پیشنهاد راه حل انتخاب مواد قابل استفاده و طرح بهینه سازی ساختار

​I. پسزمونه​
کابل‌های برق به عنوان میانجی اصلی برای انتقال انرژی و سیگنال‌های الکتریکی عمل می‌کنند که عملکرد آنها مستقیماً تأثیرگذار بر کارایی سیستم، ایمنی عملیاتی و پایداری طولانی مدت است. در شرایط عملیاتی پیچیده، مشکلاتی مانند ناکافی بودن خواص الکتریکی مواد رسانا، فرسودگی/شکست لایه‌های عایق یا محافظت مکانیکی ضعیف می‌تواند منجر به افزایش زیان انرژی، افزایش خطر خرابی موقت و حتی خطر آتش‌سوزی شود. بنابراین، انتخاب علمی مواد و بهینه‌سازی ساختار برای افزایش عملکرد کلی کابل‌ها برای تضمین عملکرد قابل اعتماد سیستم‌های برق و ارتباطات حیاتی است.

​II. راه‌حل​
​1. بهینه‌سازی ماده رسانا: تعادل بین هدایت‌پذیری و اقتصادی​

• ​استراتژی اصلی:​​ اولویت به کاربرد مس بدون اکسیژن با خلوص بالا (OFC) داده شود. هدایت‌پذیری آن بیش از ۵۸ MS/m است که بسیار بیشتر از آلومینیوم (حدود ۳۵ MS/m) است، این کار باعث کاهش قابل توجه زیان گرمایی جول (I²R) در طول انتقال و بهبود کارایی انرژی می‌شود.
• ​تجزیه و تحلیل سناریو:​​
• ​برای کاربردهای مسافت متوسط/کوتاه و جریان بالا:​​ به کاربرد مس‌های رسانا پایبند باشید. طراحی سطح مقطع باید نیازهای ظرفیت جریان (مانند کابل‌های برق ≥70mm²) را برآورده کند، تا مقاومت کم و تولید گرما کم باشد.
• ​انتقال هوایی در مسافت‌های طولانی:​​ آلیاژ آلومینیوم هدایت‌کننده (سری AA-8000) را انتخاب کنید. برای ظرفیت جریان معادل، وزنش حدود ۵۰٪ کمتر از مس است، که به طور قابل توجهی بار برج‌ها و هزینه‌های نصب را کاهش می‌دهد. توجه داشته باشید: نقاط اتصال رسانا آلومینیوم نیاز به درمان خاص (پاست ضد اکسید، پیچ‌های گشتاور) دارد تا از تماس ضعیف و گرم شدن جلوگیری شود.
• ​راه‌حل نوآورانه:​​ برای کاربردهای حساس به هزینه که نیاز به کاهش وزن دارند (مانند تجهیزات برق خودروهای نوین)، می‌توان از رساناهای آلومینیوم پوشیده مس (CCA) استفاده کرد که هدایت‌پذیری سطحی بالا را حفظ می‌کنند و وزن را تقریباً ۳۰٪ کاهش می‌دهند.

​2. تقویت لایه عایق: افزایش مقاومت در دمای بالا و طول عمر​

• ​ماده ترجیحی:​​ پلی‌اتیلن متقاطع (XLPE). مزایای کلیدی آن شامل:
• ​عملکرد حرارتی:​​ دمای عملکرد مداوم به ۹۰°C (۳۰°C بیشتر از PE استاندارد) می‌رسد، دمای تحمل خرابی موقت ۲۵۰°C، که به طور قابل توجهی فرسودگی حرارتی را کند می‌کند.
• ​خواص دی‌الکتریک:​​ مقاومت حجمی > ۱۰¹⁴ Ω·cm، زیان دی‌الکتریک فرکانس تغذیه < ۰.۰۰۱، تضمین می‌کند که عایق‌بندی در محیط‌های ولتاژ بالا (مانند کابل‌های برق ۳۵kV) قابل اعتماد باشد.
• ​مقاومت مکانیکی:​​ ساختار متقاطع مقاومت در برابر برش و مقاومت بسیار خوب در برابر ترک‌های استرس محیطی (ESCR) را افزایش می‌دهد.
• ​پاسخ به شرایط خاص:​​
• ​انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا:​​ از عایق PE فیزیکی/شیمیایی فوم‌دار استفاده کنید تا ثابت دی‌الکتریک (εr≈1.4) را کاهش دهید و کاهش سیگنال را به حداقل برسانید.
• ​محیط‌های دمایی شدید:​​ از عایق فلوروپلاست مقاوم در برابر دمای بالا (مانند ETFE) استفاده کنید که دمای عملکرد تا ۱۵۰°C است.

​3. بهینه‌سازی طراحی ساختاری: افزایش محافظت مکانیکی و ایمنی​

• ​سیستم محافظت لایه‌ای:​​
• ​لایه پرکننده:​​ فضاهای خالی در داخل رساناهای مسی با نخ‌های ضد آب (رزین پلی‌اکریلات فوق جاذب) یا مواد پرکننده ضد آب پر شود تا بلاک‌سازی آب طولی (مطابق با IEC 60502) را به دست آورد. برای کابل‌های چند هسته‌ای، از طناب پرکننده پلی‌پروپیلن استفاده کنید تا تمامیت دایره‌ای را تضمین کنید.
• ​عایق داخلی:​​ پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا پلی‌یورتان ترمoplastik (TPU) را انتخاب کنید تا مقاومت در برابر آب شعاعی و مقاومت در برابر فشار جانبی (مقاومت فشار ≥2000N/100mm) را فراهم کنید.
• ​درمان برونی (اختیاری):​​
• محیط‌های با تنش مکانیکی سنگین (مانند دفن مستقیم): از پهنک فولادی روغنکار (ضخامت ≥ 0.2mm) استفاده کنید.
• نیاز به مقاومت در برابر چرخش (مانند کابل‌های معادن): از تاریک فولادی ریز استفاده کنید.
• ​عایق برونی:​​
• ​حفاظت پایه:​​ کلروفینیل وینیل (PVC)، ارزان قیمت و مقاوم در برابر آب و هوای مختلف (دمای عملکرد: -20°C ~ 70°C).
• ​امنیت افزوده:​​ ترکیب کم دود بدون هالوژن (LSZH)، شاخص اکسیژن ≥32، چگالی دود Dₛ ≤60 (مطابق با GB/T 19666)، به طور قابل توجهی انتشار گازهای سمی (HCl <5mg/g) و خطر از دیده شدن در طول آتش‌سوزی را کاهش می‌دهد.
• ​مقاومت در برابر خوردگی:​​ عایق نایلون ۱۲، سختی راکول R120، مناسب برای کاربردهای خمش پویا مانند کابل‌های زنجیره کشش رباتیک است.
• ​طراحی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC):​​ برای کابل‌های ولتاژ متوسط/بالا، صفحه‌ای از سیم‌های مسی (پوشش ≥85%) اضافه کنید. برای کابل‌های محرک فرکانس متغیر (VFD)، از نوار ترکیبی آلومینیوم-پلی‌استر + سیم‌های مسی روغنکار دوگانه استفاده کنید تا تداخل فرکانس بالا (≥60dB کاهش در باند 30MHz~1GHz) را کاهش دهید.

​III. خلاصه ارزش طرح​
از طریق انتخاب رسانا بر اساس سناریو (مس/آلومینیوم)، تعادل پویا بین کارایی هدایت‌پذیری و هزینه به دست می‌آید. عایق XLPE تضمین می‌کند که پایداری دی‌الکتریک در محیط‌های دمای بالا باشد. ساختار مرکب چند لایه (پرکننده + عایق + درمان برونی اختیاری) موانع مکانیکی و آتش‌سوزی را می‌سازد. این طرح زیان انتقال کابل را ۱۵٪~۲۰٪ (مس در مقایسه با آلومینیوم) کاهش می‌دهد، طول عمر را بیش از ۳۰ سال (XLPE در مقایسه با PVC) افزایش می‌دهد و با استفاده از عایق مقاوم در برابر آتش، خطر آتش‌سوزی را ۷۰٪ (LSZH در مقایسه با PVC) کاهش می‌دهد، به طور جامع نیازهای اصلی کارایی، ایمنی و پایداری را برآورده می‌کند.