CN105679424B - 一种高压电力电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压电力电缆，包括电缆芯、内交联聚乙烯绝缘层、由交联聚乙烯和石墨烯导热粉体组成的绝缘导热层、外交联聚乙烯绝缘层、金属保护套、外保护套。所述高压电力电缆的绝缘结构由内交联聚乙烯绝缘层、绝缘导热层和外交联聚乙烯绝缘层组成的三层结构，其中位于中间的绝缘导热层将整个绝缘结构的导热性能提升了1.8~2.6倍；绝缘导热层与内交联聚乙烯绝缘层或外交联聚乙烯绝缘层之间结合牢固，避免出现分层以及绝缘导热层被击穿；金属保护套和散热保护层进一步改善电缆的散热性。所述高压电力电缆耐热性能优良，散热效果佳，可以长期在95~120℃的高温环境中工作应用。

Description

一种高压电力电缆
技术领域
本发明涉及一种高压电力电缆，属于电缆技术领域。
背景技术
电缆用以传输电(磁)能，信息和实现电磁能转换的线材产品，它可定义为：由下列部分组成的集合体；一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层，总保护层及外护层，电缆亦可有附加的没有绝缘的导体。用以传输电(磁)能，信息和实现电磁能转换的线材产品。
电力电缆的主要特征是：在导体外挤(绕)包绝缘层，如架空绝缘电缆，或几芯绞合(对应电力系统的相线、零线和地线)，如二芯以上架空绝缘电缆，或再增加护套层，如塑料/橡套电线电缆。主要的工艺技术有拉制、绞合、绝缘挤出(绕包)、成缆、铠装和护层挤出等，各种产品的不同工序组合有一定区别。
电力电缆主要用在发、配、输、变、供电线路中的强电电能传输，通过的电流大(几十安至几千安)、电压高(220V至35kV及以上)。
现有的一些高压电力电缆经常明敷在环境温度长期高于25℃的高温恶劣区域工作，而高压电力电缆由于要达到耐高压的需求，因此电缆的绝缘部分以及外保护部分的导热性有限，达不到快速散热的目的，线芯在90℃下长期工作时，交联电缆负荷升高，线芯温度升高，电缆受热膨胀，在电缆转弯处长期大负荷运行电缆蠕动力量很大，电缆绝缘部分与外保护部分之间容易老化分层，严重时甚至会发生电缆击穿。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种高压电力电缆，具体技术方案如下：
一种高压电力电缆，包括电缆芯、内交联聚乙烯绝缘层、由交联聚乙烯和石墨烯导热粉体组成的绝缘导热层、外交联聚乙烯绝缘层、金属保护套、外保护套，其中电缆芯的截面呈圆形结构；所述内交联聚乙烯绝缘层包覆于电缆芯的表面，内交联聚乙烯绝缘层的厚度与电缆芯的截面直径之间的比值为1:3.88；所述绝缘导热层包覆于内交联聚乙烯绝缘层的表面，绝缘导热层的厚度与内交联聚乙烯绝缘层的厚度直径的比值为1:2.65；所述外交联聚乙烯绝缘层包覆于绝缘导热层的表面，外交联聚乙烯绝缘层的厚度等于内交联聚乙烯绝缘层的厚度；所述金属保护套包覆于外交联聚乙烯绝缘层的表面，所述外保护套包覆于金属保护套的表面，外保护套的厚度与外交联聚乙烯绝缘层的厚度之间的比值为1.25:1。
作为上述技术方案的改进，所述电缆芯与内交联聚乙烯绝缘层之间还设置有半导电尼龙带层和半导电导体屏蔽层，半导电尼龙带层由半导电尼龙带在电缆芯上重叠绕包形成，半导电导体屏蔽层包覆于半导电尼龙带层的表面。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘导热层由1000重量份的交联聚乙烯和65重量份的石墨烯导热粉体经过混合均匀后再通过挤出成型制成；所述石墨烯导热粉体的粒径小于等于0.05毫米。
作为上述技术方案的改进，所述石墨烯导热粉体由石墨烯薄膜和环氧树脂胶水经过涂覆、烘干、粉碎制成；具体方法如下，在石墨烯薄膜的表面上涂覆一层环氧树脂胶水，然后在120℃下烘烤5分钟，冷却后放入粉碎机中制成粉体即得所述石墨烯导热粉体，其中石墨烯薄膜和环氧树脂胶水的用量按照重量比的比值为10:(25～28)。
作为上述技术方案的改进，所述环氧树脂胶水由70重量份的双酚A型环氧树脂、52～55重量份的E44型环氧树脂、85～95重量份的腰果酚改性胺固化剂、5～7重量份的双氰胺、6～8重量份的硅烷偶联剂混合均匀制成。
作为上述技术方案的改进，所述金属保护套的外表面设置有多个斜槽，斜槽在金属保护套的内部凸起部分为凸条。
作为上述技术方案的改进，所述外保护套内嵌入一圈散热保护层，散热保护层的截面面积与外保护套的截面面积之间的比值为1:4，散热保护层包括多根相互绞合的金属绳，金属绳的截面为“8”字形。
本发明所述高压电力电缆的绝缘结构由内交联聚乙烯绝缘层、绝缘导热层和外交联聚乙烯绝缘层组成的三层结构，其中位于中间的绝缘导热层将整个绝缘结构的导热性能提升了1.8～2.6倍；绝缘导热层与内交联聚乙烯绝缘层或外交联聚乙烯绝缘层之间结合牢固，避免出现分层以及绝缘导热层被击穿；金属保护套和散热保护层进一步改善电缆的散热性。本发明所述高压电力电缆耐热性能优良，散热效果佳，可以长期在95～120℃的高温环境中工作应用。
附图说明
图1为本发明所述高压电力电缆结构示意图；
图2为本发明所述金属保护套结构示意图；
图3为图2中A处局部放大图；
图4为本发明所述金属保护套结构示意图(俯视状态)；
图5为本发明所述金属绳截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1为本发明所述高压电力电缆结构示意图。所述高压电力电缆，包括电缆芯10、内交联聚乙烯绝缘层40、由交联聚乙烯和石墨烯导热粉体组成的绝缘导热层50、外交联聚乙烯绝缘层60、金属保护套70、外保护套80，其中电缆芯10的截面呈圆形结构；所述内交联聚乙烯绝缘层40包覆于电缆芯10的表面，为保证整个电缆的绝缘性，内交联聚乙烯绝缘层40的厚度与电缆芯10的截面直径之间的比值为1:3.88，例如直径为40毫米的电缆，电缆芯10的截面面积为400平方毫米，电缆芯10的直径22.6毫米，内交联聚乙烯绝缘层40的厚度为5.8毫米，误差为±0.1毫米，内交联聚乙烯绝缘层40由交联聚乙烯材料制成，主要起到绝缘作用。
所述绝缘导热层50包覆于内交联聚乙烯绝缘层40的表面，在保证绝缘导热层50的导热性以及避免其在高压下被击穿，绝缘导热层50需要有足够的厚度；但是绝缘导热层50够厚会导致绝缘导热层50与内交联聚乙烯绝缘层40或外交联聚乙烯绝缘层60之间的结合变差，同时成本也会上升，因此，绝缘导热层50的厚度与内交联聚乙烯绝缘层40的厚度直径的比值为1:2.65，例如内交联聚乙烯绝缘层40的厚度为5.8毫米，绝缘导热层50的厚度为2.2毫米，误差为±0.1毫米。所述外交联聚乙烯绝缘层60包覆于绝缘导热层50的表面，外交联聚乙烯绝缘层60的厚度等于内交联聚乙烯绝缘层40的厚度，例如内交联聚乙烯绝缘层40的厚度为5.8毫米，外交联聚乙烯绝缘层60的厚度为5.8毫米，误差为±0.1毫米，外交联聚乙烯绝缘层60的材质和内交联聚乙烯绝缘层40相同，都是由交联聚乙烯材料制成，主要起到绝缘作用，因此内交联聚乙烯绝缘层40、绝缘导热层50和外交联聚乙烯绝缘层60构成了一层绝缘结构；其中，绝缘导热层50的位置由于是居于外交联聚乙烯绝缘层60和内交联聚乙烯绝缘层40之间的中间位置，其作用是一方面需要粘合外交联聚乙烯绝缘层60和内交联聚乙烯绝缘层40，避免高压击穿，还需要具有优良的导热能力将电缆芯10内产生的大量热量迅速传递出去，避免由于绝缘结构过厚导热的散热不良。
为保证绝缘导热层50与外交联聚乙烯绝缘层60或内交联聚乙烯绝缘层40之间的结合力达到最优，避免后续由于高温、老化导致分层，绝缘导热层50的主体材料也选择交联聚乙烯，添加导热性能优异的石墨烯导热粉体来改善绝缘导热层50的散热性。绝缘导热层50制作方法的一个具体实施例如下：
1)、称取70Kg的双酚A型环氧树脂、53Kg的E44型环氧树脂、88Kg的腰果酚改性胺固化剂、6.5Kg的双氰胺、7.2Kg的硅烷偶联剂混合均匀制成环氧树脂胶水；其中需要注意的是环氧树脂胶水需即配即用，配置完成后在30分钟内使用完毕，不然就会因为初步固化导致报废；
2)、裁取一卷50Kg的石墨烯薄膜，在其的表面上涂覆一层环氧树脂胶水，环氧树脂胶水的用量为134Kg，误差在±0.5Kg，然后在120℃下烘烤5分钟，冷却后放入粉碎机中制成粒径小于等于0.05毫米的粉体即得所述石墨烯导热粉体；
3)、称取1000Kg的交联聚乙烯和65Kg的石墨烯导热粉体，将其混合均匀后，再通过挤出成型即制成绝缘导热层50。
由于绝缘导热层50的主体材料为交联聚乙烯，与外交联聚乙烯绝缘层60或内交联聚乙烯绝缘层40之间的结合牢固，避免长时间的高温导致绝缘结构内部出现老化、分层；由石墨烯薄膜为主体材料制成的石墨烯导热粉体改善了交联聚乙烯导热性的不足，利用环氧树脂胶水对粉体状石墨烯材料(石墨烯薄膜粉碎成粉状的材料)进行表面处理，来改善石墨烯导热粉体在绝缘导热层50内部的分散性以及粉体状石墨烯材料与交联聚乙烯之间的结合力。在腰果酚改性胺固化剂的作用下，环氧树脂胶水初步固化速率快，双氰胺的作用是使得在挤出成型时，环氧树脂胶水进一步固化，使得石墨烯导热粉体在交联聚乙烯流动，促使其分散均匀以及环氧树脂胶水与交联聚乙烯之间结合的更牢固；硅烷偶联剂改善粉体状石墨烯材料与双酚A型环氧树脂、E44型环氧树脂之间的结合，E44型环氧树脂用来降低成本。
绝缘导热层50的导热性是外交联聚乙烯绝缘层60、内交联聚乙烯绝缘层40的6～10倍，导热性能优异，使得整个绝缘结构的导热性能提升了1.8～2.6倍，极大的改善了电缆的散热性。
所述金属保护套70包覆于外交联聚乙烯绝缘层60的表面，所述外保护套80包覆于金属保护套70的表面；为了有效保护外交联聚乙烯绝缘层60和金属保护套70，外保护套80的厚度与外交联聚乙烯绝缘层60的厚度之间的比值为1.25:1，例如外交联聚乙烯绝缘层60的厚度为5.8毫米，外保护套80的厚度7.3毫米，误差为±0.1毫米。
为了进一步地确保电缆的电缆芯10表面电场均匀，防止电场畸变，避免绝缘层内表产生局部放电；所述电缆芯10与内交联聚乙烯绝缘层40之间还设置有半导电尼龙带层20和半导电导体屏蔽层30，半导电尼龙带层20由半导电尼龙带在电缆芯10上重叠绕包形成，半导电导体屏蔽层30包覆于半导电尼龙带层20的表面。半导电导体屏蔽层30的材料以聚乙烯为基料加碳黑组成。在制作电缆过程中，半导电尼龙带层20中的半导电尼龙带的重叠率应不少20％，并且要求半导电尼龙带绕包平整光滑，不能存在漏包缺陷，以达到进一步地确保电缆芯10表面电场的均匀，防止电场畸变，避免产生局部放电，从而提高电缆绝缘耐压水平。与此同时，在生产过程中，始终保持半导电导体屏蔽层30表面的洁净与完好，以及无灰尘污染和刮破缺陷。
为进一步发挥金属保护套70的固定结合效果以及传热效果，如图2～3所示，图2为本发明所述金属保护套结构示意图，图3为图2中A处局部放大图，图4为本发明所述金属保护套结构示意图(俯视状态)。所述金属保护套70的外表面设置有多个斜槽71，斜槽71在金属保护套70的内部凸起部分为凸条72。其中，金属保护套70优选为铜制材料，如铜合金材料，利用冲压技术加工斜槽71和凸条72，加工制作方法简单、易操作；斜槽71和凸条72进一步改善金属保护套70与外保护套80之间的结合效果以及传热效果。
为进一步提高电缆的散热性，所述外保护套80内嵌入一圈散热保护层90，散热保护层90的截面面积与外保护套80的截面面积之间的比值为1:4，散热保护层90包括多根相互绞合的金属绳91，金属绳91的截面为“8”字形(如图5所示)。由金属绳91相互绞合而成的散热保护层90具有铠装保护的作用，与外保护套80之间结合得更牢固；并且由于金属绳91的截面形状为“8”字形，在绞合过程中，金属绳91与金属保护套70的径向或且向之间为处于非垂直状态，电缆内部的热量发散方向大部分为径向传递，因此使得金属绳91能更快速的将热量向外发散，当电缆发散扭曲或者弯曲时，散热保护层90的这种结构更利于电缆的扭曲或者弯曲。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高压电力电缆，其特征在于：包括电缆芯(10)、内交联聚乙烯绝缘层(40)、由交联聚乙烯和石墨烯导热粉体组成的绝缘导热层(50)、外交联聚乙烯绝缘层(60)、金属保护套(70)、外保护套(80)，其中电缆芯(10)的截面呈圆形结构；所述内交联聚乙烯绝缘层(40)包覆于电缆芯(10)的表面，内交联聚乙烯绝缘层(40)的厚度与电缆芯(10)的截面直径之间的比值为1:3.88；所述绝缘导热层(50)包覆于内交联聚乙烯绝缘层(40)的表面，绝缘导热层(50)的厚度与内交联聚乙烯绝缘层(40)的厚度直径的比值为1:2.65；所述外交联聚乙烯绝缘层(60)包覆于绝缘导热层(50)的表面，外交联聚乙烯绝缘层(60)的厚度等于内交联聚乙烯绝缘层(40)的厚度；所述金属保护套(70)包覆于外交联聚乙烯绝缘层(60)的表面，所述外保护套(80)包覆于金属保护套(70)的表面，外保护套(80)的厚度与外交联聚乙烯绝缘层(60)的厚度之间的比值为1.25:1；所述绝缘导热层(50)由1000重量份的交联聚乙烯和65重量份的石墨烯导热粉体经过混合均匀后再通过挤出成型制成；所述石墨烯导热粉体的粒径小于等于0.05毫米；所述石墨烯导热粉体由石墨烯薄膜和环氧树脂胶水经过涂覆、烘干、粉碎制成，具体方法如下，在石墨烯薄膜的表面上涂覆一层环氧树脂胶水，然后在120℃下烘烤5分钟，冷却后放入粉碎机中制成粉体即得所述石墨烯导热粉体，其中石墨烯薄膜和环氧树脂胶水的用量按照重量比的比值为10:(25～28)。
2.根据权利要求1所述的一种高压电力电缆，其特征在于：所述包括电缆芯(10)与内交联聚乙烯绝缘层(40)之间还设置有半导电尼龙带层(20)和半导电导体屏蔽层(30)，半导电尼龙带层(20)由半导电尼龙带在电缆芯(10)上重叠绕包形成，半导电导体屏蔽层(30)包覆于半导电尼龙带层(20)的表面。
3.根据权利要求1所述的一种高压电力电缆，其特征在于：所述环氧树脂胶水由70重量份的双酚A型环氧树脂、52～55重量份的E44型环氧树脂、85～95重量份的腰果酚改性胺固化剂、5～7重量份的双氰胺、6～8重量份的硅烷偶联剂混合均匀制成。
4.根据权利要求1所述的一种高压电力电缆，其特征在于：所述金属保护套(70)的外表面设置有多个斜槽(71)，斜槽(71)在金属保护套(70)的内部凸起部分为凸条(72)。
5.根据权利要求1所述的一种高压电力电缆，其特征在于：所述外保护套(80)内嵌入一圈散热保护层(90)，散热保护层(90)的截面面积与外保护套(80)的截面面积之间的比值为1:4，散热保护层(90)包括多根相互绞合的金属绳(91)，金属绳(91)的截面形状为“8”字形。
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Denomination of invention: High-voltage power cable

Effective date of registration: 20180417

Granted publication date: 20170426

Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd

Pledgor: Anhui Mingfu Cable Co. Ltd.

Registration number: 2018340000111

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Granted publication date: 20170426

Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: ANHUI MINGFU CABLE Co.,Ltd.

Registration number: 2018340000111