วัสดุสายเคเบิลแรงดันสูงสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและกระบวนการเตรียมการ

อุตสาหกรรมรถยนต์พลังงานใหม่ในยุคใหม่มีภารกิจสองประการคือการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมและการยกระดับและการปกป้องสภาพแวดล้อมในบรรยากาศ ซึ่งเป็นแรงผลักดันการพัฒนาอุตสาหกรรมของสายไฟแรงสูงและอุปกรณ์เสริมอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าเป็นอย่างมาก และผู้ผลิตสายไฟและหน่วยงานรับรองได้ทุ่มเทพลังงานจำนวนมากในการวิจัยและพัฒนาสายไฟแรงสูงสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า สายไฟแรงสูงสำหรับยานยนต์ไฟฟ้ามีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูงในทุกด้าน และควรเป็นไปตามมาตรฐาน RoHSb ข้อกำหนดมาตรฐานสารหน่วงไฟ UL94V-0 และประสิทธิภาพการทำงานที่นุ่มนวล เอกสารฉบับนี้จะแนะนำวัสดุและเทคโนโลยีการเตรียมสายไฟแรงสูงสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า

1.วัสดุของสายไฟแรงสูง
(1) วัสดุตัวนำของสายเคเบิล
ปัจจุบันมีวัสดุหลักสองชนิดของชั้นตัวนำสายเคเบิล: ทองแดงและอลูมิเนียม บริษัท บางแห่งคิดว่าแกนอลูมิเนียมสามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมากโดยการเพิ่มทองแดง เหล็ก แมกนีเซียม ซิลิกอน และองค์ประกอบอื่น ๆ บนพื้นฐานของวัสดุอลูมิเนียมบริสุทธิ์ผ่านกระบวนการพิเศษเช่นการสังเคราะห์และการอบชุบ ปรับปรุงการนำไฟฟ้า ประสิทธิภาพการดัดงอ และความต้านทานการกัดกร่อนของสายเคเบิล เพื่อตอบสนองความต้องการที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักเท่ากัน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกันกับตัวนำแกนทองแดงหรือดีกว่าด้วยซ้ำ ดังนั้น ต้นทุนการผลิตจึงประหยัดได้มาก อย่างไรก็ตาม บริษัทส่วนใหญ่ยังคงถือว่าทองแดงเป็นวัสดุหลักของชั้นตัวนำ ประการแรก ความต้านทานของทองแดงต่ำ จากนั้นประสิทธิภาพส่วนใหญ่ของทองแดงจะดีกว่าอลูมิเนียมในระดับเดียวกัน เช่น ความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ การสูญเสียแรงดันไฟต่ำ การใช้พลังงานต่ำ และความน่าเชื่อถือสูง ปัจจุบัน การเลือกตัวนำโดยทั่วไปจะใช้ตัวนำอ่อนมาตรฐานแห่งชาติ 6 เส้น (การยืดตัวของสายทองแดงเส้นเดียวต้องมากกว่า 25% เส้นผ่านศูนย์กลางของโมโนฟิลาเมนต์ต้องน้อยกว่า 0.30) เพื่อให้แน่ใจว่าโมโนฟิลาเมนต์ทองแดงมีความอ่อนตัวและเหนียว ตารางที่ 1 แสดงรายการมาตรฐานที่ต้องปฏิบัติตามสำหรับวัสดุตัวนำทองแดงที่ใช้กันทั่วไป

(2) วัสดุชั้นฉนวนของสายเคเบิล
สภาพแวดล้อมภายในของรถยนต์ไฟฟ้ามีความซับซ้อนในการเลือกวัสดุฉนวน ในด้านหนึ่ง เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นฉนวนนั้นปลอดภัย ในขณะเดียวกัน อีกด้านหนึ่ง ให้เลือกวัสดุที่แปรรูปง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าที่จะเป็นไปได้ ในปัจจุบัน วัสดุฉนวนที่ใช้กันทั่วไปคือ โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC)โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE)ยางซิลิโคน อีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติก (TPE) ฯลฯ และคุณสมบัติหลักแสดงอยู่ในตารางที่ 2
ในจำนวนนั้น พีวีซีมีสารตะกั่ว แต่ระเบียบ RoHS ห้ามใช้ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม โครเมียมเฮกซาเลนต์ โพลีโบรมิเนตเต็ดไดฟีนิลอีเธอร์ (PBDE) และโพลีโบรมิเนตเต็ดไบฟีนิล (PBB) และสารอันตรายอื่นๆ ดังนั้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พีวีซีจึงถูกแทนที่ด้วย XLPE ยางซิลิโคน TPE และวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอื่นๆ

(3) วัสดุชั้นป้องกันสายเคเบิล
ชั้นป้องกันแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ชั้นป้องกันแบบกึ่งตัวนำและชั้นป้องกันแบบถัก ความต้านทานปริมาตรของวัสดุป้องกันแบบกึ่งตัวนำที่อุณหภูมิ 20°C และ 90°C และหลังจากการเสื่อมสภาพเป็นดัชนีทางเทคนิคที่สำคัญในการวัดวัสดุป้องกันซึ่งกำหนดอายุการใช้งานของสายไฟฟ้าแรงสูงโดยอ้อม วัสดุป้องกันแบบกึ่งตัวนำทั่วไป ได้แก่ ยางเอทิลีนโพรพิลีน (EPR) โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) และโพลีเอทิลีน (PE)วัสดุพื้นฐาน ในกรณีที่วัตถุดิบไม่มีข้อได้เปรียบและไม่สามารถปรับปรุงระดับคุณภาพได้ในระยะสั้น สถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์และผู้ผลิตวัสดุสายเคเบิลจะมุ่งเน้นไปที่การวิจัยเทคโนโลยีการประมวลผลและอัตราส่วนสูตรของวัสดุป้องกัน และแสวงหาความคิดสร้างสรรค์ในอัตราส่วนองค์ประกอบของวัสดุป้องกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของสายเคเบิล

2.กระบวนการเตรียมสายไฟฟ้าแรงสูง
(1) เทคโนโลยีสายตัวนำ
กระบวนการพื้นฐานของสายเคเบิลได้รับการพัฒนามาเป็นเวลานาน ดังนั้นจึงมีข้อกำหนดมาตรฐานของตนเองในอุตสาหกรรมและองค์กรต่างๆ ในกระบวนการดึงลวด ตามโหมดคลายเกลียวของสายเดี่ยว อุปกรณ์การพันเกลียวสามารถแบ่งออกได้เป็นเครื่องคลายเกลียว เครื่องคลายเกลียว และเครื่องคลายเกลียว/คลายเกลียว เนื่องจากอุณหภูมิการตกผลึกของตัวนำทองแดงสูง อุณหภูมิและเวลาในการอบอ่อนจึงยาวนานขึ้น จึงเหมาะสมที่จะใช้อุปกรณ์เครื่องคลายเกลียวเพื่อดำเนินการดึงและดึงลวดต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงอัตราการยืดและแตกหักของการดึงลวด ปัจจุบัน สายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) ได้เข้ามาแทนที่สายเคเบิลกระดาษน้ำมันระหว่างระดับแรงดันไฟฟ้า 1 ถึง 500kV อย่างสมบูรณ์ มีกระบวนการขึ้นรูปตัวนำทั่วไปสองแบบสำหรับตัวนำ XLPE ได้แก่ การอัดเป็นวงกลมและการบิดลวด ในทางกลับกัน แกนลวดสามารถหลีกเลี่ยงอุณหภูมิและแรงดันสูงในท่อที่เชื่อมขวางเพื่อกดวัสดุป้องกันและวัสดุฉนวนเข้าไปในช่องว่างของลวดเกลียวและทำให้เกิดของเสีย ในทางกลับกัน ยังสามารถป้องกันการแทรกซึมของน้ำตามทิศทางของตัวนำเพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลทำงานได้อย่างปลอดภัย ตัวนำทองแดงเองเป็นโครงสร้างเกลียวร่วมศูนย์กลาง ซึ่งส่วนใหญ่ผลิตโดยเครื่องเกลียวเฟรมธรรมดา เครื่องเกลียวส้อม ฯลฯ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการอัดแบบวงกลม มันสามารถรับประกันการก่อตัวเป็นวงกลมของตัวนำได้

(2) กระบวนการผลิตฉนวนสายเคเบิล XLPE
สำหรับการผลิตสายเคเบิล XLPE แรงดันสูง การเชื่อมขวางแบบแห้งแบบสายโซ่ (CCV) และการเชื่อมขวางแบบแห้งแนวตั้ง (VCV) เป็นกระบวนการขึ้นรูปสองแบบ

(3) กระบวนการอัดรีด
ก่อนหน้านี้ ผู้ผลิตสายเคเบิลใช้กระบวนการอัดรีดรองเพื่อผลิตแกนฉนวนสายเคเบิล โดยขั้นตอนแรกคือการสร้างเกราะตัวนำและชั้นฉนวนอัดรีดพร้อมกัน จากนั้นจึงเชื่อมขวางและพันเข้ากับถาดสายเคเบิล วางทิ้งไว้ระยะหนึ่งแล้วจึงสร้างเกราะฉนวนอัดรีด ในช่วงทศวรรษ 1970 มีกระบวนการอัดรีด 1+2 สามชั้นในแกนลวดหุ้มฉนวน ทำให้สามารถหุ้มฉนวนภายในและภายนอกและหุ้มฉนวนได้สำเร็จในขั้นตอนเดียว กระบวนการนี้อัดรีดเกราะตัวนำก่อน หลังจากระยะทางสั้น ๆ (2~5 ม.) จากนั้นจึงอัดรีดฉนวนและเกราะฉนวนบนเกราะตัวนำพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม สองวิธีแรกมีข้อเสียมากมาย ดังนั้นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ซัพพลายเออร์อุปกรณ์การผลิตสายเคเบิลจึงได้แนะนำกระบวนการผลิตแบบอัดรีดร่วมสามชั้น ซึ่งอัดรีดเกราะตัวนำ ฉนวน และเกราะฉนวนในเวลาเดียวกัน เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต่างประเทศยังได้เปิดตัวหัวกระบอกของเครื่องอัดรีดแบบใหม่และดีไซน์แผ่นตาข่ายโค้ง โดยการปรับสมดุลแรงดันไหลในโพรงหัวสกรูเพื่อบรรเทาการสะสมของวัสดุ ขยายเวลาการผลิตต่อเนื่อง แทนที่การเปลี่ยนแปลงข้อกำหนดของการออกแบบหัวอย่างไม่หยุดหย่อน ยังช่วยประหยัดต้นทุนเวลาหยุดทำงานและเพิ่มประสิทธิภาพได้เป็นอย่างมากอีกด้วย

3. บทสรุป
รถยนต์พลังงานใหม่มีแนวโน้มการพัฒนาที่ดีและตลาดขนาดใหญ่ จำเป็นต้องมีผลิตภัณฑ์สายเคเบิลแรงดันสูงหลายชุดที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง มีผลในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ทนทานต่อการดัดงอ มีความยืดหยุ่น อายุการใช้งานยาวนาน และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมอื่นๆ ในการผลิตและครองตลาด วัสดุสายเคเบิลแรงดันสูงของรถยนต์ไฟฟ้าและกระบวนการเตรียมการมีแนวโน้มการพัฒนาที่กว้างขวาง รถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและรับรองการใช้งานที่ปลอดภัยได้หากไม่มีสายเคเบิลแรงดันสูง