CN1018306B - 电缆 - Google Patents

电缆

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Abstract

包有用绝缘液体浸渍并由层压绝缘带(6)绕成的分层绝缘(5)的电缆，包括至少一层薄纸层(11)和一层聚合材料薄膜(9)。在构成电缆的分层绝缘(5)的层压绝缘中，在薄纸层(11)的表面(10)上有大量的纤维素纤维(13)的微丝朝向塑料材料的薄膜(9)，它们从表面(10)伸出且嵌入聚合材料的薄膜(9)中。

Description

本发明涉及到一种单芯和多芯电缆，其导体由绝缘液体浸渍的分层绝缘所包围。
在本说明书中，术语绝缘液体含意不仅是指绝缘液态油，也指高粘度的绝缘油及混合物。
本发明涉及的电缆的例子是充油电缆，即所谓“管”型电缆和用绝缘混合物浸渍并辅之以压力气体的分层绝缘电缆。
具体地说，本发明涉及到上边简略指出那种型式的电缆，电缆中的分层绝缘至少部分由一层层压绝缘的带绕成;术语“层压绝缘带”意指至少由一层薄纸层构成的带，它至少部分地由纤维素材料形成，重叠并粘合到一个聚合材料薄膜上。
一般说，已经知道用层压绝缘带实现分层绝缘的电缆，在降低介质损耗和较高介电强度方面，较仅有纸带形成分层绝缘的电缆的电气性能要好。
此外还知道，由层压绝缘带构成分层绝缘的电缆，在承受运行不安全的危险方面，要比仅由纸带形成的分层绝缘的电缆大。
上述的较大的危险是由于在制造和敷设电缆过程中，分层绝缘正确结构发生变化，如在绝缘层带各部分之间发生分离，也就是在薄纸层和聚合材料薄膜之间发生部分分离而引起的。
这是由于薄纸层或聚合材料薄膜各自的机械阻力，尤其是弹性模量，比由它们构成的层压绝缘带要低。
在制造和敷设过程中，电缆不可避免要受到弯曲，此时在电缆分层绝缘中出现弯曲应力。
所说的弯曲应力引起电缆分层绝缘的不同层之间的相对滑动，通常，这对于整个层压绝缘带是不危险的;而当它的机械阻力较低不能将各部分粘合在一起时，在构成层压绝缘带的各部件中就能产生卷曲、褶皱、变位和破裂。
层压绝缘中，减弱薄纸层和聚合材料薄膜之间的粘合，促使上述各部分之间分离的原因之一如下：
实际上，所有聚合材料当它放入已知电缆绝缘液体中与其接触时都要膨胀。
因此，由于膨胀使浸渍电缆绝缘油的聚合材料薄膜的几何尺寸增大。
而纤维素纸与已知电缆绝缘液体接触时就无任何膨胀。
因此，纸带即薄纸层在浸渍已知的电缆绝缘液体时不改变其几何尺寸。
由此可见，浸在已知电缆绝缘液体内的层压绝缘（至少由一层纤维素薄纸层和一层塑性材料薄膜构成）要承受在其各部分间的尺寸相应变化，其作用是减弱相互间的粘合，这是因为这种尺寸的相应变化在粘合段产生力，该力以这种方式作用于构成层压绝缘各部分之间，使它们产生相对滑动。
在美国第3749812号专利中叙述了一种已知的解决方案，该方案意在不仅要避免对层压绝缘中薄纸层和聚合材料薄膜之间粘合的减弱，还要改善在上述各部分之间的粘合。
上述解决方案是由一层在薄纸层和聚合材料薄膜之间进行粘合的层压绝缘层形成的;在层压绝缘制造过程中将室温下的薄纸层与处于熔态约在300℃左右的聚合材料薄膜粘合，也就是说这时薄膜温度大约是聚合材料熔化温度的两倍。
上述引用的美国专利的层压绝缘，在众所周知的技术领域中，称为“预应力”层压绝缘或“挤压粘合”层压绝缘。这种层压绝缘能够抵消聚合材料薄膜的膨胀作用，即层压绝缘各部分间粘合的膨胀作用与聚合薄膜的膨胀作用方向相反。事实上，所谓“预应力”或“挤压粘合”层压绝缘，将其放入电缆绝缘液体与其接触以前，聚合材料薄膜由制造该层压绝缘的特定方式使之处于拉应力状态。
事实上，当薄纸层和聚合材料薄膜间重叠或粘合时，薄纸层是在室温下（因而不承受任何热膨胀），而聚合材料薄膜处于熔态且温度约为该薄膜的聚合材料熔化温度的两倍，因而薄膜处于相当显著的热膨胀条件下。
在薄纸层重叠和粘合到聚合材料薄膜的操作后进行冷却的过程中，靠与薄纸层一起进行粘合，防止了聚合材料薄膜的热收缩。
因而，在冷却后，薄膜被置入，并由薄纸层使薄膜处在塑性拉伸状态下。
由于将层压绝缘置于与电缆绝缘液体接触，聚合材料薄膜发生膨胀，且该膨胀使得其内产生了使尺寸膨胀的条件，事实上是以这种方式使该层压绝缘处于非应力状态下。
“预应力”型层压绝缘在一定程度上有可能减小层压绝缘各部分之间分离的危险，因而减小了电缆分层绝缘分离的危险;造成这种危险是由于上述原因和这样的事实：在薄纸层和聚合材料薄膜间进行粘合时，聚合材料薄膜处于熔态且在高温下，这能实现在上述各部分间的良好机械连接。
本发明的目的是提供分层绝缘的电缆，该分层绝缘也是仅部分地由缠绕层压绝缘带，特别是“预受力”或“挤压粘合”型层压绝缘带构成;层压绝缘中，由于层压绝缘各部分间分离造成的上述分层绝缘间隙的危险比现有的电缆小，且不会引起绝缘层介电特性以及层压绝缘各部分的化学-物理特性的任何变化，因而不会对电缆任何特性有不利影响。
本发明的目的是提供一种电缆，该电缆外皮内至少包括一个导体，该导体由浸渍绝缘液体的分层绝缘所包裹;该分层绝缘至少有一层是由层压绝缘带绕一圈而成的;该层压绝缘包括至少一层重叠且粘合到一层聚合材料薄膜上的薄纸层，上述层压绝缘的型式为：在薄纸层和聚合材料薄膜之间进行粘合，其特征为，将室温下的薄纸层与聚合材料薄膜重叠，而聚合材料薄膜处于熔态且温度在200℃和320℃之间;上述电缆的特征为：在绝缘层中，纤维素纤维微丝从与聚合材料薄膜接触的薄纸层表面伸出，且嵌入这个薄膜的聚合材料中。
尤其是，对于本发明的电缆，在无论任何垂直于其表面的绝缘层截面内，从薄纸层表面伸出且嵌入聚合材料薄膜的纤维素纤维的微丝数量，每毫米长度的截面内不少于100个。
下边参考附图且通过对非限定例子的详述，将使本发明更为明了，在附图中：
图1是本发明一段电缆的透视图，有部分剥成阶梯状，以表示其结构;
图2示出构成图1电缆分层绝缘的层压绝缘带的截面;
图3以放大比例表示图2层压绝缘的细节。
图1所示的电缆是本发明的单芯充油电缆，其结构叙述如下。
该电缆包括一个由多个例如铜的梯形导体2构成的一个导电体1，它具有一个供电缆绝缘液态油纵向流动的管道3。
导电体1由半导体层4可环绕，半导体层4例如由半导体带（如载有半导体碳黑的纤维素纸）绕成。
围绕着半导体层4有一个分层绝缘5，它由层压绝缘带6缠绕而成，阐述如下。
分层绝缘5上有一个半导体层7，其结构与前面叙述的半导体层4相同。
金属外皮8（如铅）包裹上述指出的全部电缆元件，且在该外皮内的任何空间都充满电缆的绝缘液态油，特别是浸透于分层绝缘5中。
如上述，分层绝缘5由层压绝缘带6绕成。现在叙述它的特性，且在图2中示出其截面。
如图2所示，该层压绝缘包括一个聚合材料的薄膜9，特别是聚烯烃（如聚丙烯）;在薄膜9的表面10，有多个薄纸层11（特别是纤维素纸）重叠并粘合。
由于在制造层压绝缘期间，室温下两层 薄纸层11已经与聚合物材料的薄膜9重叠，而薄膜9处于熔态，其温度在200℃到320℃之间，也就是说比聚合薄膜熔化温度高得多。所以这种绝缘层6称之为“预应力”或“挤压粘合”绝缘层。
为了实现本发明电缆的目的，现在论述构成导体分层绝缘的层压绝缘带具有的基本特性，并示于图3中。
在薄纸层11和聚合材料薄膜9之间的接触界面10上，多个纤维素纤维13的微丝12，更确切地说，属于纤维素纤维13的微丝12出现在朝向薄膜9的薄层11的表面10上，从该表面10伸出且嵌入薄膜9的聚合材料中。
上文中层压绝缘的任何截面都垂直于它的表面。
具体说，在垂直于其表面的任何绝缘层的截面内，每毫米长截面微丝的数目不少于100个。
使用目前制造所谓“预应力”或“挤压粘合”层压绝缘的方法和装置，能够获得具有所述的本发明基本特性的层压绝缘，因此，由于这是已知的，不在本发明领域内，就不予叙述。
唯一的区别是，薄纸层11在被置于与在前述高温下熔化的聚合物材料的薄膜9接触以前，要通过高电压（如18千伏）频率为10千赫的静电场，以使薄纸层表面存在的纤维素纤维定向，因而使这些纤维基本上垂直于薄纸层的上述表面。
事实上，在与薄纸层重叠的过程中，由于聚合材料在重叠操作过程中高温下的流动性，定向纤维容易透入薄膜的聚合物材料中。
具有本发明上述基本特性的有一个导体分层绝缘的电缆，相对于已知电缆而言，其分层绝缘分离的危险较小，这是由于在层压绝缘部件之间的粘合比已知电缆层压绝缘好。
再有，在本发明的电缆中，通过上述分层绝缘的层压绝缘部件之间较好的粘合，减少了分层绝缘分离的危险，而对电缆的其它任何特性无不良影响。
现在叙述试验检定，它表明了相对于形成已知电缆分层绝缘的层压绝缘来说，形成本发明电缆绝缘的层压绝缘部件之间的粘合较好。
下面解释对本发明电缆分层绝缘的层压绝缘进行的试验检验，以确定在上述层压绝缘部件之间确切地说是在薄纸层和聚合材料薄膜之间的粘合值如下：
该薄膜是厚度为60微米，密度为0.9g/cm3的聚丙烯，其可流动性（熔流指数）根据ASTMD1238-82标准，在230℃下35g/10分确定。
纤维素薄纸层的厚度为30微米，且在丙烯薄膜的两面有相同的以下特征。
每个薄纸层整个由密度为0.7g/cm3的纤维素材料构成，且不渗透性为200古尔勒（Gurley）秒。再有，每个薄纸层在层压绝缘纵向的极限抗拉应力为155牛顿/平方毫米，延伸率为2%;而在横向的极限抗拉应力为55牛顿/平方毫米，且延伸率为6.5%。
通过将温度为25℃的薄纸层与温度为300℃的烯薄膜粘合在一起实起了将上述薄纸层与聚丙烯薄膜的结合。
在粘合操作前，薄纸层先通过两个电极间的静电场而受到其作用，电极上施加18千伏频率为10千赫的交流电压。
上述层压绝缘的垂直于其表面的断面，已在电子显微镜下被检验过。
借助于放大倍数为3000的上述检验，已发现在绝缘层断面的任何位置上，每100微米长度的断面平均有二个纤维素纤维的微丝，它们从薄纸层伸出并嵌入聚丙烯薄膜，每毫米长度绝缘层断面相应有200个微丝。
在试验检验中使用的已知电缆的分层绝缘的层压绝缘与本发明的层压绝缘不同，其不同点仅在于，与聚乙烯薄膜粘合前该薄纸层未经任何处理，其构成层压绝缘的厚度、材料及材料特性均与本发明电缆层压绝缘相同。
另外，已知电缆层压绝缘的垂直其表面的断面经3000倍电子显微镜检验，实际上，证实没有纤维素纤维的微丝从薄纸层伸出并嵌入到聚合材料薄膜中。
用于确定在本发明电缆及已知电缆层压绝缘各部分间粘合组织的试验检验称为“剥离强度”检验，该项检验用INSTRON1122型测力计进行。
为了此项试验已准备了几个试样;这些试样包括一些宽15毫米、长100毫米的长方形层压绝缘断片。
在置入INSTRO1122型测力计的层压绝缘试样上，确定了对每厘米宽度试样使薄纸层从丙烯薄 膜剥离下来所需的最小力。
对于没用电缆绝缘液体浸渍的层压绝缘试样和用电缆绝缘液体（尤其是癸基苯）浸渍的层压绝缘试样，都进行了上述检验。
进行上述检验的方式与ASIMD1876-72标准叙述有以下两点不同。
施加负荷的速度是100毫米/分，且试验中确定“剥离强度”所取的试样长度为70毫米。
对没用电缆绝缘液体浸渍的层压绝缘试样进行试验检验的结果如下：
本发明电缆层压绝缘的“剥离强度”值在每厘米宽的绝缘层上为35到45克之间。
已知电缆层压绝缘的“剥离强度”值在每厘米宽的绝缘层上为26到33克之间。
用癸基苯浸渍的层压绝缘试样进行的试验（在检验前，试样在100℃下浸渍于癸基苯中的时间等于24小时），其结果如下：
本发明电缆层压绝缘的“剥离强度”值在每厘米宽的绝缘层上为11到20克之间。
已知电缆层压绝缘的“剥离强度”值在每厘米宽的绝缘层上为7到13克之间。
前面的叙述是指本发明的单芯充油电缆，其中，分层绝缘全部由聚丙烯薄膜构成的层压绝缘带面绕成，其聚丙烯薄膜整个夹在两层纤维素材料薄纸层之间;但是以上叙述并不是意在限制本发明的范围。
事实上，本发明的范围包括任何电缆;电缆中单个或多个导体由一个层压绝缘形成的分层绝缘包裹着，该层压绝缘包括一个与至少一个薄纸层（为此也仅有一层薄纸层）重叠的聚合材料薄膜，薄纸层中有纤维素的纤维微丝从其与聚合材料薄膜接触的表面伸出，且嵌入薄膜中。
还有，本发明的范围还包括层压绝缘具有上述特性的电缆;其薄纸层不是整个由纤维材料构成，而是由纤维素纤维和聚合材料纤维的混合物构成，其中从薄纸层伸出并嵌入聚合材料薄膜本体中的微丝的数目，在每毫米长度层压绝缘断面上不少于100个。
从以上叙述以及以下的考虑，可以理解，依靠本发明的电缆可达到前面所述的目的。
本发明的电缆不同于已知电缆仅在于这个特征，其分层绝缘由层压绝缘（所谓“预应力”或“挤压粘合”型）构成，其中与聚合材料薄膜重叠的单层或多层薄纸层的纤维素纤维的微丝嵌入薄膜中。
在本发明电缆和已知电缆的结构之间没有其它不同，且在构成本发明电缆和已知电缆的材料和化学-物理特性上亦无不同。
对已知电缆分层绝缘的层压绝缘和对本发明电缆分层绝缘的层压绝缘进行“剥离强度”试验检查，证明本发明的层压绝缘（在浸渍前或后）其层压绝缘各部分之间的粘合强度比已知电缆要高30%。
可以得出，相对于已知电缆而言，由于本发明电缆构成分层绝缘的层压绝缘各部分之间粘合较好，大大降低了使其分层绝缘正确分布遭受变化的危险。
还有，上述的降低本发明电缆分层绝缘分离的危险并不涉及任何化学-物理特性的改变，特别是层压绝缘各部分介电特性的改变，因为，化学-物理变化并没有引入到上述各部分。
因此，在本发明的电缆中，降低了改变分层绝缘正确分布的危险，而又对电缆其他特性无不利影响。
尽管以上叙述了本发明电缆的一个特定实施例，但要理解为，本发明的范围包括任何接近于本技术领域的其它可能的实施例。

Claims (4)

1、电缆，该电缆外皮(8)内至少包括一个导体(1)，该导体(1)由浸渍绝缘液体的分层绝缘(5)包裹：该分层绝缘(5)至少有一层(6)是由层压绝缘带绕一圈而成的；该层压绝缘包括至少一层重叠且粘合到一层聚合材料薄膜(9)上的薄纸层(11)；上述层压绝缘的型式为：在薄纸层(11)和聚合材料薄膜(9)之间进行粘合，其条件为，将室温下的薄纸层(11)与聚合材料薄膜(9)重叠，而聚合材料薄膜(9)处于熔态且温度在200℃和320℃之间；上述电缆的特征为：在绝缘层中，在上述薄纸层(11)与聚合材料薄膜(9)重叠之前，由于施加到该薄纸层(11)上的一个电场的作用，纤维素纤维(13)的微丝(12)从面向聚合材料薄膜(9)的薄纸层(11)表面(10)伸出，上述从薄纸层(11)的表面(10)伸出的微丝(12)嵌入与上述薄纸层接触的薄膜(9)的聚合材料中。
2、根据权利要求1的电缆，其特征为：在任何垂直于其表面的层压绝缘断面内，从薄纸层（11）表面（10）伸出且嵌入聚合材料薄膜（9）的纤维素纤维（13）的微丝（12）的数量，每毫米长度的截面内不少于100个。
3、根据权利要求1或2的电缆，其特征为其内嵌入从薄纸层（11）的表面（10）伸出纤维素纤维的微丝（12）的绝缘层的聚合材料是聚烯烃。
4、根据权利要求3的电缆，其特征在于：上述聚烯烃是聚丙烯。
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