La nueva era de la industria automotriz de nuevas energías asume la doble misión de transformación industrial, modernización y protección del medio ambiente, lo que impulsa considerablemente el desarrollo industrial de cables de alta tensión y otros accesorios para vehículos eléctricos. Los fabricantes de cables y los organismos de certificación han invertido mucho en la investigación y el desarrollo de cables de alta tensión para vehículos eléctricos. Los cables de alta tensión para vehículos eléctricos tienen altos requisitos de rendimiento en todos los aspectos y deben cumplir con la norma RoHSb, los requisitos de la norma UL94V-0 de grado ignífugo y un rendimiento suave. Este artículo presenta los materiales y la tecnología de preparación de los cables de alta tensión para vehículos eléctricos.
1.El material del cable de alto voltaje.
(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 considerablemente sus costos de producción. Al añadir cobre, hierro, magnesio, silicio y otros elementos a partir de materiales de aluminio puro, mediante procesos especiales como la síntesis y el recocido, se 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 efecto que los conductores con núcleo de cobre, o incluso mejor. Por lo tanto, se ahorra considerablemente en costos de producción. Sin embargo, la mayoría de las empresas aún consideran el cobre como el material principal para la capa conductora. En primer lugar, su baja resistividad y, además, su mayor rendimiento supera al del aluminio en el mismo nivel, como su gran capacidad de conducción de corriente, baja pérdida de voltaje, bajo consumo de energía y alta confiabilidad. Actualmente, la selección de conductores generalmente se basa en la norma nacional 6 para conductores blandos (la elongación de un solo cable de cobre debe ser superior al 25 % y el diámetro del monofilamento debe ser 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 la seguridad de la capa aislante y, por otro, se deben elegir, en la medida de lo posible, materiales fáciles de procesar y de uso generalizado. 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 de difenilo 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: la capa de blindaje semiconductora y la capa de blindaje trenzada. La resistividad volumétrica del material de blindaje semiconductor a 20 °C y 90 °C, y después del envejecimiento, es un indicador 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 a base de materiales. Si la materia prima no ofrece ventajas y la calidad no se puede mejorar 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 la 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 de fabricación de cables se ha desarrollado durante mucho tiempo, por lo que existen especificaciones estándar propias en la industria y las empresas. En el proceso de trefilado, según el método de destorsión de un solo cable, las máquinas de trenzado se dividen en: máquina destorsionadora, máquina destorsionadora y máquina destorsionadora/destorsión. Debido a la alta temperatura de cristalización del conductor de cobre, la temperatura y el tiempo de recocido son más largos, resulta apropiado utilizar la máquina destorsionadora para realizar el trefilado continuo y el trefilado continuo del cable, mejorando así 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 en tensiones de 1 a 500 kV. Existen dos procesos comunes de formación de conductores de XLPE: compactación circular y trenzado de cable. Por un lado, el núcleo del cable evita que las altas temperaturas y presiones de la tubería reticulada presionen el material de blindaje y aislamiento en el espacio entre los cables trenzados, lo que genera desperdicios. Por otro lado, también previene la infiltración de agua a lo largo del conductor, garantizando así su funcionamiento seguro. El conductor de cobre presenta una estructura de trenzado concéntrico, que se produce principalmente mediante máquinas de trenzado de marcos convencionales, máquinas de trenzado de horquilla, etc. A diferencia del proceso de compactación circular, este proceso garantiza una formación circular del trenzado.
(2) Proceso de producción de aislamiento de cables XLPE
Para la producción de cables XLPE de alta tensión, la reticulación seca catenaria (CCV) y la reticulación seca vertical (VCV) son dos procesos de formación.
(3) Proceso de extrusión
Anteriormente, los fabricantes de cables utilizaban un proceso de extrusión secundaria para producir el núcleo aislante del cable. El primer paso consistía en extruir simultáneamente el blindaje del conductor y la capa de aislamiento, y luego se reticulaba y enrollaba en la bandeja portacables, donde se colocaba durante un período de tiempo y luego se extruía el blindaje aislante. Durante la década de 1970, apareció un proceso de extrusión de tres capas 1+2 en el núcleo del cable aislado, lo que permitía completar el blindaje y el aislamiento interno y externo en un solo proceso. El proceso primero extruía el blindaje del conductor, después de una corta distancia (2~5 m), y luego extruía el aislamiento y el blindaje aislante sobre el blindaje del conductor al mismo tiempo. Sin embargo, los dos primeros métodos presentaban grandes inconvenientes, por lo que a finales de la década de 1990, los proveedores de equipos de producción de cables introdujeron un proceso de producción de coextrusión de tres capas, que extruía el blindaje del conductor, el aislamiento y el blindaje aislante al mismo tiempo. Hace unos años, los países extranjeros también lanzaron un nuevo diseño de cabezal de barril de extrusora y placa de malla curva, al equilibrar la presión del flujo de la cavidad del cabezal del tornillo para aliviar la acumulación de material, extender el tiempo de producción continua, reemplazando el cambio continuo de especificaciones del diseño del cabezal también puede ahorrar en gran medida los costos de tiempo de inactividad y mejorar la eficiencia.
3. Conclusión
Los vehículos de nuevas energías tienen buenas perspectivas de desarrollo y un mercado enorme. Por ello, requieren la producción y el acceso al mercado de una serie de cables de alta tensión con alta capacidad de carga, resistencia a altas temperaturas, apantallamiento electromagnético, resistencia a la flexión, flexibilidad, larga vida útil y excelentes prestaciones. El material para cables de alta tensión para vehículos eléctricos y su proceso de preparación tienen amplias perspectivas de desarrollo. Sin cables de alta tensión, los vehículos eléctricos no pueden mejorar la eficiencia de producción ni garantizar la seguridad de su uso.
Hora de publicación: 23 de agosto de 2024