CN103985438B - 耐局部放电的电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆（1），包括：细长的导电元件（2），以及至少一个电绝缘的含氟聚合物层（4），该含氟聚合物层（4）围绕所述导电元件（2），其特征在于，所述电缆免除了在所述导电元件（2）和所述电绝缘的含氟聚合物层（4）之间的含聚酰亚胺层。

Description

耐局部放电的电缆
技术领域
本发明涉及一种电缆，并且，本发明通常但并非专门地应用于航空所用的电缆，例如用于飞机。
背景技术
如果要用于航空，尤其是当电缆受到高压，大约230V AC或者大约270V DC，并且位于减压区时，那么这种类型的电缆必须符合很多标准。
这些相对高的电压，结合有关航空的因素，例如湿气、高温和低压，会在例如电缆的电气设备中产生局部放电（PDs）。局部放电是电缆的电绝缘体中极小的电弧，经过一段时间会引起电绝缘体退化，这会导致该电绝缘体破裂。
还需要考虑其它的标准，例如所述电缆的重量和直径不能过大，以及在需要时，所述电缆在顺序上的标记能力（markability）能够使电缆被识别。
在现有技术中，在飞机上装备连接线是已知的，这些连接线包括由0.017-0.065mm厚的第一聚酰亚胺层所围绕的导电元件，所述第一聚酰亚胺层又被0.1-0.22mm厚的聚四氟乙烯（PTFE）层所围绕，标称导电横截面积在0.15-120mm2范围内。但是，对于这种连接线，其适用电压是大约115V。
文献EP1498909涉及一种多层绝缘体，具有绝缘和/或保护导电硬件（例如航空电缆）的功能。该绝缘体围绕所保护的电子元件，依次包括：第一聚酰亚胺（PI）层、第二四氟乙烯/全氟（烷基乙烯醚）（PFA）共聚物层、以及可选的外部聚四氟乙烯层（PTFE）层。PI层的厚度在8-150μm之间，PTFE层的厚度在1-200μm之间。但是，对于高压，例如大约230V AC或者大约270V DC，同样没有优化由该多层绝缘体所围绕的电缆的局部放电抵抗性。
发明内容
本发明之目的是通过提供一种耐局部放电的电缆来克服现有技术的缺陷，尤其是当该电缆用于航空领域并且在飞行过程中受到高温（大约150℃范围）和低压（大约150mbar）时。
本发明的主体是一种电缆，包括：
-细长的导电元件；以及
-至少一个电绝缘的含氟聚合物层，围绕所述导电元件，
其特征在于，所述电缆免除了在所述导电元件和所述电绝缘的含氟聚合物层之间的含聚酰亚胺层。
具体来说，本发明的电缆免除了围绕导电元件且定位在所述导电元件与所述电绝缘的含氟聚合物层之间的含聚酰亚胺层。
优选地，所述电缆免除了含聚酰亚胺层（围绕所述导电元件）。
更具体地，术语“含聚酰亚胺层”应理解为指聚酰亚胺层，尤其是例如文献EP1498909中描述的聚酰亚胺层。一般而言，聚酰亚胺是在其大分子链上包含酰亚胺基团的有机聚合物。
申请人惊奇地发现，根据本发明，移除现有技术中一个或多个围绕导电元件的含聚酰亚胺层，能够有利地使所述电缆对局部放电的抵抗力增加，无论该电缆的直径如何，电缆的湿气抵抗力提高，并且该电缆对电弧传播的抵抗力提高。
更具体地，现有技术的聚酰亚胺层通常以带式进行使用，并且螺旋地缠绕细长的导电元件，而电绝缘的含氟聚合物层则围绕该缠绕的聚酰亚胺层。因此，带式的聚酰亚胺层的布置会产生空隙，一方面在导电元件和所述带之间产生空隙，另一方面在含氟聚合物层和所述带之间产生空隙，这些空隙不利于对局部放电的抵抗。
术语“电绝缘层”应理解为指在室温（25℃）时电导性低于1×10-9S·m-1（西门子/米）的层。
本发明的电绝缘的含氟聚合物层包括：至少一种含氟聚合物，尤其是选自：聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP），例如四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基共聚物（PFA），例如四氟乙烯/全氟（烷基乙烯醚）共聚物、全氟共聚物（MFA）、以及乙烯-四氟乙烯（ETFE），或者它们的组合之一。
优选地，电绝缘的含氟聚合物层是PTFE层。通常使用本领域中熟知的技术对该PTFE进行挤出成型，尤其是糊状挤出（paste extrusion）。在该糊状挤出之前，通常用PTFE粉末制造预制坯，然后对所述预制坯进行挤塑。使用本领域中熟知的技术对PTFE层进行进一步的烧结。
优选地，电绝缘的含氟聚合物层在重量上包括至少50%的含氟化合物，优选地包括至少70%，更优选地包括至少80%，且更优选地包括至少90%的含氟化合物。
为了优化对局部放电的抵抗力，电绝缘的含氟聚合物层优选为挤出层（extrudedlayer）。
具体来说，本发明的电缆的所有电绝缘的含氟聚合物层均为挤出层。
在一种特定的实施方式中，电绝缘的含氟聚合物层可与导电元件直接进行物理接触。
有利地，本发明的电绝缘的含氟聚合物层可以是非交联层，并且更具体地，可以是热塑性层，尤其是烧结或非烧结的热塑性层。
在本发明中，术语“非交联层”应理解成，指的是没有经历交联步骤（使用本领域技术人员熟知的技术）的层，尤其是不从包含交联剂的成分中获得本发明的非交联层。
有利地，本发明中的一个或多个非交联层允许使用非常宽范围的含氟聚合物，因而可以实现能够抵抗高运行温度的电缆，尤其是至少200℃，甚至250℃或更高。此外，一个或多个非交联层使制造成本大量减少。
可选的半导体聚合物层
本发明的电缆进一步包括至少一个半导体聚合物层，所述半导体聚合物层优选地包括至少一个含氟聚合物层。
本发明的半导体聚合物层可包括：至少一种含氟聚合物，特别是选自：聚四氟乙烯（PTFE）;氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP），例如四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基共聚物（PFA），例如四氟乙烯/全氟（烷基乙烯醚）共聚物、全氟共聚物（MFA）、以及乙烯-四氟乙烯（ETFE），或者它们的组合之一。
优选地，半导体聚合物层在重量上包括至少50%的含氟化合物，优选地包括至少70%，更优选地包括至少80%，且更优选地包括至少90%的含氟化合物。
本发明的半导体聚合物层通常包括一种或多种足够量的导电填料，以使该层成为半导体。
作为示例，该半导体聚合物层在重量上可包括至少0.1%的导电填料，优选地包括至少5%，优选地包括至少10%，更优选地包括至少15%，且更优选地包括至少20%的导电填料。
在电绝缘的含氟聚合物层中，最大量可以是在重量上包含40%的导电填料。
作为导电填料的示例，可提及的是：碳黑、碳纳米管，等等。
该半导体聚合物层可以是绕导电的电子元件的挤出层，或者是采用缠绕导电的电子元件的带式层，或者是采用绕导电的电子元件而沉积的漆式层，或者它们的组合之一。
更具体来说，术语“半导体聚合物层”应理解成，该层在室温下的电导率通常包括在1×10-9S·m-1至1×105S·m-1之间，优选地在0.01S·m-1至25.0S·m-1之间，尤其优选地在1.0S·m-1至16.0S·m-1之间。
本发明的电缆可包括：
a.半导体聚合物层，诸如本发明所限定的，围绕细长的导电元件，并且定位在导电元件与电绝缘的含氟聚合物层之间；或者
b.半导体聚合物层，诸如本发明所限定的，围绕电绝缘的含氟聚合物层；或者
c.如a所述的第一半导体聚合物层，以及如b所述的第二半导体聚合物层。
该第一和第二半导体聚合物层可以是相同的或者不同的层。
在根据a的特定实施方式中，半导体聚合物层可以在一方面与电绝缘的含氟聚合物层直接进行物理接触，在另一方面与导电元件直接进行物理接触。
有利地，本发明的半导体聚合物层可以是非交联层，更具体的是热塑性层，特别是烧结或者非烧结的热塑性层。
第一种变形：电缆不包含半导体聚合物层
当本发明的电缆不包含半导体聚合物层时，本发明的电缆的所有电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至少0.40mm，优选地为至少0.50mm。
本发明的电缆的所有电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至多0.70mm。
尤其有利地，电绝缘的含氟聚合物层可与导电元件直接进行物理接触。
第二种变形：电缆包含至少一个半导体聚合物层
当本发明的电缆包含至少一个半导体聚合物层时，本发明的电缆的所有电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至少0.10mm。因此，在这个变形中，总厚度没有考虑一个或多个的半导体聚合物层的厚度。
本发明的电缆的所有电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至多0.70mm。
因此，有利地，至少一个半导体聚合物层的存在使一个或多个电绝缘的含氟聚合物层的最小厚度减少，同时限制局部放电。
在一种有利的实施方式中，本发明的电缆的所有组成层同轴地围绕细长的导电元件。
推荐的根据本发明的细长的导电元件是例如固体的或多股的元件，并且可由铜（Cu）、镀锡铜、镀银铜、镀镍铜、铝（Al）、镀镍铝、或镀镍铜包铝制成。
在一种特定的实施方式中，本发明的电缆的所有组成层是非交联层，更具体的是热塑性层，特别是烧结或者非烧结的热塑性层。
在本发明中，细长的导电元件可定位在电缆的中心。
优选地，电绝缘的含氟聚合物层以及可选的半导体聚合物层（当存在时）可定位成同轴地绕细长的导电元件。
尤其优选地，本发明的电缆的所有组成层可定位成同轴地绕细长的导电元件。
本发明的电缆进一步包括金属的屏蔽物（screen），围绕所述第二半导体聚合物层。
该金属的屏蔽物可以是所谓的“编织”屏蔽物，由一系列的铜基或铝基的导体组成，该导体环绕并沿着所述第二半导体聚合物层而布置，可以是所谓的“薄片”屏蔽物，由一个或多个导电金属薄片组成，该薄片螺旋缠绕第二半导体聚合物层，或者可以是所谓的“固体”屏蔽物，由围绕第二半导体聚合物层的金属管组成。“固体”类型的屏蔽物尤其形成对湿气的屏障，湿气倾向于在径向方向上渗入电缆。
所有类型的金属屏蔽物可以用于使电缆接地，从而联接故障电流，例如在相关网络中短路的情况下。
除此之外，本发明的电缆包括围绕电绝缘的含氟聚合物层的保护性覆层，该保护性覆层优选的是本发明的电缆的最外层，特别是为了使得信息易于标记在该覆层上以能够直接看见。
因此，所述保护性覆层能够被标记。
当然，如果根据本发明的电缆包括围绕电绝缘的含氟聚合物层的半导体聚合物层，那么所述保护性覆层优选地围绕所述半导体聚合物层。
该保护性覆层可以是基于含氟聚合物的层（例如基于含氟聚合物，诸如PTFE、FEP、PFA和/或ETFE）和/或基于聚酰亚胺的层。当然可以使用本领域的技术人员所熟知的在航空领域中的其它材料。所述外部层可采用带、压件或漆的形式。
在本发明中，所述保护性涂层尤其不能被认为是在本发明中所限定的电绝缘的含氟聚合物层，特别是在本发明的第一种变形和第二种变形的厚度计算中。
更具体地，本发明的电缆旨在用于航空领域，尤其是在大约230V AC或大约±270VDC下使用。
附图说明
参照附图，本发明的其它特征和优势将变得明显，所述附图完全是非限制性的并且仅出于说明之目的。
图1示出了根据遵从本发明的一种具体实施方式的电缆的剖面示意图。
图2示出了根据遵从本发明的另一具体实施方式的电缆的半分解示意图。
为求清晰，只示出了对于理解本发明所必须的元件，并且这些元件没有按比例示出。
具体实施方式
图1所示的连接线或电缆1包括：
-中心的导电元件2，特别由铜或铝制成，为多股类型；
-第一半导体含氟聚合物层3，采用围绕所述导电元件2的带的形式；
-挤出的电绝缘的含氟聚合物层4，围绕所述第一半导体含氟聚合物层3；
-第二半导体含氟聚合物层5，采用围绕所述电绝缘的含氟聚合物层4的带的形式；
该电绝缘的含氟聚合物层4与第一和第二半导体层3、5直接进行物理接触。
该电绝缘的含氟聚合物层4是挤出的PTFE层，从DUPONT所售的标号为CFP6000N的PTFE粉末获得该PTFE层。
当然，可以使用其它类型的含氟聚合物，诸如：
-由DAIKIN所售的标号为NEOFLON NP20的FEP；
-由DYNEON所售的标号为6515TZ的PFA；
-由DAIKIN所售的标号为NEOFLON EP541的ETFE；
这些聚合物为热塑性聚合物，使用本领域熟知的技术易于进行挤出。
该第一和第二半导体聚合物层是由SAINT-GOBAIN所售的标号为DF1400-2F的PTFE带，初始厚度为60μm。
为了制造图1中的电缆，首先，第一PTFE带缠绕导电元件2，以形成第一半导体聚合物层3。所形成的第一半导体聚合物层3可包括所给定带的多次卷绕（windings），以便由此增加其厚度。
在用PTFE粉末形成杆型的预制坯之后，所述预制坯绕第一半导体聚合物层3而被挤出，以形成挤出的电绝缘的PTFE层4。挤出的电绝缘的PTFE层4的厚度可以在0.10-0.70mm的范围内。
最后，第二PTFE带螺旋地缠绕在挤出的电绝缘的PTFE层4上，以形成第二半导体聚合物层5。由此形成的第二半导体聚合物层5可包括所给定带的多次卷绕，以便由此增加其厚度。
由PTFE制成的半导体聚合物层3、5可以是烧结的。通常以高于340℃的温度，通过对PTFE缠绕层进行热处理（例如使用加热室）来进行烧结。
由PTFE制成的第一和第二半导体聚合物层的烧结可以用不同的方式来进行。
作为第一种变形，在装配好电绝缘层4之前，对由PTFE制成的第一半导体聚合物层3进行烧结，然后一旦由PTFE制成的第二半导体聚合物层5缠绕在该电绝缘层4上时，就对该第二半导体聚合物层5进行烧结。
作为第二种变形，只在由PTFE制成的第一和第二半导体聚合物层3、5装配好之后进行烧结。
图2所示的电缆1′与图1所示的电缆相同，除了电缆1′还包括围绕第二半导体聚合物层5的接地和/或保护金属屏蔽物6，以及包括围绕该金属屏蔽物6的保护性覆层7。

Claims (17)

1.一种电缆(1)，包括：
-细长的导电元件(2)；以及
-至少一个非交联的电绝缘的含氟聚合物层(4)，围绕所述导电元件(2)，
其特征在于，所述电缆(1)免除了在所述导电元件(2)和所述电绝缘的含氟聚合物层(4)之间的含聚酰亚胺层，所有的电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至少0.40mm。
2.如权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述电缆不包括半导体聚合物层。
3.一种电缆(1)，包括：
-细长的导电元件(2)；以及
-至少一个电绝缘的含氟聚合物层(4)，围绕所述导电元件(2)，以及
-一个或多个半导体聚合物层(3、5)，
其中所述电缆(1)免除了在所述导电元件(2)和所述电绝缘的含氟聚合物层(4)之间的含聚酰亚胺层，所有的电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至少0.10mm。
4.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘的含氟聚合物层包括：聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基共聚物(PFA)、全氟共聚物(MFA)、以及乙烯-四氟乙烯(ETFE)。
5.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘的含氟聚合物层(4)是非交联层。
6.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘的含氟聚合物层(4)与所述导电元件(2)直接进行物理接触。
7.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电缆免除了含聚酰亚胺层。
8.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘的含氟聚合物层(4)是挤出层。
9.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述一个或多个半导体聚合物层包括至少一种含氟聚合物。
10.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述电缆包括围绕所述电绝缘的含氟聚合物层(4)的半导体聚合物层(5)。
11.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述电缆包括：
-第一半导体聚合物层(3)，围绕所述细长的导电元件(2)，所述电绝缘的含氟聚合物层围绕所述第一半导体聚合物层(3)；以及
-第二半导体聚合物层(5)，围绕所述电绝缘的含氟聚合物层(4)。
12.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述半导体聚合物层的含氟聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基共聚物(PFA)、全氟共聚物(MFA)、以及乙烯-四氟乙烯(ETFE)。
13.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述半导体聚合物层在25℃下的电导率包括在1×10-9S·m-1至1×105S·m-1之间。
14.如权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述半导体聚合物层在重量上包括至少0.1％的导电填料。
15.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电绝缘的含氟聚合物层是不从包含交联剂的成分中获得的。
16.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所有的电绝缘的含氟聚合物层的总厚度为至多0.70mm。
17.如权利要求1或3所述的电缆，其特征在于，所述电缆在230V AC或±270V DC的电压下使用。
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