CN105047277A - 抗水树低压绝缘电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗水树低压绝缘电缆，属于抗水树电缆领域，用于输电，其包括导体，还包括绝缘层、内屏蔽层、绕包层、绝缘防护层、外屏蔽层、铠甲层和防水层及填充物，其中绝缘层位于导体的外表面，导体环绕排列后经过内屏蔽层包覆形成导体束，绕包层将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层的外层依次设有绝缘防护层、外屏蔽层、铠甲层和防水层，填充物填充于绕包层与导体形成的导体束间的空隙。鉴于上述技术方案，本发明能够减少因水树现象造成的电缆击穿损坏的现象，延长电缆的使用寿命，提高电缆的绝缘性、力学性能和电气性能。

Description

抗水树低压绝缘电缆

技术领域

本发明属于抗水树电缆领域，具体地说，尤其涉及一种抗水树绝缘电缆。

背景技术

塑料电力电缆由于铺设容易、价格低廉、加工方便、介电性能和机械性能好，被广泛应用于输配电工程中。而这种以挤塑电介质为绝缘主体的电力电缆安装在有水或极可能与水接触的地下时，当有机聚合物材料在液态或汽态水存在的情况下长期处于电场作用时，沿电场方向会出现含水微孔相连的水树枝网络结构，从而极大地影响了电力电缆的使用寿命，特别是中低压电缆可能由于局部出现被称为“水树”的网络结构而产生介质击穿，从而导致电缆破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗水树低压绝缘电缆，其能够有效地减少电缆在潮湿环境及制造工艺的影响下由于电缆长时间通电造成绝缘结构形成细微通道的现象，延长电缆的使用寿命，提高电缆的绝缘性、力学性能和电气性能，减少电缆遭受击穿破坏的发生概率。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明中所述的抗水树低压绝缘电缆，包括导体，还包括绝缘层、内屏蔽层、绕包层、绝缘防护层、外屏蔽层、铠甲层和防水层及填充物，其中绝缘层位于导体的外表面，导体环绕排列后经过内屏蔽层包覆形成导体束，绕包层将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层的外层依次设有绝缘防护层、外屏蔽层、铠甲层和防水层，填充物填充于绕包层与导体形成的导体束间的空隙。

进一步地讲，本发明中所述的绝缘层采用抗水树交联聚乙烯材料，所述内屏蔽层采用由镍含量为65％～70％重量分数的镍钢丝及0.5mm～1mm的无取向硅钢丝按照间隔排列、螺旋缠绕的方式缠绕于绝缘层上，并且在内屏蔽层上的镍钢丝与无取向硅钢丝上覆盖有表面绝缘电阻在40Ω～45Ω的绝缘漆层。

进一步地讲，本发明中所述的绕包层包括玻璃纤维及聚酰胺材料、铝带及表面涂料组成，所述玻璃纤维与聚酰胺材料采用经线与纬线编织的方法编织成绕包层的内层；所述铝带与内层之间采用UV-交联型丙烯酸酯胶粘剂进行粘连，所述表面涂料由以下重量份的成分组成聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝2-4份、三氧化二锑3-5份、三聚氰胺7-9份、二硅酸钠16-18份、钛白粉2-5份、硼酸15-25份、光稳定剂UV-91-3份；DOP25-30份；尿素4-6份；氧化锌15-18份。

进一步地讲，本发明中所述的绝缘防护层由低烟无卤交联绝缘材料和低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘聊通过挤压制成。

进一步地讲，本发明中所述的外屏蔽层包括铜丝编织网、铝箔及交联聚乙烯层，所述铜丝编织网、铝箔均内嵌于交联聚乙烯层内。

进一步地讲，本发明中所述的防水层由以下重量份的成份组成：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.15～0.4份的无机多孔粒子15～20份、马来酸酐接枝EVA聚合物2～6份、抗氧剂3000.4～0.8份、苯基甲基聚硅氧烷0.05～1份、过氧化苯甲酰1.5～3份。

进一步地讲，本发明中所述的填充物由以下重量份的原材料制成：丙烯酸酯橡胶ACM35～50份、高密度聚乙烯5～10份、低密度聚乙烯10～15份、氮磷膨胀型阻燃剂3～5份、丙烯酸钠盐1～2份、石蜡25～30份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够有效地减少电缆在潮湿环境及制造工艺的影响下由于电缆长时间通电造成绝缘结构形成细微通道的现象，延长电缆的使用寿命，提高电缆的绝缘性、力学性能和电气性能，减少电缆遭受击穿破坏的发生概率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、导体；2、绝缘层；3、内屏蔽层；4、绕包层；5、绝缘防护层；6、外屏蔽层；7、铠甲层；8、防水层；9、填充物。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。

实施例1：一种抗水树低压绝缘电缆，包括导体1，还包括绝缘层2、内屏蔽层3、绕包层4、绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8及填充物9，其中绝缘层2位于导体1的外表面，导体1环绕排列后经过内屏蔽层3包覆形成导体束，绕包层4将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层4的外层依次设有绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8，填充物9填充于绕包层4与导体1形成的导体束间的空隙。

实施例2：一种抗水树低压绝缘电缆，包括导体1，还包括绝缘层2、内屏蔽层3、绕包层4、绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8及填充物9，其中绝缘层2位于导体1的外表面，导体1环绕排列后经过内屏蔽层3包覆形成导体束，绕包层4将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层4的外层依次设有绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8，填充物9填充于绕包层4与导体1形成的导体束间的空隙。所述绝缘层2采用抗水树交联聚乙烯材料，所述内屏蔽层3采用由镍含量为68％重量分数的镍钢丝及0.8mm的无取向硅钢丝按照间隔排列、螺旋缠绕的方式缠绕于绝缘层2上，并且在内屏蔽层3上的镍钢丝与无取向硅钢丝上覆盖有表面绝缘电阻在42Ω的绝缘漆层。

实施例3：所述绕包层4包括玻璃纤维及聚酰胺材料、铝带及表面涂料组成，所述玻璃纤维与聚酰胺材料采用经线与纬线编织的方法编织成绕包层4的内层；所述铝带与内层之间采用UV-交联型丙烯酸酯胶粘剂进行粘连，所述表面涂料由以下重量份的成分组成聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝3.5份、三氧化二锑4.5份、三聚氰胺8份、二硅酸钠16.8份、钛白粉3.5份、硼酸20份、光稳定剂UV-92.5份；DOP28份；尿素5份；氧化锌17份。其余结构与实施例2相同。

实施例4：一种抗水树低压绝缘电缆，包括导体1，还包括绝缘层2、内屏蔽层3、绕包层4、绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8及填充物9，其中绝缘层2位于导体1的外表面，导体1环绕排列后经过内屏蔽层3包覆形成导体束，绕包层4将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层4的外层依次设有绝缘防护层5、外屏蔽层6、铠甲层7和防水层8，填充物9填充于绕包层4与导体1形成的导体束间的空隙。所述绝缘层2采用抗水树交联聚乙烯材料，所述内屏蔽层3采用由镍含量为67％重量分数的镍钢丝及0.6的无取向硅钢丝按照间隔排列、螺旋缠绕的方式缠绕于绝缘层2上，并且在内屏蔽层3上的镍钢丝与无取向硅钢丝上覆盖有表面绝缘电阻在40Ω～45Ω的绝缘漆层。所述绕包层4包括玻璃纤维及聚酰胺材料、铝带及表面涂料组成，所述玻璃纤维与聚酰胺材料采用经线与纬线编织的方法编织成绕包层4的内层；所述铝带与内层之间采用UV-交联型丙烯酸酯胶粘剂进行粘连，所述表面涂料由以下重量份的成分组成聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝3份、三氧化二锑4份、三聚氰胺8份、二硅酸钠16.8份、钛白粉4份、硼酸20份、光稳定剂UV-91.5份；DOP28份；尿素5份；氧化锌17份。所述绝缘防护层由低烟无卤交联绝缘材料和低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘聊通过挤压制成。所述外屏蔽层6包括铜丝编织网、铝箔及交联聚乙烯层，所述铜丝编织网、铝箔均内嵌于交联聚乙烯层内。所述防水层8由以下重量份的成份组成：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.3份的无机多孔粒子18份、马来酸酐接枝EVA聚合物3份、抗氧剂3000.6份、苯基甲基聚硅氧烷0.08份、过氧化苯甲酰2份。所述填充物9由以下重量份的原材料制成：丙烯酸酯橡胶ACM41份、高密度聚乙烯5～10份、低密度聚乙烯12.5份、氮磷膨胀型阻燃剂4份、丙烯酸钠盐1.6份、石蜡28份。

鉴于上述实施例，本发明在制造与使用过程中，内屏蔽层3与外屏蔽层6能够充分组织电缆产生的电场对电缆绝缘性能材料的影响，且在各个层结构中均相应地增加了消减电场作用的材料，从而达到消除产生水树的因素之一的电场作用。

在本发明中，构成内屏蔽层的镍钢丝中镍的含量数值范围在65％～70％，其中可以优选为65％、68％、70％三个数值范围的镍含量，与无取向硅钢丝进行间隔排列后按照螺旋缠绕的方式缠绕于绝缘层2上，从而第一步消弱绝缘层2内的导体1在通电过程中产生的电场。

对于本发明中的绕包层4，主要由玻璃纤维及聚酰胺材料制成内层，玻璃纤维与聚酰胺具有一定的强度和韧性，能够将导线束充分缠绕紧固，铝带与上述形成的内层之间通过UV-交联型丙烯酸酯胶粘剂进行粘连，进一步保证绕包层的结构稳定性，由于绕包层内含有金属物质铝箔，为了保证电力输电过程中的安全性，需要在其表面覆盖绝缘涂料，也就是本发明中所述的表面涂料，所述表面涂料包括聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝2-4份、三氧化二锑3-5份、三聚氰胺7-9份、二硅酸钠16-18份、钛白粉2-5份、硼酸15-25份、光稳定剂UV-91-3份；DOP25-30份；尿素4-6份；氧化锌15-18份。其中，上述组分的成分可以进一步地优选为下述含量：

第一种：聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝2份、三氧化二锑3份、三聚氰胺7份、二硅酸钠16份、钛白粉2份、硼酸15份、光稳定剂UV-91份；DOP25份；尿素4份；氧化锌15份。

第二种：聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝4份、三氧化二锑5份、三聚氰胺9份、二硅酸钠18份、钛白粉5份、硼酸25份、光稳定剂UV-93份；DOP30份；尿素6份；氧化锌18份。

第三种：聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝3份、三氧化二锑4份、三聚氰胺8份、二硅酸钠17份、钛白粉4份、硼酸18份、光稳定剂UV-92份；DOP28份；尿素5份；氧化锌16份。

按照上述重量份的成分制成的表面涂料，具有成本低廉、防火性能好，能够在高温环境下阻止电缆绝缘层的燃烧，充分保证电缆在输电运行中的安全性。具体对比效果如下：

	表干时间	附着力/级(画圈法)	硬度％	耐火性(700℃)
					第一种含量	1.8h	小于2级	0.7	45min
第二种含量	1.6h	小于2级	0.7	50min
					第三种含量	1.7h	小于2级	0.7	48min
市售产品	3h	小于3级	0.5	35min

对于造成水树的另一个因素：潮湿的环境，在本发明中使用了防水层8，所述防水层8由以下重量份的成分制成，其中重量份可以优选为以下几种情况：

第一种：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.15份的无机多孔粒子15份、马来酸酐接枝EVA聚合物2份、抗氧剂3000.4份、苯基甲基聚硅氧烷0.05份、过氧化苯甲酰1.5份。

第二种：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.4份的无机多孔粒子20份、马来酸酐接枝EVA聚合物6份、抗氧剂3000.8份、苯基甲基聚硅氧烷1份、过氧化苯甲酰3份。

第三种：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.3份的无机多孔粒子18份、马来酸酐接枝EVA聚合物4份、抗氧剂3000.6份、苯基甲基聚硅氧烷0.08份、过氧化苯甲酰2份。

上述成份组成的防水层8无机多孔粒子与低密度聚乙烯形成强的界面区约束分子链段的运动，降低水分子在纳米抗水树聚烯烃电缆料中的扩散，两方面综合作用有效的抑制抗水树型聚烯烃电缆料中水树的引发和生长，使本发明制备的抗水树型电缆绝缘料在保证常规交联聚乙烯绝缘料的介电、力学、耐热等性能基础上，具有水树引发率低，树枝长度小的特点。

本发明中所述的填充物具有较高的绝缘性能，在保证电缆外观不变形的情况下，保证电缆运行的稳定性。

在试验对比后，本发明中沿电场线方向和垂直于电场线方向的水树长度都有所减小，具有优越的抗水树性能；相对于传统的电缆其绝缘性能和弹性模量能够提高35％，降低40％的电缆因水树造成击穿的概率。

Claims (7)

1.一种抗水树低压绝缘电缆，包括导体(1)，其特征在于：还包括绝缘层(2)、内屏蔽层(3)、绕包层(4)、绝缘防护层(5)、外屏蔽层(6)、铠甲层(7)和防水层(8)及填充物(9)，其中绝缘层(2)位于导体(1)的外表面，导体(1)环绕排列后经过内屏蔽层(3)包覆形成导体束，绕包层(4)将环绕排列的导体束进行包覆缠绕，在绕包层(4)的外层依次设有绝缘防护层(5)、外屏蔽层(6)、铠甲层(7)和防水层(8)，填充物(9)填充于绕包层(4)与导体(1)形成的导体束间的空隙。

2.根据权利要求1所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述绝缘层(2)采用抗水树交联聚乙烯材料，所述内屏蔽层(3)采用由镍含量为65％～70％重量分数的镍钢丝及0.5mm～1mm的无取向硅钢丝按照间隔排列、螺旋缠绕的方式缠绕于绝缘层(2)上，并且在内屏蔽层(3)上的镍钢丝与无取向硅钢丝上覆盖有表面绝缘电阻在40Ω～45Ω的绝缘漆层。

3.根据权利要求2所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述绕包层(4)包括玻璃纤维及聚酰胺材料、铝带及表面涂料组成，所述玻璃纤维与聚酰胺材料采用经线与纬线编织的方法编织成绕包层(4)的内层；所述铝带与内层之间采用UV-交联型丙烯酸酯胶粘剂进行粘连，所述表面涂料由以下重量份的成分组成聚氯乙烯树脂80份、三氧化二铝2-4份、三氧化二锑3-5份、三聚氰胺7-9份、二硅酸钠16-18份、钛白粉2-5份、硼酸15-25份、光稳定剂UV-91-3份；DOP25-30份；尿素4-6份；氧化锌15-18份。

4.根据权利要求3所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述绝缘防护层(5)由低烟无卤交联绝缘材料和低烟无卤阻燃交联聚烯烃绝缘聊通过挤压制成。

5.根据权利要求4所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述外屏蔽层(6)包括铜丝编织网、铝箔及交联聚乙烯层，所述铜丝编织网、铝箔均内嵌于交联聚乙烯层内。

6.根据权利要求5所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述防水层(8)由以下重量份的成份组成：低密度聚乙烯80份、含有硅烷偶联剂0.15～0.4份的无机多孔粒子15～20份、马来酸酐接枝EVA聚合物2～6份、抗氧剂3000.4～0.8份、苯基甲基聚硅氧烷0.05～1份、过氧化苯甲酰1.5～3份。

7.根据权利要求6所述的抗水树低压绝缘电缆，其特征在于：所述填充物(9)由以下重量份的原材料制成：丙烯酸酯橡胶ACM35～50份、高密度聚乙烯5～10份、低密度聚乙烯10～15份、氮磷膨胀型阻燃剂3～5份、丙烯酸钠盐1～2份、石蜡25～30份。