CN106128624B - 耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆 - Google Patents

耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆，属于电力设备技术领域。包括有导线线芯和接电线芯，在电缆内部设有根导线线芯和根接电线芯，所述的导线线芯和接电线芯的结构都是内部为镀锡铜丝，镀锡铜丝的外部包覆有绝缘层；在导线线芯和接电线芯的外部是由屏蔽层围绕，屏蔽层与导线线芯和接电线芯之间的空间是填充层，在屏蔽层的外部包覆有橡胶护套。本发明的电缆应用于高压电力工程中，具有线芯线损低、导电率高、弧垂小，导线与常规导线相比具有显著的低驰度的特性，允许工作温度高，载流量大，重量轻，耐腐蚀的优点。

Description

耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆
技术领域
本发明涉及一种耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆，属于电力设备技术领域。
背景技术
电线电缆在电力系统中作为输送、分配电能；各种电器设备间的连接之用；优点：1、电缆具有较好的机械强度、弯曲性能、防腐性能和较长的使用寿命，对周边环境影响较小；2、供电传输性能稳定、安全可靠、容量大；3、敷设方便-直埋、穿管、沟道、隧道、竖井（且无落差要求）均可，但不可长期浸泡在水中使用。
耐热与高温电缆的工作温度有其严格规定。按照国际电工委员会(IEC)对绝缘的耐热的等级划分标准，耐热电缆一般指工作温度为90-155℃及以下工作温度的电缆，而高温电缆则是180℃及以上的电缆。耐热和高温电线电缆一般是由两种需求决定的。其一、电线电缆环境温度较高，电缆在长期在高温下能够正常传输信号或电能；其二、电力传输电缆，以增加截流能力为主要目的。普通电缆在高温时易产生绝缘老化和焦烧现象，使用电缆受破坏而不能正常使用。高温电缆在额定高温下能够正常稳定地工作，信号或电能传输性能不受影响，还能保证电缆具有较长的使用寿命。这类功能电缆是一种最常见的高温电缆，使用特性也易于理解。增载型高温电缆，主要是在保证载流的前提下减小电缆外径和重量。一般来讲，电缆的工作温度越高，同样截面的电缆通过的载流量越大。因此增载型高温电缆在减轻重量方面优势明显。拿飞机和汽车为例，当工作温度从90℃升到155℃时，载流能力上升50%，电缆重量却要减轻一半。当然高截流的同时，大多数绝缘材料的电能损耗也会有所增加。
CN204423986U公开了一种复合型电力电缆，包括外护套层和依次设置在外护套层内的绝缘层、半导电内屏蔽层、导体和绝缘填充物；多根导体并列排布一起组合成中空环状截面，绝缘填充物填充在中空环状截面的中空处；所述的外护套层包括环形的聚四氟乙烯绝缘内套和环形的聚四氟乙烯绝缘外套，在聚四氟乙烯绝缘内套外壁上设有向外辐射的连接片，连接片呈矩形且沿所述聚四氟乙烯绝缘内套径向设置所述连接片环绕聚四氟乙烯绝缘内套外壁呈放射状设置。CN204516451U公开了一种高压输电电力电缆，包括三根线芯、绝缘层、屏蔽层、保护层；三根线芯两两相切，每根线芯外部均设置绝缘层；三根线芯的外部依次设置绝缘层、屏蔽层、保护层；还包括第一导线、第二导线、直流电源、电流检测单元、控制器单元、显示单元；第一导线与第二导线设置于保护层内部；第一导线、第二导线与线芯的长度相同。
但是上述的电缆材料存在着在高温下使用后表面的绝缘层出现老化的问题，影响到了电缆的使用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种耐高温的高压电力工程中使用的电缆，主要是对表面的护套橡胶的材质进行改进。
技术方案是：
耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆，包括有导线线芯和接电线芯，在电缆内部设有根导线线芯和根接电线芯，所述的导线线芯和接电线芯的结构都是内部为镀锡铜丝，镀锡铜丝的外部包覆有绝缘层；在导线线芯和接电线芯的外部是由屏蔽层围绕，屏蔽层与导线线芯和接电线芯之间的空间是填充层，在屏蔽层的外部包覆有橡胶护套；
橡胶护套是由按重量份计的如下组分所制成：天然橡胶30份、三元乙丙橡胶8～10份、氟橡胶3～6份、丁腈橡胶10～15份、聚醚改性氨基硅油10～15份、补强材料25～30份、交联剂1～5份、防老剂1～5份、促进剂1～5份、硫化剂1～8份、热稳定剂0.5～1份、溶剂5～10份。
所述的补强材料是由炭黑和无机填料按照重量份3～5：1混合而成。
所述的炭黑炭黑具有氮吸附比表面积为 20m2/g～100m2/g。
所述的防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂A、防老剂D、防老剂AW、防老剂4020、防老剂MB中的任意一种或任意两种以上按任意质量配比的混合。
所述的促进剂为促进剂NA-22、促进剂D、促进剂CZ、促进剂NOBS、促进剂DM、促进剂M、促进剂TMTD、促进剂TRA中的任意一种或任意两种以上按任意质量配比的混合。
所述的硫化剂可以采用的是硫化剂BP、DCBP、TBPB、DTPB、DCP或者DBPMH中的一种。
所述的热稳定剂选自受阻酚类大分子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂和烷酯类抗氧剂中的一种或多种。
所述溶剂为丙酮、乙醇、甲醇、石油醚、己烷、庚烷、汽油、二氯甲烷、四氯化碳中的任意一种或任意两种以上按任意质 量配比的混合。
制备方法，包括如下步骤：将各组分按配比加入高速混合机进行混合均匀，然后将上述混合物经精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出、拉条、冷却、切粒即可；其中：双螺杆挤出机的长径比为32～40，螺筒温度控制在150～230℃， 螺杆转速在200～600转/分钟。
有益效果
本发明的电缆应用于高压电力工程中，具有线芯线损低、导电率高、弧垂小，导线与常规导线相比具有显著的低驰度的特性，允许工作温度高，载流量大，重量轻，耐腐蚀的优点。
附图说明
图1是本发明提供的电力电缆的结构示意图；
其中，1、导线线芯；2、接电线芯；3、镀锡铜丝；4、绝缘层；5、填充层；6、屏蔽层；7、橡胶护套。
具体实施方式
本发明提供的电力电缆的结构如图1所示，在电缆内部设有3根导线线芯和1根接电线芯2，所述的导线线芯1和接电线芯2的结构都是内部为镀锡铜丝3，镀锡铜丝3的外部包覆有绝缘层4；在导线线芯1和接电线芯2的外部是由屏蔽层6围绕，屏蔽层6与导线线芯1和接电线芯2之间的空间是填充层5，在屏蔽层6的外部包覆有橡胶护套7。
本发明中采用的镀锡铜线拥有极之优良的可焊性，并且随着时间变化，可焊性仍保持良好，可长期储藏，另外镀锡铜线表面平滑、光亮、润泽，其具有性能稳定可靠，确保优质、高产的优点。
本发明中所在电缆结构上的屏蔽层，是一种改善电场分布的措施，由于电缆导体由多股导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位，并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。在绝缘表面和护套接触处，也可能存在间隙，电缆弯曲时，油纸电缆绝缘表面易造成裂纹，这些都是引起局部放电的因素。在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电。因为电力电缆通过的电流比较大，电流周围会产生磁场，为了不影响别的元件，所以加屏蔽层可以把这种电磁场屏蔽在电缆内。另外，屏蔽层可以起到一定的接地保护作用，如果电缆芯线内发生破损，泄露出来的电流可以顺屏蔽层流入接地网，起到安全保护的作用。
屏蔽层可以采用铝箔屏蔽层、铜网屏蔽层、镀锡铜网屏蔽层。
所述的绝缘层的材质是聚乙烯、聚氯乙烯或者丁苯橡胶。
电缆主要使用于野外环境时，橡胶护套的材质就显得关键，其材质可以采用如下的组分：
天然橡胶30份、三元乙丙橡胶8～10份、氟橡胶3～6份、丁腈橡胶10～15份、聚醚改性氨基硅油10～15份、补强材料25～30份、交联剂1～5份、防老剂1～5份、促进剂1～5份、硫化剂1～8份、热稳定剂0.5～1份、溶剂5～10份。
聚醚改性氨基硅油是通过如下方法制备得到的：S1，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入400g八甲基环四硅氧烷，搅拌，升温至115℃，加入催化剂四甲基氢氧化铵0.24g，保温半小时左右，加入偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧硅烷20.8g，控温在115℃左右6小时，得到了氨基硅油；S2，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入200g上述合成的氨基硅油， 150g聚乙二醇单甲醚，105g异丙醇，在80～92℃，进行回流反应，至反应物透明后，再继续保温四个小时，最后在0.01 MPa条件下降温减压脱去异丙醇，得到聚醚改性氨基硅油。
橡胶护套的材料制备方法是：将各组分按配比加入高速混合机进行混合均匀，然后将上述混合物经精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出、拉条、冷却、切粒即可；其中：双螺杆挤出机的长径比为32～40，螺筒温度控制在150～230℃， 螺杆转速在200～600转/分钟。
本发明的橡胶组合物中还包括有补强材料，补强填料不受限于任何特定类型，可使用能够实现期望的补强效果的任何类型的补强填料。其实例包括炭黑和无机填料。当炭黑用作补强填料时，炭黑的类型可以根据其应用适当地选择，其实 例包括FEF、GPF、SRF、HAF、N339、IISAF、ISAF和SAF。这些实例可以单独使 用或以其两种以上组合使用。炭黑的氮吸附比表面积不特别限定，并且可以根据其应用适当地选择。炭黑优选具有氮吸附比表面积为 20m2/g～100m2/g，和更优选为35 m2/g～80 m2/g。如果炭黑具有小于20 m2/g的氮吸附比表面积(N2SA)，则所得橡胶具有较低的耐久性，得到不足的耐裂纹生长性。可选择地，如果炭黑的氮吸附比表面积大于100 m2/g，则可能劣化低 损耗性并可能降低加工有效性。当无机填料用作补强填料时，无机填料的类型不特别限定，并且可以根 据其应用适当地选择。其实例包括二氧化硅、氢氧化铝、粘土、氧化铝、滑石、云母、高岭土、玻璃球、玻璃珠、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁、碳酸钙、 氧化镁、氧化钛、钛酸钾和硫酸钡。这些实例可以单独使用或以其两种以上 组合使用。在使用无机填料时，还可以适当地使用硅烷偶联剂。在优选的条件下，补强材料是由炭黑和无机填料按照重量份3～5：1混合而成。
本发明的橡胶组合物必要时可以与交联剂混合。交联剂不特别限定，并且可以根据其应用适当地选择。其实例包括硫系交联剂、有机过氧化物系交联剂、无机交联剂、聚胺交联剂、树脂交联剂、硫化合物系交联剂、肟-亚硝胺系交联剂和硫磺。其中，优选硫系交联剂作为轮胎用橡胶组合物。
硫化剂可以采用的是硫化剂BP、DCBP、TBPB、DTPB、DCP或者DBPMH中的一种。
除了上述之外，也可以包含硫化促进剂。硫化促进剂的实例包括：胍类化合物、醛-胺类化合物、醛-氨类化合物、噻唑类化合物、次磺酰胺类化合物、硫脲类化合物、秋兰姆类化合物、二硫代氨基甲酸盐类化合物和黄原酸盐类化合物。 更具体的，所述促进剂为促进剂NA-22、促进剂D、促进剂CZ、促进剂NOBS、促进剂DM、促进 剂M、促进剂TMTD、促进剂TRA中的任意一种或任意两种以上按任意质量配比的混合。
热稳定剂选自受阻酚类大分子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂和烷酯类抗氧剂中的一种或多种；更优选 地，所述热稳定剂是上述三种抗氧剂的联用；还更优选是下述三种的联用：抗 氧剂1010，四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(第一种)；抗氧剂168，三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(第二种)和抗氧剂DLTP，硫代二丙 酸双十二烷酯(第三种)；优选地，三种抗氧剂的比例为1:0.5～2:0.1～1。
上述组合物在制备时，为了使组分混合均匀，还可以加入溶剂，只要能够使各组合在混合、挤出时混合均匀，溶剂的种类不受限制，可以使用的有机溶剂的具体例，可以列举己烷、环己烷、庚烷等烷烃类、甲苯、二甲苯等芳香烃化合物、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、己醇、环己醇等醇类。另外，根据情况也可以使用甲乙酮、甲基异丁基酮、环庚酮、环己酮等酮类、乙醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚类、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯等酯化合物、乙腈等腈化合物等。作为特别优选的溶剂，有己烷、环己烷、庚烷等烷烃类，甲苯、二甲苯等芳香烃化合物。
此外，如果必要，可以根据其预期用途而使用任何已知的试剂如补强剂、软化剂、填料、助剂、着色剂、阻燃剂、润滑剂、发泡剂、增塑剂、加工助剂、抗氧化剂、防焦剂、紫外线保护剂、抗静电剂、色彩保护剂和 其它配混剂。
本发明的橡胶组合物的制造方法没有特别限定，将前述各成分均匀地混合即可。作为均匀混合的方法，可列举出例如捏合机、布拉本德密炼机、班伯里密炼机、密闭式混合机等切线式或啮合式的密闭式混炼机；单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、混合辊、滚筒等，通常可以以70～270℃的温度范围来进行。
橡胶样品1的制备：
橡胶组合物，由以下按重量份计的组分制备得到：天然橡胶30份、三元乙丙橡胶10份、氟橡胶6份、丁腈橡胶15份、聚醚改性氨基硅油10份、补强材料30份（炭黑与二氧化硅按照重量比5：1混合而成）、硫系交联剂5份、防老剂4010NA 5份、促进剂DM 5份、硫化剂TBPB 8份、热稳定剂（由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP按照重量比1:1:0.5混合而成）1份、溶剂乙醇10份；
将各组分按配比加入高速混合机进行混合均匀，然后将上述混合物经精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出、拉条、冷却、切粒即可；其中：双螺杆挤出机的长径比为40，螺筒温度控制在200℃， 螺杆转速在180转/分钟。
橡胶样品2的制备：
与样品1的区别是：未对聚醚改性氨基硅油进行改性，而是直接采用上述S1步骤得到的氨基硅油。
天然橡胶30份、三元乙丙橡胶10份、氟橡胶6份、丁腈橡胶15份、氨基硅油10份、补强材料30份（炭黑与二氧化硅按照重量比5：1混合而成）、硫系交联剂5份、防老剂4010NA 5份、促进剂DM 5份、硫化剂TBPB 8份、热稳定剂（由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP按照重量比1:1:0.5混合而成）1份、溶剂乙醇10份；
将各组分按配比加入高速混合机进行混合均匀，然后将上述混合物经精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出、拉条、冷却、切粒即可；其中：双螺杆挤出机的长径比为40，螺筒温度控制在200℃， 螺杆转速在180转/分钟。
将上述的样品直接用于性能测试，并将样品放置于70℃、60%RH湿度条件下放置10天后取出再次进行试验，如果如下：
从上表中可以看出，这种橡胶具有绝缘性好、耐高温性能好的优点；样品1中通过对氨基硅油进行改进，可以提高材料的耐高温性能，经过高温破坏后，绝缘性能未发生明显下降。

Claims (1)

1.耐高温的35kV以下交联绝缘镀锡铜丝电力电缆，其特征在于，包括有导线线芯和接电线芯（2），在电缆内部设有（3）根导线线芯和（1）根接电线芯（2），所述的导线线芯（1）和接电线芯（2）的结构都是内部为镀锡铜丝（3），镀锡铜丝（3）的外部包覆有绝缘层（4）；在导线线芯（1）和接电线芯（2）的外部是由屏蔽层（6）围绕，屏蔽层（6）与导线线芯（1）和接电线芯（2）之间的空间是填充层（5），在屏蔽层（6）的外部包覆有橡胶护套（7）；所述的橡胶护套（7）是由按重量份计的如下组分所制成：天然橡胶30份、三元乙丙橡胶10份、氟橡胶6份、丁腈橡胶15份、聚醚改性氨基硅油10份、补强材料30份、硫系交联剂5份、防老剂4010NA 5份、促进剂DM 5份、硫化剂TBPB 8份、热稳定剂1份、溶剂乙醇10份；所述的补强材料是由炭黑与二氧化硅按照重量比5：1混合而成；所述的热稳定剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP按照重量比1:1:0.5混合而成；
所述的聚醚改性氨基硅油是通过如下方法制备得到的：S1，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入400g八甲基环四硅氧烷，搅拌，升温至115℃，加入催化剂四甲基氢氧化铵0.24g，保温半小时左右，加入偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧硅烷20.8g，控温在115℃左右6小时，得到了氨基硅油；S2，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的1000ml三口烧瓶中，加入200g上述合成的氨基硅油， 150g聚乙二醇单甲醚，105g异丙醇，在80～92℃，进行回流反应，至反应物透明后，再继续保温四个小时，最后在0.01 MPa条件下降温减压脱去异丙醇，得到聚醚改性氨基硅油；
橡胶护套的制备方法包括如下步骤：将各组分按配比加入高速混合机进行混合均匀，然后将上述混合物经精密计量的喂料器送入双螺杆挤出机中，进行混炼、挤出、拉条、冷却、切粒即可；其中：双螺杆挤出机的长径比为40，螺筒温度控制在200℃， 螺杆转速在180转/分钟。
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