Cabo de Borracha-Plástico: Componentes principais e padrões globais

1. Composição e inovação material de cabos de borracha-plástico

A estrutura básica dos cabos de borracha-plástico é constituída por quatro partes: condutor, camada de isolamento, camada de proteção e bainha (Figura 1). Entre elas, a escolha da material isolante determina diretamente o limite superior do desempenho do cabo. Por exemplo, o polietileno reticulado (XLPE) é amplamente utilizado em cabos de média e alta tensão devido à sua estrutura de malha molecular e resistência à temperatura de 90 ~ 130 ℃; a borracha de etileno-propileno (EPR) tornou-se a primeira escolha para cenários móveis (como cabos de mineração) devido à sua flexibilidade e resistência ao ozônio.

Nos últimos anos, a popularização do tecnologia de reticulação por irradiação melhorou ainda mais a resistência dos materiais ao envelhecimento. Por exemplo, o nível de resistência à temperatura dos cabos de borracha reticulada por radiação e de elastómeros plásticos excede os 125°C, e estes possuem propriedades retardadoras de chama e resistentes ao óleo. Têm sido utilizados com sucesso em domínios de grande procura, como as centrais nucleares e a indústria aeroespacial. Além disso, a fórmula optimizada de plastificantes amigos do ambiente (como o DOP) não só reduz a perda dieléctrica dos cabos de cloreto de polivinilo (PVC), como também cumpre os requisitos de segurança de cenários especiais, como as embalagens de alimentos.

2. Processos-chave e controlo de qualidade da tecnologia de produção

A produção de cabos de borracha-plástico requer processos rigorosos:

1. Torção de condutores: Vários fios de cobre ou alumínio são torcidos para melhorar a condutividade e a resistência mecânica;
2. Extrusão de isolamento: A borracha ou o plástico são revestidos uniformemente sobre o condutor sob alta temperatura e alta pressão. O controlo da temperatura e da pressão afecta diretamente a densidade da camada de isolamento;
3. Moldagem de bainhas: A bainha exterior deve ser resistente à água e ao frio. Nalguns casos, deve ser adicionada uma camada entrançada para aumentar a resistência ao desgaste;
4. Pós-processamento e testes: Corte, gravação em relevo e testes de desempenho elétrico (como testes de descarga parcial) para garantir a qualidade do produto acabado.

Tomando como exemplo os cabos de polietileno reticulado, o seu processo principal reside na reação de reticulação - conversão de moléculas lineares numa estrutura de malha tridimensional através de métodos químicos ou de irradiação, melhorando assim consideravelmente a resistência ao calor e a resistência mecânica.

3. A posição central das normas de ensaio e dos métodos de ensaio

As normas de ensaio dos cabos de borracha-plástico são a pedra angular para garantir a sua fiabilidade. Tomando os Norma da série GB/T 3048 como exemplo, abrange 12 métodos de ensaio, como a resistência de isolamento, a tensão suportável, a perda dieléctrica, etc., por exemplo:

• Ensaio de resistência do isolamento (GB/T 3048.5): O tempo de carregamento deve ser de 1 a 5 minutos, o valor medido deve ser estável e a resistência de isolamento da bainha externa não é inferior a 0,5 MΩ/km;
• Ensaio de tensão suportável AC: Os cabos com tensões nominais inferiores a 18/30kV podem utilizar a tensão de 0,1Hz do 3U0 em vez do teste de frequência de potência para reduzir os requisitos de capacidade do equipamento;
• Ensaio de descarga parcial (GB/T 3048.12): Detetar defeitos de isolamento, e a sensibilidade deve atingir o nível pC.

Normas internacionais, tais como IEC 60502 apresentar requisitos unificados para o nível de tensão suportável e a conceção estrutural dos cabos de 1~30kV, promovendo a normalização da cadeia de abastecimento global.

4. Sinergias e diferenças entre as normas internacionais e nacionais

Globalmente, as normas relativas aos cabos de borracha e de plástico apresentam uma caraterística de "dupla via paralela":

1. Normas internacionais (IEC)A norma IEC 60227 (requisitos gerais) e a norma IEC 60502 (cabos de média e alta tensão), que colocam a tónica no desempenho elétrico e nos limiares de segurança;
2. Normas nacionais (GB/T)A China tem vindo a desenvolver uma série de normas de ensaio, tais como a GB/T 12706-2002 (equivalente à IEC 60502) e a GB 50150-2016 (especificações de ensaio de transferência), que aperfeiçoam as condições de ensaio em combinação com as caraterísticas da rede eléctrica chinesa. Por exemplo, a GB 50150 estipula que os cabos blindados com separação de fases podem ser testados em paralelo multifásico para melhorar a eficiência.

É de salientar que Ensaio de tensão de resistência DC tem sido gradualmente substituído por ensaios de tensão suportável em corrente alternada e de ressonância, porque a distribuição do campo elétrico não corresponde às condições reais de trabalho, especialmente em cabos com mais de 35 kV.

5. equipamentos de ensaio e inovação tecnológica

O ensaio de cabos de borracha e de plástico baseia-se em equipamento de alta precisão:

• Dispositivo ressonante em série: Ao ajustar a frequência, é possível efetuar o ensaio de tensão suportável de cabos de grande capacidade, resolvendo o problema da capacidade insuficiente dos transformadores de frequência de potência tradicionais;
• Medidor de alta resistência e detetor de descarga parcial: usado para identificação precisa da resistência de isolamento (10⁵ ~ 10¹⁶Ω) e pequenos defeitos, respetivamente;
• Câmara de simulação ambientalSimula condições extremas, como temperaturas altas e baixas, humidade e calor, para verificar a estabilidade a longo prazo dos cabos.

Tomando como exemplo a linha de produção de reticulação por irradiação, esta integra o acelerador de electrões e o processo de extrusão para conseguir um controlo em tempo real do grau de reticulação da camada de isolamento, e melhora a eficiência da produção em mais de 30%.

6. Expansão e desafios dos domínios de aplicação

Os cabos de borracha-plástico penetraram em muitos domínios, como a energia, os transportes e a indústria militar, mas diferentes cenários têm diferentes requisitos em termos de normas:

• Transmissão de energia: Os cabos UHV (1000kV e superiores) precisam de resolver os problemas de perda de corona e envelhecimento do isolamento;
• Transporte ferroviário: Os cabos resistentes ao fogo têm de passar o teste de propagação de chamas da norma GB/T 19666 para garantir a integridade do circuito durante o incêndio;
• Energia eólica offshore: Os materiais de revestimento resistentes à corrosão por projeção salina (como a borracha de cloroéter) tornaram-se o foco da investigação e desenvolvimento.

Os cabos importados (como os de 1~35kV) também precisam de cumprir condições de funcionamento adicionais, incluindo métodos de ligação à terra do sistema, duração da corrente de curto-circuito e outros parâmetros.

Resumo

O progresso tecnológico dos cabos de borracha-plástico sempre girou em torno dos dois núcleos de "segurança" e "eficiência". Desde a inovação de materiais até à atualização das normas de ensaio, a indústria responde a desafios de aplicação diversificados através da normalização e da inovação tecnológica. No futuro, com a popularização das redes inteligentes e das novas energias, materiais de revestimento degradáveis e tecnologia de monitorização em linha pode tornar-se o próximo ponto de rutura. Só acompanhando a dinâmica das normas é que os fabricantes e os utilizadores podem garantir a fiabilidade e a economia dos sistemas de cabos em ambientes complexos.