Het nieuwe tijdperk van de elektrische auto-industrie brengt een dubbele missie met zich mee: industriële transformatie en modernisering, en bescherming van het milieu. Dit stimuleert de industriële ontwikkeling van hoogspanningskabels en andere accessoires voor elektrische voertuigen. Kabelproducenten en certificeringsinstanties investeren dan ook veel energie in onderzoek en ontwikkeling van hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen. Hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen stellen hoge eisen aan alle aspecten en moeten voldoen aan de RoHSb-norm, de brandvertragende norm UL94V-0 en flexibele eigenschappen. Dit artikel beschrijft de materialen en productietechnologie van hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen.
1. Het materiaal van de hoogspanningskabel
(1) Geleidermateriaal van de kabel
Momenteel zijn er twee hoofdmaterialen voor de geleiderlaag van kabels: koper en aluminium. Sommige bedrijven denken dat een aluminium kern hun productiekosten aanzienlijk kan verlagen door koper, ijzer, magnesium, silicium en andere elementen toe te voegen aan puur aluminium. Door middel van speciale processen zoals synthese en gloeibehandeling worden de elektrische geleidbaarheid, buigsterkte en corrosiebestendigheid van de kabel verbeterd, zodat aan de eisen voor dezelfde belastingscapaciteit wordt voldaan en hetzelfde of zelfs betere resultaten worden behaald als met koperen geleiders. Op deze manier worden de productiekosten aanzienlijk verlaagd. De meeste bedrijven beschouwen koper echter nog steeds als het belangrijkste materiaal voor de geleiderlaag. Ten eerste heeft koper een lage soortelijke weerstand en ten tweede zijn de eigenschappen van koper op de meeste punten beter dan die van aluminium, zoals een hoge stroomvoerende capaciteit, een laag spanningsverlies, een laag energieverbruik en een hoge betrouwbaarheid. Momenteel wordt bij de selectie van geleiders over het algemeen gebruikgemaakt van de nationale norm 6 voor zachte geleiders (de rek van een enkele koperdraad moet groter zijn dan 25%, de diameter van de monofilamentdraad moet kleiner zijn dan 0,30) om de zachtheid en taaiheid van de koperen monofilamentdraad te garanderen. Tabel 1 geeft een overzicht van de normen waaraan veelgebruikte koperen geleidermaterialen moeten voldoen.
(2) Isolerende laagmaterialen van kabels
De interne omgeving van elektrische voertuigen is complex. Bij de keuze van isolatiematerialen is het enerzijds belangrijk om een veilige isolatielaag te garanderen, en anderzijds om zoveel mogelijk te kiezen voor materialen die gemakkelijk te verwerken en breed toepasbaar zijn. Momenteel zijn polyvinylchloride (PVC) en PVC veelgebruikte isolatiematerialen.verknoopt polyethyleen (XLPE)siliconenrubber, thermoplastisch elastomeer (TPE), enz., en hun belangrijkste eigenschappen worden weergegeven in tabel 2.
PVC bevat lood, maar de RoHS-richtlijn verbiedt het gebruik van lood, kwik, cadmium, zeswaardig chroom, polygebromeerde difenylethers (PBDE) en polygebromeerde bifenylen (PBB) en andere schadelijke stoffen. Daarom is PVC de laatste jaren vervangen door XLPE, siliconenrubber, TPE en andere milieuvriendelijke materialen.
(3) Materiaal van de kabelafschermingslaag
De afschermingslaag is verdeeld in twee delen: een halfgeleidende afschermingslaag en een gevlochten afschermingslaag. De volumeweerstand van het halfgeleidende afschermingsmateriaal bij 20 °C en 90 °C en na veroudering is een belangrijke technische indicator voor de kwaliteit van het afschermingsmateriaal, die indirect de levensduur van de hoogspanningskabel bepaalt. Veelgebruikte halfgeleidende afschermingsmaterialen zijn onder andere ethyleenpropyleenrubber (EPR), polyvinylchloride (PVC) enpolyethyleen (PE)basismaterialen. In gevallen waarin de grondstof geen voordelen biedt en het kwaliteitsniveau op korte termijn niet kan worden verbeterd, richten wetenschappelijke onderzoeksinstellingen en kabelmateriaalfabrikanten zich op onderzoek naar de verwerkingstechnologie en de formuleverhouding van het afschermingsmateriaal, en zoeken ze naar innovatie in de samenstelling van het afschermingsmateriaal om de algehele prestaties van de kabel te verbeteren.
2. Voorbereidingsproces voor hoogspanningskabels
(1) Geleiderstrengtechnologie
Het basisproces voor kabelproductie bestaat al lange tijd, waardoor er ook eigen standaardspecificaties zijn binnen de industrie en bedrijven. Bij het draadtrekken kan de apparatuur, afhankelijk van de ontwindingsmethode van de afzonderlijke draden, worden onderverdeeld in ontwindingsmachines, ontwindingsmachines en ontwindings-/ontwindingsmachines. Vanwege de hoge kristallisatietemperatuur van koperen geleiders en de langere gloeitemperatuur en -tijd, is het raadzaam om ontwindingsmachines te gebruiken voor het continu trekken en continu trekken van afzonderlijke draden om de rek en breuksnelheid van het draadtrekken te verbeteren. Momenteel heeft de XLPE-kabel (cross-linked polyethylene cable) de olie-papierkabel volledig vervangen tussen de spanningsniveaus van 1 en 500 kV. Er zijn twee gangbare processen voor het vormen van XLPE-geleiders: cirkelvormige compactie en draadtwisting. Enerzijds voorkomt de draadkern dat de hoge temperatuur en hoge druk in de cross-linked pijpleiding het afschermingsmateriaal en isolatiemateriaal in de strengopeningen persen en verspilling veroorzaken; Aan de andere kant kan het ook waterinfiltratie in de richting van de geleider voorkomen, waardoor de veilige werking van de kabel wordt gewaarborgd. De koperen geleider zelf heeft een concentrische strengstructuur, die meestal wordt geproduceerd met behulp van een gewone frame-strengmachine, vork-strengmachine, enz. In vergelijking met het circulaire verdichtingsproces kan dit de ronde vorming van de geleiderstrengen garanderen.
(2) Productieproces van XLPE-kabelisolatie
Voor de productie van hoogspannings-XLPE-kabels worden twee vormingsprocessen gebruikt: catenary dry cross-linking (CCV) en vertical dry cross-linking (VCV).
(3) Extrusieproces
Vroeger gebruikten kabelproducenten een secundair extrusieproces voor de productie van de isolatiekern van kabels. In de eerste stap werden tegelijkertijd de geleiderafscherming en de isolatielaag geëxtrudeerd, waarna deze lagen werden verknoopt en op de kabelgoot gewikkeld. Na een bepaalde tijd werd de isolatieafscherming geëxtrudeerd. In de jaren 70 verscheen een drielaags extrusieproces (1+2) voor de isolatiekern, waardoor de interne en externe afscherming en isolatie in één proces konden worden aangebracht. Bij dit proces werd eerst de geleiderafscherming geëxtrudeerd, waarna na een korte afstand (2-5 meter) de isolatie en de isolatieafscherming tegelijkertijd op de geleiderafscherming werden aangebracht. De eerste twee methoden hadden echter grote nadelen. Daarom introduceerden leveranciers van kabelproductieapparatuur eind jaren 90 een drielaags co-extrusieproces, waarbij de geleiderafscherming, de isolatie en de isolatieafscherming tegelijkertijd werden geëxtrudeerd. Enkele jaren geleden introduceerden buitenlandse landen ook een nieuw ontwerp voor de extrudercilinderkop en de gebogen gaasplaat. Door de stromingsdruk in de schroefkopholte in evenwicht te brengen, wordt materiaalophoping verminderd, de continue productietijd verlengd en kan, in plaats van de constante wisseling van specificaties van de kop, de stilstandtijd aanzienlijk worden bespaard en de efficiëntie worden verbeterd.
3. Conclusie
Elektrische voertuigen hebben goede ontwikkelingsvooruitzichten en een enorme markt. Daarom is er een grote vraag naar hoogspanningskabels met een hoog belastbaar vermogen, hoge temperatuurbestendigheid, elektromagnetische afscherming, buigvastheid, flexibiliteit, een lange levensduur en andere uitstekende eigenschappen. De materialen en productieprocessen voor hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen bieden brede ontwikkelingsmogelijkheden. Zonder hoogspanningskabels kunnen elektrische voertuigen de productie-efficiëntie niet verbeteren en de veiligheid niet garanderen.
Geplaatst op: 23 augustus 2024