Решение за избор на подходящ материал и оптимизационна схема за структура

​I. Предистория​
Електрическите кабели, служещи като основен медиум за предаване на електрическа енергия и сигнали, имат производителност, която директно влияе върху ефективността на системата, безопасността при изпълнение и дългосрочната стабилност. При сложни условия на работа проблеми като недостатъчни електрически свойства на материали-проводници, стареене/неуспех на изолационни слоеве или слаба механична защита лесно могат да доведат до увеличена загуба на енергия, по-висок риск от късо съединение и дори пожарна опасност. Следователно, научното избиране на материали и оптимизирането на структурата за подобряване на общата производителност на кабела е критично за осигуряване на надеждната работа на електроенергийните и комуникационни системи.

​II. Решение​
​1. Оптимизация на материал-проводник: Балансиране на проводимостта и икономиката​

• ​Основна стратегия:​​ Приоритизирайте използването на високочист мед (безкислородна медь). Нейната проводимост надвишава 58 MS/m, което значително превишава алюминия (приблизително 35 MS/m), значително намалявайки загубите от нагряване на Йоул (I²R загуби) при предаване и подобрявайки енергийната ефективност.
• ​Сегментация на сценарии:​​
• ​Средно/кратко разстояние и приложения с висок ток:​​ Постоявайте при медни проводници. Дизайнът на площта на сечението трябва да отговаря на изискванията за емисия (например, силови кабели ≥70mm²), гарантирайки ниска импеданс и ниско генериране на топлина.
• ​Дългото разстояние на въздушната преференция:​​ Изберете проводим алюминиев сплав (AA-8000 серия). За еквивалентна емисия, той е приблизително 50% по-лек от медта, значително намалявайки товара на куловете и разходите за инсталация. Забележка: Точки на свързване на алюминиев проводник изискват специално обработване (антиоксидантна паста, момички с ключ) за предотвратяване на лош контакт и нагряване.
• ​Иновативно решение:​​ За приложения, чувствителни към цената и изискващи намаление на теглото (например, жица за нови енергийни превозни средства), могат да бъдат избрани медно-покрити алюминиеви (CCA) проводници, поддържащи висока повърхностна проводимост, докато намаляват теглото с приблизително 30%.

​2. Усилене на изолационния слой: Подобряване на устойчивостта към високите температури и продължителността​

• ​Предпочитан материал:​​ Кръстосана полиетилен (XLPE). Неговите ключови преимущества включват:
• ​Термални характеристики:​​ Непрекъснатата оперативна температура достига 90°C (30°C по-висока от стандартния PE), температурата на издръжливост при късо съединение 250°C, значително забавяйки термалното стареене.
• ​Диелектрични свойства:​​ Обемна резистивност > 10¹⁴ Ω·cm, диелектрични загуби при мощностна честота < 0.001, осигурявайки надеждна изолация в околната среда с високо напрежение (например, 35kV силови кабели).
• ​Механична сила:​​ Кръстосаната структура подобрява устойчивостта към пробиване и предлага отлична устойчивост към екологични стресови пукнатини (ESCR).
• ​Отговор на специални условия:​​
• ​Предаване на високочестотни сигнали:​​ Използвайте физически/химически пянен PE изолатор, за да намалите диелектричната константа (εr≈1.4), минимизирайки ослабяването на сигнала.
• ​Екстремни температурни условия:​​ Използвайте изолатор от флуоропласт, устойчив на високите температури (например, ETFE), с оперативна температура до 150°C.

​3. Оптимизация на конструктивния дизайн: Механична защита и подобряване на безопасността​

• ​Система за многослойна защита:​​
• ​Запълващ слой:​​ Запълнете празнините във въжените проводници с вода-блокиращи нишки (супер абсорбираща полиакрилатна смола) или вода-блокиращи съставки, за да се постигне продължителна блокировка на водата (в съответствие с IEC 60502). За многожилични кабели, използвайте полипропиленова запълваща въже, за да се гарантира циркулярната целост.
• ​Вътрешен облек:​​ Изберете Високоплътен полиетилен (HDPE) или Термопластичен полиуретан (TPU), за да предоставите радиална водноустойчивост и устойчивост към боково компресиране (съпротива на съпресняване ≥2000N/100mm).
• ​Броня (по желание):​​
• Тежки механични стресове (например, пряка закопаване): Използвайте оцинкована стоманена лента (дебелина ≥ 0.2mm).
• Изискване на устойчивост към въртене (например, кабели за дейности по добив): Използвайте тънка стоманена въже броня.
• ​Външен облек:​​
• ​Основна защита:​​ Поливинилхлорид (PVC), стойностен с добра устойчивост към времето (оперативна температура: -20°C ~ 70°C).
• ​Подобрената безопасност:​​ Компаунд с нисък дим и нулеви халогени (LSZH), Индекс на кислород ≥32, плътност на дима Dₛ ≤60 (в съответствие с GB/T 19666), значително намалява излъчването на отровни газове (HCl <5mg/g) и риска от визуално замъгляване при пожар.
• ​Устойчивост към триене:​​ Наялон 12 облек, твърдост на Роквел R120, подходящ за динамични приложения с извиване като кабели за роботизирана влечна верига.
• ​Дизайн на електромагнитна съвместимост (EMC):​​ Добавете медна жица (покритие ≥85%) за средно/високо напрежение кабели. За кабели на променлив честотен привод (VFD), използвайте алюминиев-полиестер композитна лента + лужена медна въже двойна защита, за да подтиснете високочестотната интерференция (≥60dB затихване в 30MHz~1GHz диапазон).

​III. Резюме на стойността на схемата​
Чрез избор на проводник, специфичен за сценария (мед/алюминий), се постига динамично равновесие между ефективността на проводимостта и цената. XLPE изолацията гарантира диелектрична стабилност в околната среда с високи температури. Многослойната композитна структура (Запълване + Облек + По желание Броня) създава механични и пожарни бариери. Тази схема намалява загубите при предаване на кабела с 15%~20% (Мед в сравнение с Алюминий), удължава срока на полезност над 30 години (XLPE в сравнение с PVC) и намалява риска от пожар с 70% (LSZH в сравнение с PVC) чрез флангозащитен облек, обхващащ комплексно основните изисквания за ефективност, безопасност и стабилност.