Rješenje za odabir materijala i optimizaciju strukture

​I. Pozadina​
Električni kabeli, koji služe kao ključni nosači za prijenos električne energije i signala, imaju performanse koje izravno utječu na učinkovitost sustava, operativnu sigurnost i dugoročnu stabilnost. U složenim uvjetima rada, problemi poput nedostatka električnih svojstava materijala voditelja, starenja/pošteđenja izolacijskih slojeva ili slabe mehaničke zaštite lako mogu dovesti do povećanja gubitaka energije, povećanja rizika od kratičnih spojeva i čak požarnih opasnosti. Stoga je znanstveno odabir materijala i optimizacija strukture ključni za osiguravanje pouzdanog rada elektroenergetske i komunikacijske infrastrukture.

​II. Rješenje​
​1. Optimizacija materijala voditelja: Balansiranje provodljivosti i ekonomije​

• ​Ključna strategija:​​ Prednost dajte upotrebi visokočistog bezoxygenog bakra (OFC). Njegova provodljivost premašuje 58 MS/m, što je daleko više od aluminija (oko 35 MS/m), znatno smanjujući Jouleove gubitke topline (I²R gubitci) tijekom prijenosa i poboljšavajući energetsku učinkovitost.
• ​Sekmentacija scenarija:​​
• ​Srednje/kratke udaljenosti i primjene s visokim strujama:​​ Insistirajte na bakrenim voditeljima. Dizajn površine presjeka mora zadovoljavati zahtjeve za strujnom kapacitetom (npr., naponski kabeli ≥70mm²), osiguravajući niski impedans i niske toplinske generacije.
• ​Dugoodaljinski prijenos nadzemnim vodovima:​​ Odaberite provodljivi aluminijevi leguri (AA-8000 serija). Za ekvivalentnu strujnu kapacitet, on je otprilike 50% lakši od bakra, znatno smanjujući opterećenje torana i troškove instalacije. Napomena: Tačke spoja aluminijevih voditelja zahtijevaju posebnu obradu (antioksidativna pasta, šrafovi s određenim momentom savijanja) kako bi se spriječili loši kontakti i zagrijavanje.
• ​Inovativno rješenje:​​ Za primjene osjetljive na troškove gdje je potrebno smanjenje težine (npr., žice za nove vozila na novoj energiji), mogu se odabrati bakreno obloženi aluminijevi (CCA) voditelji, održavajući visoku površinsku provodljivost dok se težina smanjuje otprilike za 30%.

​2. Jačanje izolacijskog sloja: Poboljšanje otpornosti na visoke temperature i dugotrajnosti​

• ​Prednostni materijal:​​ Križasta vezana polietilena (XLPE). Njegove ključne prednosti uključuju:
• ​Termo karakteristike:​​ Kontinuirana radna temperatura dosega 90°C (30°C više od standardne PE), kratkotrajna izdržljivost temperature kratičnog spoja od 250°C, znatno usporavajući termičko starenje.
• ​Dielektrička svojstva:​​ Volumenski otpor > 10¹⁴ Ω·cm, dielektrični gubitci na snaznom toku < 0.001, osiguravajući pouzdanost izolacije u okruženju visokih napona (npr., naponski kabeli od 35kV).
• ​Mehanička čvrstoća:​​ Križasta struktura jača otpornost na probijanje i pruža izvrsnu Otpornost na stresne pukotine u okolišu (ESCR).
• ​Odgovor na specifične uvjete:​​
• ​Prijenos visokofrekventnih signala:​​ Koristite fizikalno/kemijski penjanu PE izolaciju kako biste smanjili dielektričnu konstantu (εr≈1.4), minimalizirajući prigušenje signala.
• ​Ekstremni temperaturni okruženja:​​ Koristite visokotemperaturno otporne fluoroplastične izolacije (npr., ETFE), s radnom temperaturom do 150°C.

​3. Optimizacija dizajna strukture: Mehanička zaštita i poboljšanje sigurnosti​

• ​Slojeviti sustav zaštite:​​
• ​Ispunjavajući sloj:​​ Popunite prostore unutar pleštenih voditelja vodootpornim konopcem (super apsorbentni poliakrilatni umjetni smole) ili vodootpornim spojevima kako biste postigli longitudinalnu vodootpornost (u skladu s IEC 60502). Za višekernice, koristite polipropilenov ispunjavajući lanac kako biste osigurali kružnu integritet.
• ​Unutarnja omotač:​​ Odaberite visokočesticasti polietilen (HDPE) ili termoplastični poliuretan (TPU) kako biste pružili radijalnu vodootpornost i otpornost na lateralno kompresiju (otpornost na stlačivanje ≥2000N/100mm).
• ​Oklop (opcionalno):​​
• Teški mehanički stresni okruženja (npr., direktno zakopavanje): Koristite galvanizirane čelikove trake (debljina ≥ 0.2mm).
• Zahtjev za otpornošću na vrtnje (npr., rudarski kabeli): Koristite fino čelikovo žičano plešeno oklop.
• ​Vanjska omotač:​​
• ​Osnovna zaštita:​​ Polivinil hlorid (PVC), ekonomično s dobrim otporom na vremenske uvjete (radna temperatura: -20°C ~ 70°C).
• ​Poboljšana sigurnost:​​ Nisko dimno bez halogeni (LSZH) spojevi, indeks kisika ≥32, gustoća dima Dₛ ≤60 (u skladu s GB/T 19666), znatno smanjujući emitiranje toksičnih plinova (HCl <5mg/g) i rizik od vizualne zamagljenosti tijekom požara.
• ​Otpornost na teranje:​​ Nylon 12 omotač, tvrdost Rockwell R120, pogodan za dinamičke savijanje primjene poput robota povlačenih lanaca.
• ​Dizajn elektromagnetne kompatibilnosti (EMC):​​ Dodajte bakrene žičane zaslone (pokrivenost ≥85%) za srednje/višenaponske kable. Za promjenjive frekvencije pogonskih (VFD) kabela, koristite aluminijeva-poliester kompozitna traka + cincan bakreni plešivo dvostruki zaslon kako biste suzbijali visokofrekventni interferencije (≥60dB prigušenje u 30MHz~1GHz bandu).

​III. Sažetak vrijednosti sheme​
Kroz specifični odabir voditelja prema scenariju (bakra/aluminija), postiže se dinamički ravnoteža između učinkovitosti provodljivosti i troškova. XLPE izolacija osigurava dielektričku stabilnost u visokotemperaturnim okruženjima. Višeslojni kompozitni sustav (Ispunjavanje + Omotač + Opcionalni oklop) gradi mehaničke i vatrogasne prepreke. Ova shema smanjuje gubitke prijenosa kabela za 15%~20% (Bakar u odnosu na Aluminij), produžuje vijek trajanja preko 30 godina (XLPE u odnosu na PVC) i smanjuje rizik od požara za 70% (LSZH u odnosu na PVC) kroz vatrogasnu omotač, komprehensivno zadovoljavajući ključne zahtjeve za učinkovitosti, sigurnosti i stabilnosti.