CN102308340A - 高压输电电缆 - Google Patents

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CN102308340A CN2010800063937A CN201080006393A CN102308340A CN 102308340 A CN102308340 A CN 102308340A CN 2010800063937 A CN2010800063937 A CN 2010800063937A CN 201080006393 A CN201080006393 A CN 201080006393A CN 102308340 A CN102308340 A CN 102308340A
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Abstract

本发明涉及一种电缆(10)，包括：包括至少部分地嵌入在有机基体中的一个或多个加强元件的至少一个复合加强元件(1)；围绕所述复合加强元件(1)的涂覆层(2)，所述涂覆层(2)围绕全部所述复合加强元件(1)密封；以及围绕所述涂覆层(2)的至少一个导电元件(3)，其特征在于，所述密封涂覆层(2)的厚度并不超过3000μm。

Description

高压输电电缆
技术领域
本发明涉及电缆。典型地，但非排他地，它应用到高压输电电缆或者高架输电电缆，其通常称作OHL(架空线)电缆。最新一代的输电电缆典型地具有相对高的连续操作温度，其可以大于90℃，并可以达到200℃或者更高。
背景技术
文献US6559385描述这种类型的一种输电电缆，其包括中心复合强度构件，该中心复合强度构件包括例如嵌入在环氧类型的热固化基体中的多个碳纤维、围绕所述复合强度构件缠绕的铝金属带和围绕所述金属涂覆层的导电元件。
但是，当该输电电缆持续在高温下，尤其是在高于90℃的操作温度下，操作时，它的复合强度构件的热固化基体特别是由于空气中的氧气而会经历热氧化，其引起化学降级，从而所述基体的多孔性增大。这样，复合强度构件的机械性能，尤其是构成它的有机基体的机械性能，会显著减小，并导致输电电缆折损。此外，所述有机基体遭受除了空气中的氧气之外的任何类型的外部因素，其同样会使得复合强度构件降级。
文献EP1821318描述一种电缆，其包括由铝涂覆层围绕的复合缆线，所述涂覆层自身由导电元件围绕。该铝涂覆层是充注类型的，因为它穿入到复合缆线之间的空隙中。该铝涂覆层的厚度至少3.5毫米。最终，每个复合缆线可以由耐热保护层围绕。
但是，铝涂覆层的厚度越大，或者，换言之，大于3.5毫米的厚度，阻碍电缆的重量，尤其当它是OHL类型的时，以及电缆的机械性能，尤其是其挠性，得以优化。而且，铝涂覆层通过供应大量的热而施加，这趋于热降级复合缆线。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的缺点。
本发明的主题是一种电缆，包括：
至少一个复合强度构件，包括至少部分地嵌入在有机基体中的一个或多个加强元件；
围绕所述复合强度构件的涂覆层，所述涂覆层围绕全部复合强度构件密封；和
围绕所述涂覆层的至少一个(电)传导元件，
其特征在于，所述密封涂覆层的厚度为至多3000μm。
换句话说，本发明的涂覆层没有接合点或者开口。
密封涂覆层有利地保护复合强度构件，无论它的属性如何，免遭它可能对其敏感的所有类型的攻击，这样的攻击来自围绕电缆的外部媒介。这样，密封涂覆层在电缆的操作构型中防止所述外部媒介从所述涂覆层外部到复合强度构件内的任何穿透。
外部媒介可以是例如空气中的氧气。在这种情况中，密封涂覆层防止复合强度构件的有机基体的热氧化。外部媒介还可以是湿气、臭氧、污染物或者紫外辐射或者可以源于涂覆层物质或者在电缆制造期间尤其是当导电元件布置在复合强度构件周围时的缆线拽拉油渣。
密封涂覆层还具有在附件例如接头或者锚接点的布置过程中，或者当切割电缆的导电元件时，保护复合强度构件，以及防止它磨损。
最后，因为密封涂覆层的厚度至多仅3000μm，根据本发明的电缆一方面具有为用作OHL电缆优化的重量，另一方面具有很好的机械性能，尤其是挠性；本发明的密封涂覆层这样并不降级所述电缆的挠性，该挠性通过复合强度构件提供。
本发明的电缆的挠性，尤其是OHL电缆，使得一方面当电缆卷在鼓上以运输它时以及另一方面当电缆在安装在两个高压电缆铁塔之间通过放出(pay out)/中断装置和/或滑轮时，防止电缆受到损坏。
此外，在所述电缆的制造过程中，密封涂覆层的应用不仅被大大促进，而且还避免复合强度构件的任何的热降级。
本发明的密封涂覆层可有利地通过热处理金属材料和/或聚合材料获得。
在第一实施例中，密封涂覆层包括通过热处理金属材料获得的至少一个金属层，所述热处理使得可以密封涂覆层。
有利地，该密封的“金属的”涂覆层在当它直接接触导电元件时参与在操作中电缆的能量的传输。在导电元件中流动的电流将因此在密封涂覆层和导电元件之间根据它们各自的电阻进行分配。
表达方式“至少一个金属层”应当理解为指包括一个或多个金属层或者金属合金的涂覆层。当涂覆层包括至少一个金属层和至少一个聚合层时，所述涂覆层称作复合涂覆层。
根据第一实施例，金属层通过沿着条形式的金属材料焊接而获得，所述焊接由此使得可以将其密封。
根据第二实施例，金属层通过螺旋焊接带形式的金属材料获得，所述焊接由此使得可以将其密封。
不管是第一还是第二实施例，金属条或者金属带的焊接可以通过本领域技术人员已知的技术进行，也就是，通过其下的激光焊接或者气体保护电弧焊接，也就是TIG(钨极隋性气体)焊接或者MIG(金属惰性气体)焊接。
根据这两个实施例，密封涂覆层的非常小的厚度(也就是至多3000μm)可有利地促进金属材料在焊接之前围绕复合强度构件缠绕。
而且，一方面提供的少量的能量，以及另一方面通过焊接引起的有限的加热区域，防止复合强度构件热降级。
这两实施例因此比通过围绕复合强度构件挤压成形金属材料获得的金属层更有利，尤其是当挤压成形是“填料”类型的时，这样使得在挤压成形的材料和复合强度构件之间直接接触。这是因为金属材料的挤压成形要求非常高的处理温度，其会损坏所述复合构件。
根据本发明的另一个特征，“金属的”涂覆层，或者金属层，是有环纹的或者起皱的，以使得特别地获得所述涂覆层更好的挠性。换句话说，密封金属涂覆层在它的外表面上具有平行的或者螺旋的波纹。
根据本发明的密封金属涂覆层的一个特征，金属材料是金属或者金属合金，并更特别地可以选自钢、钢合金、铝、铝合金、铜和铜合金。
根据第二实施例，密封涂覆层包括通过热处理聚合材料获得的至少一个聚合层，所述热处理使得能够密封涂覆层。
更特别地，聚合层通过软化聚合材料获得。
术语“软化”应当理解为指，施加能够使得聚合物材料可锻的温度或者软化温度，以将其密封。例如，对于晶体的或者半晶体的热塑性塑料，软化温度是高于聚合材料熔点的温度。
聚合材料可以选自聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯(FEP)和聚氧化亚甲基(POM)或者其混合物。
作为一个例子，FEP带可以用于非零重叠度地螺旋围绕复合构件。该FEP带然后通过将其加热到大约250℃的温度，也就是高于它的熔点的温度，而进行热处理，以密封所述带。
但是，第一实施例比第二实施例更优选。这是因为金属层类型的密封涂覆层保证比聚合物层的密封涂覆层更好的密封和防护。
在第三实施例中，密封涂覆层包括通过分别热处理聚合材料和金属材料获得的至少一个聚合层和至少一个金属层。换句话说，所述密封涂覆层是复合涂覆层。在第一实施例和/或第二实施例中的上面描述的各种特征在此被应用。
根据本发明，围绕复合构件的密封涂覆层可以是管形式的。
管传统地为具有沿着管大致恒定的厚度的中空圆柱体。管的内径可以沿着所述管的长度一致或者不一致。
该管状的形式通过均一地分布在安装OHL类型电缆过程中挤压导电元件和/或密封涂覆层而导致的机械力而有利地有助于改善电缆的机械强度特征。
为了从高压电线铁塔悬置这种类型的电缆，锚定附件是必需的。这些附件用以机械地连接电缆到它必须被安装到其上的高压电线铁塔。同样地，为了连接两段长度的根据本发明的电缆，使用连接附件。
这些附件通过压到导电元件上、压到密封涂覆层上和/或强度构件上而予以定位。
所述管可以具有等于或者大于复合强度构件内接的外径的内径。如果该内径大于复合强度构件内接的外径，管特别地为金属管。这样，为了获得基本等于所述外径的金属管内径，获得金属管的步骤可以跟随意在收缩(或者换句话说减小)金属管内径的步骤。
根据本发明的密封涂覆层的一个特征，所述涂覆层的厚度可以至多600μm，优选地，至多300μm。
当密封涂覆层是根据本发明的金属层类型的时，所述涂覆层的厚度优选地可以在从150μm到250μm的范围。
当密封涂覆层是根据本发明的聚合物层类型的时，所述涂覆层的厚度优选地可以在从150μm到600μm的范围。
而且，对于复合强度构件的有机基体，这可以选自热塑性塑料基体和热固化基体，或者其混合物。优选地，有机基体是热固化基体。
作为一个例子，热固化基体可以选自环氧树脂、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸盐酯、酚醛、双马来酰亚胺和聚氨酯或者其混合物。
复合强度构件的加强元件可以选自纤维(连续的纤维)、纳米纤维和纳米管或者其混合物。
举例来说，连续纤维可以选自碳、玻璃、聚芳族酰胺(Kevlar)、陶瓷、钛、钨、石墨、硼、聚(p-苯基1-2，6-苯异唑)(Zylon)、玄武岩和氧化铝纤维。纳米纤维可以是碳纳米纤维，纳米管可以是碳纳米管。
构成本发明的复合构件的加强元件可以是相同属性或者不同属性的。
所述加强元件由此可以至少部分地结合到上述有机基体的至少一个中。优选的复合强度构件是至少部分地嵌入在环氧树脂、酚醛、双马来酰亚胺或者氰酸盐酯树脂类型的热固化基体中的碳或者玻璃纤维。
加强元件定位在由围绕它们的密封涂覆层界定的区域中。优选地，所述区域并不包括光学纤维。这是因为光学纤维存在于复合强度构件中，或者换句话说存在于由密封涂覆层界定的内部区域中，只能显著地限制电缆的机械强度属性，因此不具有OHL电缆要求的属性。而且，光学纤维对施加在它们上的机械应力很敏感，结果这些机械应力必须尽可能被限制。这样的光学纤维因此不能被考虑为根据本发明的电缆的复合强度构件，即使当它们嵌入在聚合物树脂中时。
当然，然而，在特定情形中，本发明的电缆可以包括一个或多个光学纤维，这些光学纤维然后定位为围绕密封的涂覆层。
至于围绕密封涂覆层的本发明的导电元件，这可优选地为金属的，尤其是基于铝的，也就是，要么仅由铝制成，要么由铝合金例如铝/锆合金制成。特别地，与铜相比，铝或者铝合金具有明显优化的电导率/密度对的优势。
本发明的导电元件可以传统地为金属缆线(或者编线)的组件，其横截面可以是圆形状或者非圆形状或者二者的组合。当它们不是圆形状的时，这些缆线的横截面可以是例如提醒的或者Z形状的。各形状限定在IEC62219标准中。
在一个特定实施例中，在密封涂覆层和复合强度构件之间，电缆还可包含惰性气体，例如氩。该惰性气体用以最小化与复合强度构件接触的氧气的量。
在一个特定实施例中，电缆可进一步包括定位在密封涂覆层和复合强度构件之间的电绝缘层。该层可以为耐热的聚合材料层，如，例如，聚醚醚酮(PEEK)，特别地，可以围绕至少一个复合构件、每个复合构件或者由所有复合构件形成的组件。
该电绝缘层有利地防止当密封涂覆层为金属的时在复合强度构件和密封涂覆层之间出现直流电。
将优选使用围绕由复合强度构件形成的组件的电绝缘层，该电绝缘层独自足以防止出现直流电。而且，利用围绕全部的复合强度构件的该层有利地使得更易于实施所述层，同时节省材料。
而且本发明的电缆不必包括定位在复合强度构件和导电元件之间的粘结层。
在一个特定优选实施例中，本发明的电缆并不包括围绕导电元件的外层，该外层可典型地为电绝缘层或者保护护套。
导电元件可因此被认为是本发明的电缆的最外面的元件。因此，导电元件然后直接接触其外界环境(例如环境空气)。
围绕导电元件的外层的该缺少具有保证这样的电缆具有尽可能最低的安装张力的优点，该安装张力与电缆的重量成比例。换句话说，具有尽可能最低的机械载荷的OHL电缆是有利的，该机械载荷由悬置在其间的电缆施加在两个高压电线铁塔上。
结果，电缆在两个高压电线铁塔之间的跨度可以长达500m，或者甚至长达2000米。
附图说明
本发明的其它的特征和优点将从下面参照附图的例子变得明显，所述例子和附图是通过示例的方式给出的，并不包含任何限制。
图1以透视图示意性地示出根据本发明的电缆。
图2以透视图示意性地示出图1的电缆，根据本发明的电绝缘层已经加到该电缆上。
具体实施方式
为了清楚，出于理解本发明的目的必须的要素被示意性地示出，并且没有按比例描绘。
如图1所示的电缆10对应OHL类型的高压输电电缆。
该电缆10包括中心复合强度构件1，以及顺次地且共轴地围绕该复合构件1的由铝制成的金属管2和导电元件3。导电元件3直接接触金属管2，金属管2直接接触复合强度构件1。
复合强度构件1包括嵌入在环氧热固化基体中的多个碳纤维绞合线。
在这个例子中，导电元件3是由铝锆合金制成的绞合线的组件，它的每个编线的横截面具有梯形形状，这些编线扭结在一起。所述导电元件因此没有以任何方式从外界环境密封，构成它的编线在加热下由于导电元件的热膨胀而分开。
金属管2可以通过利用成形工具将金属条转变为具有纵向狭缝的管而获得。在所述条的边缘彼此接触并保持就位以便焊接之后，纵向狭缝然后被焊接，特别地，利用激光焊接装置或者气体保护电弧焊装置。在焊接步骤过程中，复合强度构件可以位于转变为管的金属条的内部。形成的管的直径然后利用本领域技术人员已知的技术收缩(管的横截面减小)在复合强度构件周围。
如上所表明的，该金属管的其它的实施方式也是可能的。金属管2可以从螺旋缠绕在复合强度构件周围的金属带或者替代物获得。在所述带的边缘已经彼此接触并且保持就位以便焊接之后，该金属带的螺旋狭缝然后被焊接，特别地，利用激光焊接装置或者气体保护电弧焊装置。上述收缩步骤同样是可想到的。
图1的电缆并不还包括外护套：这样使得导电元件3直接与外界环境(也就是环境空气)接触。在电缆的操作构型中(也就是，一旦电缆已经悬置在两个高压电线铁塔之间)，没有外护套有利地使得所述电缆在两个高压电线铁塔之间的跨度能够增大。
图2示出根据本发明的电缆20，其与图1的电缆10相同，除了以下事实之外：电缆20进一步包括围绕复合强度构件(也就是全部的复合强度构件)的单一电绝缘层4。该电绝缘层4定位在金属管2和复合强度构件1之间。再一次地，电缆20并不包括围绕导电元件3的外护套。
例子
为了表明根据本发明的电缆的优点，在电缆样品上进行对比性老化和多孔性试验。
第一电缆，称作“电缆I1”，如下地进行生产。包括嵌入在环氧树脂热固化基体中的碳纤维组件的复合强度构件涂覆上PEEK的电绝缘层，随后是密封的铝层。密封的铝层由铝条形成，其中该铝条沿着它的长度焊接以产生围绕复合强度构件的管。该铝管然后围绕所述复合构件收缩以形成所述密封的铝层。
第二电缆，称作“电缆C1”，对应电缆I1，除了它并不包括密封的铝层之外。
老化试验在电缆I1和C1上分别进行。该老化试验在于，使得电缆I1和C1在烘箱中在各种温度下老化。电缆样品长度在大约65厘米和85厘米之间。
为了防止氧气在密封铝层和复合强度构件之间传播，电缆I1的样品的两末端覆盖有金属帽，该金属帽利用
Figure BDA0000080705700000081
带和
Figure BDA0000080705700000082
带固定以保证所述样品的末端被密封。
这些样品然后在各种温度(160℃、180℃、200℃和220℃)下等温地老化变化的时间长度(10天、18天、32天、60天、180天和600天)。
老化的样品被称重以监测与热固化基体降级相关的重量损失。热固化基体的多孔性同样被测量。
大约2厘米长度的三个电缆部分从老化样品切割：距离边缘大约2-3厘米的末端的每侧分别一个部分，而在电缆样品的中心一个部分。
电缆部分然后罐装在树脂中，以更容易进行抛光处理，然后被抛光，以获得非常平的表面。
该表面然后在光学显微镜下进行检查、拍照并利用图像分析软件进行分析，从而使得可以测量气孔相对于样品的面积的面积。这样，样品的多孔性程度由此推知。
鉴于获得的结果，根据本发明的电缆由于存在密封金属涂覆层而具有明显改善的老化性能。

Claims (17)

1.一种电缆(10，20)，包括：
至少一个复合强度构件(1)，其包括至少部分地嵌入在有机基体中的一个或多个加强元件；
围绕所述复合强度构件(1)的涂覆层(2)，所述涂覆层(2)围绕全部所述复合强度构件(1)密封；和
围绕所述涂覆层(2)的至少一个导电元件(3)，
其特征在于，所述密封涂覆层(2)的厚度为至多3000μm。
2.如权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述密封的涂覆层(2)包括通过热处理金属材料获得的至少一个金属层。
3.如权利要求2所述的电缆，其特征在于，所述金属层通过沿着条形式的金属材料进行焊接而获得。
4.如权利要求2所述的电缆，其特征在于，所述金属层通过螺旋焊接带形式的金属材料而获得。
5.如权利要求2至4中任一项所述的电缆，其特征在于，所述金属层是有环纹的。
6.如权利要求2至5中任一项所述的电缆，其特征在于，所述金属材料选自钢、钢合金、铝、铝合金、铜和铜合金。
7.如权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述密封涂覆层(2)包括通过热处理聚合材料获得的至少一个聚合物层。
8.如权利要求7所述的电缆，其特征在于，所述聚合物层通过软化聚合物材料获得。
9.如权利要求7或8所述的电缆，其特征在于，所述聚合物材料选自聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯(FEP)和聚氧化亚甲基(POM)或者其混合物。
10.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述密封涂覆层(2)是管形式的。
11.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述密封涂覆层(2)的厚度为至多600μm。
12.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述复合强度构件的基体选自热塑性塑料基体和热固化基体或者其混合物。
13.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述复合强度构件(1)的所述加强元件选自纤维、纳米纤维和纳米管或者其混合物。
14.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述电缆(20)进一步包括定位在所述密封涂覆层(2)和所述复合强度构件(1)之间的至少一个电绝缘层(4)。
15.如权利要求14所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘层(4)围绕由所述复合强度构件(1)形成的组件。
16.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述导电元件(3)是基于铝的。
17.如前述权利要求中任一项所述的电缆，其特征在于，所述电缆(10，20)不包括围绕所述导电元件(3)的外层。
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