Solution de sélection de matériaux capables et schéma d'optimisation de structure

​I. Contexte​
Les câbles électriques, servant de médium central pour la transmission d'énergie électrique et de signaux, ont des performances qui influencent directement l'efficacité du système, la sécurité opérationnelle et la stabilité à long terme. Dans des conditions d'exploitation complexes, des problèmes tels qu'une conductivité insuffisante des matériaux conducteurs, le vieillissement/défaillance des couches d'isolation ou une protection mécanique faible peuvent facilement conduire à une augmentation de la perte d'énergie, à un risque accru de court-circuit et même à des dangers d'incendie. Par conséquent, la sélection scientifique des matériaux et l'optimisation de la structure pour améliorer les performances globales des câbles sont cruciales pour assurer le fonctionnement fiable des systèmes d'énergie et de communication.

​II. Solution​
​1. Optimisation du Matériau Conducteur : Équilibre entre Conductivité et Économie​

• ​Stratégie Principale :​​ Donner la priorité à l'utilisation de cuivre sans oxygène de haute pureté (OFC). Sa conductivité dépasse 58 MS/m, bien supérieure à celle de l'aluminium (environ 35 MS/m), réduisant considérablement les pertes par effet Joule (pertes I²R) lors de la transmission et améliorant l'efficacité énergétique.
• ​Segmentation des Scénarios :​​
• ​Applications à Moyenne/Courte Distance et Fort Courant :​​ Insister sur l'utilisation de conducteurs en cuivre. La conception de la section transversale doit répondre aux exigences de capacité ampérique (par exemple, câbles d'alimentation ≥70mm²), garantissant une impédance faible et une faible génération de chaleur.
• ​Transmission Aérienne à Longue Distance :​​ Sélectionner un alliage d'aluminium conducteur (série AA-8000). Pour une capacité ampérique équivalente, il est environ 50% plus léger que le cuivre, réduisant considérablement les charges des pylônes et les coûts d'installation. Remarque : Les points de connexion des conducteurs en aluminium nécessitent un traitement spécial (pâte anti-oxydante, boulons avec couple) pour éviter un contact défectueux et la surchauffe.
• ​Solution Innovante :​​ Pour des applications sensibles au coût nécessitant une réduction de poids (par exemple, harnais de câblage pour véhicules à énergie nouvelle), on peut choisir des conducteurs en Aluminium Recouvert de Cuivre (CCA), maintenant une conductivité de surface élevée tout en réduisant le poids d'environ 30%.

​2. Renforcement de la Couche d'Isolation : Amélioration de la Résistance à Haute Température et de la Durabilité​

• ​Matériau Préféré :​​ Polyéthylène Réticulé (XLPE). Ses principaux avantages incluent :
• ​Performances Thermiques :​​ Température de fonctionnement continue atteignant 90°C (30°C de plus que le PE standard), résistance à la température de court-circuit de 250°C, ralentissant considérablement le vieillissement thermique.
• ​Propriétés Diélectriques :​​ Résistivité volumique > 10¹⁴ Ω·cm, pertes diélectriques sous fréquence secteur < 0,001, assurant la fiabilité de l'isolation dans des environnements à haute tension (par exemple, câbles d'alimentation 35kV).
• ​Résistance Mécanique :​​ La structure réticulée renforce la résistance à la perforation et offre une excellente résistance à la fissuration par contrainte environnementale (ESCR).
• ​Réponse aux Conditions Spéciales :​​
• ​Transmission de Signaux à Haute Fréquence :​​ Utiliser une isolation en polyéthylène physiquement/ chimiquement mousse pour réduire la constante diélectrique (εr≈1,4), minimisant l'atténuation du signal.
• ​Environnements Extrêmes de Température :​​ Utiliser une isolation en fluoroplastique résistant à haute température (par exemple, ETFE), avec une température de fonctionnement jusqu'à 150°C.

​3. Optimisation de la Conception Structurale : Protection Mécanique et Amélioration de la Sécurité​

• ​Système de Protection Multi-Couches :​​
• ​Couche de Garnissage :​​ Remplir les espaces entre les conducteurs toronnés avec des fils hydrofuges (résine super absorbante de polyacrylate) ou des composés hydrofuges pour réaliser un blocage longitudinal de l'eau (conformément à la norme IEC 60502). Pour les câbles multicâbles, utiliser un cordage de garnissage en polypropylène pour assurer l'intégrité circulaire.
• ​Gaine Intérieure :​​ Sélectionner du Polyéthylène à Haute Densité (HDPE) ou du Polyuréthane Thermoplastique (TPU) pour fournir une résistance radiale à l'eau et une résistance à la compression latérale (résistance à l'écrasement ≥2000N/100mm).
• ​Armure (Optionnel) :​​
• Environnements soumis à des contraintes mécaniques lourdes (par exemple, enterré directement) : Utiliser une armure en bande d'acier galvanisé (épaisseur ≥ 0,2mm).
• Résistance à la torsion requise (par exemple, câbles miniers) : Utiliser une armure en treillis de fil d'acier fin.
• ​Gaine Extérieure :​​
• ​Protection de Base :​​ Chlorure de Polyvinyle (PVC), économique avec une bonne résistance aux intempéries (température de fonctionnement : -20°C ~ 70°C).
• ​Sécurité Améliorée :​​ Composé à Faible Fumée Zéro Halogène (LSZH), Indice d'Oxygène ≥32, densité de fumée Dₛ ≤60 (conformément à la norme GB/T 19666), réduisant considérablement l'émission de gaz toxiques (HCl <5mg/g) et le risque d'obscurcissement visuel en cas d'incendie.
• ​Résistance à l'Usure :​​ Gaine en Nylon 12, Dureté Rockwell R120, adaptée aux applications de flexion dynamique comme les câbles de chaîne de traînage robotique.
• ​Conception de la Compatibilité Électromagnétique (EMC) :​​ Ajouter un écran en fil de cuivre (couverture ≥85%) pour les câbles moyenne/haute tension. Pour les câbles de variateur de fréquence (VFD), utiliser un double blindage avec bande composite aluminium-polyester + tresse de cuivre étamé pour supprimer les interférences à haute fréquence (≥60dB d'atténuation dans la bande 30MHz~1GHz).

​III. Résumé de la Valeur du Schéma​
Grâce à une sélection spécifique des conducteurs en fonction des scénarios (cuivre/aluminium), un équilibre dynamique entre l'efficacité de la conductivité et le coût est atteint. L'isolation XLPE assure la stabilité diélectrique dans des environnements à haute température. La structure composite multi-couches (Garnissage + Gaine + Armure Optionnelle) construit des barrières mécaniques et incendiaires. Ce schéma réduit la perte de transmission des câbles de 15% à 20% (Cuivre vs. Aluminium), prolonge la durée de vie au-delà de 30 ans (XLPE vs. PVC), et réduit le risque d'incendie de 70% (LSZH vs. PVC) grâce à la gaine ignifuge, répondant de manière globale aux exigences essentielles d'efficacité, de sécurité et de stabilité.