Solución de selección de materiais able e esquema de optimización de estrutura
I. Antecedentes
Os cabos eléctricos, que actúan como o medio central para transmitir enerxía eléctrica e sinais, teñen un rendemento que afecta directamente a eficiencia do sistema, a seguridade operativa e a estabilidade a longo prazo. En condicións de funcionamento complexas, problemas como propiedades eléctricas insuficientes dos materiais conductores, envellecemento/fallo das capas de aislamento ou protección mecánica débil poden levar facilmente a un aumento da perda de enerxía, un maior risco de cortocircuitos e incluso a riscos de incendio. Polo tanto, é crucial seleccionar científicamente os materiais e optimizar a estrutura para mellorar o rendemento xeral do cable, garantindo así o funcionamento fiable dos sistemas de enerxía e comunicación.
II. Solución
1. Optimización do Material Conductor: Equilibrio entre Conductividade e Economía
- Estratexia Central: Prioriza o uso de cobre libre de oxíxeno (OFC) de alta pureza. A súa conductividade supera os 58 MS/m, moi por encima do aluminio (aprox. 35 MS/m), reducindo significativamente as perdas de calor Joule (perdas I²R) durante a transmisión e mellorando a eficiencia enerxética.
- Segmentación de Escenarios:
- Aplicacións de Mediana/Corta Distancia e Corrente Alta: Insiste no uso de conductores de cobre. O deseño da sección transversal debe cumprir os requisitos de capacidade de corrente (por exemplo, cables de enerxía ≥70mm²), asegurando baixa impedancia e baixa xeración de calor.
- Transmisión Aérea a Larga Distancia: Seleccione aleacións de aluminio conductoras (serie AA-8000). Para unha capacidade de corrente equivalente, pesa aproximadamente o 50% menos que o cobre, reducindo significativamente as cargas nas torres e os custos de instalación. Nota: Os puntos de conexión de aluminio requiren un tratamento especial (pasta antioxidante, parafusos de torque) para evitar un mal contacto e o calentamento.
- Solución Innovadora: Para aplicacións sensibles ao custo que requiren unha redución de peso (por exemplo, arneses de cableado de vehículos de enerxía nova), pódense seleccionar conductores de Alumínio Revestido de Cobre (CCA), mantendo unha alta conductividade superficial mentres se reduce o peso en aproximadamente o 30%.
2. Reforzamento da Capa de Aislamento: Melorando a Resistencia a Altas Temperaturas e a Durabilidade
- Material Preferido: Polietileno reticulado (XLPE). As súas principais vantaxes inclúen:
- Rendemento Térmico: A temperatura de funcionamento continua alcanza os 90°C (30°C superior ao PE estándar), con unha temperatura de resistencia a cortocircuitos de 250°C, retardando significativamente o envellecemento térmico.
- Propiedades Dieléctricas: Resistividade volumétrica > 10¹⁴ Ω·cm, perdas dieléctricas de frecuencia de rede < 0,001, asegurando a fiabilidade do aislamento en entornos de alta tensión (por exemplo, cables de enerxía de 35kV).
- Resistencia Mecánica: A estrutura reticulada aumenta a resistencia a cortes e ofrece unha excelente resistencia a grietas por estrés ambiental (ESCR).
- Respuesta a Condicións Especiais:
- Transmisión de Sinais de Alta Frecuencia: Utilice aislamentos de PE fisica/quimicamente espumados para reducir a constante dieléctrica (εr≈1,4), minimizando a atenuación do sinal.
- Entornos de Temperatura Extrema: Use aislamentos de fluoroplásticos resistentes a altas temperaturas (por exemplo, ETFE), con unha temperatura de funcionamento de ata 150°C.
3. Optimización do Diseño Estructural: Protección Mecánica e Mejora da Seguridade
- Sistema de Protección en Capas:
- Capa de Relleno: Rellene os espazos dentro dos conductores trenzados con fibras bloqueadoras de auga (resina poliacrílica superabsorbente) ou compósitos bloqueadores de auga para lograr un bloqueo longitudinal de auga (conformidade con IEC 60502). Para cables multicore, use cordón relleno de polipropileno para asegurar a integridade circular.
- Recubrimento Interno: Seleccione Polietileno de Alta Densidade (HDPE) ou Poliuretano Termoplástico (TPU) para proporcionar resistencia radial ao auga e resistencia a la compresión lateral (resistencia a la aplastamiento ≥2000N/100mm).
- Armadura (Opcional):
- Entornos de estrés mecánico elevado (por exemplo, enterrado directamente): Use cinta de acero galvanizado (grosor ≥ 0,2 mm).
- Requerida resistencia a torsión (por ejemplo, cables de mina): Use armadura trenzada de finos hilos de acero.
- Recubrimento Externo:
- Protección Básica: Cloruro de Polivinilo (PVC), económico con boa resistencia climática (temperatura de funcionamento: -20°C ~ 70°C).
- Seguridade Mejorada: Compósito de Baixo Humo Zero Halóxenos (LSZH), Índice de Oxíxeno ≥32, densidade de humo Dₛ ≤60 (conformidade con GB/T 19666), reducindo significativamente a emisión de gases tóxicos (HCl <5mg/g) e o risco de obstrución visual durante incendios.
- Resistencia ao Desgaste: Recubrimento de Nylon 12, Dureza Rockwell R120, adecuado para aplicacións de flexión dinámica como cables de cadenas de arrastre de robots.
- Deseño de Compatibilidade Electromagnética (EMC): Adicione unha pantalla de hilo de cobre (cobertura ≥85%) para cables de media/alta tensión. Para cables de variador de frecuencia (VFD), utilice un escudo duplo de cinta composta de aluminio-poliéster + malla de cobre estañado para suprimir a interferencia de alta frecuencia (≥60dB de atenuación na banda de 30MHz~1GHz).
III. Resumo do Valor do Esquema
A través da selección específica do conductor para cada escenario (cobre/aluminio), lograse un equilibrio dinámico entre a eficiencia da conductividade e o custo. O aislamento XLPE asegura a estabilidade dieléctrica en entornos de alta temperatura. A estrutura composta multicapa (Relleno + Recubrimento + Armadura Opcional) constrúe barreras mecánicas e contra incendios. Este esquema reduce a perda de transmisión do cable en un 15%~20% (Cobre vs. Aluminio), prolonga a vida útil máis allá dos 30 anos (XLPE vs. PVC) e reduce o risco de incendio en un 70% (LSZH vs. PVC) a través do recubrimento ignífugo, satisfacendo comprehensivamente os requisitos centrais de eficiencia, seguridade e estabilidade.
