Nové izolační materiály vytvářejí výkonovou ochrannou bariéru pro vysokoteplotně odolný napájecí kabel

Kromě plamenů metalurgických pecí a mezi vysokoteplotními zařízeními v nových energetických elektrárnách čelí systémy přenosu energie teplotním zkouškám daleko za normou. Jako "záchranné lano" k zajištění stabilního přenosu energie, základní konkurenceschopnost Napájecí kabel odolný vůči vysokým teplotám se soustředí na své izolační vlastnosti. Tento výkon není prostou superpozicí tepelně odolných vlastností, ale díky přesnému návrhu molekulární struktury materiálu dává kabelu schopnost odolávat stárnutí a udržovat izolaci ve vysokoteplotním prostředí, čímž zásadně řeší bezpečnostní rizika tradičních kabelů v extrémních pracovních podmínkách.
Izolační materiály z polyvinylchloridu (PVC) běžně používané v tradičních silových kabelech mohou splnit základní izolační požadavky při pokojové teplotě, ale jejich vlastnosti molekulární struktury určují přirozené nedostatky v přizpůsobivosti vysokým teplotám. Molekulární řetězec PVC se skládá z polymerovaných vinylchloridových monomerů se slabými meziřetězcovými silami a obsahuje velké množství snadno rozložitelných atomů chloru. Když okolní teplota překročí 70 °C, molekulární řetězec PVC začne podléhat tepelné degradaci, přičemž se uvolňují korozivní plyny, jako je chlorovodík; pokud teplota dále stoupne nad 100°C, materiál rychle měkne a deformuje se, narušuje se celistvost izolační vrstvy a prudce se zvyšuje riziko netěsnosti.
Revoluční průlom vysokoteplotně odolného napájecího kabelu pochází z výzkumu, vývoje a aplikace nových izolačních materiálů. Silikonový kaučuk, polyimid a další materiály se staly hlavní silou v oblasti vysokoteplotní izolace se svou jedinečnou molekulární strukturou. Tato struktura dává materiálu tři hlavní výhody: π elektronový mrak v konjugovaném systému je rovnoměrně distribuován a energie chemické vazby je výrazně zvýšena, takže teplota tepelného rozkladu polyimidu je až 500 °C nebo vyšší a teplota dlouhodobého používání je stabilně udržována na 260 °C; tuhý molekulární řetězec není snadné zkroutit a zlomit v důsledku tepelného pohybu a dokonce i v prostředí s vysokou teplotou může být zachována integrita molekulárního řetězce, aby se zajistilo, že v izolační vrstvě nebudou žádné díry nebo praskliny; mezi molekulami jsou silné van der Waalsovy síly a vodíkové vazby, které vytvářejí hustou molekulární vrstvenou strukturu, účinně brání migraci elektronů a zachovávají vynikající dielektrické vlastnosti. Když kabel běží v prostředí s vysokou teplotou 300 ℃ v metalurgické dílně, je polyimidová izolační vrstva jako pevný pancíř, který izoluje teplo před erozí vodiče a zabraňuje zkratům způsobeným poruchou izolace.
Kromě polyimidu vykazují izolační materiály ze silikonové pryže také jedinečnou přizpůsobivost vysokým teplotám. Jeho hlavní molekulární řetězec je složen z vazeb křemík-kyslík (Si-O). Vazebná energie Si-O vazeb je až 460 kJ/mol, což je mnohem více než u běžných vazeb uhlík-uhlík (C-C) a má přirozenou tepelnou stabilitu. Flexibilita molekulárního řetězce silikonového kaučuku umožňuje udržovat dobrou elasticitu při vysokých teplotách, čímž se zabrání praskání izolační vrstvy způsobené tvrdnutím a křehkostí materiálu. Silikonový kaučuk má nízkou povrchovou energii a není snadné absorbovat vlhkost a nečistoty, což dále zajišťuje spolehlivost izolace v prostředí s vysokou teplotou. V invertorovém připojovacím kabelu fotovoltaické elektrárny může izolační vrstva ze silikonového kaučuku odolat vysoké teplotě generované přímým slunečním zářením a odolávat erozi větru a písku, aby byl zajištěn stabilní přenos elektrické energie.
Od návrhu molekulární struktury až po realizaci materiálového výkonu, průlom v izolační technologii vysokoteplotně odolného napájecího kabelu nově definuje standard přenosu energie v extrémních prostředích. Opuštěním přirozených defektů tradičních materiálů a přijetím nových materiálů s tepelně stabilní molekulární strukturou si kabel může i nadále zachovat izolační výkon v podmínkách vysokých teplot.