Rozwiązanie do wyboru odpowiednich materiałów i optymalizacji struktury

​I. Tło​
Przewody elektryczne, będąc podstawowym nośnikiem przesyłania energii elektrycznej i sygnałów, mają wydajność, która bezpośrednio wpływa na efektywność systemu, bezpieczeństwo eksploatacji i długoterminową stabilność. W skomplikowanych warunkach pracy problemy takie jak niewystarczające właściwości elektryczne materiałów przewodzących, starzenie się/wyjście z użycia warstw izolacyjnych lub słaba ochrona mechaniczna mogą łatwo prowadzić do wzrostu strat energii, zwiększenia ryzyka pojawienia się zwarcia i nawet zagrożenia pożarowego. Dlatego naukowe dobieranie materiałów i optymalizacja struktury w celu zwiększenia ogólnej wydajności kabla jest kluczowe dla zapewnienia niezawodnej pracy systemów energetycznych i komunikacyjnych.

​II. Rozwiązanie​
​1. Optymalizacja Materiału Przewodnika: Balansowanie Przewodności i Ekonomii​

• ​Główna Strategia:​​ Priorytetowo używaj wysokoczystego miedzi bez tlenku (OFC). Jego przewodność przekracza 58 MS/m, znacznie przewyższając aluminium (około 35 MS/m), co znacznie zmniejsza straty ciepła Joule'a (straty I²R) podczas przesyłania i poprawia efektywność energetyczną.
• ​Segmentacja Scenariuszy:​​
• ​Średnie/Krótkie Odległości & Wysokie Prądy:​​ Należy upierać się przy przewodnikach miedzianych. Projekt powierzchni przekroju musi spełniać wymagania dotyczące prądotrwałości (np. kable energetyczne ≥70mm²), zapewniając niską impedancję i niską generację ciepła.
• ​Długodystansowa Przesył Powietrzna:​​ Wybierz stop aluminium przewodzący (seria AA-8000). Dla równoważnej prądotrwałości jest około 50% lżejszy niż miedź, znacznie zmniejszając obciążenia wież i koszty montażu. Uwaga: Punkty połączeń przewodników aluminiowych wymagają specjalnego traktowania (pasta antytlenkowa, śruby z momentem skręcającym) w celu zapobieżenia słabemu kontaktem i nagrzewaniu się.
• ​Innowacyjne Rozwiązanie:​​ Dla aplikacji wrażliwych na koszty i wymagających redukcji masy (np. harnessy kablowe pojazdów nowej energii), można wybrać przewodniki pokryte miedzią (CCA), utrzymując wysoką przewodność powierzchniową, jednocześnie redukując masę o około 30%.

​2. Wzmocnienie Warstwy Izolacyjnej: Zwiększanie Odporności na Wysokie Temperatury i Trwałości​

• ​Preferowany Materiał:​​ Polietylen krzyżowany (XLPE). Jego kluczowe zalety to:
• ​Właściwości Termiczne:​​ Ciągła temperatura pracy osiąga 90°C (30°C wyższa niż standardowy PE), temperatura wytrzymałości na zwarcie 250°C, znacznie opóźnia starzenie termiczne.
• ​Właściwości Dielektryczne:​​ Objętościowa rezystywność > 10¹⁴ Ω·cm, straty dielektryczne częstotliwości sieciowej < 0,001, zapewniając niezawodność izolacji w środowisku wysokiego napięcia (np. kable energetyczne 35kV).
• ​Wytrzymałość Mechaniczna:​​ Struktura krzyżowana zwiększa odporność na przecięcie i oferuje doskonałą odporność na pęknięcia spowodowane naprężeniami środowiskowymi (ESCR).
• ​Odpowiedź na Specjalne Warunki:​​
• ​Przesył Sygnałów Wysokiej Częstotliwości:​​ Użyj fizycznie/chemicznie piankowanego izolatora PE, aby zmniejszyć stałą dielektryczną (εr≈1,4), minimalizując tłumienie sygnału.
• ​Ekstremalne Środowiska Temperaturowe:​​ Użyj izolatora fluoroplastycznego odpornego na wysokie temperatury (np. ETFE), z temperaturą pracy do 150°C.

​3. Optymalizacja Projekty Strukturalnej: Wzmocnienie Ochrony Mechanicznej i Bezpieczeństwa​

• ​System Warstwowej Ochrony:​​
• ​Warstwa Wypełniająca:​​ Wypełnij luki w przewodnikach wieloprzewodowych watą blokującą wodę (superabsorbent poliakrylan sodu) lub związkami blokującymi wodę, aby osiągnąć blokadę wody wzdłużnej (zgodnie z IEC 60502). Dla wielojądrowych kabli użyj wypełniacza z polipropylenu, aby zapewnić okrągłą integralność.
• ​Wewnętrzna Osłona:​​ Wybierz polietylen wysokiej gęstości (HDPE) lub termoplastyczny poliuretan (TPU) do zapewnienia odporności na wodę promieniowo i odporności na boczne ściskanie (wytrzymałość na zgniatanie ≥2000N/100mm).
• ​Pancerz (Opcjonalnie):​​
• Silne obciążenia mechaniczne (np. bezpośredni zakop): Użyj taśmy pancernych z ocynkowanej stali (grubość ≥ 0,2mm).
• Wymagana odporność na skręcanie (np. kable górnicze): Użyj cienkiego drutu stalowego splecionego.
• ​Zewnętrzna Osłona:​​
• ​Podstawowa Ochrona:​​ Chlorek poliwinylny (PVC), ekonomiczny z dobrą odpornością na warunki atmosferyczne (temperatura pracy: -20°C ~ 70°C).
• ​Wzmocnione Bezpieczeństwo:​​ Kompozyt niskiego dymu bez halogenów (LSZH), Indeks Tlenowy ≥32, gęstość dymu Dₛ ≤60 (zgodnie z GB/T 19666), znacznie zmniejszający emisję toksycznych gazów (HCl <5mg/g) i ryzyko zakłócenia widzialności podczas pożaru.
• ​Odporność na Tarcie:​​ Obudowa z nylonu 12, Twardość Rockwella R120, odpowiednia dla dynamicznych zastosowań gięcia, takich jak kable do łańcuchów roboczych robotów.
• ​Projekt Kompatybilności Elektromagnetycznej (EMC):​​ Dodaj ekran z drutu miedzianego (zakrycie ≥85%) dla kabli średniego/wysokiego napięcia. Dla kabli sterowników zmiennoprądowych (VFD) użyj taśmy złożonej z aluminium-poliesteru + splątek miedzianych ocynkowanych, aby stłumić zakłócenia wysokiej częstotliwości (≥60dB tłumienia w paśmie 30MHz~1GHz).

​III. Podsumowanie Wartości Schematu​
Poprzez specyficzne dla scenariusza wybieranie przewodników (miedź/aluminium), osiągany jest dynamiczny balans między efektywnością przewodności a kosztami. Izolacja XLPE zapewnia stabilność dielektryczną w środowisku wysokich temperatur. Wielowarstwowa struktura kompozytowa (Wypełnienie + Osłona + Opcjonalny Pancerz) tworzy bariery mechaniczne i pożarowe. Ten schemat zmniejsza straty przesyłania kabla o 15%~20% (Miedź vs. Aluminium), przedłuża czas użytkowania ponad 30 lat (XLPE vs. PVC) i zmniejsza ryzyko pożaru o 70% (LSZH vs. PVC) dzięki płomienioodpornej osłonie, kompleksowo spełniając kluczowe wymagania dotyczące efektywności, bezpieczeństwa i stabilności.