신에너지 자동차 산업의 새로운 시대는 산업 변혁 및 고도화와 대기 환경 보호라는 두 가지 사명을 동시에 수행해야 하며, 이는 전기 자동차용 고전압 케이블 및 관련 부품 산업의 발전을 크게 촉진하고 있습니다. 케이블 제조업체와 인증 기관들은 전기 자동차용 고전압 케이블 연구 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다. 전기 자동차용 고전압 케이블은 모든 면에서 높은 성능을 요구하며, RoHSb 기준, UL94V-0 난연 등급 기준 및 우수한 성능을 충족해야 합니다. 본 논문에서는 전기 자동차용 고전압 케이블의 재료 및 제조 기술에 대해 소개합니다.
1. 고전압 케이블의 재질
(1) 케이블의 도체 재질
현재 케이블 도체층에는 주로 구리와 알루미늄 두 가지 재료가 사용됩니다. 일부 기업은 순수 알루미늄 소재에 구리, 철, 마그네슘, 실리콘 등의 원소를 첨가하고 합성 및 열처리 등의 특수 공정을 거쳐 전기 전도성, 굽힘 성능, 내식성을 향상시켜 동일한 부하 용량 요구 사항을 충족하면서 구리 도체와 동일하거나 더 나은 성능을 달성함으로써 알루미늄 코어를 사용하여 생산 비용을 크게 절감할 수 있다고 생각합니다. 그러나 대부분의 기업은 여전히 구리를 도체층의 주요 재료로 간주합니다. 이는 구리의 저항률이 낮을 뿐만 아니라, 동일한 수준에서 알루미늄보다 우수한 성능을 보이기 때문입니다. 예를 들어, 구리는 높은 전류 용량, 낮은 전압 손실, 낮은 에너지 소비, 높은 신뢰성 등을 제공합니다. 현재 도체 선택 시에는 일반적으로 국가 표준 6 연질 도체(단일 구리선 연신율이 25% 이상, 단일선 직경이 0.3mm 미만)를 사용하여 구리 단일선의 연성과 인성을 확보합니다. 표 1은 일반적으로 사용되는 구리 도체 재료에 대해 충족해야 하는 표준을 나열합니다.
(2) 케이블의 절연층 재료
전기 자동차의 내부 환경은 복잡하며, 절연 재료를 선택할 때 한편으로는 절연층의 안전한 사용을 보장해야 하고, 다른 한편으로는 가공이 용이하고 널리 사용되는 재료를 최대한 선택해야 합니다. 현재 일반적으로 사용되는 절연 재료는 폴리염화비닐(PVC)입니다.가교 폴리에틸렌(XLPE)실리콘 고무, 열가소성 엘라스토머(TPE) 등이 있으며, 이들의 주요 특성은 표 2에 나와 있습니다.
그중 PVC는 납을 함유하고 있지만, RoHS 지침은 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬, 폴리브롬화 디페닐 에테르(PBDE) 및 폴리브롬화 비페닐(PBB) 등의 유해 물질 사용을 금지하고 있으므로 최근에는 PVC가 XLPE, 실리콘 고무, TPE 등의 친환경 소재로 대체되고 있습니다.
(3) 케이블 차폐층 재료
차폐층은 반도체 차폐층과 편조 차폐층의 두 부분으로 나뉩니다. 반도체 차폐재의 20°C, 90°C 및 노화 후 체적 저항률은 차폐재의 성능을 측정하는 중요한 기술 지표이며, 이는 고전압 케이블의 수명을 간접적으로 결정합니다. 일반적인 반도체 차폐재로는 에틸렌프로필렌 고무(EPR), 폴리염화비닐(PVC) 등이 있습니다.폴리에틸렌(PE)원자재 자체에 이점이 없고 단기간에 품질 수준을 향상시킬 수 없는 경우, 과학 연구 기관과 케이블 재료 제조업체는 차폐재의 가공 기술 및 배합 비율 연구에 집중하고, 차폐재의 조성 비율 혁신을 통해 케이블의 전반적인 성능을 향상시키고자 노력합니다.
2. 고전압 케이블 준비 공정
(1) 도체 가닥 기술
케이블의 기본 공정은 오랜 기간 개발되어 왔으며, 업계와 기업마다 자체적인 표준 규격이 존재합니다. 와이어 드로잉 공정에서 단선의 풀림 방식에 따라 연선 장비는 풀림 연선기, 풀림/풀림 겸용 연선기로 나눌 수 있습니다. 구리 도체의 높은 결정화 온도와 어닐링 온도 및 시간 때문에, 와이어 드로잉의 연신율과 파단율을 향상시키기 위해 풀림 연선기를 사용하여 연속 인발 및 연속 단일선 인발을 수행하는 것이 적합합니다. 현재 가교 폴리에틸렌(XLPE) 케이블은 1~500kV 전압 범위에서 오일 페이퍼 케이블을 완전히 대체했습니다. XLPE 도체의 일반적인 도체 성형 공정에는 원형 압축과 와이어 꼬임 두 가지가 있습니다. 한편, 와이어 코어는 가교 파이프라인의 고온 고압으로 인해 차폐재와 절연재가 연선 사이로 밀려 들어가 낭비되는 것을 방지할 수 있습니다. 반면에, 도체 방향을 따라 물이 침투하는 것을 방지하여 케이블의 안전한 작동을 보장할 수 있습니다. 구리 도체 자체는 동심원형 연선 구조이며, 대부분 일반 프레임 연선기, 포크 연선기 등으로 생산됩니다. 원형 압축 공정과 비교했을 때, 도체의 연선 형태가 원형으로 유지되도록 보장할 수 있습니다.
(2) XLPE 케이블 절연재 생산 공정
고전압 XLPE 케이블 생산에는 가공선 건식 가교(CCV)와 수직 건식 가교(VCV)라는 두 가지 성형 공정이 있습니다.
(3) 압출 공정
과거에는 케이블 제조업체들이 2차 압출 공정을 사용하여 케이블 절연 코어를 생산했습니다. 첫 번째 단계에서는 도체 차폐층과 절연층을 동시에 압출한 후, 가교 및 케이블 트레이에 감고 일정 시간 동안 방치한 다음 절연 차폐층을 압출했습니다. 1970년대에는 절연 코어에 1+2 3층 압출 공정이 등장하여 내부 및 외부 차폐와 절연을 단일 공정으로 완성할 수 있게 되었습니다. 이 공정은 먼저 도체 차폐층을 압출하고, 짧은 거리(2~5m)를 지나 절연층과 절연 차폐층을 도체 차폐층 위에 동시에 압출하는 방식입니다. 그러나 앞서 언급한 두 가지 방식에는 큰 단점이 있었기 때문에, 1990년대 후반에 케이블 생산 설비 공급업체들은 도체 차폐층, 절연층, 절연 차폐층을 동시에 압출하는 3층 동시 압출 생산 공정을 도입했습니다. 몇 년 전 해외에서도 새로운 압출기 배럴 헤드와 곡선형 메쉬 플레이트 설계를 도입하여 스크류 헤드 캐비티의 유동 압력을 균형 있게 조절함으로써 재료 축적을 완화하고 연속 생산 시간을 연장했습니다. 이를 통해 헤드 설계 사양을 끊임없이 변경해야 했던 기존 방식을 대체하여 가동 중지 시간 비용을 크게 절감하고 효율성을 향상시킬 수 있었습니다.
3. 결론
신에너지 자동차는 밝은 발전 전망과 거대한 시장을 가지고 있으며, 높은 부하 용량, 고온 저항성, 전자기 차폐 효과, 내굽힘성, 유연성, 긴 수명 등 우수한 성능을 갖춘 다양한 고전압 케이블 제품의 생산 및 시장 점유율 확보가 필수적입니다. 전기 자동차용 고전압 케이블 소재 및 제조 공정은 광범위한 발전 가능성을 지니고 있습니다. 고전압 케이블 없이는 전기 자동차의 생산 효율 향상과 안전한 사용을 보장할 수 없습니다.
게시 시간: 2024년 8월 23일