Nova doba avtomobilske industrije z novo energijo nosi dvojno poslanstvo industrijske preobrazbe ter nadgradnje in zaščite atmosferskega okolja, kar močno spodbuja industrijski razvoj visokonapetostnih kablov in druge sorodne opreme za električna vozila, proizvajalci kablov in certifikacijski organi pa so veliko energije vložili v raziskave in razvoj visokonapetostnih kablov za električna vozila. Visokonapetostni kabli za električna vozila imajo visoke zahteve glede zmogljivosti v vseh pogledih in morajo izpolnjevati standarde RoHSb, zahteve standarda UL94V-0 za zaviranje gorenja in zahteve glede mehkih lastnosti. Ta članek predstavlja materiale in tehnologijo priprave visokonapetostnih kablov za električna vozila.
1. Material visokonapetostnega kabla
(1) Material prevodnika kabla
Trenutno obstajata dva glavna materiala za plast kabelskih vodnikov: baker in aluminij. Nekatera podjetja menijo, da lahko aluminijasto jedro znatno zmanjša njihove proizvodne stroške, saj z dodajanjem bakra, železa, magnezija, silicija in drugih elementov na osnovi čistega aluminija s posebnimi postopki, kot sta sinteza in žarjenje, izboljšajo električno prevodnost, upogibne lastnosti in odpornost kabla proti koroziji, da bi izpolnili zahteve glede nosilnosti in dosegli enak učinek kot bakreni vodniki ali celo boljši. Tako se proizvodni stroški znatno zmanjšajo. Vendar pa večina podjetij še vedno uporablja baker kot glavni material za plast vodnikov, predvsem zaradi nizke upornosti bakra, poleg tega pa ima baker v večini primerov boljše lastnosti kot aluminij na enaki ravni, kot so velika nosilnost toka, nizke izgube napetosti, nizka poraba energije in visoka zanesljivost. Trenutno se pri izbiri vodnikov običajno uporablja nacionalni standard 6 za mehke vodnike (raztezek ene same bakrene žice mora biti večji od 25 %, premer monofilamenta pa manjši od 0,30), da se zagotovi mehkoba in žilavost bakrenega monofilamenta. V tabeli 1 so navedeni standardi, ki jih morajo izpolnjevati pogosto uporabljeni materiali bakrenih prevodnikov.
(2) Materiali izolacijskih plasti kablov
Notranje okolje električnih vozil je kompleksno, pri izbiri izolacijskih materialov pa je treba po eni strani zagotoviti varno uporabo izolacijske plasti, po drugi strani pa izbrati čim bolj enostavno obdelovalne in široko uporabljene materiale. Trenutno so najpogosteje uporabljeni izolacijski materiali polivinilklorid (PVC),zamreženi polietilen (XLPE), silikonska guma, termoplastični elastomer (TPE) itd., njihove glavne lastnosti pa so prikazane v tabeli 2.
Med njimi PVC vsebuje svinec, vendar direktiva RoHS prepoveduje uporabo svinca, živega srebra, kadmija, šestvalentnega kroma, polibromiranih difenil etrov (PBDE) in polibromiranih bifenilov (PBB) ter drugih škodljivih snovi, zato so v zadnjih letih PVC nadomestili XLPE, silikonska guma, TPE in drugi okolju prijazni materiali.
(3) Material zaščitne plasti kabla
Zaščitna plast je razdeljena na dva dela: polprevodniško zaščitno plast in pleteno zaščitno plast. Volumska upornost polprevodniškega zaščitnega materiala pri 20 °C in 90 °C ter po staranju je pomemben tehnični indeks za merjenje zaščitnega materiala, ki posredno določa življenjsko dobo visokonapetostnega kabla. Med običajne polprevodniške zaščitne materiale spadajo etilen-propilenska guma (EPR), polivinilklorid (PVC) in ...polietilen (PE)materiali na osnovi. Če surovina nima prednosti in ravni kakovosti ni mogoče izboljšati v kratkem času, se znanstvenoraziskovalne ustanove in proizvajalci kabelskih materialov osredotočijo na raziskave tehnologije predelave in razmerja med formulami zaščitnega materiala ter iščejo inovacije v razmerju sestave zaščitnega materiala za izboljšanje splošne učinkovitosti kabla.
2. Postopek priprave visokonapetostnega kabla
(1) Tehnologija vodnikov
Osnovni postopek izdelave kablov se je razvijal že dolgo časa, zato obstajajo tudi lastne standardne specifikacije v industriji in podjetjih. Pri postopku vlečenja žice se lahko oprema za sukanje glede na način odvijanja posamezne žice razdeli na stroj za odvijanje sukanja, stroj za odvijanje sukanja in stroj za odvijanje/razpletanje sukanja. Zaradi visoke temperature kristalizacije bakrenih vodnikov, daljše temperature in časa žarjenja je primerno uporabiti opremo za odvijanje sukanja za izvajanje neprekinjenega vlečenja in neprekinjenega vlečenja žice, da se izboljša raztezek in stopnja loma pri vlečenju žice. Trenutno je zamreženi polietilenski kabel (XLPE) popolnoma nadomestil oljno papirnati kabel med napetostnimi nivoji od 1 do 500 kV. Obstajata dva pogosta postopka oblikovanja vodnikov za XLPE vodnike: krožno stiskanje in zvijanje žice. Po eni strani se žično jedro lahko izogne visoki temperaturi in visokemu tlaku v zamreženem cevovodu, da bi svoj zaščitni material in izolacijski material stisnilo v režo med sukanimi žicami in povzročilo odpadke; Po drugi strani pa lahko prepreči tudi prodiranje vode vzdolž smeri vodnika, da se zagotovi varno delovanje kabla. Bakreni vodnik sam po sebi ima koncentrično strukturo sukanja, ki se večinoma izdeluje z običajnim okvirnim strojem za sukanje, viličastim strojem za sukanje itd. V primerjavi s krožnim postopkom stiskanja lahko zagotovi okroglo tvorbo sukanja vodnika.
(2) Postopek proizvodnje izolacije kablov XLPE
Za proizvodnjo visokonapetostnega XLPE kabla se uporabljata suho zamreženje v verižni mreži (CCV) in vertikalno suho zamreženje (VCV).
(3) Postopek ekstrudiranja
Prej so proizvajalci kablov za izdelavo izolacijskega jedra kablov uporabljali postopek sekundarne ekstruzije, pri čemer je bil prvi korak hkrati ekstrudiranje vodnikovega ščita in izolacijske plasti, nato pa so bili zamreženi in naviti na kabelski pladenj, nameščeni za določen čas in nato ekstrudirani izolacijski ščit. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je pojavil postopek triplastne ekstruzije izoliranega žičnega jedra 1+2, ki je omogočil, da sta bila notranja in zunanja zaščita ter izolacija dokončana v enem samem postopku. Postopek najprej ekstrudira vodnikov ščit, po kratki razdalji (2~5 m) in nato hkrati ekstrudira izolacijo in izolacijski ščit na vodnikov ščit. Vendar imata prvi dve metodi velike pomanjkljivosti, zato so dobavitelji opreme za proizvodnjo kablov v poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja uvedli postopek triplastne koekstruzije, pri katerem so hkrati ekstrudirali vodnikov ščit, izolacijo in izolacijski ščit. Pred nekaj leti so tudi tuje države uvedle novo zasnovo glave ekstruderja in ukrivljene mrežaste plošče, ki z uravnoteženjem tlaka pretoka v votlini glave vijaka zmanjšuje kopičenje materiala in podaljšuje čas neprekinjenega izdelave. Nadomeščanje nenehnega spreminjanja specifikacij zasnove glave lahko znatno prihrani stroške izpadov in izboljša učinkovitost.
3. Zaključek
Vozila na nova energetska omrežja imajo dobre razvojne možnosti in ogromen trg, zato je za proizvodnjo in zasedbo trga potrebna vrsta visokonapetostnih kabelskih izdelkov z visoko nosilnostjo, visoko temperaturno odpornostjo, elektromagnetnim zaščitnim učinkom, odpornostjo na upogibanje, fleksibilnostjo, dolgo življenjsko dobo in drugimi odličnimi lastnostmi. Materiali za visokonapetostne kable za električna vozila in postopek njihove priprave imajo široke razvojne možnosti. Električna vozila ne morejo izboljšati proizvodne učinkovitosti in zagotoviti varnosti uporabe brez visokonapetostnega kabla.
Čas objave: 23. avg. 2024