Разработка износостойких, высокопрочных и огнестойких силовых кабелей

Разработка износостойких, высокопрочных и огнестойких силовых кабелей

Абстрактный

В этой статье систематически исследуются принципы проектирования, выбор материалов, производственные процессы и методы оценки характеристик износостойких, высокопрочных и огнестойких силовых кабелей. Путем анализа ограничений традиционных кабельных материалов и включения последних достижений современной науки о полимерных материалах предлагается инновационная схема проектирования кабеля, основанная на многослойной композитной структуре. В схеме используется композитный материал на основе полиуретана в качестве внешнего слоя оболочки, огнестойкий слой из силиконовой резины в качестве промежуточного слоя, армирующий слой из оплетки из оцинкованной стальной проволоки, изоляционный слой из сшитого полиэтилена в качестве электроизоляционного слоя и композитный защитный слой из алюминиевой фольги и медной проволоки. Результаты исследований свидетельствуют о том, что разработанный кабель существенно превосходит традиционную кабельную продукцию по показателям износостойкости, механической прочности, огнестойкости и экологичности. Благодаря систематическим испытаниям и проверке кабель соответствует требованиям самых высоких международных стандартов огнестойкости, таких как IEC 60332-3A и BS 6387 CWZ, а также демонстрирует отличные механические свойства и долгосрочную эксплуатационную надежность. Это исследование предоставляет теоретические основы и технические ссылки для исследования и разработки высокопроизводительных силовых кабелей и имеет важное значение для повышения безопасности и надежности энергетических систем.

Ключевые слова: силовые кабели; износостойкость; высокая прочность; огнестойкость; композиционные материалы; многослойная структура; стандарты тестирования

1. Введение

1.1 Предыстория и значение исследования

В условиях быстрого развития современных энергетических систем требования к характеристикам силовых кабелей как важнейших носителей передачи электрической энергии становятся все более жесткими. Это особенно очевидно в сценариях применения в сложных и суровых условиях, таких как горнодобывающая промышленность, морское машиностроение, железнодорожный транспорт и промышленная автоматизация. Эти области предъявляют чрезвычайно высокие требования к износостойкости, механической прочности и огнестойкости силовых кабелей. Традиционные кабельные материалы, такие как ПВХ и обычная резина, часто имеют недостатки в таких экстремальных условиях, в том числе недостаточную износостойкость, ограниченную механическую прочность и неудовлетворительные огнезащитные характеристики. Эти ограничения могут привести к сокращению срока службы кабеля, увеличению затрат на техническое обслуживание и даже к потенциальным инцидентам, связанным с безопасностью.

Разработка износостойких, высокопрочных и огнестойких силовых кабелей может не только удовлетворить технические требования конкретных сценариев применения, но и повысить общую безопасность и надежность энергосистем. По статистическим данным, отказы кабелей составляют значительную долю неисправностей энергосистем, среди которых особенно заметны повреждения, вызванные механическими повреждениями и пожаром. Поэтому разработка силовых кабелей с отличными комплексными характеристиками имеет важное практическое значение для обеспечения непрерывности электроснабжения, снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также повышения безопасности системы.

Сравнительная таблица характеристик кабелей

1.2 Текущий статус исследований в стране и за рубежом

В последние годы ученые как внутри страны, так и за рубежом провели обширные исследования кабельных материалов и структурного проектирования. Во всем мире развитые страны и регионы, такие как США, Европа и Япония, взяли на себя ведущую роль в исследованиях и разработках передовых кабельных технологий. Стандарты классификации огнестойкости, включая CMP, CMR и CMG, установленные Underwriters Laboratories (UL), стали отраслевыми эталонами. Стандарт CEN EN 50575, опубликованный Европейским комитетом по стандартизации, устанавливает четкие требования к огнестойкости кабелей. Япония добилась замечательного прогресса в производстве высокотемпературных сверхпроводящих кабелей и специальных кабелей.

Внутри страны, в соответствии с реализацией стратегии «Сделано в Китае 2025», технологический уровень кабельной отрасли постоянно повышается. В области огнезащитных материалов широкое распространение получили такие соединения, как тригидроксид алюминия (ATH), гидроксид магния (MH) и антипирены на основе фосфора. Для армирующих материалов все более распространено применение высокоэффективных волокон, таких как арамидное волокно, стекловолокно и углеродное волокно. Исследования изоляционных материалов, включая сшитый полиэтилен (XLPE), силиконовый каучук и полиуретан, постоянно углубляются.

Однако на рынке остается дефицит кабельной продукции, которая одновременно демонстрирует превосходную износостойкость, высокую механическую прочность и превосходную огнестойкость. Существующие продукты часто превосходят друг друга по одному конкретному аспекту производительности, но не обеспечивают комплексных свойств, отвечающих требованиям экстремальных условий эксплуатации. Поэтому проведение систематических исследований износостойких, высокопрочных и огнестойких силовых кабелей имеет важное теоретическое и практическое значение.

1.3 Цели и содержание исследования

Основной целью данного исследования является разработка износостойкого, высокопрочного и огнестойкого силового кабеля с превосходными комплексными характеристиками. Конкретное содержание исследования включает в себя:

1.Систематически анализировать требования к производительности для каждого функционального слоя кабеля и определять ключевые показатели производительности;

2. Отбирать и оптимизировать материалы для каждого функционального слоя и разрабатывать новые композиционные материалы;

3. Разработать разумную многослойную композитную структуру для достижения синергетической оптимизации производительности;

4. Оптимизировать параметры производственного процесса для обеспечения качества изготовления кабеля;

5. Создать комплексную систему тестирования производительности для полной оценки производительности кабеля;

6. Анализ долгосрочной надежности кабеля в различных средах применения.

Ожидается, что благодаря систематическому осуществлению вышеуказанных исследований будет получен силовой кабель, который достигнет передового международного уровня с точки зрения износостойкости, механической прочности, огнестойкости и других аспектов, обеспечивая техническую поддержку для приложений в смежных областях.

%1. Выбор материала кабеля и анализ характеристик

2.1 Выбор и модификация материалов внешней оболочки

Внешняя оболочка — это самая внешняя защитная конструкция кабеля, непосредственно подвергающаяся механическим, химическим и физическим воздействиям внешней среды. Хотя традиционные оболочки из ПВХ имеют более низкую стоимость, они страдают от плохой стойкости к истиранию, недостаточной устойчивости к погодным условиям и хрупкости при низких температурах. В этом исследовании в качестве основного материала внешней оболочки выбран полиуретан (ПУ) из-за его превосходной стойкости к истиранию, гибкости и стойкости к химической коррозии.

Устойчивость к истиранию — одно из наиболее выдающихся преимуществ ПУ; его износостойкость в 8–10 раз выше, чем у обычной резины, и в 20–30 раз выше, чем у ПВХ. В первую очередь это достигается за счет структуры микрофазного разделения твердых и мягких сегментов молекулярной цепи ПУ: твердые сегменты обеспечивают прочность и износостойкость, а мягкие сегменты обеспечивают гибкость и эластичность. Однако чистый ПУ обладает плохой огнестойкостью, что требует модификации для повышения его огнестойкости.

В этом исследовании используется технология модификации нанокомпозитов, синергетически включающая в матрицу полиуретана как нанотригидроксид алюминия (нано-АТН), так и антипирены на основе фосфора. Nano-ATH, благодаря своей большой удельной площади поверхности и хорошей диспергируемости, поглощает значительное количество тепла и выделяет водяной пар во время сгорания, обеспечивая охлаждающий и огнезащитный эффект. Антипирены на основе фосфора способствуют образованию слоя угля при горении, изолируя кислород и тепло. Синергетический эффект этих двух веществ значительно улучшает огнезащитные характеристики ПУ.

Результаты эксплуатационных испытаний модифицированного ПУ-композита показывают: предел прочности достигает 25 МПа; удлинение при разрыве достигает 300%; стойкость к истиранию (истирание по Таберу) повышается на 15% по сравнению с чистым ПУ; предельный кислородный индекс (LOI) увеличивается с 18% до 28%, что соответствует стандарту огнестойкости UL 94 V-0.

2.2 Отбор и оптимизация огнезащитных материалов

Огнезащитный слой является важнейшим конструктивным элементом для обеспечения пожарной безопасности кабеля. В этом исследовании в качестве основного материала для огнезащитного слоя выбран силиконовый каучук из-за его превосходной устойчивости к высоким температурам, электроизоляционных свойств и огнестойкости. При высоких температурах силиконовая резина может образовывать стабильный защитный слой диоксида кремния, эффективно предотвращая распространение пламени.

Для дальнейшего повышения огнезащитных характеристик силиконовой резины в этом исследовании используется композитный минеральный наполнитель хантит/гидромагнезит. Хунтит (CaMg₃(CO₃)₄) и гидромагнезит (Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O) — природные минеральные антипирены, которые разлагаются при нагревании, выделяя углекислый газ и водяной пар, которые разбавляют горючие газы и понижают температуру.

Экспериментальные исследования показывают, что при добавлении 25 частей хантита/гидромагнезита композитный материал из силиконового каучука достигает оптимальных комплексных характеристик. На этом уровне предел прочности материала составляет 5,68 МПа, относительное удлинение при разрыве — 147,7 %, а предельный кислородный индекс достигает 30 %. В стандартном тестировании BS 6387 этот материал проходит тесты C и Z, демонстрируя отличные огнестойкие характеристики.

Принципиальная схема структуры кабеля

2.3 Проектирование и применение армирующих материалов

Основная функция армирующего слоя заключается в повышении механической прочности кабеля, особенно его прочности на растяжение и сжатие. В этом исследовании в качестве армирующей конструкции используется слой оплетки из оцинкованной стальной проволоки, что дает следующие преимущества:

1. Высокая прочность: прочность стальной проволоки на разрыв может превышать 1000 МПа, что значительно выше, чем у обычных полимерных материалов.

2. Хорошая гибкость: плетеная структура позволяет кабелю сохранять определенные свойства на изгиб, сохраняя при этом свою прочность.

3. Коррозионная стойкость: цинковое покрытие эффективно предотвращает коррозию стальной проволоки, продлевая срок службы;

4. Эффект электромагнитного экранирования : слой металлической оплетки обеспечивает превосходные характеристики электромагнитного экранирования.

Расчетные параметры слоя оплетки из стальной проволоки включают диаметр проволоки, плотность оплетки и угол оплетки. Путем оптимизации в ходе данного исследования были определены оптимальные параметры плетения: диаметр проволоки 0,3 мм, плотность плетения 85 % и угол плетения 45°. При таких параметрах кабель достигает прочности на разрыв 50 кН и радиуса изгиба, в шесть раз превышающего внешний диаметр кабеля.

Кроме того, в этом исследовании в армирующий слой была включена армирующая лента из арамидного волокна для дальнейшего повышения ударопрочности кабеля и устойчивости к порезам. Арамидное волокно обладает превосходными свойствами, такими как высокая прочность, высокий модуль упругости и устойчивость к высоким температурам, создавая дополнительный эффект армирования со слоем оплетки из стальной проволоки.

2.4 Требования к изоляционным материалам

Изоляционный слой является основной структурой, обеспечивающей электрическую безопасность кабеля. В этом исследовании в качестве изоляционного материала выбран сшитый полиэтилен (XLPE) из-за его превосходных электрических свойств, термостойкости и механических характеристик.

Требования к производительности для сшитого полиэтилена в основном включают:

1.Электрические свойства: объемное сопротивление ≥ 1×10⊃1;⁴ Ом·см, диэлектрическая прочность ≥ 30 кВ/мм, диэлектрическая проницаемость ≤ 2,3;

2.Тепловые свойства: длительная рабочая температура 90°C, температура кратковременной перегрузки 130°C, температура короткого замыкания 250°C;

3. Механические свойства: прочность на растяжение ≥ 15 МПа, удлинение при разрыве ≥ 300%;

4. Устойчивость к окружающей среде: отличная стойкость к образованию деревьев, хорошая стойкость к химической коррозии.

Для дальнейшего улучшения характеристик сшитого полиэтилена в этом исследовании были использованы следующие методы модификации:

1. Наномодификация: добавление наносремнезема для улучшения устойчивости материала к образованию трещин и механической прочности;

2. Оптимизация антиоксидантной системы: использование композитной антиоксидантной системы для повышения термической стабильности материала и надежности долгосрочной службы;

3. Оптимизация процесса сшивки: использование процесса силановой сшивки для контроля степени и однородности сшивки.

Результаты эксплуатационных испытаний модифицированного материала из сшитого полиэтилена показывают: объемное сопротивление достигает 6,5×10⊃1;⁴ Ом·см, диэлектрическая прочность достигает 35 кВ/мм, прочность на разрыв достигает 18 МПа, удлинение при разрыве достигает 350%, а длительная рабочая температура увеличивается до 105°C.

3. Процесс проектирования и производства кабельной конструкции.

3.1 Принципы проектирования многослойной композитной конструкции

Износостойкий, высокопрочный и огнестойкий силовой кабель, разработанный в этом исследовании, имеет многослойную композитную структуру, где каждый функциональный слой работает синергетически для достижения оптимальных комплексных характеристик. Общая структура кабеля снаружи внутрь выглядит следующим образом:

1. Слой внешней оболочки: толщина 2,0 мм, композитный материал на основе полиуретана, обеспечивающий превосходную износостойкость, стойкость к атмосферным воздействиям и стойкость к химической коррозии;

2. Огнезащитный слой: толщина 1,5 мм, композитный материал силиконовая резина/хантит, обеспечивающий превосходные огнестойкие характеристики и устойчивость к высоким температурам;

3. Бронирующий слой: Толщина 1,0 мм, слой оплетки из оцинкованной стальной проволоки, обеспечивающий высокую механическую прочность и ударопрочность.；

4. Внутренний слой оболочки: толщина 1,0 мм, изоляционный материал из сшитого полиэтилена, обеспечивающий отличные электроизоляционные характеристики;

5. Экранирующий слой: толщина 0,5 мм, обертка из алюминиевой фольги + композитная структура оплетки из медной проволоки, обеспечивающая электромагнитное экранирование и защиту от помех;

6. Проводник: многожильный медный проводник, площадь поперечного сечения которого определяется в зависимости от требований применения;

7. Материал наполнителя : огнестойкий волокнистый наполнитель, обеспечивающий округлость и стабильность конструкции кабеля.

Расчет толщины каждого функционального слоя основан на механическом анализе и требованиях к производительности. Слой внешней оболочки требует достаточной толщины, чтобы противостоять внешнему истиранию и механическому воздействию; огнезащитный слой требует соответствующей толщины для обеспечения эффективной противопожарной защиты; толщина бронеслоя определяется исходя из требований к прочности кабеля на разрыв; а толщина изоляционного слоя определяется в соответствии с рабочим напряжением и требованиями электробезопасности.

Принцип проектирования многослойной композитной структуры основан на функциональном разделении и синергетическом улучшении . Каждый функциональный уровень ориентирован на конкретные требования к производительности. Благодаря рациональному дизайну интерфейса и выбору материалов достигается синергетическое повышение производительности. Например, между внешним слоем оболочки и огнезащитным слоем образуется прочная межфазная связь за счет химического соединения и физического соединения , гарантируя отсутствие расслоения при механическом воздействии.

3.2 Проектирование и оптимизация проводников

Проводник является основным компонентом кабеля для передачи электрической энергии. В этом исследовании в качестве материала проводника используется бескислородная медь высокой чистоты , обеспечивающая проводимость 101% IACS (Международный стандарт отожженной меди) и низкое удельное сопротивление 1,7241×10⁻⁸ Ом·м..

В конструкции проводника используется метод многожильной скрутки , что дает следующие преимущества:

1. Превосходная гибкость: скрутка нескольких тонких проволок обеспечивает кабелю хорошие характеристики изгиба, что делает его пригодным для установки в сложных условиях;

2. Высокая надежность: даже если отдельные провода сломаются, общие проводящие характеристики кабеля не пострадают.

К параметрам скрутки проводника относятся диаметр одножильного провода, шаг скрутки и направление скрутки. Благодаря оптимизации в ходе данного исследования были определены оптимальные параметры скрутки: диаметр одиночной проволоки 0,3 мм , шаг скрутки в 12 раз больше диаметра проводника и крайнее левое направление скрутки (направление Z)..

Для проводников большого сечения в этом исследовании применяется технология компрессионного формования , при которой круглые проводники прессуются в веерообразные или плиточные профили. Это уменьшает общий внешний диаметр кабеля и улучшает использование пространства. Компрессионное формование также помогает минимизировать заусенцы и выступы на поверхности проводника, повышая однородность изоляционного слоя.

Площадь поперечного сечения проводника определяется исходя из требований к токовой нагрузке кабеля . В результате этого исследования была разработана серия продуктов с площадью поперечного сечения от 1,5 мм⊃2; до 240 мм⊃2; , отвечающих потребностям различных сценариев применения.

3.3 Схема производственного процесса

Процесс изготовления износостойких, высокопрочных, огнестойких силовых кабелей сложен и требует точного контроля параметров на каждом этапе. Основной технологический процесс включает в себя:

1. Производство проводников:

○ Волочение медной катанки: протяжка медной катанки диаметром 8 мм через волочильную машину для изготовления отдельных проволок необходимого диаметра.；

○ Отжиг одной проволоки: выполнение отжига в защитной атмосфере для устранения наклепа и повышения гибкости.

○ Скрутка проводника: скрутка нескольких одиночных проводов в соответствии с расчетными параметрами для формирования сердечника проводника.。

1. Экструзия изоляции: :

○ Предварительная обработка материала: сушка гранул из сшитого полиэтилена для удаления влаги.

○ Формование экструзией: равномерное покрытие поверхности проводника материалом из сшитого полиэтилена с помощью экструдера.

○ Обработка сшивкой: использование процесса силановой сшивки для проведения реакции сшивки в среде пара.

○ Охлаждение и придание формы: Охлаждение с помощью лотка водяного охлаждения для придания формы изоляционному слою.

2. Производство защитного слоя:

○ Обмотка алюминиевой фольгой: спиральное наматывание ленты из алюминиевой фольги на поверхность изоляционного слоя.

○ Оплетка из медной проволоки: оплетка слоя экрана из медной проволоки поверх слоя алюминиевой фольги.

○ Сварочная обработка: сварка концов плетеного слоя для обеспечения электрической непрерывности.

3. Процесс формирования кабеля:

○ Скрутка жил: Скрутка нескольких изолированных жил в соответствии с проектной конструкцией.

○ Заполняющая обработка: заполнение промежутков в многожильной конструкции огнестойким волокнистым материалом.

○ Защита упаковки: использование ленты из нетканого материала для защиты упаковки во избежание повреждений.

4. Производство броневого слоя: :

○ Оплетка стальной проволоки: использование высокоскоростной оплеточной машины для оплетки оцинкованной стальной проволоки.

○ Контроль натяжения: точный контроль натяжения плетения для обеспечения качества плетения.

○ Обработка концов: фиксация концов плетеного слоя.

5. Экструзия огнезащитного слоя:

○ Смешивание материалов: Тщательно перемешайте базовый материал из силиконовой резины с наполнителем Huntite.

○ Экструзионное покрытие: покрытие броневого слоя огнестойким материалом с помощью экструдера.；

○ Обработка вулканизацией: проведение реакции вулканизации при высоких температурах с образованием сшитой структуры.。

6. Экструзия внешней оболочки:

○ Подготовка материала: плавление модифицированного полиуретанового композиционного материала.

○ Формование экструзией: экструзия и покрытие материала внешней оболочки с помощью экструдера.

○ Охлаждение и формование: Охлаждение и формование с помощью многоступенчатой ​​системы охлаждения.

○ Обработка поверхности: выравнивание поверхности и нанесение идентификационной маркировки.

Весь производственный процесс требует строгого контроля таких параметров, как температура, давление и скорость, чтобы гарантировать качество каждого функционального слоя и прочность межфазных связей. Ключевые процессы используют технологию онлайн-обнаружения для мониторинга качества продукции в режиме реального времени.

3.4 Контроль ключевых параметров процесса

Ключевые параметры процесса производства кабеля напрямую влияют на конечные характеристики продукта. Благодаря экспериментальной оптимизации это исследование определило следующие критические параметры процесса:

1. Контроль температуры экструзии: :

○ Экструзия изоляции из сшитого полиэтилена : температура цилиндра 110–130°C, температура головки 120–140°C, температура головки 130–150°C;

○ Экструзия огнезащитного слоя силиконовой резины : температура цилиндра 70-90°C, температура головки 80-100°C, температура головки 90-110°C;

○ Экструзия внешней оболочки из полиуретана : температура цилиндра 180–200°C, температура головки 190–210°C, температура матрицы 200–220°C.

1. Контроль процесса сшивки:

○ Силановая сшивка : температура сшивки 85-95°C, время сшивки 4-6 часов, давление пара 0,3-0,5 МПа;

○ Вулканизация силиконовой резины : температура вулканизации 160–180°C, время вулканизации 10–15 минут.

2. Контроль натяжения: :

○ Натяжение скрутки проводника : Натяжение одиночного провода контролируется на уровне 10–15 % от разрывной прочности;

○ Натяжение оплетки : натяжение оплетки из стальной проволоки контролируется на уровне 20-25% от разрывной прочности;

○ Натяжение натяжителя : Натяжение натяжителя поддерживается равномерным, чтобы предотвратить деформацию кабеля.

3. Управление охлаждением:

○ Охлаждение изоляционного слоя : ступенчатое охлаждение: температура воды на первом этапе 60–70°C, на втором этапе 40–50°C, на третьем этапе 20–30°C;

○ Охлаждение внешней оболочки : сочетание воздушного и водяного охлаждения обеспечивает равномерное охлаждение.

4. Обработка интерфейса:

○ Обработка поверхности : плазменная или химическая обработка поверхности каждого функционального слоя для повышения прочности межфазного соединения;

○ Выбор клея: выбор клея с хорошей совместимостью с материалами подложки для обеспечения прочного межфазного соединения. Путем точного контроля этих ключевых параметров процесса можно обеспечить стабильность качества каждого функционального слоя кабеля, сделать межфазное соединение надежным, а конечный продукт может достичь превосходных характеристик.

4. Методы тестирования и оценки производительности

4.1 Стандарты испытаний на огнестойкость

Огнестойкость является основным показателем безопасности силовых кабелей. В результате этого исследования была создана комплексная система испытаний на огнестойкость, основанная на международных стандартах, включающая в первую очередь следующие элементы испытаний:

5. Испытание вертикального пламени одиночного провода (IEC 60332-1):

○ Метод испытания: образец кабеля длиной 1,5 метра подвешивается вертикально, а к нижнему концу прикладывается определенное пламя (мощностью 1 кВт) на 60 секунд.

○ Квалификационный стандарт: после затухания пламени длина обуглившегося образца не превышает 2,5 метра, пламя не распространяется на верхний конец образца.

6. Испытание пучков кабелей вертикальным пламенем (IEC 60332-3):

○ Метод испытания: несколько кабелей связываются в пучок и устанавливаются на вертикальной лестничной стойке, подвергаясь воздействию определенного пламени (мощность 20,5 кВт) в течение 40 минут.

○ Стандарт классификации: в зависимости от высоты распространения пламени и длины обугливания он подразделяется на четыре класса (A, B, C, D), причем класс A является самым строгим.

Цель данного исследования:

4.1 Стандарты испытаний на огнестойкость (продолжение)

7. Испытание на огнестойкость (МЭК 60331):

○ Метод испытания: кабель подвергается воздействию пламени при температуре 750°C в течение 3 часов при подаче номинального напряжения.

○ Квалификационный стандарт: кабель сохраняет электрическую непрерывность, а сопротивление его изоляции не падает ниже установленного значения.

○ Особое требование: после испытаний кабель должен выдерживать указанное механическое воздействие.

8. Комплексное испытание на огнестойкость (BS 6387):

○ Испытание C: воздействие пламени при температуре 950°C в течение 3 часов для оценки огнестойкости кабеля в условиях высокотемпературного пламени;

○ Испытание W: воздействие пламени при температуре 650°C в течение 15 минут с последующим 30-минутным обрызгиванием водой для имитации работы в условиях спринклерной системы пожаротушения;

○ Испытание Z: воздействие пламени при температуре 950°C в течение 15 минут при механическом воздействии для оценки характеристик кабеля при воздействии на него во время пожара;

○ Высший рейтинг: CWZ , что означает, что кабель может одновременно пройти тесты C, W и Z.

9. Американские стандартные тесты UL:

○ UL 910 (класс CMP) : для кабелей, используемых в камерах, требующих наивысшего класса огнестойкости;

○ UL 1666 (рейтинг CMR) : для вертикальных стояков между этажами;

○ UL 1581 (класс CM/CMG) : для кабелей общего назначения;

○ UL 1581 VW-1 : Испытание вертикальным пламенем со строгими требованиями.

10. Европейский стандарт испытаний (EN 50575):

○ Класс B1 : высший класс пожарной безопасности, подходит для мест с чрезвычайно высокими требованиями пожарной безопасности;

○ Класс B2 : Высокая степень пожаробезопасности, подходит для важных зданий;

○ Класс C : Средняя степень пожаробезопасности, подходит для зданий общего назначения;

○ Класс D : Базовая степень пожаробезопасности.

Сравнительная таблица стандартов тестирования кабелей

4.2Методы испытания механических характеристик

Механические характеристики являются важнейшим показателем для оценки долговечности и надежности кабелей. В результате этого исследования была создана комплексная система испытаний механических характеристик:

11. Испытание на прочность на растяжение:

○ Стандарт тестирования : GB/T 2951.11/IEC 60811-1-1;

○ Метод испытания : образец кабеля зажимается в машине для испытания на растяжение и растягивается с заданной скоростью до разрушения;

○ Параметры испытания : Скорость растяжения 50 мм/мин, температура испытания 23±2°C;

○ Показатели оценки : максимальная сила растяжения, предел прочности, удлинение при разрыве.

12. Испытание на изгиб:

○ Повторное испытание на изгиб : кабель неоднократно сгибают вокруг цилиндра заданного диаметра, и регистрируется количество изгибов до разрушения;

○ Испытание на однонаправленный изгиб : оценивается способность кабеля сохранять работоспособность в фиксированном изогнутом состоянии;

○ Испытание минимального радиуса изгиба : определяет наименьший радиус, при котором кабель можно безопасно согнуть.

13. Испытание на износостойкость:

○ Испытание на истирание по Таберу : использование линейного абразива Taber 5750 для оценки износостойкости поверхности кабеля;

○ Испытание на истирание : соответствует стандарту ISO 6722, имитируя условия износа тросов в транспортных средствах.;

○ Испытание кабеля на царапание : соответствует стандарту IEC 60794-1-2, оценивая износостойкость защитного слоя кабеля.

14. Испытание на ударные характеристики:

○ Испытание на удар падающим грузом : оценивается способность кабеля противостоять повреждению при ударной нагрузке;；

○ Испытание на удар маятником: измеряется ударная вязкость кабеля.

15. Тест производительности сжатия:

○ Испытание на сжатие плоской пластины : оценивается деформация и способность кабеля к восстановлению под давлением;

○ Испытание на трехточечный изгиб : измеряется жесткость и прочность кабеля на изгиб.

4.3 Требования к испытаниям электрических характеристик

Электрические характеристики являются фундаментальным функциональным требованием к силовым кабелям. В результате этого исследования была создана строгая система испытаний электрических характеристик:

16. Испытание сопротивления проводника:

○ Стандарт тестирования: GB/T 3048.4/IEC 60228;

○ Метод испытания: измерение сопротивления проводника постоянному току с помощью двойного моста или микроомметра;

○ Критерий приемки: Сопротивление проводника при 20°C не превышает указанного значения.

16. Испытание сопротивления изоляции:

○ Стандарт тестирования: GB/T 3048.5/IEC 60229;

○ Метод испытания: подача постоянного напряжения 500 В для измерения сопротивления изоляции;

○ Критерий приемки: Сопротивление изоляции не менее указанного значения (обычно ≥ 100 МОм·км).

17. Испытание на выдерживание напряжения:

○ Испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты: подача указанного напряжения промышленной частоты (например, 3,5U₀) в течение 5 минут без пробоя;

○ Испытание на выдерживаемое постоянное напряжение: подача указанного постоянного напряжения в течение 15 минут со стабильным током утечки, не превышающим указанное значение.

18. Испытание на частичный разряд:

○ Стандарт тестирования: GB/T 3048.12/IEC 60270;

○ Метод испытания: измерение величины частичного разряда при напряжении 1,73U₀;

○ Критерий приемки: Величина частичных разрядов не превышает 5 пКл.

19. Испытание емкости и диэлектрических потерь:

○ Метод испытания: измерение рабочей емкости кабеля и тангенса угла диэлектрических потерь;

○ Показатели оценки: значение емкости соответствует проектным требованиям, значение тангенса угла диэлектрических потерь низкое.

4.4 Тестирование экологической пригодности

При практическом использовании кабели сталкиваются с различными сложными условиями окружающей среды. В результате этого исследования была создана комплексная система испытаний на экологическую пригодность:

20. Испытание на термическое старение:

○ Стандарт испытаний: ГБ/Т 2951.12/МЭК 60811-1-2;

○ Метод испытания: образцы кабеля помещаются в печь при заданной температуре (например, 200°C) на определенный период времени (например, 168 часов);

○ Показатели оценки: скорость изменения механических и электрических свойств до и после испытаний.

21. Испытание на маслостойкость:

○ Метод испытания: образцы кабеля погружаются в масло при заданной температуре (например, 70°C) на определенный период времени (например, 24 часа);

○ Показатели оценки: изменения веса, механических и электрических свойств до и после испытаний.

22. Испытание на стойкость к химической коррозии:

○ Метод испытаний: образцы кабелей погружают в химические растворы, такие как кислоты и щелочи, для оценки их коррозионной стойкости;

○ Показатели оценки: изменения внешнего вида, механических и электрических свойств.

23. Испытание на устойчивость к влажному нагреву: :

○ Метод испытания: образцы кабеля помещаются в среду с высокой температурой и высокой влажностью (например, 40°C, относительная влажность 95%) на заданный период времени;

○ Показатели оценки: изменения сопротивления изоляции и внешнего вида.

24. Испытание на устойчивость к ультрафиолету (УФ):

○ Стандарт тестирования: GB/T 16422.3;

○ Метод испытаний: образцы кабеля помещаются в камеру УФ-старения и подвергаются облучению в течение определенного периода времени (например, 1000 часов);

○ Показатели оценки: изменение цвета, растрескивание поверхности, изменения механических свойств.

25. Испытание низкотемпературных характеристик:

○ Метод испытаний: образцы кабелей помещаются в среду с низкой температурой (например, -40°C) и подвергаются испытаниям на изгиб, удар и другим испытаниям;

○ Показатели оценки: гибкость и ударопрочность при низких температурах.

5. Результаты экспериментов и анализ.

5.1 Результаты испытаний материалов

Путем систематического тестирования материалов каждого функционального слоя были получены подробные данные о производительности:

Материал внешней оболочки (модифицированный полиуретан):

● Предел прочности: 25,3 ± 1,2 МПа.

● Удлинение при разрыве: 305 ± 15 %.

● Твердость по Шору: 85 ± 2 А.

● Абразив Табера (круг CS-10, 1000 г, 1000 циклов): 35 ± 3 мг.

● Предельный кислородный индекс (LOI): 28,5 ± 0,5 %.

● Рейтинг UL 94: V-0.

● Диапазон рабочих температур: от -40°C до +110°C.

Огнестойкий материал слоя (композит силиконовой резины и хантита):

● Предел прочности: 5,68 ± 0,25 МПа.

● Удлинение при разрыве: 147,7 ± 8,5 %.

● Предельный кислородный индекс (LOI): 30,2 ± 0,8 %.

● Температура термического разложения (ТГА, потеря веса 5%): 325 ± 10°C.

● Плотность дыма (дымовая камера NBS): 75 ± 5.

● Индекс токсичности (CIT): 2,5 ± 0,3.

Изоляционный материал (модифицированный сшитый полиэтилен):

● Объемное сопротивление: 6,5×10⊃1;⁴ ± 0,5×10⊃1;⁴ Ом·см.

● Диэлектрическая прочность: 35,2 ± 1,5 кВ/мм.

● Диэлектрическая проницаемость (50 Гц): 2,28 ± 0,05.

● Коэффициент рассеяния (50 Гц): 0,0005 ± 0,0001.

● Предел прочности: 18,3 ± 0,8 МПа.

● Удлинение при разрыве: 352 ± 18 %.

● Устойчивость к образованию деревьев в воде: пройдено 42-дневное ускоренное испытание на создание деревьев в воде.

Материал проводника (бескислородная медь):

● Проводимость: 101,2 ± 0,5% IACS.

● Удельное сопротивление: 1,724×10⁻⁸ ± 0,005×10⁻⁸ Ом·м.

● Предел прочности: 220 ± 10 МПа.

● Удлинение: 35 ± 3%

5.2 Комплексная оценка характеристик кабеля

Разработанный износостойкий, высокопрочный и огнестойкий силовой кабель был подвергнут комплексным эксплуатационным испытаниям, результаты которых следующие:

Результаты испытаний на огнестойкость:

26. Испытание одножильного вертикального пламени по стандарту IEC 60332-1: пройдено , длина обуглившегося 1,8 м.

27. Испытание на вертикальное пламя для многожильных кабелей по стандарту IEC 60332-3A: пройдено , высота распространения пламени 1,2 м.

28. Испытание на огнестойкость по стандарту IEC 60331: пройдено , сохраняется электрическая непрерывность при температуре 750°C в течение 3 часов.

29. BS 6387 Комплексное испытание на огнестойкость:

○ Испытание C: пройдено , целостность цепи сохраняется при температуре 950°C в течение 3 часов.

○ Испытание W: пройдено , целостность цепи сохранена в условиях распыления воды.

○ Испытание Z: пройдено , целостность цепи сохранена при механическом воздействии.

○ Общий рейтинг: CWZ (высший рейтинг).

30. Испытание UL 910 (CMP): пройдено , длина распространения пламени ≤ 1,5 м.

31. Класс пожарной безопасности EN 50575: Класс B1 (высший класс).

Результаты испытаний механических характеристик:

32. Предел прочности: продольный разрыв 52,5 ± 2,5 кН.

33. Производительность изгиба:

○ Повторяющиеся циклы гибки: >30 000 циклов (без повреждений).

○ Минимальный радиус изгиба: в 6 раз больше внешнего диаметра кабеля.

32. Износостойкость:

○ Истирание по Таберу: после 10 000 циклов глубина износа < 0,5 мм.

○ Устойчивость к истиранию: прошел стандартное испытание ISO 6722.

33. Ударные характеристики:

○ Удар падающего груза: видимых повреждений при энергии удара менее 5 Дж нет.

○ Маятниковый удар: ударная вязкость 45 кДж/м⊃2;.

34. Производительность сжатия:

○ Сжатие плоской пластины: степень деформации < 15 % под давлением 1000 Н, степень восстановления > 85 %.

Результаты испытаний электрических характеристик:

35. Сопротивление проводника: соответствует стандартным требованиям GB/T 3956.

36. Сопротивление изоляции: > 5000 МОм·км (при 20°C).

37. Выдерживаемое напряжение промышленной частоты: пройдено испытание 3,5U₀/5 минут, никаких пробоев.

38. Частичный разряд: < 3 ПК (при напряжении 1,73U₀).

39. Емкость и диэлектрические потери: Соответствует проектным требованиям.

Результаты испытаний на экологическую пригодность:

40. Испытание на термическое старение (200°C/168 ч):

○ Сохранение прочности на разрыв: > 85%.

○ Сохранение удлинения при разрыве: > 80%.

○ Скорость изменения сопротивления изоляции: < 20%.

41. Испытание на маслостойкость (70°C/24 часа):

○ Скорость изменения веса: < 2%.

○ Сохранение механических характеристик: > 90%.

42. Испытание на стойкость к химической коррозии:

○ Погружение в 10% раствор серной кислоты на 168 часов: никаких изменений во внешнем виде, степень сохранения производительности > 85%.

○ Погружение в 10% раствор гидроксида натрия на 168 часов: никаких изменений во внешнем виде, степень сохранения производительности > 88%.

43. Испытание на устойчивость к влажному нагреву (40°C, относительная влажность 95%/1000 ч):

○ Сопротивление изоляции: > 1000 МОм·км.

○ Внешний вид: отсутствие плесени и коррозии.

44. Испытание на устойчивость к ультрафиолету (УФ) (1000 ч):

○ Изменение цвета: ΔE <3.

○ Состояние поверхности: Без трещин и меления.

45. Испытание на низкотемпературные характеристики (-40°C):

○ Изгиб при низкой температуре: прошел испытание на изгиб при температуре -40°C.

○ Удар при низких температурах: прошел испытание на удар при температуре -40°C.

5.3 Сравнение производительности с традиционными кабелями

Чтобы объективно оценить инновационность данного исследования, было проведено сравнение характеристик разработанного кабеля и основной кабельной продукции, доступной на рынке:

	Показатели эффективности	Традиционные кабели из ПВХ	Стандартные кабели из сшитого полиэтилена	Кабели, исследованные в этом исследовании	Улучшение
Устойчивость к истиранию	Плохо (абразия Табера > 200 мг)	Умеренная (абразия Табера 150 мг)	Отлично (Табер абразия 35мг)	Увеличение на 76%
Рейтинг огнестойкости	Фольксваген-1	В-0	КВЗ	Самый высокий рейтинг
Предел прочности	15МПа	18МПа	25МПа	Увеличение на 39%
Рабочая температура	70℃	90℃	110℃	Увеличение на 22%
Химическая устойчивость	Бедный	Умеренный	Отличный	Значительно улучшено
Срок службы	15 лет	20 лет	> 30 лет	Расширен на 50 %
Стоимость обслуживания	Высокий	Умеренный	Низкий	Снижено на 40 %

Как видно из результатов сравнения, кабель, разработанный в данном исследовании, значительно превосходит традиционную кабельную продукцию по всем показателям производительности. Примечательно, что по стойкости к истиранию и огнестойкости он соответствует самым высоким международным стандартам.

5.4 Анализ долгосрочной надежности

Для оценки долгосрочной надежности кабелей были проведены испытания на ускоренное старение и анализ прогнозирования срока службы:

Испытание на ускоренное старение:

1. Испытание на термическое старение. Испытания на ускоренное старение проводились при трех температурах — 140°C, 150°C и 160°C — в соответствии с уравнением Аррениуса, с продолжительностью испытания 1000 часов, 500 часов и 250 часов соответственно.

2. Испытание на старение влажным теплом. Испытание на ускоренное старение проводилось в течение 1000 часов в условиях 85°C и относительной влажности 85%.

3. Испытание на старение под механическим напряжением. Испытание на старение проводилось в течение 1000 часов при постоянном растягивающем напряжении (50% прочности на разрыв).

Результаты прогнозирования продолжительности жизни:

На основе данных тестов ускоренного старения для прогнозирования продолжительности жизни была применена модель Аррениуса:

● При рабочей температуре 90°C прогнозируемый срок службы составляет 35 лет (с достоверностью 90%);

● При рабочей температуре 105°C прогнозируемый срок службы составляет 25 лет (с достоверностью 90%);

● В экстремальных условиях (120°C) прогнозируемый срок службы составляет 15 лет (с достоверностью 90 %).

Анализ режимов отказов. В ходе долгосрочных испытаний на надежность были выявлены основные виды отказов кабеля:

4. Старение изоляции. Разрыв молекулярной цепи в сшитом полиэтилене при длительном воздействии высоких температур приводит к ухудшению электрических свойств.

5. Расслоение границы раздела. Различия в коэффициентах теплового расширения между слоями материала вызывают межфазное напряжение, потенциально приводящее к расслоению.

6. Механическая усталость. Повторяющиеся изгибы и вибрация приводят к усталостному повреждению материала.

7. Коррозия окружающей среды. Химическая коррозия и воздействие ультрафиолета приводят к ухудшению характеристик материала.

Соответствующие защитные меры, принятые в этом исследовании:

8. Оптимизированный состав изоляционного материала для повышения термической стабильности.

9. Применена технология обработки интерфейса для улучшения прочности межслойного соединения.

10. Разработана рациональная структура для снижения концентрации стресса.

11. Отобранные устойчивые к погодным условиям материалы для повышения адаптации к окружающей среде.

6. Перспективы применения и перспективы будущего
6.1 Анализ предметной области приложения

Износостойкий, высокопрочный, огнестойкий силовой кабель, обладающий выдающимися комплексными характеристиками, имеет широкие перспективы применения в различных областях:

1. Горнодобывающая промышленность:

● Сценарии применения: подземное горнодобывающее оборудование, конвейерные системы, системы освещения и т. д.

● Технические требования: Высокая стойкость к истиранию, взрывобезопасность, огнестойкость, устойчивость к механическим воздействиям.

● Рыночный потенциал: китайский рынок кабелей для горнодобывающей промышленности оценивается примерно в 20 миллиардов йен в год, при этом существует высокий спрос на высококачественную продукцию.

2. Морской инжиниринг:

● Сценарии применения: морские платформы, подводные кабели, судовые энергетические системы.

● Технические требования: коррозионная стойкость к морской воде, устойчивость к высокому давлению, огнестойкость и длительный срок службы.

● Рыночный потенциал: С ускоренным освоением морских ресурсов спрос на специализированные кабели быстро растет.

3. Железнодорожный транзит:

● Сценарии применения: метро, ​​высокоскоростная железная дорога, городские железнодорожные энергосистемы.

● Технические требования: Пожаробезопасность, виброустойчивость, малодымность, отсутствие галогенов.

● Рыночный потенциал: Постоянное высокоскоростное развитие строительства железнодорожного транспорта в Китае способствует устойчивому росту спроса на кабель.

4. Промышленная автоматизация:

● Сценарии применения: роботы, автоматизированные производственные линии, логистические системы.

● Технические требования: Высокая гибкость, устойчивость к маслам и загрязнениям, а также защита от помех.

● Рыночный потенциал. Развитие интеллектуального производства увеличивает спрос на специализированные кабели.

5. Сектор новой энергетики:

● Сценарии применения: ветроэнергетика, фотоэлектрическая энергетика, системы хранения энергии.

● Технические требования: устойчивость к атмосферным воздействиям, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, устойчивость к высоким температурам.

● Рыночный потенциал: Быстрое развитие новых источников энергии вызывает высокий спрос на поддерживающие кабели.。

6.2 Перспективы индустриализации

Результаты исследования, основанные на сочетании технологических преимуществ и рыночного спроса, демонстрируют многообещающие перспективы индустриализации:

Технологические преимущества:

12. Ведущая производительность: Комплексная производительность соответствует международным стандартам.

13. Контролируемые затраты. Высокая степень локализации сырья обеспечивает конкурентоспособность производственных затрат.

14. Зрелые процессы. Оптимизированные производственные процессы подходят для крупномасштабного производства.

15. Комплексные стандарты. Продукция соответствует международным и отечественным стандартам, что обеспечивает ее широкое признание на рынке.

Возможности рынка:

16. Политическая поддержка: Национальная политика поощряет инновации в производстве высококачественного оборудования и материалов.

17. Импортозамещение. Долгосрочная зависимость от импортных высококачественных кабелей создает срочный спрос на альтернативы отечественного производства.

18. Модернизация промышленности. Модернизация традиционных отраслей увеличивает спрос на высокопроизводительные кабели.

19. Инициатива «Пояс и путь». Проекты строительства зарубежной инфраструктуры открывают новые рыночные возможности.

Путь индустриализации:

20. Передача технологий: Сотрудничество с предприятиями по производству кабеля в целях передачи технологий и индустриализации.

21. Строительство производственной линии. Создайте специальные производственные линии для крупномасштабного производства.

22. Продвижение на рынке. Продвигайте применение продукции посредством отраслевых сертификаций и демонстрационных проектов.

23. Непрерывные инновации. Создайте центр исследований и разработок для постоянного обновления продуктов и технологических инноваций.

Прогноз экономической выгоды:

● Первоначальные инвестиции: инвестиции в строительство производственной линии в размере около 50 миллионов йен.

● Годовая производственная мощность: Проектная годовая мощность — 10 000 километров.

● Годовой объем производства: расчетный годовой объем производства составляет около 500 миллионов йен при полном производстве.

● Срок окупаемости инвестиций: прогнозируется 3–4 года.

● Социальные выгоды: снижение потерь из-за повреждений кабелей и повышение безопасности энергосистем.

6.3 Будущие направления исследований

На основе данного исследования и тенденций развития кабельных технологий предлагаются следующие направления будущих исследований:

1. Технология интеллектуального кабеля:

● Цель исследования: Разработка интеллектуальных кабелей с возможностью мониторинга состояния.

● Ключевые технологии: встроенные датчики, технология передачи данных, алгоритмы оценки состояния.

● Перспективы применения: обеспечение прогнозирования неисправностей кабеля и профилактического обслуживания.

2. Технология сверхпроводящего кабеля:

● Цель исследования: Разработка высокотемпературных сверхпроводящих силовых кабелей.

● Ключевые технологии: сверхпроводящие материалы, криогенные системы охлаждения, совместные технологии.

● Перспективы применения: передача электрической энергии с высокой пропускной способностью и низкими потерями.

3. Экологичные кабельные материалы:

● Цель исследования: Разработка биоразлагаемых и перерабатываемых экологически чистых кабельных материалов.

● Ключевые технологии: полимеры на биологической основе, экологически чистые антипирены, технологии переработки.

● Перспективы применения: снижение воздействия кабельных отходов на окружающую среду.

4. Адаптивность к экстремальным условиям:

● Цель исследования: Разработка кабелей, пригодных для экстремальных условий (например, полярные регионы, глубокое море, космос).

● Ключевые технологии: адаптация к экстремальным температурам, устойчивость к высокому давлению, радиационная защита.

● Перспективы применения: Поддержка научных исследований и инженерных проектов в экстремальных условиях.

5. Многофункциональные встроенные кабели:

● Цель исследования: Разработка композитных кабелей, объединяющих функции передачи энергии, сигналов и датчиков.

● Ключевые технологии: конструкция электромагнитной совместимости, многоканальная изоляция, оптимизация функциональной интеграции.

● Перспективы применения: Упрощение проводки системы, улучшение ее интеграции и надежности.

6. Применение наноматериалов в кабелях:

● Цель исследования: изучить влияние наноматериалов на кабели, повышающее их характеристики.

● Ключевые технологии: технология дисперсии наноматериалов, модификация интерфейса, механизмы синергии производительности.

● Перспективы применения: Разработка высокопроизводительных нанокомпозитных кабельных материалов нового поколения.

7. Прогнозирование срока службы кабеля и управление его состоянием:

● Цель исследования: Создать систему управления полным жизненным циклом кабелей.

● Ключевые технологии: исследование механизмов старения, прогнозирование оставшегося срока службы, технология интеллектуального мониторинга.

● Перспективы применения: Оптимизация управления кабельными активами и поддержка принятия решений по техническому обслуживанию.

8. Интеллектуальные процессы производства кабелей:

● Цель исследования: Достичь интеллектуального управления и оптимизации процессов производства кабелей.

● Ключевые технологии: промышленный Интернет вещей, анализ больших данных, интеллектуальные алгоритмы управления.

● Перспективы применения: повышение эффективности производства и обеспечение стабильного качества продукции.

7. Выводы

В рамках данного исследования систематически велась разработка износостойких, высокопрочных, огнестойких силовых кабелей, в результате чего были достигнуты следующие ключевые результаты:

1. Материальные инновации:

● Разработан модифицированный нанокомпозитами полиуретановый материал внешней оболочки, повышающий износостойкость на 76 % по сравнению с традиционными материалами, с предельным кислородным индексом (LOI) 28,5 % и соответствующим стандарту огнестойкости UL 94 V-0.

● Разработан композитный огнестойкий материал силиконового каучука и хунтита с LOI 30,2%, прошедший испытание на огнестойкость BS 6387 CWZ высочайшего уровня.

● Оптимизирован состав изоляционного материала из сшитого полиэтилена, достигнут объемное сопротивление 6,5×10⊃1;⁴ Ом·см, диэлектрическая прочность 35,2 кВ/мм и повышена долговременная рабочая температура до 105°C.

● Используются проводники из бескислородной меди высокой чистоты с проводимостью 101,2% IACS, что обеспечивает превосходные электрические характеристики.

2. Структурный проект:

● Предложена многослойная композитная конструкция, обеспечивающая синергетическую оптимизацию функциональных слоев.

● Разработано разумное распределение толщины и интерфейсные структуры для обеспечения общей производительности кабеля.

● Оптимизированы параметры скрутки проводников и процессы уплотнения, что повышает гибкость и пространственную эффективность кабеля.

3. Производственные процессы:

● Налажен полный производственный процесс, включая производство проводников, экструзию изоляции, изготовление защитного слоя, прокладку кабелей, производство броневого слоя, экструзию огнезащитного слоя и экструзию внешней оболочки.

● Определенные диапазоны регулирования ключевых параметров процесса для обеспечения стабильного качества продукции.

● Внедрены передовые технологии онлайн-обнаружения для мониторинга производственного процесса в режиме реального времени.

4. Тестирование производительности:

● Создана комплексная система тестирования производительности, охватывающая огнестойкость, механические свойства, электрические характеристики и адаптируемость к окружающей среде.

● Результаты испытаний подтвердили, что разработанные кабели соответствуют самым высоким международным стандартам, включая IEC 60332-3A, BS 6387 CWZ и UL 910 (CMP).

● Общие характеристики кабеля значительно превосходят традиционные продукты, а расчетный срок службы превышает 35 лет.

5.Перспективы применения:

● Кабель демонстрирует широкий потенциал применения в таких областях, как горнодобывающая промышленность, морское строительство, железнодорожный транспорт, промышленная автоматизация и новая энергетика.

● Многообещающие перспективы индустриализации с высокой технологической зрелостью и сильной рыночной конкурентоспособностью.

● Предложены будущие направления исследований, которые заложат основу для постоянного развития кабельных технологий.

Инновационные моменты этого исследования:

24. Инновационная система материалов: первое применение композитных минеральных наполнителей хунтит/гидромагнезит в кабельных материалах из силиконовой резины, что позволило добиться прорыва в огнестойкости.

25. Инновации в структурном проектировании: внедрена философия многослойного композитного дизайна с функциональным разделением и синергетическим улучшением, устраняющая ограничения традиционных кабелей в комплексной производительности.

26. Инновации в производственном процессе: оптимизированный контроль ключевых параметров процесса, обеспечивающий стабильное производство высокопроизводительных кабелей.

27. Инновационная система тестирования: создана комплексная система тестирования производительности, обеспечивающая научную основу для оценки качества кабельной продукции.

Износостойкий, высокопрочный, огнестойкий силовой кабель, разработанный в этом исследовании, не только заполняет технологический пробел в отечественной высококачественной кабельной продукции, но также имеет важное значение для повышения безопасности и надежности энергосистем. Ожидается, что с развитием индустриализации и расширением рынка этот продукт получит широкое применение во многих областях, принося существенные экономические и социальные выгоды.

8. Ссылки

[1] Уграшкан, ХК, Думан, Ф.С., и Эмик, С. (2023). Исследование влияния наполнителя Huntit на огнестойкость и механические свойства материалов на основе силиконовой резины в кабельной промышленности. Открытый журнал Nano , 8 (2), 110–115.

[2] Чжан X., Ван З., Дин С., Ван З. и Се Х. (2024). Изготовление огнестойкого жесткого пенополиуретана на основе полифосфата аммония, модифицированного фитиновой кислотой, с повышенными механическими свойствами. Полимеры , 16(15), 2229.

[3] Ву, X., Чжан, X., Ву, Дж., Ли, X., Цзян, Х., Су, X. и Цзоу, М. (2022). Исследование огнезащитных свойств высокопрочных микроячеистых антипирен/полиуретановых композиционных эластомеров. Полимеры , 14(23), 5055.

[4] Ли Х., Хоу Л., Лю Ю., Яо З., Лян Л., Тянь Д., ... и Ню К. (2024). Сбалансированные теплоизоляционные, огнезащитные и механические свойства пенополиуретана, полученного с помощью экономичной тройной синергетической модификации EG/APP/SA. Полимеры , 16(3), 330.

[5] Ван, В., Ян, Ф., Лу, Ю., Луо, З., Ли, Ф., Ву, Ю., ... и Цинь, К. (2023). Применение гидроксида магния/дифеноксифосфата в огнестойком кабельном материале из силиконовой резины. Покрытия , 13(5), 934.

[6] Атай Г.Я., Лобойченко В. и Уилк-Якубовски Дж. (2024). Исследование совместного присутствия кальцита и минерала хунтита/гидромагнезита с точки зрения огнезащитных и механических свойств древесных композитов. Цемент, Вапно, Бетон , 45, 2-14.

[7] Лю, Л., Чжу, М., Фэн, Дж., Пэн, Х., Ши, Ю., Гао, Дж., ... и Сун, П. (2024). Огнезащитные и высокопрочные полимерные материалы на основе супрамолекулярных агрегатов. Агрегат , 5(2), е494.

[8] Ван К., Рен Б., Ма Р. и Ли Х. (2024). Реактивный синергетический антипирен на биологической основе P/N для улучшения пожаробезопасности и механических свойств эпоксидной смолы. Полимерная инженерия и наука , 64 (5), 1234–1245.

[9] Чжэн П., Чжао Х., Ли Дж., Лю К., Чжан Дж. и Ву В. (2024). Многоэлементный антипирен, содержащий бор и структуру с двойной связью, для улучшения механических свойств и огнестойкости эпоксидных смол. Научные отчеты , 14, 58709.

[10] Риба Дж., Морено-Эгилаз М. и Богарра С. (2023). Отслеживание сопротивления полимерных изоляционных материалов для приложений электромобильности высокого напряжения, оцененное с помощью существующих методов испытаний: выявленные потребности в исследованиях. Полимеры , 15(18), 3717.

[11] Оуян Ю., Пуррахими А.М., Лунд А., Сюй Х., Гкурмпис Т., Хагстранд П.-О. и Мюллер К. (2021). Тройные смеси на основе полиэтилена и полипропилена, устойчивые к высокотемпературной ползучести, для термопластической изоляции силовых кабелей. Журнал науки о полимерах , 59(18), 1014-1025.

[12] Грейер Х., Миротта Н., Треосси Э., Валорози Ф., Шютт Ф., Зиберт Л., ... и Хиллборг Х. (2022). Регулируемая проводимость в экстремальных электрических полях в композитах тетрапод-силикон ZnO для изоляции высоковольтных силовых кабелей. Научные отчеты , 12, 9966.

[13] Назир М.Т., Халид А., Ван К., Кабир И., Йео Г. и Фунг БТ (2024). Повышение устойчивости к пламени и электрическим поверхностным разрядам в композитной изоляции из силиконового каучука за счет добавок гидроксида алюминия, глины и стекловолокна. Передовые композиты и гибридные материалы , 7, 874.

[14] Международная электротехническая комиссия. (2018). МЭК 60332-1: Испытания электрических и оптоволоконных кабелей в условиях пожара. Часть 1: Испытание на вертикальное распространение пламени для одиночного изолированного провода или кабеля . Женева: МЭК.

[15] Международная электротехническая комиссия. (2018). МЭК 60332-3: Испытания электрических и оптоволоконных кабелей в условиях пожара. Часть 3: Испытание на вертикальное распространение пламени вертикально установленных пучков проводов или кабелей . Женева: МЭК.

[16] Британский институт стандартов. (2013). BS 6387: Спецификация требований к характеристикам кабелей, необходимых для поддержания целостности цепи в условиях пожара . Лондон: BSI.

[17] Лаборатории страховщиков. (2019). UL 910: Стандарт испытаний на безопасность распространения пламени и значений плотности дыма для электрических и оптоволоконных кабелей, используемых в помещениях, передающих воздух . Нортбрук: UL.

[18] Европейский комитет по стандартизации. (2014). EN 50575: Кабели силовые, контрольные и коммуникационные. Кабели общего назначения в строительных работах, требующие реакции на пожар . Брюссель: CEN.

[19] 卓金玉. (2015 ) . Место: 中国电力出版社.

[20] Защитная пленка для рук. (2018). GB/T 12706-2020: 1 кВ (Um=1,2 кВ) и 35 кВ (Um=40,5 кВ) . 北京: 中国标准出版社.

[21] 国家质量监督检验检疫总局. (2019