يحمل العصر الجديد لصناعة السيارات العاملة بالطاقة الجديدة على عاتقه مهمة مزدوجة تتمثل في التحول الصناعي وتحسين البيئة وحماية البيئة، مما يُعزز بشكل كبير التطوير الصناعي لكابلات الجهد العالي وملحقاتها الأخرى للسيارات الكهربائية. وقد استثمر مصنعو الكابلات وهيئات التصديق جهودًا كبيرة في البحث والتطوير لكابلات الجهد العالي للسيارات الكهربائية. تتميز كابلات الجهد العالي للسيارات الكهربائية بمتطلبات أداء عالية من جميع النواحي، ويجب أن تلبي معايير RoHSb، وUL94V-0 المقاومة للهب، والأداء المرن. تُقدم هذه الورقة مواد وتقنيات تحضير كابلات الجهد العالي للسيارات الكهربائية.
1. مادة كابل الجهد العالي
(1) مادة موصلة للكابل
في الوقت الحاضر، تُستخدم مادتان رئيسيتان في صناعة موصلات الكابلات: النحاس والألومنيوم. تعتقد بعض الشركات أن قلب الألومنيوم يمكن أن يُخفّض تكاليف إنتاجها بشكل كبير، وذلك بإضافة النحاس والحديد والمغنيسيوم والسيليكون وعناصر أخرى إلى مواد الألومنيوم النقية، ومن خلال عمليات خاصة مثل التركيب والتلدين، مما يُحسّن التوصيل الكهربائي وأداء الانحناء ومقاومة التآكل للكابل، لتلبية متطلبات نفس سعة التحميل، وتحقيق نفس تأثير موصلات قلب النحاس أو حتى أفضل. وبالتالي، يتم توفير تكلفة الإنتاج بشكل كبير. ومع ذلك، لا تزال معظم الشركات تعتبر النحاس المادة الرئيسية لطبقة الموصلات، وذلك لانخفاض مقاومته، ومن ثمّ تفوقه في معظم خصائصه على الألومنيوم في نفس المستوى، مثل سعة حمل التيار الكبيرة، وانخفاض فقدان الجهد، وانخفاض استهلاك الطاقة، والموثوقية العالية. حاليًا، يُعتمد في اختيار الموصلات عادةً على المعيار الوطني لستة موصلات ناعمة (يجب أن يكون استطالة السلك النحاسي الواحد أكبر من ٢٥٪، وأن يكون قطر خيط النحاس الأحادي أقل من ٠.٣٠) لضمان ليونة وصلابة خيط النحاس الأحادي. يوضح الجدول ١ المعايير التي يجب استيفاؤها لمواد الموصلات النحاسية الشائعة الاستخدام.
(2) مواد الطبقة العازلة للكابلات
البيئة الداخلية للمركبات الكهربائية معقدة، لذا يُنصح باختيار مواد العزل المناسبة، من جهة، لضمان الاستخدام الآمن لطبقة العزل، ومن جهة أخرى، يُنصح باختيار مواد سهلة المعالجة وواسعة الاستخدام. حاليًا، المواد العازلة الأكثر شيوعًا هي بولي فينيل كلوريد (PVC).البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)، المطاط السيليكوني، الإيلاستومر الحراري البلاستيكي (TPE)، وما إلى ذلك، وخصائصها الرئيسية موضحة في الجدول 2.
من بينها، يحتوي PVC على الرصاص، لكن توجيه RoHS يحظر استخدام الرصاص والزئبق والكادميوم والكروم السداسي والأثيرات ثنائية الفينيل متعددة البروم (PBDE) والثنائي الفينيل متعدد البروم (PBB) وغيرها من المواد الضارة، لذلك تم استبدال PVC في السنوات الأخيرة بـ XLPE والمطاط السيليكوني وTPE وغيرها من المواد الصديقة للبيئة.
(3) مادة طبقة حماية الكابل
تنقسم طبقة الحماية إلى جزأين: طبقة حماية شبه موصلة وطبقة حماية مضفرة. تُعد المقاومة الحجمية لمادة الحماية شبه الموصلة عند درجتي حرارة 20 و90 درجة مئوية وبعد التقادم مؤشرًا تقنيًا مهمًا لقياس جودة مادة الحماية، مما يُحدد بشكل غير مباشر عمر خدمة كابل الجهد العالي. تشمل مواد الحماية شبه الموصلة الشائعة مطاط الإيثيلين-البروبيلين (EPR) وكلوريد البولي فينيل (PVC).البولي إيثيلين (PE)المواد القائمة على الكابلات. في حال عدم وجود ميزة تنافسية للمادة الخام وعدم إمكانية تحسين جودتها على المدى القصير، تُركز مؤسسات البحث العلمي ومصنعو مواد الكابلات على دراسة تقنية المعالجة ونسبة تركيب مادة الحماية، والسعي إلى ابتكار نسبة تركيب مادة الحماية لتحسين الأداء العام للكابل.
2. عملية تحضير كابلات الجهد العالي
(1) تكنولوجيا خيوط الموصل
لقد تم تطوير العملية الأساسية للكابلات لفترة طويلة، لذلك توجد أيضًا مواصفاتها القياسية الخاصة بها في الصناعة والشركات. في عملية سحب الأسلاك، وفقًا لوضع فك التواء السلك الفردي، يمكن تقسيم معدات التجديل إلى آلة تجديل فك التواء، وآلة تجديل فك التواء وآلة تجديل فك التواء/فك التواء. نظرًا لدرجة حرارة التبلور العالية لموصل النحاس، فإن درجة حرارة التلدين ووقته أطول، ومن المناسب استخدام معدات آلة تجديل فك التواء للقيام بالسحب المستمر والسحب المستمر للأسلاك الأحادية لتحسين معدل الاستطالة والكسر في سحب الأسلاك. في الوقت الحاضر، حل كابل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) محل كابل ورق الزيت تمامًا بين مستويات الجهد من 1 إلى 500 كيلو فولت. هناك طريقتان شائعتان لتشكيل الموصلات لموصلات XLPE: الضغط الدائري ولف الأسلاك. من ناحية، يُجنّب قلب السلك ارتفاع درجة الحرارة والضغط في خط الأنابيب المتشابك، مما قد يُسبب ضغطًا على مواد الحماية والعزل في فجوة الأسلاك المجدولة، مما يُسبب هدرًا؛ ومن ناحية أخرى، يمنع تسرب الماء على طول اتجاه الموصل، مما يضمن التشغيل الآمن للكابل. موصل النحاس نفسه عبارة عن هيكل جدل متحد المركز، يُنتَج غالبًا بواسطة آلات جدل الإطار العادية، وآلات جدل الشوكة، وما إلى ذلك. وبالمقارنة مع عملية الضغط الدائري، يضمن هذا الهيكل تشكيل جدل الموصل بشكل دائري.
(2) عملية إنتاج عزل كابل XLPE
لإنتاج كابل XLPE عالي الجهد، فإن الربط المتقاطع الجاف التسلسلي (CCV) والربط المتقاطع الجاف الرأسي (VCV) هما عمليتان للتشكيل.
(3) عملية البثق
في وقت سابق، استخدم مصنعو الكابلات عملية بثق ثانوية لإنتاج قلب عزل الكابل، والخطوة الأولى في نفس الوقت بثق درع الموصل وطبقة العزل، ثم ربطها بشكل متقاطع ولفها على صينية الكابل، ووضعها لفترة من الوقت ثم بثق درع العزل. خلال سبعينيات القرن الماضي، ظهرت عملية بثق ثلاثية الطبقات 1 + 2 في قلب السلك المعزول، مما يسمح بإكمال التدريع الداخلي والخارجي والعزل في عملية واحدة. تقوم العملية أولاً ببثق درع الموصل، بعد مسافة قصيرة (2 ~ 5 أمتار)، ثم تقوم ببثق العزل ودرع العزل على درع الموصل في نفس الوقت. ومع ذلك، فإن الطريقتين الأوليين لهما عيوب كبيرة، لذلك في أواخر التسعينيات، قدم موردو معدات إنتاج الكابلات عملية إنتاج بثق مشترك ثلاثية الطبقات، والتي تقوم ببثق درع الموصل والعزل ودرع العزل في نفس الوقت. قبل بضع سنوات، أطلقت الدول الأجنبية أيضًا رأس برميل الطارد الجديد وتصميم لوحة شبكية منحنية، من خلال موازنة ضغط تدفق تجويف رأس المسمار لتخفيف تراكم المواد، وإطالة وقت الإنتاج المستمر، واستبدال تغيير مواصفات تصميم الرأس بدون توقف يمكن أن يوفر أيضًا تكاليف التوقف عن العمل بشكل كبير ويحسن الكفاءة.
3. الخاتمة
تتمتع مركبات الطاقة الجديدة بآفاق تطوير واعدة وسوق ضخمة، وتحتاج إلى سلسلة من منتجات كابلات الجهد العالي التي تتميز بقدرة تحميل عالية، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة، وتأثير حماية كهرومغناطيسية، ومقاومة للانحناء، ومرونة، وعمر تشغيل طويل، وأداء ممتاز آخر، لتُستخدم في الإنتاج وتُشغل السوق. تتمتع مواد كابلات الجهد العالي للسيارات الكهربائية وعملية تحضيرها بآفاق تطوير واسعة. لا يمكن للسيارات الكهربائية تحسين كفاءة الإنتاج وضمان السلامة بدون كابلات الجهد العالي.
وقت النشر: ٢٣ أغسطس ٢٠٢٤