CN104094364B - 包含指示渗水的元件的电缆及使用该元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括指示性元件的电缆以及使用该指示性元件的方法，该指示性元件用于探测电缆中水的渗入。

Description

包含指示渗水的元件的电缆及使用该元件的方法

技术领域

本发明涉及用于电力传输/分配或通信的电缆。尤其地，本发明涉及包含元件的电缆，该元件用于发现电缆与水之间，尤其是电缆芯与水之间的持续接触。

本发明进一步涉及探测电缆芯与水之间不存在持续接触的方法。

背景技术

电缆可以用于直流(DC)或者交流(AC)二者传输或分配。

用于电力传输或者分配的中压或者高压电缆通常具有金属导体(一般为铝或铜)，其径向上从最内层到最外层依次分别由内半导体层、绝缘层和外半导体层围绕。

本发明说明书中，术语“中压”用于表示典型地电压从约1kV至约30kV，术语“高压”用于表示高于30kV的电压。

通信电缆典型地包括至少一个通信导体，例如光纤，任选地与水可膨胀元件以凝胶、纱线或者粉末的形式容纳在管中。取决于通信电缆的尺寸和应用范围，该管相应地容纳在护套中。

这里“电缆芯”意思为电力或通信电缆的一部分，其包括电力或通信导体以及相邻的电缆元件。

由于水接触电缆芯而可能出现很多问题。

对于电力电缆，导体和绝缘层尤其对于这样的接触敏感。水可能促使铝导体的腐蚀，并且会导致气态氢的形成。在绝缘层中，被称为“水树”的现象会损害介电强度并会在运行时引起电缆穿孔。

对于通信电缆，光纤通信导体接触水后可能出现衰减现象。水也可能到达和退化包套或者其它终端设备和/或可能损害安装于包套内的电子器件或者其它终端设备中。

因此，水渗透入电缆以及滞留其中，是一个应当避免的事件，因为其损害电缆的可靠性。

制造后，通常在电缆头上带保护帽以储存和运输电缆。

然而，尽管上述预防措施，电缆芯中仍然可能发生水的渗透和滞留。特别地，水的渗透和滞留在安装时可能，例如由于安装人员的疏忽而未排除。

通过电缆头扩散至电缆的水可以被消除，通过例如吹入氮气。问题在于当电缆中水的渗透和滞留不容易可见，因为例如电缆头检查前是干燥的。这种情况下，水可能造成对电缆芯的损害，甚至可能在离电缆头一定距离的地方仍存在于电缆中。

GB1420365涉及电力电缆，其会在水渗透时自密封，包括一个或多个位于电缆护套内的绝缘导体，所述电缆护套包含由一种其接触水后明显地改变颜色的材料或者材料的混合物以及与一种其接触水后膨胀并且任选地释放气体的材料或者材料的混合物一起组成的组合物。

改变颜色的材料混合物包括亚铁氰化钾和硫酸铁(三价)铵。干燥的混合物是白/黄色，但是接触水后变成深蓝色(例如绀青色)。可替代地，可替代地使用当干燥时仅有一点颜色或者根本没有颜色，但是产生深色(例如阿斯特拉钻石绿)的水溶液的材料。

申请人注意到上述公开的材料或者混合物一接触水就会反应。不期望这样的反应太快，因为会产生没用的报警。事实上，短暂的水冲洗实质上不会损害电缆的完整性。

材料对潮气或者湿气的高敏感性同样也不被期望，因为其同样会在生产阶段产生不需要的反应。

发明内容

申请人面对要区分当电缆和水之间的接触持续足够长时间以至于危及电缆操作性，而不是当这样的接触是短暂的和无害的这样的问题。

申请人注意到如果与水接触数分钟(通常到10分钟)，电缆不会损坏，因为例如在生产工艺过程中由于意外与小滴水接触可能出现这样的情况。

申请人发现上述问题可以通过提供与水持续接触显著时间时能够改变外观的指示性元件给电缆来解决。

所述指示性元件允许避免在电力电缆与水短暂接触时间后可能发生的不必要的报警。

除了实质上对于潮气或者湿气惰性外，当与水接触显著时间段时，指示性元件应不可逆地改变外观。这样的特性允许指示性元件发现甚至在长的时期后和/或干燥后在电缆与水之间持续的接触。

第一方面，本发明涉及包括至少一个电缆芯的电缆，其包含指示性元件，该元件在与水接触至少10分钟时间后不可逆地变色。

针对本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，在一切情况下，所有代表数量、数目、百分比等等的数字应被理解为以术语“大约”所修饰。所有范围也包括所公开的最大点和最小点的任一组合，并且包括其中的任一中间范围，这里其可以或者不可以被具体地计数。

本发明的电缆可以是用于电力传输/分配的电力电缆或者通信电缆。

对于电力电缆，说明书和权利要求书中术语“电缆芯”表示被包裹有并且接触保护层的导电导体。保护层可选自绝缘层和内半导体层，后者又被包裹有绝缘层并且与绝缘层接触。

本发明电缆的导电导体可由铝、铜或者它们的复合物制成。导体可以是金属棒或者金属绞线的形式。

本发明的电力电缆进一步可以包括外半导体层，将其提供使接触并包裹绝缘层。

优选地，本发明的电力电缆有三个电缆芯。

对于通信电缆，本说明书和权利要求书中术语“电缆芯”表示至少一根光纤，其由保持管包裹。该保持管可以容纳水可膨胀材料，其为凝胶、纱线或者粉末形式。

说明书和权利要求书中“光纤”含义是通信传输元件、包裹该元件的覆层以及包裹该覆层的涂层系统，典型地通信传输元件以及覆层由玻璃制成，所述的涂层系统包括至少一个，通常两个，基于UV或IR可固化的聚合物的涂层。

光纤传输芯的涂层系统可以被由可热固化的材料制成的缓冲层包裹。

本发明的通信电缆进一步可以包括容纳至少一个电缆芯的外护套。

本说明书和权利要求书中动词“变色”用来表示颜色改变、着色或者褪色。

有利地，本发明电缆的指示性元件包括一个不溶于水的标识物，其在与水接触至少10分钟后不可逆地变色。

本发明指示性元件的标识物与水接触至少10分钟，以显示不可逆的变色。

除了对于潮气或者湿气基本上惰性外，该标识物应当不溶于或非常少地可溶于水。这样的特征避免了标识物短时间接触水而被冲掉。

本说明书和权利要求书中“不溶于水”意思是不能或者很少的溶于水的物质，并相应地不能或很少通过在水中的溶液而从电缆中它的位置上被去除。

优选地本发明的标识物具有在20℃的温度下测得100g的水中的溶解度小于1g，更优选地小于0.5g。本发明的标识物可以在水中不溶解，其具有100g水中0g的溶解度。

所述标识物在持续与水接触甚至被干燥时能够保持外观。

有利地，所述标识物可溶于有机溶剂。优选地，标识物可溶于至少一种有机溶剂，其选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、丙酮、丁酮、3-戊酮、甲基异丙酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、乙酸、乙醚、二叔丁基醚、二异丁基醚、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、环己烷、四氢呋喃。

本发明电缆的标识物，优选地，是酸碱指示物。本说明书和权利要求书中“酸碱指示物”的意思是变色的物质(或染料)，其伴随pH值的变化。

适于本发明的酸碱指示物是pH值在3.5至8.0范围内变化的能变色的染料，优选地pH在5.0至7.5之间变化。

优选地，所述标识物耐热至少最高达约100℃。更优选地，所述标识物耐热最高达约150℃，并且更优选地最高达约200℃。

本说明书和权利要求书中“耐热”表示最高达一预定温度，不会出现退化现象进而可能损害其物理-化学特性的物质。

例如，标识物可以选自包括吖啶，茜素红，苯并金精，溴甲酚紫，溴酚红，溴麝香草酚蓝，溴间二甲酚蓝，5-羧基荧光素二乙酸酯，6-羧基荧光素二乙酸酯，5(6)-羧基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺基酯，5-羧基-萘并荧光素，6-羧基萘荧光素，5-羧基萘并荧光素二乙酸酯，氯酚红，δ-二硝基苯酚，荧光素二乙酸酯，荧光素-5-异硫氰酸酯，棓因，七甲氧基红(heptametoxy red)，鲁米诺，4-甲基马栗树皮素，甲基红，4-硝基邻苯二酚，对硝基苯酚，phenolbenzein，phenolmalein，丙基红，焦酚-酞，resorcein，间苯二酚马列因(resorcinmalein)，resorutin和硫酸合对甲氨基酚绿。

最优选地，所述标识物是茜素红。

在优选实施方案中，本发明电缆的指示性元件包括支撑材料。

优选地，用于本发明电缆的标识物与支撑材料相结合。例如，用于本发明电缆的标识物可以被吸收入或者吸附上支撑材料。

适于本发明的支撑材料优选化学/物理上对于水成惰性。

适于本发明的支撑材料是优选的耐热至少最高达100℃。

有利地，该支撑材料是耐热最高达150℃，更优选最高达200℃。

适于本发明的支撑材料优选为聚合物材料，为天然的或合成的。

例如，支撑材料可以是纤维素，聚酰胺或聚酯。

支撑材料可以以适用于电缆结构的不同形式，例如螺纹，纱线，带或片的形式提供。

标识物相对于支撑材料的平均量优选地范围为每1g支撑材料4·10^-4g至12·10^{- 4}g标识物。

本发明的电缆中，指示性元件可以存在于以下位置中至少之一：对电力电缆而言，在导体的金属线内，或者在导体和保护层(或绝缘层或半导体层)之间的界面处；对通信电缆而言，与光纤在保持管内集束在一起。

第二方面，本发明涉及生产包括至少一个电缆芯的电缆的方法，该电缆芯包含一指示性元件，其与水接触至少10分钟后不可逆地变色，所述指示性元件包括一标识物和一支撑材料，其中该标识物通过下述与支撑材料结合：

-将该标识物溶于有机溶剂提供一种溶液；

-用所述溶液浸渍该支撑材料；

-蒸发有机溶剂以干燥该支撑材料，并提供该指示性元件。

有利地，以优选至多5wt％的浓度将该标识物溶解在有机溶剂中。

优选地，该标识物溶于有机溶剂的溶液是一饱和溶液。

优选地，所述有机溶剂具有低于150℃的沸点温度，更优选低于100℃。

本发明的方法的有机溶剂是选自上面提及的该标识物是可溶于其中的那些作为溶剂。

在有机溶剂的蒸发之后，取决于标识物在电缆内的所希望的位置，带有标识物的支撑材料通过开卷站进入电缆制造。

有利地，根据本发明的指示性元件可以用在一种探测是否电缆已经与水接触足够长的时间段以至于破坏了电缆本身的可操作性的方法中。

因此，第三方面，本发明涉及一种探测电缆中水污染存在的方法，所述方法包括步骤有：

-提供包括至少一个电缆芯的电缆，该电缆芯包含一个能够在与水接触至少10分钟的时间后不可逆地变色的指示性元件；

-使电缆与水接触时间少于10分钟；并且

-验证指示性元件保持不变。

附图说明

通过以举例但不是限制的方式，参看附图阅读以下详细说明将更好地理解本发明：

图1示出了根据本发明一个实施方案的电力电缆的透视图；

图2示出了根据本发明另一实施方案的电力电缆的横截面；

图3示出了根据本发明进一步实施方案的通信电缆的横截面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施方案的电力电缆11的透视图。

图1的电力电缆11包括导体12、内半导体层13、绝缘层14，其构成电缆芯。电缆芯由外半导体层15、金属屏蔽层16和外护套17包裹。

导体12通常包括金属丝，其优选由铜或铝制成，并且其通过使用常规的技术被编织在一起。

导体12的横截面积由在所选择的电压下被输送的功率的关系决定。根据本发明的电力电缆的优选横截面积的范围从16mm²至1600mm²。

内半导体层13、绝缘层14和外半导体层15由聚合物材料制成。

适于层13，14和15的聚合物材料可以选自包括以下材料的组：聚烯烃、不同烯烃的共聚物、带有烯键不饱和酯的烯烃的共聚物，聚酯以及它们的混合物。

合适的聚合物的实例有：聚乙烯(PE)、特别是低密度PE(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)；聚丙烯(PP)以及它们的共聚物；弹性体乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡胶；丁基橡胶；乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，例如乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)；乙烯/丙烯酸酯共聚物，特别是乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)和乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)；乙烯/α-烯烃热塑性共聚物；以及它们的共聚物或机械混合物。

针对内半导体层13和外半导体层15，上面列出的聚合物材料中加入导电性碳黑，例如导电炉黑或乙炔黑，以便赋予聚合物材料半导电性。

绝缘层14可以由聚合的热塑性材料制成，其包括一种包括一个预定量电介质液体的热塑性聚合物材料。热塑性绝缘层的实例在WO 02/03398、WO 02/27731、WO 04/066318、WO 07/048422或WO 08/058572中公开。

优选地，该金属屏蔽层16由一个连续的金属管或者金属片形成的管制成，该金属片用粘接剂材料焊接或密封，从而使其防水。

在一个优选的实施方案中，该金属屏蔽层16由一个连续的金属片，优选是铝或铜制成，将其成形为管。

外护套17优选由聚合物材料制成，如聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)。

在图1的实施方案中，在导体12的金属丝内提供为浸渍有本发明的标识物的纱线支撑材料的形式的指示性元件18。多个纱线可以存在于导体的金属丝中。

图2示出了本发明的另一实施方案。图2示出了包括三个电缆芯的电缆21。每个电缆芯包括导体22、内半导体层23、绝缘层24。每个电缆芯是由外半导体层25包裹并被金属屏蔽层26和外护套17包裹。每个导体22由实心铝棒制成。

将三个电缆芯绞合并嵌埋入填充材料(或衬垫)29，然后其由外护套27包裹。外护套27可以用与图1已经公开的外护套17相同的材料制成。

内半导体层23、绝缘层24和外半导体层25的材料可以是在图1中已经提到的那些的类似的电缆部分的电缆11的那些。

在图2的实施方案中，在导体22和相邻的保护层之间的界面处提供为浸渍有本发明的标识物的纱线支撑材料的形式的指示性元件28，在本案中该相邻的保护层是至少一个电缆芯的内半导体层23。

该指示性元件28可以为多芯电缆的每个电缆芯来提供。

该指示性元件28可替代地或另外地，为围绕导体22的纱线或带。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的通信电缆31的横截面。6根光纤的组32被松散地容纳在保持管33以构成电缆芯。电缆31包括包含在聚合物护套34内的4根电缆芯。嵌入在护套34内有两个径向相对的加强件35，其由例如纤维玻璃或芳纶()制成。

在保持管33内提供为浸渍有本发明的标识物的纱线支撑材料的形式的指示性元件36。

纱线18，28，36由棉制成。

被纱线18，28，36支撑的标识物是茜素红，其为酸碱指示剂，化学式为：

CAS编号72-48-0，其在pH5.5是黄色的，在pH6.8不可逆地变成红色。

茜素红几乎不溶于水和可溶于例如乙醇和乙酸。熔点约为290℃。

根据本发明的电缆可以通过本领域技术人员公知的方法来制造。该指示性元件可以使用通用的处理装置，在制造过程合适的步骤中来实施。例如，当指示性元件被定位在导电导体的导线中时，指示性元件为纱线的形式与导线绞合在一起。例如，当指示性元件被定位在导电导体和保护层(绝缘层或内半导体层)之间时，指示性元件为纱线或带的形式在挤出所述层之前缠绕在导体上。例如，当指示性元件被定位在用于容纳光纤的保持管内时，指示性元件为纱线形式结合在光纤束中，并且聚合物材料根据已知的技术挤出包覆。

下列实施例旨在进一步阐述本发明，而不以任何方式做出限制。

实施例1

在室温下，茜素红(0.0206克)溶解在正丁醇(85毫升)中，以提供一种饱和溶液。

两个白色100％棉纱线(510 dtex；重量为0.23g/m)的样品浸入已得溶液中，保持直到浸透，然后取下，并在50℃的烘箱中干燥5分钟。两个干燥的样品变成黄的奶油色。含在纱线中的茜素红含量约为2·10^-4g/m。

随后，在室温下一个黄的奶油色样品浸入自来水中20分钟，而另一个被浸入自来水中10天。

从水中浸渍约15分钟后，这两个样品变成红紫色。浸渍10天的样品没有掉色。两个样品即使在完全干燥后仍然保持这种颜色。

溶解饱和茜素红在丙酮和乙酸乙酯中进行重复试验。得到相同的结果。

比较例1

在室温下纸带样品浸渍在2wt％的亚甲基蓝水溶液中5分钟直到浸透。然后将样品取下并在60℃烘箱中干燥几个小时。

将干燥样品浸渍在自来水中，并保持在其中24小时无任何搅拌。观察无变色。

亚甲基蓝，虽然溶于水，没有被洗掉。随后在温和搅拌下测试也表明有模棱两可的结果，即在某些情况下，纸带有些褪色，但不是一个确定的方式。

按亚甲基蓝一样使用水溶性染料不具有合理的结果，不适于根据本发明的指示性元件。

比较例2

在室温下将纸带样品浸渍在氢氧化钙的水悬浮液中5分钟。然后将样品在60℃的烘箱中干燥几个小时。

将干燥样品浸渍在1wt％酚酞的醇溶液中，并保持在其中5分钟，然后取下并在60℃的烘箱中干燥30分钟。

将实质上具有带的初始颜色的干燥后的样品浸入自来水中，由于酚酞转化立即显示出了鲜艳的粉红色。保持样品浸入水中，样品的粉红色的颜色开始褪色，经过几个小时后完全消失。

由于在水中的溶解度，酚酞不能在本发明的指示性元件中使用。

Claims (12)

1.包含至少一个电缆芯的电缆，电缆芯包含与水接触至少10分钟后不可逆地变色的指示性元件，其中所述指示性元件由与一支撑材料结合的不溶于水的标识物构成，所述标识物对于潮气或者湿气惰性，并且所述支撑材料化学/物理上与水成惰性。

2.如权利要求1所述的电缆，其中电缆是用于电力传输/分配的电力电缆，其包括电缆芯，电缆芯包括围绕和接触有保护层的导电导体。

3.如权利要求1所述的电缆，其中电缆是通信电缆，其包括电缆芯，电缆芯包括至少一根由保持管包裹的光纤。

4.如权利要求1所述的电缆，其中标识物在100g水中的水中溶解度小于1g。

5.如权利要求1所述的电缆，其中标识物可溶于有机溶剂。

6.如权利要求1所述的电缆，其中标识物是酸碱指示剂。

7.如权利要求6所述的电缆，其中标识物是酸碱指示剂，其能在pH值3.5至8.0的范围内变色。

8.如权利要求1所述的电缆，其中标识物耐热最高达100℃。

9.如权利要求1所述的电缆，其中支撑材料耐热最高达100℃。

10.包括至少一个电缆芯的电缆的生产方法，电缆芯包含指示性元件，其与水接触至少10分钟后不可逆地变色，所述指示性元件包括标识物和支撑材料，其中标识物通过下述与支撑材料结合：

－将该标识物溶于有机溶剂中提供溶液；

－用所述溶液浸渍该支撑材料；和

－蒸发有机溶剂以干燥该支撑材料，并提供该指示性元件，

其中所述指示性元件由与一支撑材料结合的不溶于水的标识物构成，所述标识物对于潮气或者湿气惰性，并且所述支撑材料化学/物理上与水成惰性。

11.如权利要求10所述的方法，其中将该标识物溶于有机溶剂的步骤来提供一种饱和溶液。

12.探测电缆中水污染不存在的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供包括至少一个电缆芯的电缆,该电缆芯包含能够在与水接触至少10分钟的时间后不可逆地变色的指示性元件；

-使电缆与水接触少于10分钟；并且

-验证指示性元件保持不变，

其中所述指示性元件由与一支撑材料结合的不溶于水的标识物构成，所述标识物对于潮气或者湿气惰性，并且所述支撑材料化学/物理上与水成惰性。