يحمل العصر الجديد لصناعة السيارات العاملة بالطاقة الجديدة على عاتقه مهمة مزدوجة تتمثل في التحول الصناعي والارتقاء بالبيئة 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، ومتطلبات معيار UL94V-0 المقاوم 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، هناك مادتان رئيسيتان لطبقة موصلات الكابلات: النحاس والألومنيوم. تعتقد بعض الشركات أن قلب الألومنيوم يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج، وذلك بإضافة النحاس والحديد والمغنيسيوم والسيليكون وعناصر أخرى إلى مواد الألومنيوم النقية، من خلال عمليات خاصة مثل التركيب والمعالجة بالتلدين، مما يحسن التوصيل الكهربائي وأداء الانحناء ومقاومة التآكل للكابل، وذلك 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، أولاً وقبل كل شيء، لأن مقاومته منخفضة، ومن ثم فإن معظم أداء النحاس يتفوق على أداء الألومنيوم في نفس المستوى، مثل سعة حمل كبيرة، وفقدان جهد منخفض، وانخفاض استهلاك الطاقة، وموثوقية عالية. 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، والإيلاستومر 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 مواد عازلة. 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 العزل، والسعي إلى ابتكار نسبة تركيب مادة العزل 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 والمؤسسات. 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 والوقت أطول، ومن المناسب استخدام معدات آلة تجديل فك التواء لإجراء السحب 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 مادة الحماية والعزل في فجوة السلك المُجدَل، 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 آلة جدل إطارية عادية، وآلة جدل شوكية، وما إلى ذلك. وبالمقارنة مع عملية الضغط الدائري، يضمن هذا الهيكل تشكيل جدل الموصل بشكل دائري.
(2) عملية إنتاج عزل كابلات 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 درع الموصل بالبثق وطبقة العزل، ثم ربطها بشكل متقاطع ولفها على صينية الكابل، ووضعها لفترة من الوقت ثم درع العزل بالبثق. 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، وتمديد 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 واسعة، وتحتاج إلى سلسلة من منتجات كابلات الجهد العالي التي تتميز بقدرة تحميل عالية، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة، وتأثير حماية كهرومغناطيسية، ومقاومة للانحناء، ومرونة، وعمر تشغيلي 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