CN103137271B - 一种风力发电用软电缆的制造方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆制造领域，公开了一种风力发电用软电缆的制造方法及其产品。包括选料、拉丝、导体绞合、绝缘层挤出、辐照交联处理、绝缘层火花试电、绝缘线芯成缆、填充及包带、外护套挤出及成品检验工序。其重点在于辐照交联处理、绝缘层火花试电等工艺步骤。所述辐照交联处理：采用电子加速器辐照交联工艺对绝缘线芯进行处理，辐照能量1.8MeV，束流8mA-10mA，辐照剂量控制在100kGy-120kGy之间，通过辐射交联对乙丙弹性体改性，辐照后的乙丙弹性体热延伸试验负载下伸长率控制在80%-120%之间；本发明与传统采用连续硫化工艺来对材料进行改性相比，具有生产过程中节省原材料、环保、节能的特点，所生产电缆在导体与绝缘层之间无需设置隔离层，产品具有耐严寒耐扭曲特点。
Description
技术领域
本发明涉及电缆制造领域，尤其涉及一种风力发电用软电缆的制造方法及其产品。
背景技术
风力发电用电缆适用于风力发电机上，由于其工作环境的特殊性，要求风力发电用电缆具有优异的耐严寒、耐高温、耐扭曲、耐油浸、耐腐蚀、抗开裂等性能。
现有风力发电用电缆的制造方法存在以下不足：由于电缆所用的绝缘材料主要是硅橡胶、乙丙橡皮，此类材料必须采用连续硫化工艺来对材料进行改性，连续硫化过程中多硫化合物通过化学分解和化合实现迁移，不仅会改变绝缘的结构，降低其机械性能，而且硫与铜表面反应，形成硫化铜和硫化亚铜，导致铜线发黑，反过来，硫化铜和硫化亚铜加速绝缘的老化，又导致绝缘层发粘现象的发生，因此在导体与绝缘层之间必须设置隔离层；连续硫化工艺对橡胶材料进行改性时需要使用蒸汽锅炉，能耗高、污染严重，不利于环境保护和工作人员的健康。在连续硫化过程中，设备不能停车，一旦因断电等原因造成硫化设备停车，正在生产的电缆将整体报废，生产风险大。硅橡胶、乙丙橡皮材料必须使用专用挤出机挤出后再经硫化设备硫化，设备投资高。
发明内容
本发明针对现有技术制造风力发电电缆方法存在的不足，提供一种风力发电用软电缆的制造方法，以及采用该制造方法生产的用于风力发电的电缆 。采用该方法生产的风力发电电缆能满足风力发电对电缆各种电性能和机械性能要求，尤其能保证其对耐严寒耐扭转性能的特别要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种风力发电用软电缆的制造方法，所述方法包括如下步骤：
（1）选料：选用电工圆铜杆作为导体材料，符合GB/T3952标准规定；
(2 )拉丝：将导体材料进行拉丝、退火处理得到符合要求直径的软圆铜丝，铜丝符合GB/T3956中规定的第五类导体要求，导体可以为镀锡或不镀锡。
（3）导体绞合：将步骤（2）得到的软圆铜丝采取不大于20倍的绞合节距绞合得到束绞股线；再将所述束绞股线进行复绞，在复绞时保证相邻层绞向相反，最外层复绞节距比小于12倍，内层节距倍数大于相邻外层的节距倍数，得到圆形复绞导体；导体20℃直流电阻符合GB/T3956的规定。
（4）绝缘层挤出：采用半挤压式模具，利用PVC螺杆挤出机将绝缘层挤包在步骤（3）得到的复绞导体表面，以得到绝缘线芯，挤出温度范围为100℃-140℃，然后将绝缘线芯采用分段式冷却，第一段冷却水温度60℃，第二段冷却水温度为常温；所述绝缘层为辐照交联乙丙弹性体。
（5）辐照交联处理：采用电子加速器辐照交联工艺对步骤（4）得到的绝缘线芯进行处理，辐照能量1.8MeV，束流8mA-10mA，辐照剂量控制在100kGy-120kGy之间，通过辐射交联对乙丙弹性体改性，辐照后的乙丙弹性体热延伸试验负载下伸长率控制在80%-120%之间。
（6）绝缘层火花试电：将经过步骤（5）处理后的绝缘线芯按GB/T3048规定进行工频火花试电，试验电压不小于6kV。
（7）绝缘线芯成缆、填充及包带：将经步骤（6）处理后的多根绝缘线芯正规排列成缆，成缆最外层绞合节距比不大于12倍，成缆方向为右向，并在外部绕包阻燃包带，在所述阻燃包带和绝缘线芯之间夹阻燃填充，绕包厚度控制在0.2mm-0.3mm之间，绕包搭盖率＞15%。
（8）外护套挤出：在步骤（7）处理后的绝缘线芯的阻燃包带外，采用挤压式模具，利用普通螺杆挤出机挤出包裹聚氨酯弹性体护套，得到成品电缆，挤出温度范围为120℃-160℃，护套表面光滑、圆整、色泽一致，断面无目力可见的气泡和杂质。
（9）成品检验：对步骤（8）得到的成品电缆进行以下项目性能检测：对合格的成品电缆包装入库。
1）成品电缆导体、绝缘、护套的结构尺寸；
2）成品电缆的导体直流电阻；
3）成品电缆的绝缘电阻及耐压试验；
4）绝缘及护套机械物理性能试验；
5）成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验；
6）成品电缆的负重试验；
7）成品电缆的低温弯曲试验；
8）成品电缆的人工气候老化试验。
进一步，步骤（9）所述的成品检验方法具体如下：
步骤（9）所述成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验，具体步骤为：将电缆在室温环境下，悬挂在可旋转的转轮上，电缆下端固定；先顺时针旋转四圈后逆时针旋转回到原始状态，然后再逆时针旋转四圈后顺时针旋转回到原始状态，以此为一个周期，共10000个周期；扭转后，电缆外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿；电缆在-55℃低温环境温度下按照常温环境下的旋转方法，以360o/min转速旋转为一个周期，共2000个周期，扭转后，外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿。
步骤（9）所述成品电缆的负重试验，具体步骤为：将成品电缆按导体截面×15牛顿负重，在23℃±5℃环境中放置7天，绝缘、护套表面无裂纹，导体直流电阻符合标准要求。
步骤（9）所述成品电缆的低温弯曲试验，具体步骤为：成品电缆在-55℃低温环境下，电缆按照GB/2951.14进行180o弯曲试验，试棒直径为试样直径的4-5倍，护套及绝缘表面无裂纹；
步骤（9）所述的成品电缆人工气候老化试验，具体步骤为：将成品电缆经过42天老化后与老化前对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±30%；将经过42天老化后的成品电缆与经过21天老化后的成品电缆对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±15%。
本发明一种风力发电用软电缆的制造方法的有益效果是：由于绝缘材料采用辐照交联乙丙弹性体，通过电子加速器辐射交联对其进行改性，对电缆导体无腐蚀作用，因此在导体与绝缘层之间无需设置隔离层；利用辐射交联工艺替代连续硫化工艺，生产过程中能耗小、对环境无污染；利用电子加速器进行辐照交联可以随时停车，避免因设备停车造成的电缆报废；辐照交联乙丙弹性体材料可使用普通的PVC螺杆挤出机挤出，无需添加专用橡胶挤出机和硫化设备；因此，本方法发明具有生产投资小，生产过程中节省原材料、环保、节能的特点；其生产的产品具有耐严寒耐扭曲特点。
本发明还提供一种根据上述权利要求所述方法生产的一种风力发电用软电缆：
一种风力发电用软电缆，包括相互绞合的多根绝缘线芯、包裹在所述多根绝缘线芯外部的阻燃包带以及包裹在所述阻燃包带外部的护套，在所述阻燃包带与所述绝缘线芯之间设有阻燃填充，所述绝缘线芯包括复合导体及包裹在所述复合导体外部的绝缘层，所述绝缘层为辐照交联乙丙弹性体。
所述的护套采用聚氨酯护套。
所述绝缘线芯为三根。
本发明的风力发电用软电缆其有益效果是：由于绝缘材料采用辐照交联乙丙弹性体，通过电子加速器辐射交联对其进行改性，对电缆导体无腐蚀作用，因此在导体与绝缘层之间无需设置隔离层；该电缆产品具有耐严寒耐扭曲特点。由于本发明采用辐照交联乙丙弹性体，其经过辐照交联后，材料耐温等级可达105℃；护套采用耐低温聚氨酯弹性体材料，可以降低护套厚度，减少电缆自重和外径，提高电缆的垂直负重性能；该风力发电用耐严寒耐扭曲软电缆满足常温条件下，10000个周期扭转，在-55℃严寒条件下，2000个周期扭转，电缆表面无裂纹及扭曲现象，电缆经过低温弯曲试验后，护套和绝缘表面无裂纹。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明的电缆结构示意图。
在图2中，1. 复合导体；2. 绝缘层；3. 阻燃填充；4. 阻燃包带；5. 护套。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种风力发电用软电缆的制造方法，包括如下步骤：
（1）选料：选用T1型Φ8mm电工圆铜杆作为导体材料，并符合GB/T3952标准规定。
(2 )拉丝：将导体材料进行拉丝、退火处理得到符合要求直径的软圆铜丝，铜丝符合GB/T3956中规定的第五类导体要求，导体可以镀锡或不镀锡。
（3）导体绞合：将步骤（2）得到的软圆铜丝采取不大于20倍的绞合节距绞合得到束绞股线；再将所述束绞股线进行复绞，在复绞时保证相邻层绞向相反，最外层复绞节距比小于12倍，内层节距倍数大于相邻外层的节距倍数，得到圆形复绞导体；导体20℃直流电阻符合GB/T3956的规定。
（4）绝缘层挤出：采用半挤压式模具，利用螺杆长径比为25:1的PVC螺杆挤出机将绝缘层挤包在步骤（3）得到的复绞导体表面，以得到绝缘线芯，挤出温度范围为100℃-140℃，然后将绝缘线芯采用分段式冷却，第一段冷却水温度60℃，第二段冷却水温度为常温；所述绝缘层为辐照交联乙丙弹性体。
（5）辐照交联处理：采用电子加速器辐照交联工艺对步骤（4）得到的绝缘线芯进行处理，辐照能量1.8MeV，束流8mA-10mA，辐照剂量控制在100kGy-120kGy之间，通过辐射交联对乙丙弹性体改性，辐照后的乙丙弹性体热延伸试验负载下伸长率控制在80%-120%之间。
（6）绝缘层火花试电：将经过步骤（5）处理后的绝缘线芯按GB/T3048规定进行工频火花试电，试验电压不小于6kV；
（7）绝缘线芯成缆、填充及包带：将经步骤（6）处理后的多根绝缘线芯正规排列成缆，成缆最外层绞合节距比不大于12倍，成缆方向为右向，并在外部绕包阻燃包带，在所述阻燃包带和绝缘线芯之间夹阻燃填充，绕包厚度控制在0.2mm-0.3mm之间，绕包搭盖率＞15%。
（8）外护套挤出：在步骤（7）处理后的绝缘线芯的阻燃包带外，采用挤压式模具，利用螺杆长径比为25:1的普通螺杆挤出机挤出包裹聚氨酯弹性体护套，得到成品电缆，挤出温度范围为120℃-160℃，护套表面光滑、圆整、色泽一致，断面无目测可见的气泡和杂质。
（9）成品检验：对步骤（8）得到的成品电缆进行以下项目性能检测：对合格的成品电缆包装入库。
1）成品电缆导体、绝缘、护套的结构尺寸；
2）成品电缆的导体直流电阻；
3）成品电缆的绝缘电阻及耐压试验；
4）绝缘及护套机械物理性能试验；
5）成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验；
6）成品电缆的负重试验；
7）成品电缆的低温弯曲试验；
8）成品电缆的人工气候老化试验。
进一步的，步骤（9）所述的成品检验方法具体如下：
步骤（9）所述成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验，具体步骤为：将电缆在室温环境下，悬挂在可旋转的转轮上，电缆下端固定；先顺时针旋转四圈后逆时针旋转回到原始状态，然后再逆时针旋转四圈后顺时针旋转回到原始状态，以此为一个周期，共10000个周期；扭转后，电缆外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿；电缆在-55℃低温环境温度下按照常温环境下的旋转方法，以360o/min转速旋转为一个周期，共2000个周期，扭转后，外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿。
步骤（9）所述成品电缆的负重试验具体步骤为：将成品电缆按导体截面×15牛顿负重，在23℃±5℃环境中放置7天，绝缘、护套表面无裂纹，导体直流电阻符合标准要求。
步骤（9）所述成品电缆的低温弯曲试验的具体步骤为：成品电缆在-55℃低温环境下，电缆按照GB/2951.14进行180o弯曲试验，试棒直径为试样直径的4-5倍，护套及绝缘表面无裂纹。
步骤（9）所述的成品电缆人工气候老化试验步骤为：将成品电缆经过42天老化后与老化前对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±30%；将经过42天老化后的成品电缆与经过21天老化后的成品电缆对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±15%。
如图2所示，一种风力发电用软电缆，包括相互绞合的多根绝缘线芯、包裹在所述多根绝缘线芯外部的阻燃包带4以及包裹在所述阻燃包带4外部的护套5，在所述阻燃包带4与所述绝缘线芯之间设有阻燃填充3，所述绝缘线芯包括复合导体1及包裹在所述复合导体1外部的绝缘层2，所述绝缘层2为辐照交联乙丙弹性体。
所述的护套5采用聚氨酯护套。
所述绝缘线芯为三根。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种风力发电用软电缆的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)选料：选用电工圆铜杆作为导体材料；
(2)拉丝：将导体材料进行拉丝、退火处理得到符合要求直径的软圆铜丝；
(3)导体绞合：将步骤(2)得到的软圆铜丝采取不大于20倍的绞合节距绞合得到束绞股线；再将所述束绞股线进行复绞，在复绞时保证相邻层绞向相反，最外层复绞节距比小于12倍，内层节距倍数大于相邻外层的节距倍数，得到圆形复绞导体；
(4)绝缘层挤出：采用半挤压式模具，利用PVC螺杆挤出机将绝缘层挤包在步骤(3)得到的复绞导体表面，以得到绝缘线芯，挤出温度范围为100℃-140℃，然后将绝缘线芯采用分段式冷却，第一段冷却水温度60℃，第二段冷却水温度为常温；所述绝缘层为辐照交联乙丙弹性体；
(5)辐照交联处理：采用电子加速器辐照交联工艺对步骤(4)得到的绝缘线芯进行处理，辐照能量1.8MeV，束流8mA-10mA，辐照剂量控制在100kGy-120kGy之间，通过辐射交联对乙丙弹性体改性，辐照后的乙丙弹性体热延伸试验负载下伸长率控制在80％-120％之间；
(6)绝缘层火花试电：将经过步骤(5)处理后的绝缘线芯按GB/T3048规定进行工频火花试电，试验电压不小于6kV；
(7)绝缘线芯成缆、填充及包带：将经步骤(6)处理后的多根绝缘线芯正规排列成缆，成缆最外层绞合节距比不大于12倍，成缆方向为右向，并在外部绕包阻燃包带，在所述阻燃包带和绝缘线芯之间夹阻燃填充，绕包厚度控制在0.2mm-0.3mm之间，绕包搭盖率＞15％；
(8)外护套挤出：在步骤(7)处理后的绝缘线芯的阻燃包带外，采用挤压式模具，利用普通螺杆挤出机挤出包裹聚氨酯弹性体护套，得到成品电缆，挤出温度范围为120℃-160℃，护套表面光滑、圆整、色泽一致，断面无目测可见的气泡和杂质；
(9)成品检验：对步骤(8)得到的成品电缆进行以下项目性能检测：对合格的成品电缆包装入库；
1)成品电缆导体、绝缘、护套的结构尺寸；
2)成品电缆的导体直流电阻；
3)成品电缆的绝缘电阻及耐压试验；
4)绝缘及护套机械物理性能试验；
5)成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验；
6)成品电缆的负重试验；
7)成品电缆的低温弯曲试验；
8)成品电缆的人工气候老化试验。
2.根据权利要求1所述的风力发电用软电缆的制造方法，其特征在于，步骤(9)所述成品电缆的常温扭转试验和低温扭转试验，具体步骤为：将电缆在室温环境下，悬挂在可旋转的转轮上，电缆下端固定；先顺时针旋转四圈后逆时针旋转回到原始状态，然后再逆时针旋转四圈后顺时针旋转回到原始状态，以此为一个周期，共10000个周期；扭转后，电缆外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿；电缆在-55℃低温环境温度下按照常温环境下的旋转方法，以360°/min转速旋转为一个周期，共2000个周期，扭转后，外观无开裂或鼓包现象，浸在水中经受1.5kV电压试验15min不击穿。
3.根据权利要求1所述的风力发电用软电缆的制造方法，其特征在于，步骤(9)所述成品电缆的负重试验，具体步骤为：将成品电缆按导体截面×15牛顿负重，在23℃±5℃环境中放置7天，绝缘、护套表面无裂纹，导体直流电阻符合标准要求。
4.根据权利要求1所述的风力发电用软电缆的制造方法，其特征在于，步骤(9)所述成品电缆的低温弯曲试验，具体步骤为：成品电缆在-55℃低温环境下，电缆按照GB/2951.14进行180°弯曲试验，试棒直径为试样直径的4-5倍，护套及绝缘表面无裂纹。
5.根据权利要求1所述的风力发电用软电缆的制造方法，其特征在于，步骤(9)所述的成品电缆人工气候老化试验，具体步骤为：将成品电缆经过42天老化后与老化前对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±30％；将经过42天老化后的成品电缆与经过21天老化后的成品电缆对比，护套的抗张强度及伸长率变化率不大于±15％。
6.根据权利要求1～5任一项所述方法生产的一种风力发电用软电缆，其特征在于，包括相互绞合的多根绝缘线芯、包裹在所述多根绝缘线芯外部的阻燃包带以及包裹在所述阻燃包带外部的护套，在所述阻燃包带与所述绝缘线芯之间设有阻燃填充，所述绝缘线芯包括复合导体及包裹在所述复合导体外部的绝缘层，所述绝缘层为辐照交联乙丙弹性体。
7.根据权利要求6所述的一种风力发电用软电缆，其特征在于，所述的护套采用聚氨酯护套。
8.根据权利要求6所述的一种风力发电用软电缆，其特征在于，所述绝缘线芯为三根。
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