د وړاندیز شوي ماتريال انتخاب حل او سازه بهترینه کولو منصوبه

​I. پیشینه​
کابل‌های برق به عنوان مedium اصلی برای انتقال انرژی و سیگنال‌های الکتریکی، عملکرد آنها مستقیماً تأثیرگذار بر کارایی سیستم، ایمنی عملیاتی و پایداری بلندمدت است. در شرایط عملیاتی پیچیده، مشکلاتی مانند نقص خواص الکتریکی مواد رسانا، فرسودگی/خرابی لایه‌های عایق، یا محافظت مکانیکی ضعیف می‌تواند منجر به افزایش زیان انرژی، افزایش خطر کوتاه شدن مدار و حتی خطر آتش‌سوزی شود. بنابراین، انتخاب علمی مواد و بهینه‌سازی ساختار برای افزایش عملکرد کلی کابل‌ها برای تضمین عملکرد قابل اعتماد سیستم‌های برق و ارتباطات حیاتی است.

​II. راه‌حل​
​1. بهینه‌سازی ماده رسانا: تعادل بین رسانایی و اقتصادی​

• ​استراتژی اصلی:​​ اولویت دادن به استفاده از مس بدون اکسیژن با خلوص بالا (OFC). رسانایی آن بیش از 58 MS/m است که بسیار بیشتر از آلومینیوم (حدود 35 MS/m) است، که به طور قابل توجهی زیان گرمایی جول (I²R) را در حین انتقال کاهش می‌دهد و کارایی انرژی را بهبود می‌بخشد.
• ​تجزیه و تحلیل سناریو:​​
• ​برای کاربردهای مسافت متوسط/کوتاه و جریان بالا:​​ به محض مس رسانا اصرار کنید. طراحی مساحت مقطع باید مطابق با نیازهای ظرفیت جریان (مثلاً کابل‌های برق ≥70mm²) باشد، که اطمینان می‌دهد مقاومت کم و تولید گرما کم باشد.
• ​انتقال هوایی در مسافت‌های طولانی:​​ آلیاژ رسانا آلومینیوم (سری AA-8000) را انتخاب کنید. برای ظرفیت جریان معادل، وزن آن حدود 50٪ کمتر از مس است، که به طور قابل توجهی بار برج‌ها و هزینه‌های نصب را کاهش می‌دهد. توجه داشته باشید: نقاط اتصال رسانا آلومینیوم نیاز به درمان ویژه (پاست ضد اکسیداسیون، پلکان‌های گشتاور) دارد تا از تماس ضعیف و گرم شدن جلوگیری شود.
• ​راه‌حل نوآورانه:​​ برای کاربردهای حساس به هزینه که نیاز به کاهش وزن دارند (مثلاً مجموعه‌های سیم‌کشی خودروهای نوین انرژی)، می‌توان از رساناهای آلومینیوم‌پوش مس (CCA) استفاده کرد، که رسانایی سطح بالا را حفظ می‌کند و وزن را حدود 30٪ کاهش می‌دهد.

​2. تقویت لایه عایق: افزایش مقاومت در دمای بالا و دوام​

• ​مواد منتخب:​​ پلی‌اتیلن متقاطع (XLPE). مزایای کلیدی آن شامل:
• ​عملکرد حرارتی:​​ دمای کاری پیوسته به 90°C (30°C بیشتر از PE استاندارد) می‌رسد، دمای تحمل کوتاه مدار 250°C، که به طور قابل توجهی فرسودگی حرارتی را کاهش می‌دهد.
• ​خواص دی‌الکتریک:​​ مقاومت حجمی > 10¹⁴ Ω·cm، زیان دی‌الکتریک فرکانس تغذیه < 0.001، که اطمینان از قابلیت عایق‌بندی در محیط‌های ولتاژ بالا (مثلاً کابل‌های برق 35kV) را می‌دهد.
• ​مقاومت مکانیکی:​​ ساختار متقاطع مقاومت در برابر خراش را افزایش می‌دهد و مقاومت بسیار خوبی در برابر ترک‌های استرس محیطی (ESCR) دارد.
• ​پاسخ به شرایط خاص:​​
• ​انتقال سیگنال‌های فرکانس بالا:​​ از عایق PE فیزیکی/شیمیایی فوم‌دار استفاده کنید تا ثابت دی‌الکتریک (εr≈1.4) را کاهش دهید و زوال سیگنال را کمینه کنید.
• ​محیط‌های دمای بسیار بالا:​​ از عایق فلورپلاستیک مقاوم در برابر دمای بالا (مثلاً ETFE) استفاده کنید که دمای کاری آن تا 150°C است.

​3. بهینه‌سازی طراحی ساختاری: محافظت مکانیکی و افزایش ایمنی​

• ​سیستم محافظت لایه‌ای:​​
• ​لایه پرکننده:​​ فضاهای خالی در رساناهای تاری را با نخ‌های جاذب آب (رزین پلی‌اکریلات سوپر جاذب آب) یا مواد پرکننده جاذب آب پر کنید تا بلاک‌سازی آب طولی (مطابق با IEC 60502) را به دست آورید. برای کابل‌های چند هسته‌ای، از طناب پرکننده پلی‌پروپیلن استفاده کنید تا تمامیت دایره‌ای را تضمین کنید.
• ​پوشش داخلی:​​ پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا پلی‌اورتان ترمoplastik (TPU) را انتخاب کنید تا مقاومت در برابر آب شعاعی و مقاومت در برابر فشار جانبی (مقاومت فشار ≥2000N/100mm) را فراهم کنید.
• ​پوشش محافظ (اختیاری):​​
• محیط‌های با تنش مکانیکی سنگین (مثلاً دفن مستقیم): از پوشش نوار فولادی روغن‌کاری شده (ضخامت ≥ 0.2mm) استفاده کنید.
• محیط‌هایی که نیاز به مقاومت در برابر چرخش دارند (مثلاً کابل‌های معدنی): از پوشش نخ‌های فولادی ریز استفاده کنید.
• ​پوشش خارجی:​​
• ​حفاظت پایه:​​ کلروفینیل پلی‌وینیل (PVC)، با هزینه کم و مقاومت خوب در برابر آب و هوای خارج (دمای کاری: -20°C ~ 70°C).
• ​ایمنی افزوده:​​ مخلوط کم دود بدون هالوژن (LSZH)، شاخص اکسیژن ≥32، چگالی دود Dₛ ≤60 (مطابق با GB/T 19666)، که به طور قابل توجهی انتشار گازهای سمی (HCl <5mg/g) و خطر تیرگی در زمان آتش‌سوزی را کاهش می‌دهد.
• ​مقاومت در برابر خراش:​​ پوشش نایلون 12، سختی راکول R120، مناسب برای کاربردهای خم شدن پویا مانند کابل‌های زنجیره‌ای ربات.
• ​طراحی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC):​​ برای کابل‌های متوسط/بالا ولتاژ، یک صفحه اسکرین سیم مسی (پوشش ≥85%) اضافه کنید. برای کابل‌های محرک فرکانس متغیر (VFD)، از ترکیب نوار آلومینیوم-پلی‌استر + پوشش مسی مسی استفاده کنید تا مداخله فرکانس بالا (≥60dB کاهش در باند 30MHz~1GHz) را کاهش دهید.

​III. خلاصه ارزش طرح​
از طریق انتخاب رسانا متناسب با سناریو (مس/آلومینیوم)، تعادل پویا بین کارایی رسانایی و هزینه دست یافته است. عایق XLPE اطمینان از پایداری دی‌الکتریک در محیط‌های دمای بالا را می‌دهد. ساختار مرکب چند لایه (پرکننده + پوشش + پوشش محافظ اختیاری) موانع مکانیکی و آتش‌سوزی را ایجاد می‌کند. این طرح زیان انتقال کابل را 15%~20% (مس نسبت به آلومینیوم) کاهش می‌دهد، عمر مفید را بیش از 30 سال (XLPE نسبت به PVC) افزایش می‌دهد و خطر آتش‌سوزی را 70% (LSZH نسبت به PVC) از طریق پوشش آتش‌بندی کاهش می‌دهد، به طور جامع نیازهای کلیدی کارایی، ایمنی و پایداری را برآورده می‌کند.