Техническое руководство по устойчивости к изгибу кабеля зарядной станции постоянного тока и зарядного пистолета

Кабель для быстрой зарядки постоянным током передает высокое напряжение 1000 В и сотни ампер высокого тока, являясь основным компонентом передачи, соединяющим зарядную станцию ​​и транспортное средство. В таких условиях, как зоны обслуживания на автомагистралях, промышленные парки и открытые паркинги, кабель ежедневно подвергается десяткам циклов натяжения и многократным изгибам. Основание зарядного устройства и выходное отверстие кабеля являются зонами высокой концентрации напряжений, что делает их крайне восприимчивыми к таким неисправностям, как растрескивание оболочки, обрыв проводника и прерывание сигнала. В данной статье систематически рассматриваются различные основные технологии, обеспечивающие устойчивость кабелей для зарядки постоянным током к изгибам.

Технология изгиба проводников в кабеле использует схему сверхтонкой многослойной скрутки, которая подразделяется на три основных процесса:

Отказываясь от грубой одножильной структуры, он использует высокочистые бескислородные медные провода диаметром 0,08–0,21 мм с удлинением в один провод ≥15%. Многослойная концентрическая раскручивающаяся скрутка, при которой каждый слой скручивается в противоположных направлениях, компенсирует внутреннее напряжение при изгибе и устраняет проблему деформации при скручивании и упругого восстановления. В мощных магистральных линиях постоянного тока 35/50 мм² используются сегментированные проводники (структура многожильного провода), разделяющие одно большое поперечное сечение на несколько независимых жил.

В центре силового сердечника в качестве несущего элемента встроен пучок арамидных (кевларовых) волокон. Во время изгиба и перемещения растягивающее усилие воспринимается высокопрочным арамидом, в то время как медная проволока испытывает только проводимость и небольшую деформацию изгиба, что предотвращает усталостное разрушение медной проволоки из-за перемещения и растяжения. Один арамидный пучок может выдерживать растягивающую нагрузку более 40 Н, увеличивая общую прочность кабеля на растяжение в 3 раза и удваивая срок службы при изгибе в условиях частого перемещения на объекте.

После волочения медная проволока подвергается низкотемпературному отжигу для снятия напряжений, чтобы устранить остаточные напряжения и повысить предел усталости медной проволоки.

Основными вариантами являются облученный сшитый этиленпропилендиеновый мономер (EPR/EY) каучук и термопластичный эластомер TPE-S: эти материалы подвергаются электронно-лучевому облучению для образования трехмерной сетевой молекулярной структуры, достигая удлинения при разрыве ≥200%. Они не затвердевают после многократного изгиба; сохраняют эластичность даже в экстремально холодных условиях до -40℃, не растрескиваясь при изгибе на открытом воздухе в северные зимние месяцы. Они термостойки до 90–105℃, подходят для применения в системах быстрой зарядки высокой мощности с непрерывным выделением тепла.

Полиуретан обладает сверхвысокой прочностью на разрыв, маслостойкостью и сопротивлением сжатию, с удлинением при разрыве более 500%. Он выдерживает миллионы изгибов без образования поверхностных трещин; не затвердевает при низких температурах и устойчив к сдавливанию транспортными средствами и истиранию гравием. Подходит для мощных кабелей постоянного тока с жидкостным охлаждением мощностью 480 кВт и током 800 А, в настоящее время является лучшим материалом оболочки с точки зрения сопротивления изгибу.

Низкотвердый гибкий ТПЭ сочетает в себе легкость конструкции и превосходные характеристики изгиба. Он более экономичен, чем ТПУ. Благодаря добавлению антиусталостных присадок оболочка выдерживает 30 000 циклов изгибов без повреждений, соответствуя стандартам обычных общественных станций быстрой зарядки.

После экструзии изоляционные и оболочечные материалы подвергаются радиационному сшиванию для повышения сопротивления ползучести материала, предотвращения необратимой деформации и утонения после длительного многократного изгиба, а также подавления распространения трещин в точках концентрации напряжений.

Удлиненная и утолщенная эластичная буферная гофрированная трубка на конце кабеля смещает точку изгиба на 7-10 см наружу от металлического контакта у основания кабеля, предотвращая изгибы под прямым углом у основания контакта. Гофрированная трубка имеет множество кольцевых складок, которые равномерно распределяются при изгибе, распределяя напряжение, что приводит к измеренному снижению напряжения у основания на 63%.

Арамидные волокна внутри кабеля механически зафиксированы к металлическим частям оболочки кабеля, передавая всю силу трения на оболочку и предотвращая натяжение проводника. Внутренняя резиновая буферная втулка заполняет зазор между кабелем и оболочкой, предотвращая трение кабеля о металлическую оболочку и разрыв оболочки при изгибе.

Оболочка в переходной секции головки кабеля имеет формулу постепенного повышения твердости. Она обладает высокой твердостью и износостойкостью вблизи корпуса, постепенно уменьшаясь по мере приближения к корпусу кабеля для повышения гибкости, обеспечивая плавный переход напряжений и устраняя резкие изменения напряжений на границе раздела твердых и мягких материалов.

Для кабелей постоянного тока с сечением > 4 мм² требуется 10 000 изгибов, а для сигнальных кабелей малого сечения — 30 000 изгибов. Сопротивление проводника и целостность изоляции контролируются на протяжении всего испытания. После испытания не наблюдается обрывов проводника, трещин в оболочке или снижения сопротивления изоляции. Испытание повторяется после предварительной обработки при высоких и низких температурах для имитации условий изгиба на открытом воздухе во все четыре сезона.

Двунаправленное кручение со скоростью ±180° в минуту, накопление десятков тысяч циклов без растрескивания оболочки или разрушения экрана, что соответствует привычкам пользователя при перемещении и использовании с кручением.

При изгибе на 180° при -40℃ оболочка не белеет и не становится хрупкой, что гарантирует отсутствие повреждений кабеля во время зарядки в условиях северной зимы.