ワイヤーとケーブルってどういう意味ですか？

ワイヤーとケーブルとは実際には何を意味しますか?

ワイヤとケーブルは現代の電気インフラストラクチャのバックボーンですが、多くの人はこれら 2 つの用語が技術的に区別されている場合、同じ意味で使用しています。 ワイヤは単一の導体 (通常は金属のより線、最も一般的には銅またはアルミニウム) ですが、ケーブルは共通のシースまたはジャケット内にグループ化された 2 つ以上の導体の集合体です。 この違いは、製造、設置、法規制遵守において非常に重要です。

実際には、裸銅線を接地に使用し、住宅用建物内では多芯 PVC 絶縁ケーブルで電力を伝送します。世界の電線およびケーブル市場は約 2023年に2,260億ドル そして、都市化、EVインフラの拡大、再生可能エネルギープロジェクトによって着実に成長すると予測されています。ワイヤとケーブルの違いを理解することは、適切な材料、製造プロセス、および適切なワイヤおよびケーブル押出機を含む装置を選択するための基礎となります。

コアコンポーネント: ワイヤまたはケーブルを構成するもの

単純な接続ワイヤであっても、高圧電力ケーブルであっても、基本的な構造は一貫したパターンに従います。各層は特定の保護または機能的な役割を果たします。

指揮者

導体は電気的に活性なコアです。銅はその導電性 (約 58 MS/m) により依然として主要な材料ですが、アルミニウムはその低コストと軽量により架空送電線に広く使用されています。導体は単線または撚り線の場合があります。より線導体は柔軟性に優れており、ケーブルが頻繁に曲げられたり移動されたりする用途に適しています。

絶縁

漏電や短絡を防ぐために各導体を絶縁体で囲みます。一般的な断熱材には、PVC (ポリ塩化ビニル)、XLPE (架橋ポリエチレン)、LSZH (低煙ゼロハロゲン)、ゴム化合物などがあります。どちらを選択するかは、動作電圧、温度範囲、環境条件によって異なります。 XLPE 絶縁は、連続的に最大 90 °C、短絡状態では最大 250 °C の温度に耐えることができます。 、中電圧および高圧ケーブルの標準となっています。

シールドとアーマー

一部のケーブルには、電磁干渉をブロックするために金属シールド (銅テープ、アルミ箔、または編組線) が含まれています。装甲ケーブルは、地下または産業用途での機械的保護のために鋼線または鋼テープの層を追加します。

アウタージャケット

外側のジャケットは、すべてをまとめて保持する最後の保護層で、湿気、化学薬品、紫外線、機械的磨耗に対する耐性を提供します。 PVC は世界的に最も一般的なジャケット素材ですが、特殊用途では PE (ポリエチレン) や TPU (熱可塑性ポリウレタン) の使用が増えています。

電線・ケーブルの主な種類とその用途

ワイヤおよびケーブル業界は、膨大な種類の製品を扱っています。各カテゴリは、特定の電気的、機械的、環境的要件に合わせて設計されています。

これらの各カテゴリには特定の押出プロセスが必要であり、使用するワイヤおよびケーブル押出機は、材料の粘度、必要な肉厚、および生産速度に適合する必要があります。

の役割 ワイヤーおよびケーブル押出機 製造業

ワイヤーおよびケーブル押出機は、生産ラインの中心的な機器です。その主な機能は、熱可塑性または熱硬化性材料を溶かし、高速でワイヤの周囲のダイに押し込むことによって、絶縁体、ジャケット、またはその他のポリマー層を導体上に適用することです。 適切に構成された押出機がなければ、均一な肉厚、良好な接着性、および IEC 60228、UL 44、または RoHS などの規格で要求される機械的特性を達成することは不可能です。

一般的なワイヤおよびケーブルの押出ラインには、順番に動作する次のコンポーネントが含まれています。裸の導体を供給するペイオフ リール、予熱器、ダイヘッドを備えた押出機自体、冷却トラフ、キャプスタンまたは引き取りユニット、欠陥検出用のスパーク テスター、および巻き取りリールです。各ステーションは正確に同期する必要があります。ライン速度の 5% の変動でも、寸法公差要件を満たさない肉厚の偏差が発生する可能性があります。

単軸スクリュー押出機と二軸スクリュー押出機

ワイヤおよびケーブルの製造における最も一般的な構成は次のとおりです。 単軸押出機 、そのシンプルさ、信頼性、メンテナンスコストの低さで好まれています。単軸スクリュー機械は、PVC、PE、XLPE、およびほとんどの標準的なジャケット素材を効果的に処理します。ワイヤおよびケーブル用途のネジの L/D (長さ対直径) 比は、通常 20:1 ～ 30:1 の範囲です。

同方向回転と逆回転の二軸押出機は、コンパウンドを集中的に混合する必要がある場合、たとえば、ATH (アルミニウム三水和物) などの無機充填剤を高配合した LSZH (低煙ゼロハロゲン) コンパウンドを製造する場合に使用されます。これらのフィラーはコンパウンド中に重量で 60% を超える場合があり、EN 60332 などの防火性能基準を満たすには完全な分散が重要になります。

タンデムおよび二層押出

中電圧ケーブルの半導体層と絶縁層など、2 つの異なるポリマー層を必要とするケーブルの場合は、タンデム押出 (直列の 2 台の押出機) または 3 層共押出 (共通のダイヘッドに同時に供給する 3 台の押出機) が使用されます。三重共押出成形により、3 つの層が熱いうちに確実に接合されます。これは、高電圧での部分放電を防ぐために界面がきれいでボイドがない必要がある XLPE ケーブルにとって不可欠です。

ワイヤおよびケーブル押出機の主要な技術パラメータ

ワイヤおよびケーブル押出機を指定または評価する場合、いくつかの技術パラメータによって、機械が特定の製品およびスループット要件に適しているかどうかが決まります。

• ネジ径: 細いワイヤの絶縁用の 30mm から、重いケーブルの被覆用の 150mm 以上までの範囲です。スクリュー直径が大きいほど処理能力は高くなりますが、より多くの駆動力が必要になります。
• 長さ/奥行き比: L/D 比が高いほど、可塑化と混合が向上します。 PVC の場合、24:1 ～ 28:1 が一般的です。 PE および XLPE の場合、25:1 ～ 30:1 が一般的です。
• スクリュー回転数と出力速度: 通信線用の最新の高速押出機は、200 RPM を超えるスクリュー速度で動作し、小さな導体の薄肉絶縁において 1,000 m/分以上のライン速度を達成します。
• 温度ゾーン: バレルは、独立して制御される複数の加熱ゾーン (通常は 4 ～ 8) に分割されています。正確なゾーン制御により、200°C を超えると劣化が始まる PVC などの熱に弱い素材の熱劣化を防ぎます。
• ダイヘッド設計: 圧力ダイヘッドとチューブダイヘッドは異なる目的を果たします。加圧ダイにより絶縁体と導体の間に緊密な接触が形成されます。チューブダイスは小さなエアギャップを残し、絶縁体が導体に結合してはいけない場所に使用されます。
• 駆動方式： 閉ループフィードバックを備えた AC ベクトルドライブが標準となり、正確な速度制御が可能になり、古い DC ドライブシステムと比較してエネルギー効率が 15 ～ 25% 向上します。

材料の選択は押出機の設計にも影響します。 PVC はせん断に弱いため、局所的な過熱を避けるために慎重なネジの形状が必要です。 CV (連続加硫) チューブによる架橋を目的とした XLPE は、押出機内での早期架橋 (「スコーチ」と呼ばれる現象) を防ぐために、制御された溶融温度で処理する必要があります。

ケーブル押出における架橋技術

中電圧および高圧電力ケーブルの場合、ポリエチレン絶縁体を架橋することにより、絶縁体が熱可塑性樹脂から熱硬化性樹脂に変化し、耐熱性と長期的な電気的性能が劇的に向上します。ワイヤおよびケーブル押出機は、選択した架橋方法と互換性がある必要があります。

過酸化物架橋 (CV ライン)

高圧ケーブルに最も広く使用されている方式。押出機が XLPE コンパウンドを塗布した後、ケーブルは高圧 (通常 6 ～ 12 bar) で最高 300°C の温度で窒素が充填された連続加硫 (CV) チューブを通過します。過酸化物は分解し、ポリエチレン鎖間に共有結合架橋を形成します。 EHV (超高電圧) ケーブルの CV ラインの長さは 200 メートル以上になる場合があります 冷却前に完全な架橋に十分な滞留時間を提供します。

シラン架橋 (Monosil および Sioplas)

低電圧および中電圧ケーブルに使用される、より経済的な方法。 Monosil プロセスでは、特別に設計された押出機内でシラン グラフト化が行われ、完成したケーブルを熱水または蒸気に浸漬することで架橋が完了します。これにより、CV チューブが不要になり、少量の生産量に適しています。

電子ビーム (EB) 架橋

自動車、航空宇宙、軍事用途の薄肉ワイヤ絶縁に使用されます。押し出し成形後、ケーブルは電子加速器を通過し、絶縁体に高エネルギー電子を衝突させ、化学薬品を使用せずに架橋を引き起こします。 EB 架橋により、最大 150°C 以上の温度に耐えるワイヤが製造されます。これは、熱源の近くにある自動車用途にとって重要です。

絶縁 and Jacketing Materials: How They Affect Extruder Selection

材料の選択は、必要なワイヤおよびケーブル押出機のタイプと構成を直接決定します。各ポリマーは、異なる溶融挙動、加工温度範囲、せん断や劣化に対する感度が異なります。

PVC（ポリ塩化ビニル）

PVC は、電線およびケーブル業界で世界中で消費される絶縁材および被覆材の 40% 以上を占めています。コスト効率が高く、複合形態では難燃性があり、加工が容易です。処理温度は通常 160°C ～ 190°C の範囲です。 PVC コンパウンドは、幅広いショア A 硬度値 (柔軟なグレードの 60 から硬質タイプの 95 まで) で入手できます。 PVC に使用されるネジは通常、過剰なせん断熱を避けるために低圧縮設計になっています。

PEおよびHDPE

ポリエチレンは優れた誘電特性と耐湿性を備えているため、通信ケーブルや地中配線ケーブルの標準的な選択肢となっています。 HDPE ジャケットは、剛性と耐薬品性の組み合わせにより、中電圧ケーブルや光ファイバー ケーブルで一般的です。 PE の加工温度は、メルトインデックスに応じて 180°C ～ 230°C の範囲です。

LSZH 化合物

低煙のゼロハロゲン材料は、PVC の燃焼による有毒な煙が生命を脅かす可能性があるトンネル、公共の建物、海軍船舶などの用途では必須です。 LSZH 化合物は通常、難燃剤として ATH または MDH (二水酸化マグネシウム) を大量に配合した EVA (エチレン酢酸ビニル) またはポリオレフィンブレンドをベースとしています。 これらのフィラーにより、LSZH コンパウンドの加工が大幅に困難になります。 、二軸押出機、またはバリアスクリューと高トルクギアボックスを備えた特別に設計された単軸押出機が必要です。

TPU と特殊エラストマー

熱可塑性ポリウレタンは優れた耐摩耗性と柔軟性を備えているため、ドラッグ チェーン、ロボット ケーブル、海洋用途に適したジャケット素材となっています。 TPU は、その処理ウィンドウが通常 180°C ～ 210°C と狭く、材料が事前に適切に乾燥されていないと過熱により加水分解劣化を引き起こすため、正確な温度制御が必要です。加工前の水分含有量は 0.02% 未満である必要があります。

ワイヤーおよびケーブルの押出における品質管理

ワイヤおよびケーブル製造における品質管理は任意ではありません。国際規格によって義務付けられており、安全性と直接結びついています。ケーブルの絶縁体が小さすぎると、使用中に致命的な故障が発生し、感電火災や死亡事故を引き起こす可能性があります。

インライン測定システム

最新の押出ラインには、レーザーまたは X 線技術を使用したインライン直径ゲージが装備されています。レーザー ゲージは 2 つまたは 3 つの軸で外径を同時に測定し、データをライン速度と押出機の出力制御にフィードバックします。 多くのケーブル タイプの公差要件は ±0.05 mm 以上です。 これには、定期的な手動測定ではなく、リアルタイムの閉ループ制御が必要です。

X 線肉厚計は、絶縁体の壁の厚さを 4 つ以上の平面で同時に測定し、偏心、つまり導体が絶縁体内で中心からずれている状態を検出することでさらに進化しています。指定された制限を超える偏心は、高電圧で絶縁破壊を引き起こす可能性があります。

火花試験

すべての絶縁導体は、生産ラインのスパーク テスター (ホリデー ディテクターとも呼ばれます) を通過します。高電圧電極がケーブルを囲み、DC または AC テスト電圧を印加します。絶縁を破壊するピンホール、ボイド、または汚染により火花放電が発生し、カウンターがトリガーされ、場合によってはラインが停止します。 スパーク試験の電圧は通常、低圧電線の 1 kV から中圧ケーブル絶縁の 25 kV 以上の範囲です。 、IEC 60885-2などの規格に準拠しています。

指揮者 Resistance and Insulation Resistance Testing

オフライン テストには、導体の DC 抵抗測定 (IEC 60228 に照らして断面と材料の純度を検証するため) およびメガオーム計を使用した絶縁抵抗テストが含まれます。優れた PVC 絶縁ケーブルは、周囲温度で 1 キロメートルあたり数百メガオームの絶縁抵抗値を示す必要があります。

ワイヤーとケーブルの規格と認証

電線およびケーブル業界は、国内および国際規格の包括的な枠組みによって管理されています。ほとんどの国で市場アクセスにはコンプライアンスが必須であり、サードパーティの試験機関によって検証されています。

• IEC規格 (国際電気標準会議): IEC 60228 は導体の仕様をカバーしています。 IEC 60502 は最大 30kV の電力ケーブルをカバーします。 IEC 60332 は火炎伝播試験を対象としています。
• UL規格 (Underwriters Laboratories、米国): UL 44 は、熱硬化性樹脂で絶縁されたワイヤおよびケーブルを対象としています。 UL 83 は熱可塑性プラスチックで絶縁されたワイヤを対象としています。 UL 1581 は、電線およびケーブルの参照規格です。
• RoHS および REACH: PVC の鉛安定剤を含む有害物質を制限する環境規制。このコンプライアンスの課題は、ヨーロッパおよびアジアで多くのワイヤコンパウンドの再配合を推進しています。
• CPR (建設製品規制、EU): 2017 年以降、EU の建設で使用されるケーブルには CE マークが付けられ、耐火性能に対する反応 (Aca から Fca クラス) に分類される必要があります。
• 自動車規格: ISO 6722 および LV 216 は、12V および 48V システムで使用される自動車用ワイヤーを管理します。 EV の高電圧配線では、ISO 19642 および USCAR-2 が参照されることが増えています。

メーカーは、押出プロセス、材料配合、最終製品がすべて該当する基準を満たしていることを文書化する必要があります。これには、詳細なプロセス記録、保存されたサンプル ケーブル、および定期的なサードパーティ監査が必要です。

成長の原動力: ワイヤーとケーブルの需要が拡大している地域

いくつかの主要な世界的傾向により、ワイヤーおよびケーブル製品に対する需要が継続的かつ加速しており、その結果として、競争力のあるコストで必要な製品タイプを生産できる高性能ワイヤーおよびケーブル押出機に対する需要が生み出されています。

電気自動車用ワイヤーハーネス

従来の内燃機関車両のワイヤーハーネスには約 1.5 ～ 2 キロメートルの電線が含まれています。フルバッテリー電気自動車には、追加の高電圧配電、バッテリー管理システム、充電インフラストラクチャが必要となる場合があります。 車両 1 台あたりのワイヤーは 3 ～ 4 キロメートル 。世界のEV販売は2030年までに年間3,000万台に達すると予測されており、これは自動車グレードのワイヤーとそれを生産する押出機に対する需要が膨大で増大していることを意味します。

再生可能エネルギーインフラ

洋上風力発電所では、タービンを相互に接続したり、海岸に接続したりするために大口径の海底ケーブルが必要です。単一の洋上風力発電プロジェクトには、数百キロメートルの 33kV アレイ間ケーブルと、陸上の送電網接続ポイントまで 100km 以上伸びる高電圧輸出ケーブルが必要になる場合があります。関連する材料とプロセス、特に XLPE 絶縁システムの 3 重共押出には、利用可能な最も洗練されたワイヤおよびケーブル押出機構成が必要です。

データセンターと5Gネットワークの拡張

クラウド コンピューティングと AI インフラストラクチャの爆発的な成長により、データセンターの電源ケーブルと信号ケーブルに対する前例のない需要が高まっています。一方、5Gネットワ​​ークの展開には、基地局接続用の膨大な量の光ファイバーケーブルと同軸ケーブルが必要になります。どちらの製品も、薄肉断熱材を高いライン速度で精密に押し出す必要があります。

送電網の近代化と電化

世界中の政府は、老朽化した送配電インフラの更新に多額の投資を行っています。最近のインフラ法に基づいて、米国だけでも 650 億ドルを超える送電網への投資ニーズが確認されています。この投資の多くは、地中中圧配電ケーブルと高圧送電ケーブルに直接投入され、すべて電線およびケーブル押出ラインで生産されます。

適切なワイヤおよびケーブル押出機の選択: 実用的な考慮事項

ワイヤおよびケーブル押出機の選択には多額の設備投資が必要です。評判の高いメーカーの機械の価格は、基本的な 1 軸セットアップの 10 万ドルから、完全な高電圧ケーブル押出ラインの場合は数百万ドルまであります。決定には、現在の製品要件、予想される製品構成の変更、および長期的なサービス サポートを考慮する必要があります。

押出機を材料に合わせて選択する

スクリューを変更しないと、単一の押出機を PVC コンパウンドと LSZH コンパウンドの両方に最適に構成することはできません。生産に複数の材料が含まれる場合は、専用ラインを計画するか、クイックチェンジスクリューおよびバレルシステムに投資してください。多くのメーカーは、モジュール式押出ヘッドと複数のスクリュー構成を提供して、ライン全体を重複させることなく柔軟性を提供しています。

自動化とインダストリー 4.0 の統合を検討する

最新のワイヤおよびケーブル押出機には OPC-UA 接続が搭載されることが増えており、MES (製造実行システム) および品質管理プラットフォームとのリアルタイムのデータ交換が可能になります。インライン計測データに基づく自動化された閉ループ制御により、スクラップ率とオペレータのスキル依存性が低減されます。一部のメーカーは、スクラップの削減を報告しています。 30～50% 手動調整と比較して、閉ループ直径制御を実装した後。

アフターセールスサポートとスペアパーツの入手可能性を評価する

スクリューやバレルが磨耗したときにすぐに修理できない押出機は、生産上の責任となります。摩耗コンポーネント (スクリュー、バレル、クロスヘッドチップ、ダイス) は、ワイヤー押出成形、特に研磨剤入りコンパウンドを使用する場合には消耗品です。メーカーまたは地域の販売代理店がこれらの部品を在庫していることを確認し、リードタイムを総所有コストの計算に織り込みます。

主要な ワイヤーおよびケーブル押出機メーカー Maillefer (Nextrom の一部)、Troester、Rosendahl Nextrom、Davis-Standard、および太原重工業や大連ゴムプラスチック機械などのいくつかの中国メーカーが含まれます。それぞれが提供するテクノロジー レベル、価格帯、地域のサービス能力のバランスが異なります。