La nuova era dell'industria automobilistica basata sulle nuove energie si assume la duplice missione di trasformazione industriale, ammodernamento e protezione dell'ambiente atmosferico, che guida in modo significativo lo sviluppo industriale di cavi ad alta tensione e 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 richiedono elevati requisiti prestazionali sotto ogni aspetto e devono soddisfare la norma RoHSB, i requisiti dello standard di resistenza alla fiamma UL94V-0 e le prestazioni soft. Questo documento presenta i materiali e la tecnologia di preparazione 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 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, aggiungendo rame, ferro, magnesio, silicio e altri elementi a base di alluminio puro, attraverso processi speciali come la sintesi e il trattamento di ricottura, migliorando la conduttività elettrica, le prestazioni di flessione e la resistenza alla corrosione del cavo, al fine di soddisfare i requisiti di capacità di carico identica, ottenendo lo stesso effetto dei conduttori con anima in rame o addirittura superiore. In questo modo, i costi di produzione vengono notevolmente ridotti. Tuttavia, la maggior parte delle aziende considera ancora il rame il materiale principale per lo strato conduttore, in quanto la sua bassa resistività e la maggior parte delle sue prestazioni sono migliori di quelle dell'alluminio a parità di livello, come l'elevata capacità di trasporto di corrente, la bassa perdita di tensione, il basso consumo energetico e l'elevata affidabilità. Attualmente, la selezione dei conduttori si basa generalmente sullo standard nazionale 6 per conduttori morbidi (l'allungamento del singolo filo di rame deve essere superiore al 25%, il diametro del monofilamento è inferiore a 0,30) per garantire la morbidezza e la tenacità del monofilamento di rame. La Tabella 1 elenca gli standard che devono essere rispettati per i materiali conduttori in rame comunemente utilizzati.
(2) Materiali degli strati isolanti dei cavi
L'ambiente interno dei veicoli elettrici è complesso, in particolare nella selezione dei materiali isolanti, da un lato, per garantire l'uso sicuro dello strato isolante, dall'altro, per quanto possibile, per scegliere 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 principali proprietà sono illustrate nella Tabella 2.
Tra questi, il PVC contiene piombo, ma la direttiva RoHS proibisce l'uso di piombo, mercurio, cadmio, cromo esvalente, eteri di difenile polibromurato (PBDE) e bifenili polibromurati (PBB) e altre sostanze nocive, per cui 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 schermante è suddiviso in due parti: strato schermante semiconduttivo e strato schermante intrecciato. La resistività di volume del materiale schermante semiconduttivo a 20 °C e 90 °C e dopo invecchiamento è un importante indice tecnico per la misurazione del materiale schermante, che determina indirettamente la durata del cavo ad alta tensione. I materiali schermanti semiconduttivi più comuni includono gomma etilene-propilene (EPR), cloruro di polivinile (PVC) epolietilene (PE)Materiali a base di. Nel caso in cui la materia prima non presenti alcun vantaggio 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 sul rapporto di formula del materiale schermante, ricercando innovazioni nel rapporto di composizione del materiale schermante per migliorare le prestazioni complessive del cavo.
2. Processo di preparazione del cavo ad alta tensione
(1) Tecnologia dei trefoli conduttori
Il processo di base per la produzione di cavi è stato sviluppato a lungo, quindi esistono specifiche standard specifiche per l'industria e le aziende. Nel processo di trafilatura, in base alla modalità di detorsione del singolo filo, le apparecchiature di trefolatura possono essere suddivise in trefolatrici detorsione, trefolatrici detorsione e trefolatrici detorsione/detorsione. A causa dell'elevata temperatura di cristallizzazione del conduttore in rame, che richiede una temperatura e un tempo di ricottura più lunghi, è opportuno utilizzare le apparecchiature di trefolatura detorsione per eseguire la trazione continua e la trazione continua del singolo filo al fine di migliorare l'allungamento e la velocità di frattura della trafilatura. Attualmente, il cavo in polietilene reticolato (XLPE) ha completamente sostituito il cavo in carta oleata tra 1 e 500 kV di tensione. Esistono due processi comuni di formatura dei conduttori XLPE: la compattazione circolare e la torsione del filo. Da un lato, l'anima del filo può impedire che le alte temperature e l'alta pressione nella tubazione reticolata premano il suo materiale di schermatura e il materiale isolante nello spazio tra i fili intrecciati, causando sprechi; dall'altro, può anche prevenire infiltrazioni d'acqua lungo la direzione del conduttore, garantendo il funzionamento sicuro del cavo. Il conduttore in rame stesso presenta una struttura a trefoli concentrici, prodotta principalmente da normali macchine per trefoli a telaio, macchine per trefoli a forcella, ecc. Rispetto al processo di compattazione circolare, questo processo garantisce la formazione di trefoli circolari.
(2) Processo di produzione dell'isolamento dei cavi XLPE
Per la produzione di cavi XLPE ad alta tensione, la reticolazione a secco catenaria (CCV) e la reticolazione a secco verticale (VCV) sono due processi di formatura.
(3) Processo di estrusione
In precedenza, i produttori di cavi utilizzavano un processo di estrusione secondaria per produrre il nucleo isolante del cavo. Il primo passaggio consisteva nell'estrusione simultanea della schermatura del conduttore e dello strato isolante, che poi venivano reticolati e avvolti sulla canalina portacavi, posizionati per un certo periodo di tempo e infine estrusi la schermatura isolante. Negli anni '70, per il nucleo del filo isolato è stato introdotto un processo di estrusione a tre strati 1+2, che consentiva di completare la schermatura e l'isolamento interni ed esterni in un unico processo. Il processo prevedeva prima l'estrusione della schermatura del conduttore, dopo un breve percorso (2~5 m), e poi l'estrusione simultanea dell'isolamento e della schermatura isolante sulla 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 la schermatura isolante. Alcuni anni fa, anche i paesi stranieri hanno lanciato una nuova testa del cilindro dell'estrusore e un design della piastra a maglia curva, bilanciando la pressione del flusso della cavità della testa della vite per alleviare l'accumulo di materiale, estendere il tempo di produzione continuo, sostituendo il cambiamento continuo delle specifiche del design della testa può anche far risparmiare notevolmente sui costi di fermo e migliorare l'efficienza.
3. Conclusion
I veicoli a nuova energia hanno buone prospettive di sviluppo e un mercato enorme, ma necessitano di una serie di prodotti in cavi ad alta tensione con elevata capacità di carico, resistenza alle alte temperature, schermatura elettromagnetica, resistenza alla flessione, flessibilità, lunga durata e altre eccellenti prestazioni per la produzione e per conquistare il mercato. Il materiale dei cavi ad alta tensione per veicoli elettrici e il loro processo di preparazione offrono ampie prospettive di sviluppo. I veicoli elettrici non possono migliorare l'efficienza produttiva e garantire la sicurezza senza cavi ad alta tensione.
Data di pubblicazione: 23 agosto 2024