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Análise das vantagens e desvantagens dos materiais de isolamento de fios solares fotovoltaicos

  • notícias12/10/2023
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O desempenho dos materiais isolantes afeta diretamente a qualidade, a eficiência do processamento e o escopo de aplicação dos cabos solares fotovoltaicos.Este artigo analisará brevemente as vantagens e desvantagens dos materiais de isolamento de cabos solares fotovoltaicos comumente usados, com o objetivo de discutir com a indústria e diminuir gradualmente a lacuna com os cabos internacionais.

Devido às diferenças entre os diferentes materiais isolantes, a produção de fios e cabos e o processamento dos fios possuem características próprias.Uma compreensão completa dessas características será benéfica para a seleção de materiais de cabos fotovoltaicos e para o controle da qualidade do produto.

 

1. Material de isolamento de cabo de cloreto de polivinila PVC

O material de isolamento de cloreto de polivinila PVC (doravante denominado PVC) é uma mistura de estabilizadores, plastificantes, retardadores de chama, lubrificantes e outros aditivos adicionados ao pó de PVC.De acordo com as diferentes aplicações e características do fio e do cabo, a fórmula é ajustada de acordo.Após décadas de produção e uso, a atual tecnologia de fabricação e processamento de PVC tornou-se muito madura.O material de isolamento de PVC tem uma ampla gama de aplicações no campo de cabos solares fotovoltaicos e possui características próprias óbvias:

1) A tecnologia de fabricação é madura e fácil de formar e processar.Comparado com outros tipos de materiais de isolamento de cabos, ele não só tem baixo custo, mas também pode ser efetivamente controlado em termos de diferença de cor de superfície, grau de luz muda, impressão, eficiência de processamento, dureza suave, adesão do condutor, propriedades mecânicas, físicas e elétricas do próprio fio.

2) Possui propriedades retardadoras de chama muito boas, de modo que os cabos isolados em PVC podem atingir facilmente os graus retardadores de chama exigidos por vários padrões.

3) Em termos de resistência à temperatura, através da otimização e melhoria da fórmula do material, os tipos de isolamento de PVC comumente usados ​​atualmente incluem principalmente as três categorias a seguir:

 

Categoria de materiais Temperatura nominal (máxima) Aplicativo Características de uso
tipo normal 105°C Isolamento e jaqueta Diferentes durezas podem ser usadas de acordo com os requisitos, geralmente macias, fáceis de moldar e processar.
Semirrígido (SR-PVC) 105°C Isolamento central A dureza é superior ao tipo comum e a dureza está acima de Shore 90A.Comparado com o tipo comum, a resistência mecânica do isolamento é melhorada e a estabilidade térmica é melhor.A desvantagem é que a suavidade não é boa e o escopo de uso é afetado.
PVC reticulado (XLPVC) 105°C Isolamento central Geralmente, é reticulado por irradiação para transformar o PVC termoplástico comum em plástico termoendurecível insolúvel.A estrutura molecular é mais estável, a resistência mecânica do isolamento é melhorada e a temperatura de curto-circuito pode atingir 250°C.

 

4) Em termos de tensão nominal, geralmente é usada para tensões nominais de 1000 V CA e abaixo, que podem ser amplamente utilizadas em eletrodomésticos, instrumentação, iluminação, comunicações de rede e outras indústrias.

 

O PVC também apresenta algumas deficiências que limitam seu uso:

1) Por conter grande quantidade de cloro, uma grande quantidade de fumaça densa sufocará durante a queima, afetará a visibilidade e produzirá alguns agentes cancerígenos e gás HCl, que causarão sérios danos ao meio ambiente.Com o desenvolvimento da tecnologia de fabricação de materiais de isolamento sem halogênio e com baixo teor de fumaça, a substituição gradual do isolamento de PVC tornou-se uma tendência inevitável no desenvolvimento de cabos.Actualmente, algumas empresas influentes e socialmente responsáveis ​​apresentaram claramente o calendário para a substituição dos materiais de PVC nas normas técnicas da empresa.

2) O isolamento comum de PVC tem baixa resistência a ácidos e álcalis, óleos resistentes ao calor e solventes orgânicos.De acordo com princípios químicos de compatibilidade semelhantes, os fios de PVC são facilmente danificados e rachados no ambiente especificado.Porém, com seu excelente desempenho de processamento e baixo custo.Os cabos de PVC ainda são amplamente utilizados em eletrodomésticos, iluminação, equipamentos mecânicos, instrumentação, comunicações de rede, fiação predial e outros campos.

 

2. Material de isolamento do cabo XLPE

O polietileno reticulado (PE reticulado, doravante denominado XLPE) é um polietileno que é submetido a raios de alta energia ou agentes de reticulação e pode se transformar de uma estrutura molecular linear em uma estrutura tridimensional sob certas condições .Ao mesmo tempo, é transformado de termoplástico em plástico termoendurecível insolúvel.Depois de ser irradiado,Cabo solar XLPEa bainha de isolamento tem propriedades de resistência a altas temperaturas, resistência à radiação ultravioleta, resistência ao óleo, resistência ao frio, etc., com uma vida útil de mais de 25 anos, o que é incomparável com os cabos comuns.

Atualmente, existem três métodos principais de reticulação na aplicação de isolamento de fios e cabos:

1) Reticulação com peróxido.Em primeiro lugar, a resina de polietileno é misturada com agente de reticulação e antioxidante apropriado, e outros ingredientes são adicionados conforme necessário para produzir partículas de mistura de polietileno reticuláveis.Durante o processo de extrusão, a reticulação ocorre através do tubo de reticulação a vapor quente.

2) Reticulação de silano (reticulação com água quente).É também um método de reticulação química.O principal mecanismo é reticular organossiloxano e polietileno sob condições específicas.O grau de reticulação pode geralmente atingir cerca de 60%.

3) A reticulação por irradiação é o uso de raios de alta energia, como raios r, raios α, raios de elétrons e outras energias para ativar os átomos de carbono em macromoléculas de polietileno para reticulação.Os raios de alta energia comumente usados ​​em fios e cabos são raios de elétrons produzidos por aceleradores de elétrons., Como a reticulação depende de energia física, é uma reticulação física.Os três métodos diferentes de reticulação acima têm características e aplicações diferentes:

 

Categoria de links cruzados Características Aplicativo
Reticulação de peróxido Durante o processo de reticulação, a temperatura deve ser rigorosamente controlada e a reticulação é gerada através da tubulação de reticulação a vapor quente. É adequado para a produção de cabos de alta tensão, comprimento grande e seção grande, e a produção de especificações pequenas é mais dispendiosa.
Reticulação de silano A reticulação de silano pode usar equipamentos gerais.A extrusão não é limitada pela temperatura.A reticulação começa quando exposta à umidade.Quanto maior a temperatura, mais rápida será a velocidade de reticulação. É adequado para cabos de tamanho pequeno, especificações pequenas e baixa tensão.A reação de reticulação só pode ser concluída na presença de água ou umidade, o que é adequado para a produção de cabos de baixa tensão.
Reticulação de radiação Devido à energia da fonte de radiação, é utilizado para isolamentos não muito espessos.Quando o isolamento é muito espesso, é provável que ocorra irradiação irregular. É adequado para a espessura do isolamento não ser muito grosso, cabo retardador de chama resistente a altas temperaturas.

 

Comparado com o polietileno termoplástico, o isolamento XLPE tem as seguintes vantagens:

1) Melhor resistência à deformação térmica, melhores propriedades mecânicas em altas temperaturas e melhor resistência à fissuração por estresse ambiental e ao envelhecimento térmico.

2) Estabilidade química aprimorada e resistência a solventes, fluxo frio reduzido, basicamente manteve o desempenho elétrico original, a temperatura de trabalho a longo prazo pode atingir 125 ℃ e 150 ℃, fio e cabo isolados de polietileno reticulado, também melhorou a capacidade de resistência a curto-circuito , sua temperatura de curto prazo pode chegar a 250 ℃, a mesma espessura de fio e cabo, a capacidade de carga de corrente do XLPE é muito maior.

3) Os fios e cabos isolados em XLPE possuem excelentes propriedades mecânicas, à prova d'água e de resistência à radiação, portanto, possuem uma ampla gama de aplicações.Tais como: fios elétricos de conexão interna, cabos de motor, cabos de iluminação, fios de controle de sinal automotivo de baixa tensão, fios de locomotivas, fios e cabos de metrô, cabos de proteção ambiental de mineração, cabos marítimos, cabos de instalação de energia nuclear, cabos de alta tensão de TV, X -RAY disparando cabos de alta tensão e indústrias de fios e cabos de transmissão de energia.

 

Cabo solar XLPE

Cabo solar XLPE slocável

 

Os fios e cabos isolados em XLPE apresentam vantagens significativas, mas também apresentam algumas deficiências próprias, que limitam seu uso:

1) Fraco desempenho de bloqueio resistente ao calor.Processar e usar fios a uma temperatura superior à temperatura nominal dos fios pode facilmente causar aderência entre os fios, o que pode causar seriamente a ruptura do isolamento e a formação de um curto-circuito.

2) Fraco desempenho de corte resistente ao calor.Em temperaturas superiores a 200°C, o isolamento do fio torna-se extremamente macio e comprimido e impactado por forças externas pode facilmente fazer com que o fio se corte e entre em curto-circuito.

3) A diferença de cor entre lotes é difícil de controlar.Durante o processamento, é fácil riscar, esbranquiçar e imprimir.

4) Isolamento XLPE com nível de resistência à temperatura de 150 ° C, completamente livre de halogênio e capaz de passar no teste de combustão VW-1 da especificação UL1581 e manter excelente desempenho mecânico e elétrico, ainda existem certos gargalos na tecnologia de fabricação e no custo é alto.

5) Não existe uma norma nacional relevante para fios isolados deste tipo de material na conexão de aparelhos eletrônicos e elétricos.

 

3. Material de isolamento do cabo de borracha de silicone

A borracha de silicone também é uma molécula de polímero, uma estrutura de cadeia formada por ligações SI-O (silício-oxigênio).A ligação SI-O é 443,5KJ/MOL, que é muito maior que a energia da ligação CC (355KJ/MOL).A maioria dos fios e cabos de borracha de silicone usa extrusão a frio e processos de vulcanização em alta temperatura.Entre muitos fios e cabos de borracha sintética, devido à sua estrutura molecular única, a borracha de silicone tem melhor desempenho do que outras borrachas comuns:

1) Muito macio, boa elasticidade, inodoro e não tóxico, não tem medo de altas temperaturas e é resistente ao frio intenso.A faixa de temperatura operacional é de -90 ~ 300 ℃.A borracha de silicone tem uma resistência ao calor muito melhor do que a borracha comum e pode ser usada continuamente a 200°C ou por um período de tempo a 350°C.Cabos de borracha de siliconetêm boas funções físicas e mecânicas e estabilidade química.

2) Excelente resistência às intempéries.Sob luz ultravioleta e outras condições climáticas por um longo período, suas propriedades físicas apresentam apenas pequenas alterações.

3) A borracha de silicone tem alta resistividade e sua resistência permanece estável em uma ampla faixa de temperatura e frequência.

 

cabo flexível de borracha resistente às intempéries

Cabo flexível de borracha resistente às intempéries slocável

 

Ao mesmo tempo, a borracha de silicone tem boa resistência à descarga corona de alta tensão e descarga de arco.Os cabos isolados com borracha de silicone têm a série de vantagens mencionadas acima, especialmente em cabos de dispositivos de alta tensão para TV, cabos resistentes a altas temperaturas para fornos de micro-ondas, cabos para fogões de indução, cabos para cafeteiras, cabos de lâmpadas, equipamentos UV, lâmpadas halógenas, fornos e ventiladores cabos de conexão interna, etc. É o campo dos pequenos eletrodomésticos que possui uma ampla gama de aplicações, mas algumas de suas próprias deficiências também limitam a aplicação mais ampla.como:

1) Fraca resistência ao rasgo.Extrudado por força externa durante o processamento ou uso, é fácil ser danificado por raspagem e causar curto-circuito.A medida de proteção atual é adicionar uma camada tecida de fibra de vidro ou fibra de poliéster de alta temperatura ao isolamento de silicone, mas ainda é necessário evitar ao máximo danos causados ​​​​pela extrusão de força externa durante o processamento.

2) O agente de vulcanização adicionado para moldagem de vulcanização atualmente usa principalmente duplo 24. O agente de vulcanização contém cloro, e agentes de vulcanização completamente livres de halogênio (como vulcanização de platina) têm requisitos rígidos quanto à temperatura do ambiente de produção e são caros.Portanto, deve-se prestar atenção ao processamento do chicote de fios: a pressão do rolo de pressão não deve ser muito alta e é melhor usar material de borracha para evitar baixa resistência à pressão causada por fraturas durante o processo de produção.Ao mesmo tempo, observe: devem ser tomadas as medidas de proteção necessárias durante a produção de fios de fibra de vidro para evitar a inalação para os pulmões e afetar a saúde dos funcionários.

 

4. Material de isolamento de cabo de borracha de etileno propileno reticulada (XLEPDM)

A borracha reticulada de etileno propileno é um terpolímero de etileno, propileno e dieno não conjugado, que é reticulado por produtos químicos ou irradiação.As vantagens dos fios isolados com borracha EPDM reticulada, dos fios isolados com poliolefina integrada e dos fios isolados com borracha comum:

1) Macio, flexível, elástico, não adesivo em alta temperatura, resistência ao envelhecimento a longo prazo, resistência a intempéries (-60 ~ 125 ℃).

2) Resistência ao ozônio, resistência aos raios UV, resistência ao isolamento elétrico e resistência química.

3) A resistência ao óleo e a resistência aos solventes são comparáveis ​​ao isolamento de borracha de cloropreno de uso geral.O processamento é realizado por equipamento comum de processamento de extrusão a quente, e é adotada a reticulação por irradiação, que é simples e de baixo custo.Os fios isolados com borracha EPDM reticulados têm muitas das vantagens acima e são usados ​​em cabos de compressores de refrigeração, cabos de motores à prova d'água, cabos de transformadores, cabos móveis de minas, perfurações, automóveis, equipamentos médicos, barcos e fiação elétrica interna em geral.

 

As principais desvantagens do fio XLEPDM são:

1) Comparado com fios XLPE e PVC, a resistência ao rasgo é baixa.

2) A adesão e a autoadesividade são fracas, o que afeta a processabilidade subsequente.

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