Kykyinen Materiaalin Valintaratkaisu ja Rakenneoptimoitumisen Suunnitelma

​I. Tausta​
Sähkökaapelit, jotka toimivat keskeisenä välittäjänä sähkön ja signaalien siirtämiseen, vaikuttavat suoraan järjestelmän tehokkuuteen, toiminnallisuuteen ja pitkäaikaiseen vakauttaan. Monimutkaisten toimintaolosuhteiden vallitessa ongelmat, kuten johtomateriaalien riittämätön sähköinen ominaisuus, eristyskerrosten ikääntyminen/tuhoaminen tai heikko mekaaninen suoja, voivat helposti johtaa lisääntyneeseen energian menetykseen, korkeampaan lyhytsolmun riskiin ja jopa paloriskiin. Siksi materiaalien tieteellinen valinta ja rakenteen optimointi ovat olennaisia sähkö- ja viestintäjärjestelmien luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

​II. Ratkaisu​
​1. Johtomateriaalin optimointi: Jännityksen ja taloudellisuuden tasapainottaminen​

• ​Ytimstrategia:​​ Priorisoi korkeapuhtauden hapettoman kuparin (OFC) käyttö. Sen johtavuus ylittää 58 MS/m, mikä on huomattavasti suurempi kuin alumiinin (noin 35 MS/m), mikä merkittävästi vähentää Joulen lämpömenetyksiä (I²R-menetyksiä) siirrossa ja parantaa energiatehokkuutta.
• ​Tilanteen segmentointi:​​
• ​Keski-/lyhytpituudet & korkeat virrat:​​ Pidä kiinni kuparijohtoista. Leikkauksen pinta-ala on suunniteltava vastaamaan virravakautta (esim. sähköjohtojen leikkauspinta-ala ≥70mm²), mikä takaa matalan impedanssin ja matalan lämpömuodostumisen.
• ​Pitkät matkat ilmakuljetuksissa:​​ Valitse johtava alumiinilevy (AA-8000-sarja). Samalla virravakaudella se on noin 50 % kevyempi kuin kupari, mikä merkittävästi vähentää tornivaloja ja asennuskustannuksia. Huomio: Alumiinijohtojen yhteydessä tarvitaan erityiskohtelua (antioksidanttipastaa, torquen mutterit) estääksesi huonon yhteyden ja lämpömuodostumisen.
• ​Innovaatiomainen ratkaisu:​​ Painonsäästöä vaativille sovelluksille (esim. uusien energiamuotojen ajoneuvojen johtokangas), voi valita kuparipinta-alumiinia (CCA), joka säilyttää korkean pintajohtavuuden samalla kun vähentää painoa noin 30 %.

​2. Eristykskerroksen vahvistaminen: Korkean lämpötilan vastustuksen ja kestävyyden parantaminen​

• ​Suositeltu materiaali:​​ Ristiriippuvainen polyeteeni (XLPE). Sen avustavat ominaisuudet sisältävät:
• ​Lämpösuorituskyky:​​ Jatkuv toimintalämpötila saavuttaa 90°C (30°C suurempi kuin standardi PE), lyhytsolmun kestovuoden lämpötila 250°C, mikä huomattavasti hidastaa lämpöikääntymistä.
• ​Dielektriset ominaisuudet:​​ Tilavuusristikertaisuus > 10¹⁴ Ω·cm, verkkotaajuuden dielektrinen häviö < 0.001, mikä takaa erityksen luotettavuuden korkean jänniteympäristöissä (esim. 35kV sähköjohto).
• ​Mekaaninen vahvuus:​​ Ristiriippuva rakenne vahvistaa laskettujen läpäisykyvyn ja tarjoaa erinomaisen ympäristössä aiheutuvan stressikraakan vastustuksen (ESCR).
• ​Erityisten olosuhteiden vastaus:​​
• ​Korkean taajuuden signaalien siirtäminen:​​ Käytä fyysisesti/kemiallisesti vaahteroidun PE-eristystä vähentääksesi dielektristä vakio (εr≈1.4) ja minimoidaksesi signaalinvaimenemisen.
• ​Äärimmäiset lämpötilaympäristöt:​​ Käytä lämpökestävää fluoriplastista eristystä (esim. ETFE), jonka toimintalämpötila on enintään 150°C.

​3. Rakenteen optimointi: Mekaaninen suoja ja turvallisuuden parantaminen​

• ​Kerroksittainen suojajärjestelmä:​​
• ​Täyttökerros:​​ Täytä kuohujohtojen välisiä aukkoja vesiestelevillä nylkillä (super absorbent polyakrylaatti resina) tai vesiestelevillä komposiitteihin saavuttaaksesi pitkälinjaisen vesiesteilyn (vastaavasti IEC 60502). Useankuohujohtoisissa kaapeleissa käytä polypropyyleen täyttöluinata ympyrämuodon ylläpitämiseksi.
• ​Sisäinen kuoret:​​ Valitse tiheä polyeteeni (HDPE) tai termoplastinen polyureetti (TPU) tarjotaksesi radiaaliselle vesiesteilyn ja sivusuuntainen puristuksen vastustuksen (puristuksen vastustus ≥2000N/100mm).
• ​Panssarointi (valinnainen):​​
• Raskaan mekaanisen stressin ympäristöissä (esim. suora maahanpano): Käytä sinkittyä teräslevyä panssarointiin (paksuus ≥ 0.2mm).
• Vaihtoehtoinen pyörähdysvaatimus (esim. kaivostoiminta): Käytä hienon teräsromujen kutojapanssarointia.
• ​Ulkoiset kuoret:​​
• ​Perussuoja:​​ Polyvinyylikloridi (PVC), kustannustehokas hyvällä säännöstä (toimintalämpötila: -20°C ~ 70°C).
• ​Parannettu turvallisuus:​​ Vähäsavuinen halogeeniton (LSZH) komposiitti, Happiindeksi ≥32, savupitoisuus Dₛ ≤60 (vastaavasti GB/T 19666), mikä merkittävästi vähentää myrkkygaseja (HCl <5mg/g) ja näkyvyyden vaaraa tulipaloissa.
• ​Kuormituskyky:​​ Nyloni 12 kuoret, Rockwellin kovuus R120, sopiva dynaamisiin taipumissovelluksiin, kuten robotin vetoketjujohtoja.
• ​Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) suunnittelu:​​ Lisää kuparin langasruudukko (kattavuus ≥85%) keskipituisille ja korkeapituisille kaapeleille. Muuttuvan taajuuden ohjaimeen (VFD) käytettyä kaapeleita varten käytä alumiini-polyesteriyhdistelmäteippi + tinattu kupariromu kaksoispuolustus, mikä hillitsee korkean taajuuden häiriöitä (≥60dB vaimeneminen 30MHz~1GHz-bändissä).

​III. Ratkaisun arvo yhteenveto​
Tilanteen mukaisella johtovalintana (kupari/alumiini) saavutetaan dynaaminen tasapaino johtavuuden tehokkuuden ja kustannusten välillä. XLPE-eristyksella varmistetaan dielektrinen vakaus korkean lämpötilan ympäristöissä. Monikerroksinen kompositstruktuuri (Täyttö + Kuoret + Valinnainen panssarointi) rakentaa mekaanisia ja palosuoja-esteitä. Tämä ratkaisu vähentää kaapelien siirtomenetyksiä 15%~20% (kupari vs. alumiini), pidentää käyttöikää yli 30 vuotta (XLPE vs. PVC) ja vähentää paloriskiä 70% (LSZH vs. PVC) liekitöntä kuoresta, mikä kattaa tehokkuuden, turvallisuuden ja vakauden ydinvaatimukset.