A nova era da indústria automobilística de novas energias assume a dupla missão de transformação industrial, modernização e proteção do meio ambiente, o que impulsiona significativamente o desenvolvimento industrial de cabos de alta tensão e outros acessórios relacionados para veículos elétricos. Fabricantes de cabos e organismos de certificação têm investido muito em pesquisa e desenvolvimento de cabos de alta tensão para veículos elétricos. Os cabos de alta tensão para veículos elétricos possuem requisitos de alto desempenho em todos os aspectos, devendo atender à norma RoHSb, aos requisitos da norma UL94V-0 de grau retardante de chamas e ao desempenho suave. Este artigo apresenta os materiais e a tecnologia de preparação de cabos de alta tensão para veículos elétricos.
1. O material do cabo de alta tensão
(1) Material condutor do cabo
Atualmente, existem dois materiais principais para a camada condutora do cabo: cobre e alumínio. Algumas empresas acreditam que o núcleo de alumínio pode reduzir significativamente seus custos de produção, adicionando cobre, ferro, magnésio, silício e outros elementos à base de materiais de alumínio puro, por meio de processos especiais, como síntese e tratamento de recozimento, melhorando a condutividade elétrica, o desempenho de flexão e a resistência à corrosão do cabo, a fim de atender aos requisitos da mesma capacidade de carga, para obter o mesmo efeito que os condutores de núcleo de cobre ou até melhor. Assim, o custo de produção é bastante economizado. No entanto, a maioria das empresas ainda considera o cobre como o principal material da camada condutora. Em primeiro lugar, a resistividade do cobre é baixa e, em seguida, a maioria do desempenho do cobre é melhor que o do alumínio no mesmo nível, como grande capacidade de condução de corrente, baixa perda de tensão, baixo consumo de energia e forte confiabilidade. Atualmente, a seleção de condutores geralmente utiliza o padrão nacional de 6 condutores macios (o alongamento do fio de cobre deve ser superior a 25% e o diâmetro do monofilamento deve ser inferior a 0,30) para garantir a maciez e a tenacidade do monofilamento de cobre. A Tabela 1 lista os padrões que devem ser atendidos para os materiais condutores de cobre comumente utilizados.
(2) Materiais da camada isolante dos cabos
O ambiente interno dos veículos elétricos é complexo. A seleção de materiais isolantes, por um lado, visa garantir o uso seguro da camada isolante e, por outro, busca, na medida do possível, a fácil manipulação e a ampla utilização de materiais. Atualmente, os materiais isolantes mais utilizados são o policloreto de vinila (PVC).polietileno reticulado (XLPE), borracha de silicone, elastômero termoplástico (TPE), etc., e suas principais propriedades são mostradas na Tabela 2.
Entre eles, o PVC contém chumbo, mas a Diretiva RoHS proíbe o uso de chumbo, mercúrio, cádmio, cromo hexvalente, éteres difenílicos polibromados (PBDE) e bifenilos polibromados (PBB) e outras substâncias nocivas, por isso, nos últimos anos, o PVC foi substituído por XLPE, borracha de silicone, TPE e outros materiais ecológicos.
(3) Material da camada de blindagem do cabo
A camada de blindagem é dividida em duas partes: camada de blindagem semicondutora e camada de blindagem trançada. A resistividade volumétrica do material de blindagem semicondutora a 20 °C e 90 °C e após o envelhecimento é um índice técnico importante para medir o material de blindagem, que determina indiretamente a vida útil do cabo de alta tensão. Materiais de blindagem semicondutores comuns incluem borracha de etileno-propileno (EPR), cloreto de polivinila (PVC) epolietileno (PE)Materiais à base de materiais. Caso a matéria-prima não apresente vantagens e o nível de qualidade não possa ser melhorado a curto prazo, instituições de pesquisa científica e fabricantes de materiais para cabos concentram-se na pesquisa da tecnologia de processamento e da proporção da fórmula do material de blindagem, buscando inovação na proporção da composição do material de blindagem para melhorar o desempenho geral do cabo.
2. Processo de preparação do cabo de alta tensão
(1) Tecnologia de fio condutor
O processo básico de fabricação de cabos vem sendo desenvolvido há muito tempo, portanto, existem também especificações padrão próprias na indústria e nas empresas. No processo de trefilação, de acordo com o modo de destorção de um único fio, o equipamento de torção pode ser dividido em máquina de torção destorcida, máquina de torção destorcida e máquina de torção destorcida/destorcida. Devido à alta temperatura de cristalização do condutor de cobre, a temperatura e o tempo de recozimento são mais longos, sendo apropriado usar o equipamento da máquina de torção destorcida para realizar a tração contínua e o fio único de tração contínua para melhorar o alongamento e a taxa de fratura da trefilação. Atualmente, o cabo de polietileno reticulado (XLPE) substituiu completamente o cabo de papel oleado entre os níveis de tensão de 1 e 500 kV. Existem dois processos comuns de formação de condutores para condutores XLPE: compactação circular e torção de fio. Por um lado, o núcleo do fio pode evitar que a alta temperatura e a alta pressão na tubulação reticulada pressionem seus materiais de blindagem e isolamento na abertura do fio trançado, causando desperdício; por outro lado, também pode evitar a infiltração de água ao longo da direção do condutor, garantindo a operação segura do cabo. O próprio condutor de cobre é uma estrutura de trançado concêntrica, produzida principalmente por máquinas de trançado de estrutura comum, máquinas de trançado de garfo, etc. Comparado ao processo de compactação circular, ele pode garantir a formação circular do trançado do condutor.
(2) Processo de produção de isolamento de cabos XLPE
Para a produção de cabos XLPE de alta tensão, a reticulação seca catenária (CCV) e a reticulação seca vertical (VCV) são dois processos de conformação.
(3) Processo de extrusão
Anteriormente, os fabricantes de cabos utilizavam um processo de extrusão secundária para produzir o núcleo de isolamento do cabo. A primeira etapa consistia na extrusão simultânea da blindagem do condutor e da camada de isolamento, sendo então reticulada e enrolada na bandeja de cabos, colocada por um período de tempo e, em seguida, na extrusão da blindagem de isolamento. Durante a década de 1970, surgiu um processo de extrusão de três camadas 1+2 no núcleo do fio isolado, permitindo que a blindagem e o isolamento interno e externo fossem concluídos em um único processo. O processo primeiro extruda a blindagem do condutor, após uma curta distância (2 a 5 m), e então extruda o isolamento e a blindagem de isolamento sobre a blindagem do condutor ao mesmo tempo. No entanto, os dois primeiros métodos apresentam grandes desvantagens, por isso, no final da década de 1990, os fornecedores de equipamentos de produção de cabos introduziram um processo de produção de coextrusão de três camadas, que extrudava a blindagem do condutor, o isolamento e a blindagem de isolamento ao mesmo tempo. Alguns anos atrás, países estrangeiros também lançaram um novo design de cabeça de cilindro de extrusora e placa de malha curva, equilibrando a pressão do fluxo da cavidade da cabeça do parafuso para aliviar o acúmulo de material, estendendo o tempo de produção contínua, substituindo a mudança ininterrupta de especificações do design da cabeça, o que também pode economizar muito os custos de tempo de inatividade e melhorar a eficiência.
3. Conclusão
Os veículos de nova energia têm boas perspectivas de desenvolvimento e um mercado enorme. Necessitam de uma série de produtos de cabos de alta tensão com alta capacidade de carga, resistência a altas temperaturas, efeito de blindagem eletromagnética, resistência à flexão, flexibilidade, longa vida útil e outros excelentes desempenhos para entrar em produção e ocupar o mercado. O material dos cabos de alta tensão para veículos elétricos e seu processo de preparação têm amplas perspectivas de desenvolvimento. Veículos elétricos não podem melhorar a eficiência da produção e garantir a segurança do uso sem cabos de alta tensão.
Horário da publicação: 23/08/2024