CN102110495A - 耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆及其制造方法和模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆及其制造方法和模具，属于输电电缆及高温绕组线技术领域。耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，包括导体、包覆在导体外的绝缘层以及包覆在绝缘层外的护套层，所述导体为中空金属管，所述绝缘层由纯度为99%以上粒度为180μm以下的氧化镁、氧化铝或二氧化硅中的一种或多种的混合物制成。本发明耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，具有良好的电气性能，导体内可通入冷媒，能在超过1000℃的温度下长期工作，适用于核电站、核聚变装置、航空航天等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温、耐辐射无机绝缘中空电缆及其制造方法和模具，属于输电电缆及高温绕组线技术领域。
背景技术
电缆作为输送电力的介质要求损耗低，但是电缆当温度升高时，电力损耗就很变得严重。因此如何控制电缆的温度是从事研究电力输送电缆技术领域人员的主要课题。申请号为200910068728.7的中国发明专利，公开了一种中空自冷电缆，该电缆是在金属螺旋软管外层缠绕电缆导体制成的中空电缆。该电缆的导体上挤包有塑料绝缘层和护套层。施工时将电缆的一端安装在高层建筑内电缆井的顶部，然后将电缆固定在电缆井内，将电缆的另一端与电缆井下端的分电箱或地下室的配电柜连接，由于该电缆导体是由金属螺旋软管支撑的空心导体，就好像烟囱一样，当电缆温度升高时导体内的空气温度随之升高变轻上升，冷空气从底部进入电缆导体内使电缆导体温度降低，周而复始形成自身的冷却系统，从而达到电缆的自身冷却，提高电缆的单位面积载流量。对于长度远远大于直径的电缆来说，实际上通过冷热空气的密度差来实现空气对流，来使得导体降温，这样的作用是微乎其微的,因此，该发明的控温效果并不好，可承受的环境温度不高。该发明显然无法用于温度高达1000℃以上并存在强辐射的核电站、核聚变装置、航空航天等领域。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种可在导体中通入冷媒的耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，包括导体、包覆在导体外的绝缘层以及包覆在绝缘层外的金属护套层，所述导体为单层中空金属管，所述绝缘层由纯度为99%以上粒度为180μm以下的氧化镁、氧化铝或二氧化硅中的一种或多种的混合物制成。
本发明上述技术方案中，中空金属管导体区别于申请号为200910068728.7的中国发明专利公开的一种中空自冷电缆的导体。它是在金属螺旋软管外层缠绕电缆导体制成，而本发明的中空导体是自身中空的一个单层的无缝金属管。结构上不同，因此制造方法上差异很大。本发明是先将外模、护套、氧化镁或氧化铝或二氧化硅瓷柱、中空导体以及内模装配成坯料后，然后通过多次拉拔及退火工艺后制成。由于结构的不同，因此使用方法以及用途上也有不同，背景技术所述的中空自冷电缆，在使用时将其竖起通过空气对流实现降温；而本发明在使用时，可以通入冷却液体，通过热传导的方式实现对电缆的降温，再加上材料的特殊性使得本法明明可用在环境温度高达1000℃以上的场所长时间使用。本发明中对绝缘层的材料要求很高，氧化镁、氧化铝或者二氧化硅的纯度要求达到99%以上，粒度要求在180μm以下。
作为上述技术方案的优选，所述导体为单层中空无缝铜管。
作为上述技术方案的优选，所述单层中空金属管内装配有导热陶瓷管。
当本发明的中空金属管内装配有导热陶瓷管时，所配合使用的冷却液体可以是一般的液体。
本发明的另一个目的是提供一种中空电缆的制造方法，该方法包括以下步骤：
①将纯度为99%以上粒度180μm以下的氧化镁、氧化铝或二氧化硅粉末除铁处理后，进行造粒；
②将造粒好的氧化镁、氧化铝或二氧化硅送入干粉压机压制成导热绝缘瓷柱，经1200℃的温度加热后冷却至100℃，完成烧结；
③将烧结后的绝缘瓷柱置入金属护套管内，然后将单层中空金属管导体穿入氧化镁、氧化铝或二氧化硅的瓷柱预制孔中装配成中空电缆坯料；
④在所述中空电缆坯料的单层中空金属管导体内涂上润滑油，并在单层中空金属管导体内置入内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行拉拔；
⑤拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量5PPM、压强0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢4%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑥再在经过上次热处理的中空电缆坯料的单层中空金属管导体内涂上润滑油，并在单层中空金属管导体内置入直径更小的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行再次的拉拔；
⑦拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量≤5PPM、压强≥0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢2～4%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑧重复步骤⑥⑦直至所述中空电缆检测合格。
本发明的再一个目的是提供一种用于制造上述电缆的模具，它包括圆环形外模（4）和圆柱形内模（5），所述外模的入口处内边缘为一斜面，该斜面与外模缘口平面（41）的夹角为108～112°，并且该斜面与外模缘口平面（41）以弧面圆滑过渡连接；所述内模（5）与外模（4）相配合并游离于所述外模（4），所述内模（5）圆柱形两端直径不等且呈6～7°的坡面平滑过渡。
由于模具的特殊结构才能实现对上述中空电缆的制造。特别是内模与外模相配合并游离于所述外模，所述内模柱形两端直径不等且呈6～7°的坡面平滑过渡。模具的这一技术特征不仅实现了对中空电缆的拉拔加工方式，而且制造出来的中空电缆在物理性能上达到强度高内应力基本被消除，另外在电气性能上远胜于背景技术的电缆。
使用本发明方法和模具制得的中空电缆，具有以下电气性能：
绝缘阻值：室温下不小于10000ＭΩ；
常温耐压试验：3500Vac/5min，无击穿；
高温耐压试验：500℃条件下，2500Vac/5min，无击穿；
长期工作温度：不低于1000℃。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，具有良好的电气性能，能在超过1000℃的温度下长期工作，适用于核电站、核聚变装置、航空航天等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的模具结构示意图。
图中，1-导体，2-绝缘层，3-护套层，4-外模，5-内模，41-外模缘口平面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一
如图1所示，耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，由内到外依次由导体1、绝缘层2和护套层3构成。所述导体1为单层中空无缝铜管，绝缘层2为氧化镁绝缘层，护套层3为不锈钢管。
如图2所示，一种用于制造上述电缆的模具，它包括圆环形外模4和圆柱形内模5，所述外模的入口处内边缘为一斜面，该斜面与外模缘口平面41的夹角为108°，并且该斜面与外模缘口平面41以弧面圆滑过渡连接；所述内模5与外模4相配合并游离于所述外模4，所述内模5圆柱形两端直径不等且呈6°的坡面平滑过渡。
上述中空电缆是通过以下方法制造的：
①将纯度为99%以上粒度180μm以下的氧化镁粉末除铁处理后，进行造粒；
②将造粒好的氧化镁送入干粉压机压制成导热绝缘瓷柱，然后经1200℃的温度加热后冷却至100℃，完成烧结；
③将烧结后的氧化镁绝缘瓷柱置入外径为65mm壁厚度为2.2mm的不锈钢管内，再将外径为50mm壁厚度为8.3mm的单层中空无缝铜管导体穿入氧化镁瓷柱的预制孔中装配成中空电缆坯料；
④在所述中空电缆坯料的单层中空无缝铜管导体内涂上润滑油，并在所述铜管导体内置入直径为33.3mm的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行拉拔；
⑤拉拔完成并脱模后，对所述铜管导体内部用含氧量5PPM、压强0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向所述铜管导体内注入含氢4%的氮氢混合气置换，然后在所述铜管导体两端封堵，进行热处理；
⑥再在经过上次热处理的中空电缆坯料的单层中空无缝铜管导体内涂上润滑油，并在所述铜管导体内置入直径为31.7mm的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行再次的拉拔；
⑦拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量5PPM、压强0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢4%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑧重复步骤⑥⑦直至所述中空电缆检测合格。
通过上述方法制得的中空电缆的电气性能如下：
绝缘阻值：室温下15000ＭΩ；
常温耐压试验：3500Vac/5min，无击穿；
高温耐压试验：500℃条件下，2500Vac/5min，无击穿；
长期工作温度： 不超过2000℃。
上述中空电缆，在使用时配合使用冷却液体。该电缆可用于核电站、核聚变装置、航空航天等领域。
实施例二
如图1所示，耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，由内到外依次由导体1、绝缘层2和护套层3构成。所述导体1为纯镍管，绝缘层2为氧化铝绝缘层，护套层3为不锈钢管。
如图2所示，一种用于制造上述电缆的模具，它包括圆环形外模4和圆柱形内模5，所述外模的入口处内边缘为一斜面，该斜面与外模缘口平面41的夹角为112°，并且该斜面与外模缘口平面41以弧面圆滑过渡连接；所述内模5与外模4相配合并游离于所述外模4，所述内模5柱形两端直径不等且呈7°的坡面平滑过渡。
上述中空电缆是通过以下方法制造的：
①将纯度为99%以上粒度180μm以下的氧化铝粉末除铁处理后，进行造粒；
②将造粒好的氧化铝送入干粉压机压制成导热绝缘瓷柱，然后经1300℃的温度加热后冷却至120℃，完成烧结；
③将烧结后的氧化铝绝缘瓷柱置入外径为65mm壁厚度为2.2mm的不锈钢管内，再将外径为50mm壁厚度为8.3mm的单层中空无缝纯镍管导体穿入氧化铝瓷柱的预制孔中装配成中空电缆坯料；
④在所述中空电缆坯料的单层中空无缝纯镍管导体内涂上润滑油，并在所述纯镍管导体内置入直径为33.3mm的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行拉拔；
⑤拉拔完成并脱模后，对所述纯镍管导体内部用含氧量4PPM、压强0.5MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向所述铜管导体内注入含氢2%的氮氢混合气置换，然后在所述纯镍管导体两端封堵，进行热处理；
⑥再在经过上次热处理的中空电缆坯料的单层中空无缝纯镍管导体内涂上润滑油，并在所述纯镍管导体内置入直径为31.7mm的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行再次的拉拔；
⑦拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量4PPM、压强0.5MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢2%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑧重复步骤⑥⑦直至所述中空电缆检测合格。
通过上述方法制得的中空电缆的电气性能如下：
绝缘阻值：室温下10000ＭΩ；
常温耐压试验：3500Vac/5min，无击穿；
高温耐压试验：500℃条件下，2500Vac/5min，无击穿；
长期工作温度： 不超过1500℃。
通过上述方法制得的电缆再在其内壁装配一个导热陶瓷管，则所使用的冷媒可以是一般的液体。
Claims (5)
1.耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，包括导体（1）、包覆在导体（1）外的绝缘层（2）以及包覆在绝缘层外的金属护套层（3），其特征在于：所述导体（1）为单层中空金属管，所述绝缘层由纯度为99%以上粒度为180μm以下的氧化镁、氧化铝、二氧化硅中的一种或多种的混合物制成。
2.根据权利要求1所述的耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，其特征在于：所述导体（1）为单层中空无缝铜管。
3.根据权利要求1所述的耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆，其特征在于：所述单层中空金属管内装配有导热陶瓷管。
4.如权利要求1或2所述的耐高温耐辐射无机绝缘中空电缆的制造方法，包括以下步骤：
①将纯度为99%以上粒度180μm以下的氧化镁、氧化铝或二氧化硅粉末除铁处理后，进行造粒；
②将造粒好的氧化镁、氧化铝或二氧化硅送入干粉压机压制成导热绝缘瓷柱，经1200～1300℃的温度加热后冷却至100～120℃，完成烧结；
③将烧结后的绝缘瓷柱置入金属护套管内，然后将单层中空金属管导体穿入氧化镁、氧化铝或二氧化硅瓷柱的预制孔中装配成中空电缆坯料；
④在所述中空电缆坯料的单层中空金属管导体内涂上润滑油，并在单层中空金属管导体内置入内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行拉拔；
⑤拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量≤5PPM、压强≥0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢2～4%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑥再在经过上次热处理的中空电缆坯料的单层中空金属管导体内涂上润滑油，并在单层中空金属管导体内置入直径更小的内模，再将所述中空电缆坯料置入外模，然后进行再次的拉拔；
⑦拉拔完成并脱模后，对所述单层中空金属管导体内部用含氧量≤5PPM、压强≥0.3MPa的氮气进行冲洗置换，冲洗置换完成后再向中空金属管导体内注入含氢2～4%的氮氢混合气置换，然后在中空金属管导体两端封堵，进行热处理；
⑧重复步骤⑥⑦直至所述中空电缆检测合格。
5.一种用于制造上述中空电缆的模具，其特征在于：它包括圆环形外模（4）和圆柱形内模（5），所述外模的入口处内边缘为一斜面，该斜面与外模缘口平面（41）的夹角为108～112°，并且该斜面与外模缘口平面（41）以弧面圆滑过渡连接；所述内模（5）与外模（4）相配合并游离于所述外模（4），所述内模（5）圆柱形两端直径不等且呈6～7°的坡面平滑过渡。
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