Schéma pro výběr vhodného materiálu a optimalizaci struktury

​I. Pozadí​
Elektrické kabely, které slouží jako základní médium pro přenos elektrické energie a signálů, mají výkon, který má přímý dopad na efektivitu systému, operační bezpečnost a dlouhodobou stabilitu. V komplexních provozních podmínkách mohou problémy, jako je nedostatečné elektrické vlastnosti materiálů vodičů, stárnutí/selhání izolačních vrstev nebo slabá mechanická ochrana, snadno vést ke zvýšené energetické ztrátě, zvýšenému riziku krátkých obvodů a dokonce i požárovým rizikům. Proto je klíčové pro zajištění spolehlivého fungování energetických a komunikačních systémů vědecky vybírat materiály a optimalizovat strukturu s cílem zlepšit celkový výkon kabelů.

​II. Řešení​
​1. Optimalizace materiálu vodiče: Dosahování rovnováhy mezi vodivostí a ekonomikou​

• ​Základní strategie:​​ Upřednostňujte použití vysokopurového bezevodíkového mědi (OFC). Jeho vodivost přesahuje 58 MS/m, což je daleko víc než u hliníku (asi 35 MS/m), což výrazně snižuje ztráty Jouleova teplo (I²R ztráty) během přenosu a zlepšuje energetickou efektivitu.
• ​Segmentace scénářů:​​
• ​Střední/krátké vzdálenosti & aplikace s vysokými proudy:​​ Insistujte na měděných vodičích. Návrh plochy průřezu musí splňovat požadavky na nosnost (např. elektroenergetické kabely ≥70mm²), což zajišťuje nízkou impedanci a nízkou teplotu generovanou teplem.
• ​Dlouhé vzdálenosti při přenosu po vzduchu:​​ Vyberte vodivé hliníkové slitiny (série AA-8000). Pro stejnou nosnost je asi o 50 % lehčí než měď, což výrazně snižuje zatížení věží a náklady na instalaci. Poznámka: Spojovací body hliníkových vodičů vyžadují speciální úpravy (antioxidantní pasta, tuhostné šrouby) pro prevenci špatného kontaktu a ohřívání.
• ​Inovativní řešení:​​ Pro aplikace citlivé na náklady a vyžadující snížení hmotnosti (např. drátové svazky pro vozidla s novou energií) lze vybrat vodiče s měděnou obkládkou (CCA), které udržují vysokou povrchovou vodivost a snižují hmotnost přibližně o 30%.

​2. Posílení izolační vrstvy: Zlepšení odolnosti proti vysokým teplotám a trvanlivosti​

• ​Upřednostňovaný materiál:​​ Síťovaný polyethylen (XLPE). Jeho klíčové výhody zahrnují:
• ​Teplotní vlastnosti:​​ Kontinuální pracovní teplota dosahuje 90°C (30°C více než standardní PE), odolnost proti krátkodobému přetížení 250°C, což výrazně zpomaluje termální stárnutí.
• ​Dielektrické vlastnosti:​​ Objemová odporovost > 10¹⁴ Ω·cm, dielektrické ztráty síťové frekvence < 0,001, což zajišťuje izolační spolehlivost ve vysokonapěťovém prostředí (např. 35kV elektroenergetické kabely).
• ​Mechanická pevnost:​​ Síťovaná struktura zvyšuje odolnost proti proniknutí a nabízí vynikající odolnost proti korozi způsobené prostředím (ESCR).
• ​Odpověď na speciální podmínky:​​
• ​Přenos signálů vysoké frekvence:​​ Použijte fyzicky/chemicky pěnový PE izolant k snížení dielektrické konstanty (εr≈1,4), což minimalizuje ztrátu signálu.
• ​Ekstremní teplotní prostředí:​​ Použijte izolaci z teplotně odolné fluoroplastiky (např. ETFE), s pracovní teplotou až 150°C.

​3. Optimalizace konstrukčního návrhu: Mechanická ochrana a zlepšení bezpečnosti​

• ​Systém vrstvené ochrany:​​
• ​Vyplňovací vrstva:​​ Mezery v třísených vodičích vyplňte hydrofóbními nitěmi (super absorbentní polyakrylová rezina) nebo hydrofóbními látkami k dosažení longitudinální vodotěsnosti (v souladu s IEC 60502). Pro vícekerné kabely použijte plnící lano z polypropylenu k zajištění kruhové integrity.
• ​Vnitřní obal:​​ Vyberte vysokodensitní polyethylen (HDPE) nebo termoplastický polyuretan (TPU) k poskytnutí radiální vodotěsnosti a odolnosti proti bočnímu tlaku (odolnost proti tlaku ≥2000N/100mm).
• ​Ochranná armatura (volitelná):​​
• Těžké mechanické zatížení (např. přímé zasypání): Použijte galvanizovanou ocelovou pásku (tloušťka ≥ 0,2mm).
• Požadavek na odolnost proti točivému momentu (např. hornické kabely): Použijte jemnou ocelovou drátěnou armaturu.
• ​Vnější obal:​​
• ​Základní ochrana:​​ Polyvinylchlorid (PVC), ekonomický s dobrým odoláním proti počasí (pracovní teplota: -20°C ~ 70°C).
• ​Zvýšená bezpečnost:​​ Nízkodýmavý bezhalogenový (LSZH) směs, Index kyslíku ≥32, hustota kouře Dₛ ≤60 (v souladu s GB/T 19666), což výrazně snižuje emisi toxických plynů (HCl <5mg/g) a riziko vizuálního zastínění během požárů.
• ​Odolnost proti opotřebení:​​ Obal z nylonu 12, tvrdost Rockwell R120, vhodný pro dynamické ohybové aplikace, jako jsou kabely pro robotické tažné řetězy.
• ​Návrh elektromagnetické kompatibility (EMC):​​ Přidejte měděnou drátěnou síť (pokrytí ≥85%) pro střední/vysokonapěťové kabely. Pro kabely pro čerpadlo s proměnnou frekvencí (VFD) použijte kombinovanou vrstvu z hliníku a polyesteru + lakovanou měděnou drátěnou síť k potlačení vysokofrekvenčních rušení (≥60dB útlumu v pásmu 30MHz~1GHz).

​III. Shrnutí hodnoty schématu​
Skrze specifický výběr vodiče podle scénáře (měď/hliník) se dosahuje dynamické rovnováhy mezi efektivitou vodivosti a náklady. XLPE izolace zajišťuje dielektrickou stabilitu v teplotně náročném prostředí. Vícevrstvé kompozitní uspořádání (Vyplňovací vrstva + Obal + Volitelná armatura) vytváří mechanické a požární bariéry. Tento schémat snižuje ztráty přenosu kabelu o 15%~20% (Měď vs. Hliník), prodlužuje životnost nad 30 let (XLPE vs. PVC) a snižuje riziko požáru o 70% (LSZH vs. PVC) prostřednictvím odpalovzdorného obalu, což komplexně splňuje klíčové požadavky na efektivitu, bezpečnost a stabilitu.