Sứ cách điện thanh cái đóng vai trò là thành phần quan trọng trong hệ thống điện, cung cấp cả khả năng cách điện và hỗ trợ cơ học cho các dây dẫn điện. Quy trình sản xuất của chúng đã phát triển đáng kể để đáp ứng nhu cầu của các mạng lưới phân phối điện hiện đại, đòi hỏi độ tin cậy cao, độ ổn định nhiệt và khả năng phục hồi môi trường. Báo cáo này tổng hợp những tiến bộ mới nhất và phương pháp truyền thống trong sản xuất sứ cách điện thanh cái, nhấn mạnh vào việc lựa chọn vật liệu, kỹ thuật sản xuất, kiểm soát chất lượng và các cân nhắc về môi trường.
Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu
Vật liệu cốt lõi
Thanh cách điện được chế tạo từ vật liệu điện môi được tối ưu hóa về khả năng chịu điện, độ bền cơ học và độ ổn định nhiệt. Các vật liệu phổ biến nhất bao gồm:
- Vật liệu tổng hợp polyme: Hợp chất đúc khối (BMC) và hợp chất đúc tấm (SMC), được gia cố bằng sợi thủy tinh, chiếm ưu thế trong các ứng dụng điện áp thấp đến trung bình do tính chất nhẹ, cường độ điện môi cao (~4 kV/mm) và khả năng chịu nhiệt (lên đến 140°C).
- Sứ: Được ưa chuộng cho các công trình ngoài trời có điện áp cao, sứ có độ bền và khả năng chống chịu thời tiết đặc biệt. Sản xuất sứ liên quan đến đất sét alumina có độ tinh khiết cao được nung ở nhiệt độ trên 1.200°C để đạt được cấu trúc đặc, không xốp.
- Nhựa Epoxy: Được sử dụng để đóng gói thanh cái, epoxy cung cấp khả năng cách điện mạnh mẽ và bảo vệ môi trường. Các công thức tiên tiến kết hợp chất độn silica để tăng cường độ dẫn nhiệt và giảm sự không phù hợp của CTE (Hệ số giãn nở nhiệt).
- Nhựa nhiệt dẻo: Các vật liệu như polyphenylene sulfide (PPS) và polyamide (PA66) ngày càng được sử dụng nhiều trong các chất cách điện đúc phun cho các ứng dụng nhiệt độ cao (lên đến 220°C) trong xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo.
Chuẩn bị vật liệu
Nguyên liệu thô trải qua quá trình xử lý sơ bộ nghiêm ngặt:
- Vật liệu tổng hợp polyme: Viên BMC/SMC được làm nóng trước ở nhiệt độ 80–100°C để giảm độ nhớt trước khi đúc. Hàm lượng sợi thủy tinh (20–30% theo trọng lượng) được tối ưu hóa cho độ bền cơ học.
- Sứ: Đất sét, cao lanh, fenspat và thạch anh được nghiền thành bột <100 μm, trộn theo tỷ lệ chính xác và đùn thành phôi. Hợp chất tráng men (ví dụ, RAL 8016 màu nâu hoặc ANSI 70 màu xám) được áp dụng để tăng khả năng chống ô nhiễm.
- Epoxy: Hệ thống hai phần (nhựa + chất làm cứng) được khử khí trong điều kiện chân không để loại bỏ bọt khí, đảm bảo tính chất cách nhiệt đồng đều.
Quy trình sản xuất
1. Ép khuôn
Các bước thực hiện:
- Chuẩn bị khuôn: Khuôn thép được nung nóng đến nhiệt độ 150–180°C.
- Tải vật liệu: Các hạt BMC/SMC đã được cân trước sẽ được đưa vào khoang khuôn.
- Nén: Máy ép thủy lực tạo ra lực từ 100–300 tấn, làm cứng vật liệu trong vòng 2–5 phút.
- Tháo khuôn và hoàn thiện: Các chất cách điện được đẩy ra, loại bỏ gờ và xử lý bề mặt (ví dụ: phủ lớp silicon để chống tia cực tím).
Ứng dụng: Sứ cách điện lục giác điện áp thấp (cao 16–70 mm) có chèn bằng đồng thau hoặc thép mạ kẽm.
2. Ép phun
Các bước thực hiện:
- Chuẩn bị thanh cái: Các dây dẫn bằng đồng hoặc nhôm được dập, mạ (thiếc, niken) và làm sạch.
- Lắp ráp khuôn: Các dây dẫn được định vị trong khuôn nhiều khoang bằng cánh tay rô-bốt để có độ chính xác (dung sai ±0,1 mm).
- Tiêm nhựa: Nhựa nhiệt dẻo (ví dụ: PA66, PPS) được phun ở nhiệt độ 280–320°C và áp suất 800–1.200 bar, tạo thành lớp cách nhiệt liền mạch.
- Làm mát và đẩy ra: Các kênh làm mát duy trì nhiệt độ khuôn ở mức 80–100°C, với thời gian chu kỳ là 30–90 giây.
Thuận lợi:
- Cho phép sử dụng các hình học phức tạp (ví dụ: hình chữ J, đầu nối nhiều tầng).
- Dây chuyền sản xuất tự động đạt năng suất >99,5% và sản lượng đạt 500–1.000 đơn vị/giờ.
3. Cán màng cho sứ cách điện cao thế
Các bước thực hiện:
- Xếp lớp: Các lớp dẫn điện (đồng) và cách điện (prepreg) xen kẽ được căn chỉnh bằng hệ thống dẫn hướng bằng laser.
- Ứng dụng keo dán: Keo epoxy hoặc acrylic có thể đóng rắn được phun/lăn thành nhiều lớp (độ phủ: 50–80 g/m²).
- Nhấn: Các tấm ép được gia nhiệt (150–200°C) tạo áp suất 10–20 MPa trong 30–60 phút, liên kết các lớp đồng thời giảm thiểu sự hình thành lỗ rỗng (<0,5%).
Kiểm soát chất lượng và thử nghiệm
Kiểm Tra Điện:
- Độ bền điện môi: Chất cách điện chịu được điện áp định mức gấp 2,5–4 lần mà không bị đánh thủng.
- Phóng điện một phần (PD): Mức chấp nhận được <5 pC ở 2,55 kV.
Kiểm tra cơ học:
- Tải trọng công xôn: Sứ cách điện A20/A30 chịu được tải trọng tĩnh 8–12 kN.
- Chu kỳ nhiệt: -40°C đến +130°C trong 50 chu kỳ mà không bị nứt.
Những cân nhắc về môi trường và kinh tế
Sáng kiến phát triển bền vững:
- Polyme sinh học: PA66 có nguồn gốc từ dầu thầu dầu giúp giảm lượng khí thải carbon xuống 40%.
- Tái chế: Sứ cách điện được nghiền thành cốt liệu để xây dựng đường bộ, đạt khả năng tái chế 95%.
Các yếu tố chi phí:
- Đồng chiếm 60–70% chi phí sứ cách điện thanh cái, thúc đẩy việc thay thế bằng nhôm trong các ứng dụng dòng điện thấp.
- Ép phun tự động giúp giảm chi phí nhân công xuống còn <10% tổng chi phí.
Kết luận
Quá trình sản xuất sứ thanh cái tích hợp khoa học vật liệu, kỹ thuật chính xác và đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của quá trình điện khí hóa toàn cầu. Các phương pháp truyền thống như đúc nén vẫn phổ biến đối với các ứng dụng điện áp thấp, trong khi các kỹ thuật tiên tiến như đúc chèn và cán mỏng gốm prepreg giải quyết các thách thức về điện áp cao và nhiệt độ cao. Những cải tiến trong sản xuất bồi đắp và vật liệu sinh học hứa hẹn sẽ nâng cao hơn nữa tính bền vững và hiệu suất. Khi thị trường năng lượng tái tạo và xe điện mở rộng, các nhà sản xuất phải cân bằng hiệu quả chi phí với nhu cầu về sứ cách điện mang lại độ tin cậy vô song trong các điều kiện môi trường khác nhau. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào vật liệu composite tăng cường công nghệ nano và tối ưu hóa quy trình do AI thúc đẩy để mở rộng ranh giới của hiệu suất sứ cách điện.
Blog liên quan
Thanh Cái Cách Điện, Nhà Sản Xuất
