Možnost izbire materialov in optimizacija strukture rešitve
I. Ozadje
Električni kabeli, ki delujejo kot ključno sredstvo za prenos električne energije in signalov, imajo zmogljivosti, ki neposredno vplivajo na učinkovitost sistema, varnost operacij in dolgoročno stabilnost. V kompleksnih pogojih delovanja lahko težave, kot so nedostatki električnih lastnosti materialov vodil, staranje/pokvarjenost izolacijskih slojev ali šibka mehanska zaščita, lahko enostavno vodijo do povečanih energijskih izgub, večjega tveganja za kratke zaprte kroge in celo požarnih nevarnosti. Zato je znanstveno izbiranje materialov in optimizacija strukture ključnega pomena za zagotavljanje zanesljivega delovanja elektroenergetskih in komunikacijskih sistemov.
II. Rešitev
1. Optimizacija materiala vodila: Balansiranje vodljivosti in ekonomičnosti
- Osrednja strategija: Prednost dajte uporabi visoko čistega kisikometalnega bakra (OFC). Njegova vodljivost presega 58 MS/m, kar je daleč višje od aluminija (približno 35 MS/m), kar znatno zmanjša Jouleove toplotne izgube (I²R izgube) med prenosom in izboljša učinkovitost energije.
- Razdelitev scenarijev:
- Srednje/krajše razdalje & visoke tokove: Nastanite pri bakrenih vodilih. Obseg preseka mora ustrezati zahtevam za nosilnostjo (npr. močne kable ≥70mm²), kar zagotavlja nizko upornost in nizko toplotno generacijo.
- Dolgčasni površinski prenos: Izberite vodilni aluminijev legir (AA-8000 serija). Za enakovredno nosilnost je približno 50% lažji od bakra, kar znatno zmanjša bremena stolpov in stroške namestitve. Opomba: Povezvalna točka aluminijevih vodil zahteva posebno ravnanje (protioksidacijska pasta, momentna vratka) za preprečevanje slabe stiki in segrevanja.
- Inovativna rešitev: Za aplikacije, ki zahtevajo zmanjšanje teže (npr. žice za vozila z novimi viri energije), lahko izberete bakreni obločeni aluminij (CCA), ki ohranja visoko površinsko vodljivost, hkrati pa zmanjša težo za približno 30%.
2. Okrepitvena izolacijska plast: Izboljšanje odpornosti na visoke temperature in trdota
- Prednostni material: Križano vezana polietilen (XLPE). Njegove ključne prednosti so:
- Točna zmogljivost: Zvezna delovna temperatura doseže 90°C (30°C višja od standardnega PE), temperature zahtevane za kratke zaprte kroge 250°C, kar znatno omalovi termalno staranje.
- Dielektrične lastnosti: Volumska upornost > 10¹⁴ Ω·cm, dielektrična izguba pri frekvenci napetosti < 0,001, kar zagotavlja zanesljivo izolacijo v okolju visokih napetosti (npr. 35kV močne kable).
- Mehanska trdota: Križano vezana struktura izboljša odpornost na sekiranje in ponuja odlično odpornost na mehanske napetosti (ESCR).
- Odziv na posebne pogoje:
- Prenos signalov visoke frekvence: Uporabite fizično/kemijsko penasto PE izolacijo za zmanjšanje dielektrične konstante (εr≈1,4), kar zmanjša zmanjšanje signala.
- Ekstremni temperaturni okolji: Uporabite visokotemperaturno odporne fluoroplastične izolacije (npr. ETFE), s delovno temperaturo do 150°C.
3. Optimizacija strukturnega dizajna: Mehanska zaščita in izboljšanje varnosti
- Sistem slojev za zaščito:
- Napolnila sloja: Praznine med ovitimi vodili napolnite z vodootpeljevalnimi nitmi (super absorbentna poliakrilatna guma) ali vodootpeljevalnimi spojinami, da dosežete longitudinalno vodotočno zaščito (v skladu z IEC 60502). Za večjezdernice uporabite polipropilensko napolnilo, da zagotovite krožno celovitost.
- Notranja omota: Izberite visoko gostoto polietilena (HDPE) ali termoplastično poliuretan (TPU) za radialno vodotočno zaščito in odpornost na bočno pritisk (odpornost na stiskanje ≥2000N/100mm).
- Obronjava (po volji):
- Tekmovalna okolja s težkimi mehanskimi stresi (npr. neposredno zakopavanje): Uporabite oceljeno plešnico (debelina ≥ 0,2mm).
- Zahtevana otpornost na vrtenje (npr. rudarski kabeli): Uporabite fino očrtano očrtano obronjavno.
- Zunanja omota:
- Osnovna zaščita: Polivinil klorid (PVC), ekonomičen z dobro odpornostjo na vremenske pojave (delovna temperatura: -20°C ~ 70°C).
- Izboljšana varnost: Nizko dimsko brezhalogen (LSZH) spojina, indeks kiseika ≥32, dimsko gostota Dₛ ≤60 (v skladu s GB/T 19666), kar znatno zmanjša emisijo toksičnih plinov (HCl <5mg/g) in tveganje za vizualno prekrivanje med požarjem.
- Odpornost na trenje: Nylon 12 omota, Rockwellova trdota R120, primerna za dinamične uklonljive aplikacije, kot so robotične vlecne verige.
- Dizajn za elektromagnetno združljivost (EMC): Dodajte bakreno državo (pokritost ≥85%) za srednje/višje napetosti. Za spremenljive pogonske napetosti (VFD) uporabite aluminij-poliestersko kombinirano tesnjilo + tinirana bakrena plešnica za dušenje visokofrekvenčnega motenja (≥60dB dušenje v pasmu 30MHz~1GHz).
III. Povzetek vrednosti sheme
Skupaj s scenarijsko specifičnim izbiranjem vodil (bakra/aluminija) dosežemo dinamično ravnovesje med učinkovitostjo vodljivosti in stroški. XLPE izolacija zagotavlja dielektrično stabilnost v visokotemperaturnih okoljih. Večslojni kompozitni sistemi (Napolnila + Omota + Po volji Obronjava) gradijo mehanske in požarno pregrade. Ta shema zmanjša izgube prenosa kablov za 15%~20% (Bakar vs. Aluminij), podaljša življenjski čas nad 30 let (XLPE vs. PVC) in zmanjša tveganje požara za 70% (LSZH vs. PVC) z uporabo požarnoodporne omote, kar celovito zadovoljuje ključne zahteve po učinkovitosti, varnosti in stabilnosti.
