La nueva era de la industria automotriz de energías renovables conlleva la doble misión de la transformación y modernización industrial, así como la protección del medio ambiente. Esto impulsa significativamente el desarrollo industrial de cables de alta tensión y otros accesorios para vehículos eléctricos, y los fabricantes de cables y los organismos de certificación han invertido grandes esfuerzos en la investigación y el desarrollo de estos cables. Los cables de alta tensión para vehículos eléctricos requieren un alto rendimiento en todos los aspectos, y deben cumplir con la norma RoHSb, la norma UL94V-0 de resistencia al fuego y un buen rendimiento. Este artículo presenta los materiales y la tecnología de fabricación de cables de alta tensión para vehículos eléctricos.
1. El material del cable de alta tensión
(1) Material conductor del cable
Actualmente, existen dos materiales principales para la capa conductora de cables: cobre y aluminio. Algunas empresas consideran que el núcleo de aluminio puede reducir significativamente sus costos de producción, mediante la adición de cobre, hierro, magnesio, silicio y otros elementos a la base de materiales de aluminio puro, a través de procesos especiales como síntesis y tratamiento térmico. Esto mejora la conductividad eléctrica, el rendimiento de flexión y la resistencia a la corrosión del cable, para cumplir con los requisitos de la misma capacidad de carga y lograr el mismo rendimiento que los conductores con núcleo de cobre, o incluso mejor. De esta manera, se ahorra mucho en costos de producción. Sin embargo, la mayoría de las empresas aún consideran el cobre como el material principal de la capa conductora. En primer lugar, el cobre tiene una baja resistividad y, además, la mayoría de sus características de rendimiento son superiores a las del aluminio al mismo nivel, como una alta capacidad de conducción de corriente, bajas pérdidas de voltaje, bajo consumo de energía y alta fiabilidad. Actualmente, la selección de conductores generalmente utiliza la norma nacional 6 para conductores blandos (elongación del hilo de cobre simple debe ser superior al 25%, diámetro del monofilamento inferior a 0,30) para garantizar la suavidad y la tenacidad del monofilamento de cobre. La Tabla 1 enumera las normas que deben cumplir los materiales conductores de cobre de uso común.
(2) Materiales de la capa aislante de los cables
El entorno interno de los vehículos eléctricos es complejo; en la selección de materiales aislantes, por un lado, se debe garantizar el uso seguro de la capa aislante y, por otro lado, en la medida de lo posible, elegir materiales fáciles de procesar y ampliamente utilizados. Actualmente, los materiales aislantes más utilizados son el cloruro de polivinilo (PVC),polietileno reticulado (XLPE), caucho de silicona, elastómero termoplástico (TPE), etc., y sus principales propiedades se muestran en la Tabla 2.
Entre ellos, el PVC contiene plomo, pero la Directiva RoHS prohíbe el uso de plomo, mercurio, cadmio, cromo hexvalente, éteres difenílicos polibromados (PBDE) y bifenilos polibromados (PBB) y otras sustancias nocivas, por lo que en los últimos años el PVC ha sido reemplazado por XLPE, caucho de silicona, TPE y otros materiales respetuosos con el medio ambiente.
(3) Material de la capa de blindaje del cable
La capa de blindaje se divide en dos partes: capa de blindaje semiconductora y capa de blindaje trenzada. La resistividad volumétrica del material de blindaje semiconductor a 20 °C y 90 °C y después del envejecimiento es un índice técnico importante para medir el material de blindaje, que determina indirectamente la vida útil del cable de alta tensión. Los materiales de blindaje semiconductores comunes incluyen caucho de etileno-propileno (EPR), cloruro de polivinilo (PVC) ypolietileno (PE)materiales base. En caso de que la materia prima no tenga ventajas y el nivel de calidad no pueda mejorarse a corto plazo, las instituciones de investigación científica y los fabricantes de materiales para cables se centran en la investigación de la tecnología de procesamiento y la proporción de la fórmula del material de blindaje, y buscan la innovación en la proporción de composición del material de blindaje para mejorar el rendimiento general del cable.
2. Proceso de preparación de cables de alta tensión
(1) Tecnología de hilos conductores
El proceso básico del cable se ha desarrollado durante mucho tiempo, por lo que también existen sus propias especificaciones estándar en la industria y las empresas. En el proceso de trefilado, según el modo de desenrollado del alambre individual, el equipo de trenzado se puede dividir en máquina de trenzado desenrollado, máquina de trenzado desenrollado y máquina de trenzado desenrollado/destorcido. Debido a la alta temperatura de cristalización del conductor de cobre, la temperatura y el tiempo de recocido son más largos, es apropiado utilizar el equipo de máquina de trenzado desenrollado para realizar el tirado continuo y el tirado continuo del alambre para mejorar la elongación y la tasa de fractura del trefilado. Actualmente, el cable de polietileno reticulado (XLPE) ha reemplazado por completo al cable de papel aceitado entre los niveles de voltaje de 1 y 500 kV. Hay dos procesos comunes de formación de conductores para conductores XLPE: compactación circular y trenzado de alambre. Por un lado, el núcleo del cable evita que la alta temperatura y la alta presión en la tubería reticulada compriman su material de blindaje y aislamiento en el espacio entre los cables trenzados, lo que provoca desperdicios; por otro lado, también evita la infiltración de agua a lo largo de la dirección del conductor para garantizar el funcionamiento seguro del cable. El conductor de cobre en sí tiene una estructura de trenzado concéntrico, que se produce principalmente con máquinas de trenzado de marco, de horquilla, etc. En comparación con el proceso de compactación circular, garantiza la formación circular del trenzado del conductor.
(2) Proceso de producción de aislamiento de cables XLPE
Para la producción de cables XLPE de alta tensión, el entrecruzamiento seco catenario (CCV) y el entrecruzamiento seco vertical (VCV) son dos procesos de conformado.
(3) Proceso de extrusión
Anteriormente, los fabricantes de cables utilizaban un proceso de extrusión secundaria para producir el núcleo de aislamiento del cable. El primer paso consistía en extruir simultáneamente el blindaje del conductor y la capa de aislamiento, para luego reticularlos y enrollarlos en la bandeja portacables, dejarlos reposar durante un tiempo y, posteriormente, extruir el blindaje de aislamiento. Durante la década de 1970, surgió un proceso de extrusión de tres capas (1+2) para el núcleo de cable aislado, que permitía completar el blindaje y el aislamiento internos y externos en un solo proceso. Este proceso primero extruía el blindaje del conductor, tras una corta distancia (2-5 m), y luego extruía simultáneamente el aislamiento y el blindaje de aislamiento sobre el blindaje del conductor. Sin embargo, los dos primeros métodos presentaban grandes inconvenientes, por lo que a finales de la década de 1990, los proveedores de equipos para la producción de cables introdujeron un proceso de coextrusión de tres capas, que extruía simultáneamente el blindaje del conductor, el aislamiento y el blindaje de aislamiento. Hace unos años, otros países también lanzaron un nuevo diseño de cabezal de extrusora y placa de malla curva, que al equilibrar la presión del flujo en la cavidad del cabezal del tornillo alivia la acumulación de material, prolonga el tiempo de producción continua y reemplaza el cambio constante de especificaciones del diseño del cabezal, también puede ahorrar mucho en costos por tiempo de inactividad y mejorar la eficiencia.
3. Conclusión
Los vehículos de nueva energía tienen buenas perspectivas de desarrollo y un mercado enorme, por lo que requieren una serie de cables de alta tensión con alta capacidad de carga, resistencia a altas temperaturas, blindaje electromagnético, resistencia a la flexión, flexibilidad, larga vida útil y otras características excelentes para su producción y consolidación en el mercado. El material y el proceso de fabricación de los cables de alta tensión para vehículos eléctricos tienen un amplio potencial de desarrollo. Sin cables de alta tensión, los vehículos eléctricos no pueden mejorar su eficiencia de producción ni garantizar la seguridad de su uso.
Hora de publicación: 23 de agosto de 2024