cavi ad alta tensione con elevata capacità di carico, resistenza alle alte temperature, effetto di schermatura elettromagnetica, resistenza alla flessione, flessibilità, lunga durata e altre eccellenti prestazioni, che possano essere prodotti e conquistare il mercato. Il materiale per i cavi ad alta tensione per veicoli elettrici e il relativo processo di produzione hanno ampie prospettive di sviluppo. Senza i cavi ad alta tensione, i veicoli elettrici non possono migliorare l'efficienza produttiva e garantire la sicurezza d'uso.
Data di pubblicazione: 23-08-2024