CN104877221A - 中压抗水树交联聚乙烯电缆料及采用该料的电缆 - Google Patents

中压抗水树交联聚乙烯电缆料及采用该料的电缆 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料及线缆技术领域，尤其是涉及中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于按重量份计，它是由以下原料构成的：低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体、钛白粉、聚乙烯蜡或石蜡、碳黑、过氧化二异丙苯、丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯、抗氧剂168或抗氧化剂1010、甲基丙烯酸二甲胺乙酯或聚乙二醇单甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸羟基乙酯、潮气吸收复合物。本发明的电缆料具原材料易得、价低，配方合理且易于制备、制造方法简单、易于批量规模生产等有益效果。本发明还揭示了电缆料的制备方法及采用该电缆料的电缆。本发明中的电缆具阻水效果优、易生产、不产生水树、电缆性能更稳定、更可靠等有益技术效果。

Description

中压抗水树交联聚乙烯电缆料及采用该料的电缆
技术领域
 本发明属于线缆及材料技术领域，尤其是涉及中压抗水树交联聚乙烯电缆料及采用该料的电缆。
背景技术
 目前，中压电力电缆大部分都采用交联聚乙烯绝缘，普通的交联聚乙烯绝缘电缆在敷设和运行期间受机械应力或外力损伤，或电缆在潮湿、有水的环意下长期运行，都会导致外界水分向电缆内部渗透，在电场作用下形成水树的机会大大增加，水树枝在电场作用下转化成永久性的电树枝，在较短的时间内导致绝缘击穿。一旦电缆外护层遭到破坏，电缆进水后，会引起钢带、铜带腐蚀，绝缘性能下降，大大缩短电缆使用寿命.
   目前抗水树电缆主要有两种方案，之一是干式设计，使电缆内部不接触水，仅电缆外表面的水树生长极慢；之二是吸水/拒水设计，使电缆内部进入水份后，电缆料不吸收水分，这种情况下，水分进入导体内部，使导体快速氧化，极快地缩短了电缆的使用寿命。为此，行业内进行了大量的电缆抗水树研究。如申请公布号 为：CN102120842A、名称为：一种35KV以下抗水树交联聚乙烯绝缘材料；申请号为CN200810200933.X、名称为：一种硅烷改性的过氧化物交联聚乙烯抗水树绝缘材料的制备方法；申请号为：CN200810028374.9、名称为：一种复配抗水树生长剂，等文献，都公开了抗水树材料。
授权公告号CN203300285U的专利公开了一种抗水树交联电缆，包括线芯、PE绝缘层、填充层、绕包层、抗水层以及护套层，外表面包裹有PE绝缘层的数根线芯相互绞合构成电缆缆芯，电缆缆芯的外表面依次包裹有填充层、绕包层、抗水层以及护套层。
授权公告号CN201069676Y的专利公开了全阻水抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆，它可以是单芯结构，也可以是三芯结构，单芯结构由内到外依次是由阻水导体1、内屏蔽层2、绝缘层3、外屏蔽层4、半导电阻水内层5、金属屏蔽层6、半导电阻水外层7、径向挡潮层(8)和外护层9组成；三芯结构是由三根绝缘线芯10与阻水填充绳11绞合成缆后外层依次是阻水层12、径向挡潮层8’、外护层9’组成，阻水导体1是由多根金属单线13绞合而成，在金属单线13绞合的层与层之间重叠绕包绝缘阻水带14。它通过导体、绝缘材料、电缆结构采用纵向和径向阻水方式，从而有效的抑制交联电缆在使用过程中水分的浸入及绝缘中水树的产生，显著降低交联电缆故障率。
授权公告号CN204332515U的专利公开了一种抗水树交联电缆，包括导体，导体外依次包裹有光滑内屏蔽层、交联聚乙烯层、光滑外屏蔽层、金属屏蔽层、无纺布、阻尼胶层和外护套层，光滑内屏蔽层的内外表面摩擦系数为0.1-0.2，光滑外屏蔽层的内外表面摩擦系数为0.1-0.2，光滑内屏蔽层为和光滑外屏蔽层都为铝箔麦拉屏蔽层，交联聚乙烯层的密度为0.8-0.9g/cm3,其抗张强度为20MPa、其体积电阻率大于1×1015Ω·cm，阻尼胶层的厚度为0.5-1mm，它将所述光滑内屏蔽层和光滑外屏蔽层的摩擦系数尽量设置的低，可以尽量减少其与导体和交联聚乙烯层之间的不规则凸起、空隙和空穴，可以有效的减少树枝放电的发展，即使产生了水树枝，也能抑制水树的继续生长并抑制其放电。
但是，上述文献公开的中压抗水树材料及电缆结构，并不能很好地解决电缆的水树生产问题，主要是电缆内部水量进入后如何阻止水树生产的问题、电缆的干式防水问题等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的之一是揭示一种中压抗水树交联聚乙烯电缆料，本发明的目的之二是揭示采用该电缆料的电缆，它们是采用以下技术方案来实现的。
中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于按重量份计，它是由以下原料及含量构成的：
低密度聚乙烯：40～60份；
中密度聚乙烯：15～30份；
聚丙烯：5～10份；
聚烯烃弹性体：3～5份；
钛白粉：1～3份；
聚乙烯蜡或石蜡：4～6份；
碳黑：1～3份；
过氧化二异丙苯：0.5～1.5份；
丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯：15～25份；
抗氧剂168或抗氧化剂1010：0.8～2.0份；
甲基丙烯酸二甲胺乙酯或聚乙二醇单甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸羟基乙酯：4～8份；
潮气吸收复合物：5～10份；
所述潮气吸收复合物由以下重量份的原料组成：醋酸乙烯酯共聚物30～40份、聚丙烯腈10～20份、聚丙烯酞胺15～30份、聚乙烯醇与环状酸酐反应而得到的改性聚乙烯醇15～25份。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于它是按以下方法制备得到的：
第一步：按原料份称取各原料；
第二步：将第一步中称取的低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体、聚乙烯蜡或石蜡、丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯加入密炼机进行共混，待粒料呈完全熔融状态后加入潮气吸收复合物、过氧化二异丙苯、抗氧剂168或抗氧化剂1010并使其均匀混合，然后加入碳黑、钛白粉混合均匀得到原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料；
第三步：将第二步得到的原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料采用密炼机或者双阶式双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行挤出拉伸、热切、冷却、干燥包装得到中压抗水树交联聚乙烯电缆料成品。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料中，所述聚烯烃弹性体即为市售的聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，适合于1kV到35kV耐压等级的中压电缆。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，采用易得、低价的原材料，配方合理且易于制备、制造方法简单、易于批量规模生产、生产设备要求低、投入生产设备的成本低。
本发明的第2实施实例中，抗水树交联聚乙烯电缆，具有单根导体及位于导体外的外护套，其特征在于导体外挤塑包覆有绝缘层、绝缘层外包覆有屏蔽层、屏蔽层外具有第一阻水层、第一阻水层外具有内护层、内护层外具有第二阻水层，外护套挤塑包覆在第二阻水层外；内护层及外护套的材料都为市售交联聚乙烯电缆料或实施实例1所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，绝缘层与导体之间的最大间隙为0.1μm；从内护层向第一阻水层，第一阻水层是不透气及不透液的；在与电缆轴线垂直的任一横截面上：导体、绝缘层、屏蔽层三者的中心重合。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的材料为铜或铝或合金。
进一步地，上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的横截面积为1～6mm2。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层的材料为聚乙烯或聚氨酯。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述屏蔽层的材料是钢带或铜带或铝带。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第一阻水层的材料是聚乙烯或聚丙烯。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第二阻水层的材料是铝带或钢带或铜带，且所述第二阻水层是纵向包覆在内护层之外的，第二阻水层的两个端头是熔接在一起的，从外护套到内护套，第二阻水层是不透水的。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层的厚度是0.6～1.0mm、第一阻水层的厚度是0.2～0.6mm、内护层的厚度是0.6～1.2mm、外护套的厚度是1.6～2.5mm。
本发明的第3实施实例中揭示了一种三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于它包含有三根第2实施实例中的抗水树交联聚乙烯电缆,三根抗水树交联聚乙烯电缆呈两两相切放置, 三根抗水树交联聚乙烯电缆外具有位置固定层、位置固定层外挤塑包覆有第三阻水层、第三阻水层外包覆有阻水护套。
本发明中，由于导体采用单根导体，因此解决了现有技术中采用绞合导体而造成的导体内部间隙中的水分渗透问题；又由于绝缘层与导体之间的最大间隙为0.1μm,故水分子无法径向渗透，当间隙中填充有油膏时，水分更不能渗透且有效地保护了导体，使导体不易氧化；第一、第二及可能有的第三阻水层的存在，使得水分不能外部渗透；另外，交联聚乙烯材料本身非常致密，水分无法穿透；因此，本发明中，水分无法渗入到导体，无法形成水树；电缆性能更稳定、可靠。
因此，本发明具有阻水效果优良、易生产、不产生水树、电缆电性能/机械/环境性能更稳定、更可靠等有益技术效果。
附图说明
图1为本发明实施实例2的横截面结构示意图。
图2为本发明实施实例3的横截面结构示意图。
具体实施方式
实施实例1为本发明电缆料的实施实例，实施实例2及实施实例3为本发明电缆的实施实例。
实施实例1
中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于按重量份计，它是由以下原料及含量构成的：
低密度聚乙烯：40～60份；
中密度聚乙烯：15～30份；
聚丙烯：5～10份；
聚烯烃弹性体：3～5份；
钛白粉：1～3份；
聚乙烯蜡或石蜡：4～6份；
碳黑：1～3份；
过氧化二异丙苯：0.5～1.5份；
丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯：15～25份；
抗氧剂168或抗氧化剂1010：0.8～2.0份；
甲基丙烯酸二甲胺乙酯或聚乙二醇单甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸羟基乙酯：4～8份；
潮气吸收复合物：5～10份；所述潮气吸收复合物由以下重量份的原料组成：醋酸乙烯酯共聚物30～40份、聚丙烯腈10～20份、聚丙烯酞胺15～30份、聚乙烯醇与环状酸酐反应而得到的改性聚乙烯醇15～25份。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于它是按以下方法制备得到的：
第一步：按原料份称取各原料；
第二步：将第一步中称取的低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体、聚乙烯蜡或石蜡、丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯加入密炼机进行共混，待粒料呈完全熔融状态后加入潮气吸收复合物、过氧化二异丙苯、抗氧剂168或抗氧化剂1010并使其均匀混合，然后加入碳黑、钛白粉混合均匀得到原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料；
第三步：将第二步得到的原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料采用密炼机或者双阶式双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行挤出拉伸、热切、冷却、干燥包装得到中压抗水树交联聚乙烯电缆料成品。
上述所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料中，所述聚烯烃弹性体即为市售的聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）。
本发明的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，采用易得、低价的原材料，配方合理且易于制备、制造方法简单、易于批量规格生产；其中由于潮气吸收复合物的存在，使得电缆内部进入少量水份时，能够得到吸收，使电缆内的导体不被氧化或氧化速度大大变慢，经过对比，电缆内部湿度同样达到85%rh时，采用上述材料的电缆经过1年，未发现电缆中导体导阻率的变化，而现有技术中未使用上述材料的多根电缆中的导体的电阻率上升了60%～205%，本发明中的电缆料，通过了DL 1070-2007和GB/T 21224-2007的测试。
实施实例2
请见图1，抗水树交联聚乙烯电缆10，具有单根导体1及位于导体外的外护套7，其特征在于导体外挤塑包覆有绝缘层2、绝缘层外包覆有屏蔽层3、屏蔽层外具有第一阻水层4、第一阻水层外具有内护层5、内护层外具有第二阻水层6，外护套挤塑包覆在第二阻水层外；内护层及外护套的材料都为市售交联聚乙烯电缆料或实施实例1所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，绝缘层与导体之间的最大间隙为0.1μm；从内护层向第一阻水层，第一阻水层是不透气及不透液的；在与电缆轴线垂直的任一横截面上：导体、绝缘层、屏蔽层三者的中心重合。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的材料为铜或铝或合金。
进一步地，上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的横截面积为1～6mm2。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层的材料为聚乙烯或聚氨酯。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述屏蔽层的材料是钢带或铜带或铝带。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第一阻水层的材料是聚乙烯或聚丙烯。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第二阻水层的材料是铝带或钢带或铜带，且所述第二阻水层是纵向包覆在内护层之外的，第二阻水层的两个端头是熔接在一起的，从外护套到内护套，第二阻水层是不透水的。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层的厚度是0.6～1.0mm、第一阻水层的厚度是0.2～0.6mm、内护层的厚度是0.6～1.2mm、外护套的厚度是1.6～2.5mm。
上述所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层与导体之间的间隙中填充有油膏。
实施实例3
请见图2，三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于它包含有三根实施实例1中的抗水树交联聚乙烯电缆,三根抗水树交联聚乙烯电缆呈两两相切放置, 三根抗水树交联聚乙烯电缆外具有位置固定层80、位置固定层外挤塑包覆有第三阻水层81、第三阻水层外包覆有阻水护套82。
上述所述的三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述位置固定层的材料是聚酯带或无纺布或阻水带。
上述所述的三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第三阻水层的材料是铝带或钢带或铜带。
上述所述的三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述阻水护套的材料是高密度聚乙烯或交联聚乙烯或聚氨酯。
本发明中，由于导体采用单根导体，因此解决了现有技术中采用绞合导体而造成的导体内部间隙中的水分渗透问题；又由于绝缘层与导体之间的最大间隙为0.1μm,故水分子无法径向渗透，当间隙中填充有油膏时，水分更不能渗透且有效地保护了导体，使导体不易氧化；第一、第二及可能有的第三阻水层的存在，使得水分不能外部渗透；另外，交联聚乙烯材料本身非常致密，水分无法穿透；因此，本发明中，水分无法渗入到导体，无法形成水树；电缆性能更稳定、可靠。
因此，本发明的电缆具有阻水效果优良、易生产、不产生水树、电缆电性能/机械/环境性能更稳定、更可靠等有益技术效果。
   本发明不局限于上述最佳实施方式，应当理解，本发明的构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于按重量份计，它是由以下原料及含量构成的： 
低密度聚乙烯：40～60份；
中密度聚乙烯：15～30份；
聚丙烯：5～10份；
聚烯烃弹性体：3～5份；
钛白粉：1～3份；
聚乙烯蜡或石蜡：4～6份；
碳黑：1～3份；
过氧化二异丙苯：0.5～1.5份；
丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯：15～25份；
抗氧剂168或抗氧化剂1010：0.8～2.0份；
甲基丙烯酸二甲胺乙酯或聚乙二醇单甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸羟基乙酯：4～8份；
潮气吸收复合物：5～10份；所述潮气吸收复合物由以下重量份的原料组成：醋酸乙烯酯共聚物30～40份、聚丙烯腈10～20份、聚丙烯酞胺15～30份、聚乙烯醇与环状酸酐反应而得到的改性聚乙烯醇15～25份。
2.根据权利要求1所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，其特征在于它是按以下方法制备得到的：
第一步：按原料份称取各原料；
第二步：将第一步中称取的低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃弹性体、聚乙烯蜡或石蜡、丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯加入密炼机进行共混，待粒料呈完全熔融状态后加入潮气吸收复合物、过氧化二异丙苯、抗氧剂168或抗氧化剂1010并使其均匀混合，然后加入碳黑、钛白粉混合均匀得到原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料；
第三步：将第二步得到的原料中压抗水树交联聚乙烯电缆料采用密炼机或者双阶式双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行挤出拉伸、热切、冷却、干燥包装得到中压抗水树交联聚乙烯电缆料成品。
3.抗水树交联聚乙烯电缆，具有单根导体及位于导体外的外护套，其特征在于导体外挤塑包覆有绝缘层、绝缘层外包覆有屏蔽层、屏蔽层外具有第一阻水层、第一阻水层外具有内护层、内护层外具有第二阻水层，外护套挤塑包覆在第二阻水层外；内护层及外护套的材料都为市售交联聚乙烯电缆料或实施实例1所述的中压抗水树交联聚乙烯电缆料，绝缘层与导体之间的最大间隙为0.1μm；从内护层向第一阻水层，第一阻水层是不透气及不透液的；在与电缆轴线垂直的任一横截面上：导体、绝缘层、屏蔽层三者的中心重合。
4.根据权利要求3所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的材料为铜或铝或合金。
5.根据权利要求4所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述导体的横截面积为1～6mm2。
6.根据权利要求5所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述绝缘层的材料为聚乙烯或聚氨酯。
7.根据权利要求6所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述屏蔽层的材料是钢带或铜带或铝带。
8.根据权利要求7所述的抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述第一阻水层的材料是聚乙烯或聚丙烯；所述绝缘层的厚度是0.6～1.0mm、第一阻水层的厚度是0.2～0.6mm、内护层的厚度是0.6～1.2mm、外护套的厚度是1.6～2.5mm；所述第二阻水层的材料是铝带或钢带或铜带，且所述第二阻水层是纵向包覆在内护层之外的，第二阻水层的两个端头是熔接在一起的，从外护套到内护套，第二阻水层是不透水的。
9.三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于它包含有三根权利要求3至权利要求8任意一项所述的抗水树交联聚乙烯电缆,三根抗水树交联聚乙烯电缆呈两两相切放置, 三根抗水树交联聚乙烯电缆外具有位置固定层、位置固定层外挤塑包覆有第三阻水层、第三阻水层外包覆有阻水护套。
10.根据权利要求9所述的三芯结构抗水树交联聚乙烯电缆，其特征在于所述位置固定层的材料是聚酯带或无纺布或阻水带；所述第三阻水层的材料是铝带或钢带或铜带；阻水护套的材料是高密度聚乙烯或交联聚乙烯或聚氨酯。
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