A nova era da indústria automobilística de novas energias carrega a dupla missão de transformação e modernização industrial e proteção do meio ambiente atmosférico, o que impulsiona significativamente o desenvolvimento industrial de cabos de alta tensão e outros acessórios relacionados para veículos elétricos. Fabricantes de cabos e órgãos de certificação têm investido muito em pesquisa e desenvolvimento de cabos de alta tensão para veículos elétricos. Cabos de alta tensão para veículos elétricos possuem altos requisitos de desempenho em todos os aspectos e devem atender aos padrões RoHSb, aos requisitos de retardamento de chama UL94V-0 e ao desempenho de baixo consumo de energia. Este artigo apresenta os materiais e a tecnologia de fabricação 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 de cabos: 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 ao alumínio puro, por meio de processos especiais como síntese e tratamento térmico, melhorando a condutividade elétrica, a resistência à flexão e a resistência à corrosão do cabo, de forma a atender aos requisitos da mesma capacidade de carga, alcançando o mesmo efeito que os condutores com núcleo de cobre, ou até mesmo superando-os. Dessa forma, o custo de produção é consideravelmente reduzido. No entanto, a maioria das empresas ainda considera o cobre como o principal material da camada condutora. Primeiramente, o cobre possui baixa resistividade e, em segundo lugar, apresenta desempenho superior ao do alumínio na maioria dos casos, como alta capacidade de condução de corrente, baixa perda de tensão, baixo consumo de energia e alta confiabilidade. Atualmente, a seleção de condutores geralmente segue o padrão nacional de condutores flexíveis nº 6 (o alongamento de um único fio de cobre deve ser superior a 25% e o diâmetro do monofilamento inferior a 0,30 mm) para garantir a flexibilidade e a resistência do monofilamento de cobre. A Tabela 1 lista as normas que devem ser atendidas para materiais condutores de cobre comumente usados.
(2) Materiais da camada isolante dos cabos
O ambiente interno dos veículos elétricos é complexo. Na seleção de materiais isolantes, é preciso, por um lado, garantir a segurança da camada isolante e, por outro, escolher materiais de fácil processamento e ampla utilização. Atualmente, os materiais isolantes mais comuns 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 hexavalente, éteres difenílicos polibromados (PBDE) e bifenilos polibromados (PBB) e outras substâncias nocivas, portanto, nos últimos anos, o PVC tem sido substituído por XLPE, borracha de silicone, TPE e outros materiais ecologicamente corretos.
(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 semicondutor a 20 °C e 90 °C, bem como após envelhecimento, é um importante índice técnico para avaliar o material de blindagem, determinando indiretamente a vida útil do cabo de alta tensão. Materiais de blindagem semicondutores comuns incluem borracha de etileno-propileno (EPR), cloreto de polivinila (PVC) e...polietileno (PE)materiais à base de [material]. 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 na proporção da fórmula do material de blindagem, buscando inovações na composição do material de blindagem para melhorar o desempenho geral do cabo.
2. Processo de preparação de cabos de alta tensão
(1) Tecnologia de fios condutores
O processo básico de fabricação de cabos já foi desenvolvido há bastante tempo, e por isso existem especificações padrão próprias na indústria e nas empresas. No processo de trefilação, de acordo com o modo de desenrolamento do fio individual, o equipamento de encordoamento pode ser dividido em máquina de encordoamento com desenrolamento, máquina de encordoamento com desenrolamento contínuo e máquina de encordoamento com desenrolamento/desencordoamento contínuo. Devido à alta temperatura de cristalização do condutor de cobre, a temperatura e o tempo de recozimento são mais longos, sendo apropriado o uso do equipamento de encordoamento com desenrolamento contínuo para realizar o encordoamento contínuo do fio, a fim de melhorar o alongamento e a taxa de ruptura do fio trefilado. Atualmente, o cabo de polietileno reticulado (XLPE) substituiu completamente o cabo de papel revestido com óleo em níveis de tensão de 1 a 500 kV. Existem dois processos comuns de formação de condutores para condutores XLPE: compactação circular e torção de fios. Por um lado, o núcleo do fio pode evitar a alta temperatura e a alta pressão no tubo reticulado, que pressionam seu material de blindagem e isolamento para dentro do espaço do fio encordoado, causando desperdício; Por outro lado, também pode impedir a infiltração de água ao longo da direção do condutor, garantindo a operação segura do cabo. O próprio condutor de cobre possui uma estrutura de encordoamento concêntrico, geralmente produzido por máquinas de encordoamento de estrutura convencional, máquinas de encordoamento de garfo, etc. Comparado ao processo de compactação circular, esse método garante a formação circular do encordoamento do condutor.
(2) Processo de produção de isolamento de cabos XLPE
Para a produção de cabos XLPE de alta tensão, a reticulação a seco catenária (CCV) e a reticulação a seco vertical (VCV) são dois processos de formação.
(3) Processo de extrusão
Anteriormente, os fabricantes de cabos utilizavam um processo de extrusão secundária para produzir o núcleo isolante do cabo. O primeiro passo consistia na extrusão simultânea da blindagem do condutor e da camada isolante, que eram então interligadas e enroladas na bandeja de cabos, onde permaneciam por um período de tempo antes da extrusão da blindagem isolante. Durante a década de 1970, surgiu um processo de extrusão de três camadas (1+2) para o núcleo isolado do fio, permitindo que a blindagem e o isolamento interno e externo fossem concluídos em um único processo. Nesse processo, primeiro extrudava-se a blindagem do condutor e, após uma curta distância (2 a 5 m), extrudava-se simultaneamente o isolamento e a blindagem isolante sobre a blindagem do condutor. No entanto, os dois primeiros métodos apresentavam grandes desvantagens. Assim, no final da década de 1990, os fornecedores de equipamentos para produção de cabos introduziram um processo de coextrusão de três camadas, que extrudava a blindagem do condutor, o isolamento e a blindagem isolante simultaneamente. Há alguns anos, outros países também lançaram um novo cabeçote de extrusora com um design de placa de malha curva, que equilibra a pressão do fluxo na cavidade do cabeçote da rosca para aliviar o acúmulo de material, prolongando o tempo de produção contínua. Além disso, a substituição do design do cabeçote, que exige alterações constantes nas especificações, pode reduzir significativamente os custos de inatividade e aumentar a eficiência.
3. Conclusão
Os veículos de nova energia têm boas perspectivas de desenvolvimento e um mercado enorme, necessitando de uma série de cabos de alta tensão com alta capacidade de carga, resistência a altas temperaturas, blindagem eletromagnética, resistência à flexão, flexibilidade, longa vida útil e outras características excelentes para serem produzidos e conquistarem o mercado. Os materiais e o processo de fabricação dos cabos de alta tensão para veículos elétricos apresentam amplos horizontes de desenvolvimento. A utilização de cabos de alta tensão não permite o aumento da eficiência de produção nem a garantia da segurança dos veículos elétricos.
Data da publicação: 23/08/2024