CN104361945A - 一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，包括缆芯，其缆芯是由三根动力线芯以及位于三根动力线芯间隙中的三根地线芯绞合而成；缆芯的空隙处设有填充层，缆芯外依次挤包无卤阻燃带、内、外护套；在内、外护套之间还设有加强层；本发明还公开了该电缆的生产方法。该电缆在恶劣的风电场环境下具备耐低温、耐频繁扭转、耐盐雾、抗拖拽，并保持电缆顺畅输送电力，满足风电设备的正常运转。

Description

一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆及其制备方法

 

技术领域

本发明属于电力电缆领域，具体涉及一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆及其制备方法。

背景技术

在众多的可再生能源中，目前发展速度最快、经济上最适用的当数风能发电。风能发电安全、清洁，资源丰富，风能源取之不竭、用之不尽，是一种永存的可再生性资源。

随着风机单机容量逐步上升，风机机组结构呈多样化；陆地主流机型向2MW～3MW发展，海上主流机型由3MW向5MW以上发展，因此，风电机组大型化成为发展趋势。国内常用的1.8/3kV及以下电压等级的风能电缆已不能满足大容量风力发电机的运行要求，与之配套使用的为额定电压26/35kV及以下耐低温中压风能电缆。

风能电缆普遍具有抗扭性能优异的特点，同时，风能电缆一般都要求电缆具有良好的耐低温、耐盐雾、抗拖曳性能，这样可以确保电缆在内陆严寒、近海盐雾腐蚀的恶劣环境下使用。然而对于额定电压26/35kV及以下耐低温中压风能电缆仅能考虑电缆的抗扭、耐低温、耐盐雾等性能的要求是远远不够的，合理的金属屏蔽结构和地线结构设计，也是确保电缆运行安全的保证。

站在保证满足大容量风力发电机的运行安全要求的角度，开发一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，来逐步满足风电机组大型化发展趋势的要求就显得尤为必要，而对额定电压26/35kV及以下耐低温中压风能电缆导体和绝缘的屏蔽层材料、绝缘层材料的研究，以及电缆金属屏蔽结构、地线结构的设计是无卤阻燃耐低温中压风能电缆的关键。

发明内容

本发明的目的所要解决的技术问题就是提供一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，该电缆在恶劣的风电场环境下具备耐低温、耐频繁扭转、耐盐雾、抗拖拽，并保持电缆顺畅输送电力，满足风电设备的正常运转。

本发明还提供了一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法。

本发明所述的一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，包括缆芯，其缆芯是由三根动力线芯以及位于三根动力线芯间隙中的三根地线芯绞合而成；缆芯的空隙处设有填充层，缆芯外依次挤包无卤阻燃带、内、外护套；在内、外护套之间还设有加强层；所述的动力线芯是由动力线导体以及依次挤包在导体外的导体屏蔽半导电层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电绕包层以及金属屏蔽层构成；所述的地线芯由地线导体以及挤包在地线导体外的半导电层构成。

进一步改进，所述的导体屏蔽半导电层为三元乙丙为基料的交联型无卤半导电屏蔽层。

进一步改进，所述的绝缘层是以三元乙丙为基料的交联型中压乙丙绝缘橡皮。

进一步改进，所述的绝缘屏蔽层为醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电屏蔽层。

进一步改进，所述金属屏蔽层为镀锡铜丝编织屏蔽。

进一步改进，所述的外护套由无卤低烟抗紫外线热固性弹性体材料构成。

一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法，包括以下步骤：

1）首先通过密炼机将以三元乙丙为基料导体屏蔽半导电层、以三元乙丙为基料绝缘层以及以醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电绝缘屏蔽层分别加工成三层挤出的混炼橡皮；

2）动力线芯的制备：将绞合好的动力线芯导体通过悬链式三层共挤的连硫生产方式分层挤出一次成形，同样一次挤出导体屏蔽半导电层、乙丙绝缘层和绝缘屏蔽层，挤出温度控制在70℃-90℃，生产线速控制在5-10米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa～1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成动力线芯，冷却段水温度控制在30℃～50℃；

3）在动力线芯外重叠绕包一层尼龙半导电带，形成半导电绕包层，搭盖率20%～25%；

4）在尼龙半导电带外再编织镀锡铜丝屏蔽层，编织密度＞80%；；

5）地线芯的制备：将绞合好的地线芯导体通过单层连硫生产方式挤包一层以三元乙丙为基料无卤半导电橡皮，挤出温度控制在70℃-80℃，生产线速控制在10-15米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa～1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成地线芯，冷却段水温度控制在30℃～50℃；

6）然后在退扭式成缆机将编织好镀锡铜丝屏蔽层的三根动力线芯和挤包半导电层的三根地线芯绞合为成缆线芯，地线芯位于动力线芯的间隙中，成缆节距控制范围为20～25倍的成缆外径，并在成缆间隙中密实填充无卤半导电橡皮填充条，并用阻燃无卤带将整根缆芯扎紧；

7）在阻燃无卤带扎紧的缆芯外通过挤塑机挤包无卤阻燃聚氨酯料的内护套，挤出温度为155℃-180℃，间隙率20%～25%；

8）在聚氨酯内护套外编织一层浸胶聚酯线绳加强层；

9）最后在浸胶聚酯线绳加强层外通过挤塑机将无卤阻燃聚氨酯护套料挤包在电缆的最外层，挤出温度为155℃-180℃，生产线速8-10m/min。

本发明的有益效果在于：

1.本发明研制开发了一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，该电缆绝缘线芯采用无卤导体屏蔽橡皮、35kV及以下乙丙绝缘橡皮和无卤半导电可交联可剥离绝缘屏蔽橡皮三层共挤；所研发的无卤导体屏蔽橡皮、无卤半导电可交联可剥离绝缘屏蔽橡皮其体积电阻率≤100Ω·cm，无卤性能：PH值≥4.3，电导率加权值≤10μs/mm；额定电压低于35kV无卤阻燃耐低温中压风能电缆的乙丙绝缘橡皮的介质损耗tanδ（95～100℃）最大值为400×10⁴，体积电阻率最小值为10¹⁶ Ω·cm；额定电压35kV无卤阻燃耐低温中压风能电缆的乙丙绝缘橡皮的介质损耗tanδ（95～100℃）最大值为50×10⁴，体积电阻率最小值为10¹⁶ Ω·cm。因此，能确保电缆的局部放电水平优异，放电量≤5Pc，绝缘电阻性能优异；

2、本发明的每根动力线芯采用镀锡铜丝编织结构，可有效抑制抑制电磁波对外发射，降低对设备的干扰。

3、本发明将三根地线放置在成缆线芯的间隙中，不但起到导通故障电流的作用，还起到均衡电场的作用，从而确保电缆安全运行。

4、为加强电缆的抗扭转能力，本发明在电缆内护套外设计了浸胶聚酯线绳加强层，该材料在高温下与高分子材料有一定的粘合力，放置与聚氨酯内护套和聚氨酯外护套中间，在聚氨酯外护套挤出时经180℃机头温度，可与聚氨酯内护套和外护套紧密结合，形成一体，使电缆的抗扭能力大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，包括缆芯，其缆芯是由三根动力线芯以及位于三根动力线芯间隙中的三根地线芯绞合而成；缆芯的空隙处设有填充层7，缆芯外依次挤包无卤阻燃带8、内、外护套9、11；在内、外护套9、11之间还设有加强层10；所述的动力线芯是由动力线导体1以及依次挤包在导体1外的导体屏蔽半导电层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、半导电绕包层5以及金属屏蔽层6构成；所述的地线芯由地线导体12以及挤包在地线导体外的半导电层13构成。

所述的导体屏蔽半导电层为三元乙丙为基料的交联型无卤半导电屏蔽层，导体屏蔽层和绝缘屏蔽层的体积电阻率≤100Ω·cm，无卤性能：PH值≥4.3，电导率加权值≤10μs/mm；所述的绝缘层是以三元乙丙为基料的交联型中压乙丙绝缘橡皮，额定电压低于35kV无卤阻燃耐低温中压风能电缆的乙丙绝缘橡皮的介质损耗tanδ（95～100℃）最大值为400×104；额定电压35kV无卤阻燃耐低温中压风能电缆的乙丙绝缘橡皮的介质损耗tanδ（95～100℃）最大值为50×104，体积电阻率最小值为1016 Ω·cm；所述的绝缘屏蔽层为醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电屏蔽层；所述金属屏蔽层为镀锡铜丝编织屏蔽；所述加强层由浸胶聚酯线绳编织而成，浸胶聚酯线绳的断裂强度＞1070N。

实施例1

一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法，包括以下步骤：

1）首先通过密炼机将以三元乙丙为基料导体屏蔽半导电层、以三元乙丙为基料绝缘层以及以醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电绝缘屏蔽层分别加工成三层挤出的混炼橡皮；

2）动力线芯的制备：将绞合好的动力线芯导体通过悬链式三层共挤的连硫生产方式分层挤出一次成形，同样一次挤出导体屏蔽半导电层、乙丙绝缘层和绝缘屏蔽层，挤出温度控制在70℃，生产线速控制在5米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成动力线芯，冷却段水温度控制在30℃；

3）在动力线芯外重叠绕包一层尼龙半导电带，形成半导电绕包层；

4）在尼龙半导电带外再编织镀锡铜丝屏蔽层；

5）地线芯的制备：将绞合好的地线芯导体通过单层连硫生产方式挤包一层以三元乙丙为基料无卤半导电橡皮，挤出温度控制在70℃，生产线速控制在10米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成地线芯，冷却段水温度控制在30℃；

6）然后在退扭式成缆机将编织好镀锡铜丝屏蔽层的三根动力线芯和挤包半导电层的三根地线芯绞合为成缆线芯，地线芯位于动力线芯的间隙中，成缆节距控制范围为20～25倍的成缆外径，并在成缆间隙中密实填充无卤半导电橡皮填充条，并用阻燃无卤带将整根缆芯扎紧；

7）在阻燃无卤带扎紧的缆芯外通过挤塑机挤包无卤阻燃聚氨酯料的内护套，挤出温度为155℃；

8）在聚氨酯内护套外编织一层浸胶聚酯线绳加强层；

9）最后在浸胶聚酯线绳加强层外通过挤塑机将无卤阻燃聚氨酯护套料挤包在电缆的最外层，挤出温度为155℃，生产线速8m/min。

实施例2

一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法，包括以下步骤：

1）首先通过密炼机将以三元乙丙为基料导体屏蔽半导电层、以三元乙丙为基料绝缘层以及以醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电绝缘屏蔽层分别加工成三层挤出的混炼橡皮；

2）动力线芯的制备：将绞合好的动力线芯导体通过悬链式三层共挤的连硫生产方式分层挤出一次成形，同样一次挤出导体屏蔽半导电层、乙丙绝缘层和绝缘屏蔽层，挤出温度控制在80℃，生产线速控制在8米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在1.1MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成动力线芯，冷却段水温度控制在40℃；

3）在动力线芯外重叠绕包一层尼龙半导电带，形成半导电绕包层；

4）在尼龙半导电带外再编织镀锡铜丝屏蔽层；

5）地线芯的制备：将绞合好的地线芯导体通过单层连硫生产方式挤包一层以三元乙丙为基料无卤半导电橡皮，挤出温度控制在75℃，生产线速控制在13米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在1.1MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成地线芯，冷却段水温度控制在40℃；

6）然后在退扭式成缆机将编织好镀锡铜丝屏蔽层的三根动力线芯和挤包半导电层的三根地线芯绞合为成缆线芯，地线芯位于动力线芯的间隙中，成缆节距控制范围为23倍的成缆外径，并在成缆间隙中密实填充无卤半导电橡皮填充条，并用阻燃无卤带将整根缆芯扎紧；

7）在阻燃无卤带扎紧的缆芯外通过挤塑机挤包无卤阻燃聚氨酯料的内护套，挤出温度为170℃；

8）在聚氨酯内护套外编织一层浸胶聚酯线绳加强层；

9）最后在浸胶聚酯线绳加强层外通过挤塑机将无卤阻燃聚氨酯护套料挤包在电缆的最外层，挤出温度为170℃，生产线速9m/min。

实施例3

一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法，包括以下步骤：

1）首先通过密炼机将以三元乙丙为基料导体屏蔽半导电层、以三元乙丙为基料绝缘层以及以醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电绝缘屏蔽层分别加工成三层挤出的混炼橡皮；

2）动力线芯的制备：将绞合好的动力线芯导体通过悬链式三层共挤的连硫生产方式分层挤出一次成形，同样一次挤出导体屏蔽半导电层、乙丙绝缘层和绝缘屏蔽层，挤出温度控制在90℃，生产线速控制在10米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成动力线芯，冷却段水温度控制在50℃；

3）在动力线芯外重叠绕包一层尼龙半导电带，形成半导电绕包层；

4）在尼龙半导电带外再编织镀锡铜丝屏蔽层；

5）地线芯的制备：将绞合好的地线芯导体通过单层连硫生产方式挤包一层以三元乙丙为基料无卤半导电橡皮，挤出温度控制在80℃，生产线速控制在15米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成地线芯，冷却段水温度控制在50℃；

6）然后在退扭式成缆机将编织好镀锡铜丝屏蔽层的三根动力线芯和挤包半导电层的三根地线芯绞合为成缆线芯，地线芯位于动力线芯的间隙中，成缆节距控制范围为25倍的成缆外径，并在成缆间隙中密实填充无卤半导电橡皮填充条，并用阻燃无卤带将整根缆芯扎紧；

7）在阻燃无卤带扎紧的缆芯外通过挤塑机挤包无卤阻燃聚氨酯料的内护套，挤出温度为180℃；

8）在聚氨酯内护套外编织一层浸胶聚酯线绳加强层；

9）最后在浸胶聚酯线绳加强层外通过挤塑机将无卤阻燃聚氨酯护套料挤包在电缆的最外层，挤出温度为180℃，生产线速10m/min。

本发明提供了一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆及其生产方法，以上所述仅是本发明的优选实施方法，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 一种无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于：包括缆芯，其缆芯是由三根动力线芯以及位于三根动力线芯间隙中的三根地线芯绞合而成；缆芯的空隙处设有填充层（7），缆芯外依次挤包无卤阻燃带（8）、内、外护套（9、11）；在内、外护套（9、11）之间还设有加强层（10）；所述的动力线芯是由动力线导体（1）以及依次挤包在导体（1）外的导体屏蔽半导电层（2）、绝缘层（3）、绝缘屏蔽层（4）、半导电绕包层（5）以及金属屏蔽层（6）构成；所述的地线芯由地线导体（12）以及挤包在地线导体（12）外的半导电层（13）构成。

2.根据权利要求1所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于，所述的导体屏蔽半导电层（2）为三元乙丙为基料的交联型无卤半导电屏蔽层。

3.根据权利要求1所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于，所述的绝缘层（3）是以三元乙丙为基料的交联型中压乙丙绝缘橡皮。

4.根据权利要求1所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于，所述的绝缘屏蔽层（4）为醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电屏蔽层。

5.根据权利要求1所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于，所述金属屏蔽层（6）为镀锡铜丝编织屏蔽。

6.根据权利要求1所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆，其特征在于，所述加强层（10）由浸胶聚酯线绳编织而成。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的无卤阻燃耐低温中压风能电缆的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）首先通过密炼机将以三元乙丙为基料导体屏蔽半导电层、以三元乙丙为基料绝缘层以及以醋酸乙烯共聚物和丁腈橡胶为基料的可剥离交联型无卤半导电绝缘屏蔽层分别加工成三层挤出的混炼橡皮；

2）动力线芯的制备：将绞合好的动力线芯导体通过悬链式三层共挤的连硫生产方式分层挤出一次成形，同样一次挤出导体屏蔽半导电层、乙丙绝缘层和绝缘屏蔽层，挤出温度控制在70℃-90℃，生产线速控制在5-10米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa～1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成动力线芯，冷却段水温度控制在30℃～50℃；

3）在动力线芯外重叠绕包一层尼龙半导电带，形成半导电绕包层；

4）在尼龙半导电带外再编织镀锡铜丝屏蔽层；

5）地线芯的制备：将绞合好的地线芯导体通过单层连硫生产方式挤包一层以三元乙丙为基料无卤半导电橡皮，挤出温度控制在70℃-80℃，生产线速控制在10-15米/分钟，挤出后在密闭的蒸汽管道加热连续硫化，蒸汽管道气压控制在0.9MPa～1.2MPa；硫化后再经过水冷管道冷却形成地线芯，冷却段水温度控制在30℃～50℃；

6）然后在退扭式成缆机将编织好镀锡铜丝屏蔽层的三根动力线芯和挤包半导电层的三根地线芯绞合为成缆线芯，地线芯位于动力线芯的间隙中，成缆节距控制范围为20～25倍的成缆外径，并在成缆间隙中密实填充无卤半导电橡皮填充条，并用阻燃无卤带将整根缆芯扎紧；

7）在阻燃无卤带扎紧的缆芯外通过挤塑机挤包无卤阻燃聚氨酯料的内护套，挤出温度为155℃-180℃；

8）在聚氨酯内护套外编织一层浸胶聚酯线绳加强层；

9）最后在浸胶聚酯线绳加强层外通过挤塑机将无卤阻燃聚氨酯护套料挤包在电缆的最外层，挤出温度为155℃-180℃，生产线速8-10m/min。