Kỷ nguyên mới của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới gánh vác nhiệm vụ kép là chuyển đổi và nâng cấp công nghiệp, đồng thời bảo vệ môi trường khí quyển, điều này thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của ngành sản xuất cáp cao áp và các phụ kiện liên quan cho xe điện. Các nhà sản xuất cáp và các tổ chức chứng nhận đã đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu và phát triển cáp cao áp cho xe điện. Cáp cao áp cho xe điện có yêu cầu hiệu suất cao ở mọi khía cạnh, cần đáp ứng tiêu chuẩn RoHSb, tiêu chuẩn chống cháy UL94V-0 và yêu cầu về độ bền mềm. Bài báo này giới thiệu các vật liệu và công nghệ chế tạo cáp cao áp cho xe điện.
1. Vật liệu của cáp điện cao áp
(1) Vật liệu dẫn điện của cáp
Hiện nay, có hai loại vật liệu chính cho lớp dẫn điện của cáp: đồng và nhôm. Một số công ty cho rằng lõi nhôm có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất bằng cách thêm đồng, sắt, magie, silic và các nguyên tố khác vào vật liệu nhôm nguyên chất, thông qua các quy trình đặc biệt như tổng hợp và xử lý ủ, để cải thiện độ dẫn điện, khả năng uốn và khả năng chống ăn mòn của cáp, nhằm đáp ứng yêu cầu về cùng khả năng chịu tải, đạt được hiệu quả tương đương hoặc thậm chí tốt hơn so với dây dẫn lõi đồng. Do đó, chi phí sản xuất được tiết kiệm đáng kể. Tuy nhiên, hầu hết các doanh nghiệp vẫn coi đồng là vật liệu chính cho lớp dẫn điện, trước hết, điện trở suất của đồng thấp, và sau đó hầu hết các đặc tính của đồng đều tốt hơn so với nhôm ở cùng cấp độ, chẳng hạn như khả năng chịu tải dòng điện lớn, tổn hao điện áp thấp, tiêu thụ năng lượng thấp và độ tin cậy cao. Hiện nay, việc lựa chọn dây dẫn thường sử dụng tiêu chuẩn quốc gia 6 về dây dẫn mềm (độ giãn dài của dây đồng đơn phải lớn hơn 25%, đường kính sợi đơn nhỏ hơn 0,30) để đảm bảo độ mềm và độ dẻo dai của sợi đồng đơn. Bảng 1 liệt kê các tiêu chuẩn mà vật liệu dây dẫn đồng thường dùng phải đáp ứng.
(2) Vật liệu lớp cách điện của cáp
Môi trường bên trong xe điện rất phức tạp, trong việc lựa chọn vật liệu cách điện, một mặt phải đảm bảo an toàn khi sử dụng lớp cách điện, mặt khác phải ưu tiên lựa chọn những vật liệu dễ gia công và phổ biến. Hiện nay, các vật liệu cách điện thường được sử dụng là polyvinyl clorua (PVC),polyetylen liên kết chéo (XLPE), cao su silicon, chất đàn hồi nhiệt dẻo (TPE), v.v., và các đặc tính chính của chúng được thể hiện trong Bảng 2.
Trong số đó, PVC có chứa chì, nhưng Chỉ thị RoHS cấm sử dụng chì, thủy ngân, cadmium, crom hóa trị sáu, polybrominated diphenyl ethers (PBDE) và polybrominated biphenyls (PBB) cùng các chất độc hại khác, vì vậy trong những năm gần đây, PVC đã được thay thế bằng XLPE, cao su silicon, TPE và các vật liệu thân thiện với môi trường khác.
(3) Vật liệu lớp chắn cáp
Lớp chắn được chia thành hai phần: lớp chắn bán dẫn và lớp chắn dạng bện. Điện trở suất thể tích của vật liệu chắn bán dẫn ở 20°C và 90°C và sau khi lão hóa là một chỉ số kỹ thuật quan trọng để đánh giá vật liệu chắn, gián tiếp quyết định tuổi thọ của cáp cao áp. Các vật liệu chắn bán dẫn phổ biến bao gồm cao su ethylene-propylene (EPR), polyvinyl clorua (PVC), vàpolyetylen (PE)vật liệu cơ bản. Trong trường hợp vật liệu thô không có ưu điểm và chất lượng không thể được cải thiện trong ngắn hạn, các viện nghiên cứu khoa học và nhà sản xuất vật liệu cáp tập trung vào nghiên cứu công nghệ xử lý và tỷ lệ công thức của vật liệu chắn, đồng thời tìm kiếm sự đổi mới trong tỷ lệ thành phần của vật liệu chắn để cải thiện hiệu suất tổng thể của cáp.
2. Quy trình chuẩn bị cáp điện cao áp
(1) Công nghệ dây dẫn
Quy trình cơ bản sản xuất cáp đã được phát triển từ lâu, do đó cũng có các tiêu chuẩn kỹ thuật riêng trong ngành và các doanh nghiệp. Trong quá trình kéo dây, tùy thuộc vào phương thức gỡ xoắn của dây đơn, thiết bị bện có thể được chia thành máy bện gỡ xoắn, máy bện gỡ xoắn và máy bện gỡ xoắn/gỡ xoắn. Do nhiệt độ kết tinh cao của dây dẫn đồng, nhiệt độ và thời gian ủ dài hơn, nên việc sử dụng thiết bị máy bện gỡ xoắn để thực hiện kéo liên tục và kéo liên tục dây đơn là phù hợp để cải thiện độ giãn dài và tỷ lệ đứt của dây kéo. Hiện nay, cáp polyetylen liên kết ngang (XLPE) đã hoàn toàn thay thế cáp giấy dầu ở các cấp điện áp từ 1 đến 500kV. Có hai quy trình tạo hình dây dẫn XLPE phổ biến: nén tròn và xoắn dây. Một mặt, lõi dây có thể tránh được nhiệt độ và áp suất cao trong đường ống liên kết ngang ép vật liệu chắn và vật liệu cách điện vào khe hở của dây bện và gây lãng phí; Mặt khác, nó cũng có thể ngăn nước thấm vào dọc theo hướng dây dẫn để đảm bảo hoạt động an toàn của cáp. Bản thân dây dẫn đồng có cấu trúc bện đồng tâm, chủ yếu được sản xuất bằng máy bện khung thông thường, máy bện chĩa, v.v. So với quy trình nén tròn, nó có thể đảm bảo hình thành vòng xoắn tròn của dây dẫn.
(2) Quy trình sản xuất lớp cách điện cáp XLPE
Đối với sản xuất cáp XLPE cao áp, liên kết ngang khô kiểu dây treo (CCV) và liên kết ngang khô kiểu thẳng đứng (VCV) là hai quy trình tạo hình.
(3) Quá trình ép đùn
Trước đây, các nhà sản xuất cáp sử dụng quy trình ép đùn thứ cấp để sản xuất lõi cách điện cáp, bước đầu tiên là ép đùn đồng thời lớp chắn dẫn điện và lớp cách điện, sau đó liên kết chéo và quấn vào khay cáp, đặt trong một khoảng thời gian rồi mới ép đùn lớp chắn cách điện. Vào những năm 1970, quy trình ép đùn ba lớp 1+2 xuất hiện trong lõi dây dẫn cách điện, cho phép hoàn thành việc chắn và cách điện bên trong và bên ngoài trong một quy trình duy nhất. Quy trình này đầu tiên ép đùn lớp chắn dẫn điện, sau một khoảng cách ngắn (2~5m), sau đó ép đùn đồng thời lớp cách điện và lớp chắn cách điện trên lớp chắn dẫn điện. Tuy nhiên, hai phương pháp đầu tiên có nhược điểm lớn, vì vậy vào cuối những năm 1990, các nhà cung cấp thiết bị sản xuất cáp đã giới thiệu quy trình sản xuất ép đùn ba lớp đồng thời, ép đùn lớp chắn dẫn điện, lớp cách điện và lớp chắn cách điện cùng một lúc. Vài năm trước, các nước ngoài cũng đã cho ra mắt thiết kế đầu trục vít và tấm lưới cong mới, bằng cách cân bằng áp suất dòng chảy trong khoang đầu trục vít để giảm thiểu sự tích tụ vật liệu, kéo dài thời gian sản xuất liên tục, thay thế việc thay đổi liên tục các thông số kỹ thuật của thiết kế đầu trục vít, từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí thời gian ngừng hoạt động và nâng cao hiệu quả.
3. Kết luận
Xe năng lượng mới có triển vọng phát triển tốt và thị trường rộng lớn, cần một loạt các sản phẩm cáp cao áp với khả năng chịu tải cao, chịu nhiệt cao, hiệu quả chắn sóng điện từ, khả năng chống uốn, độ dẻo, tuổi thọ cao và các đặc tính ưu việt khác để đưa vào sản xuất và chiếm lĩnh thị trường. Vật liệu cáp cao áp cho xe điện và quy trình sản xuất của nó có triển vọng phát triển rộng mở. Xe điện không thể nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn khi sử dụng nếu thiếu cáp cao áp.
Thời gian đăng bài: 23/08/2024