CN106373646B - 一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆,其结构为:由三根由导体、半导电尼龙带、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽蒸汽连硫三层共挤的交联线芯构成的主线芯;三根由导体、半导电料蒸汽连硫挤包在导体表面构成的地线芯以及缆芯间隙半导电填充,绞合构成缆芯;缆芯外依次施加隔离带、内护套、纤维编织加强件、外护套至成品电缆;所述导体采用的是镀锡退火软铜导体,镀锡退火软铜导体单丝更细,单丝的直径范围为0.1~0.41mm。本电缆制造方法,步骤包括制造主线芯、地线芯;制造缆芯;绕包离带;挤包内护套,编织加强层、蒸汽连硫挤包或辐照交联型外护套。采用本方法制得的电缆,能满足设计和使用要求,同时,合格率达到99%以上。
Description
技术领域
本技术方案属于电力电缆技术领域,具体是一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆及其制造方法。
背景技术
现有技术中,各大城市积极建设地铁、轻轨、火车等轨道交通工程,促使隧道掘进用盾构机产业的迅速发展用。掘进盾构设备的工作环境和使用要求特殊,施工的地质环境差异明显,而国内现有掘进盾构设备专用中压电缆不能完全适应不同工况下的施工要求,如电缆易破损、老化快易开裂、耐气侯性能差,耐环境适应性差、柔软性能差,影响实际使用安全。
伴随着内陆2.0MW以上、沿海大功率等风力发电机组的发展,势必要求风力发电系统各装置之间电缆容量进一步提升,大功率、大容量风机的特点是风机发出的电直接经机舱顶端变压器升压之后再从机舱经塔筒传输到下部线路,系统要求电缆电压等级提升,1.8/3kV乙丙绝缘耐扭型电缆已完全不能满足使用要求。大功率风力发电机组已对电缆提出更高的要求:耐高压、耐低温、抗拉、耐扭转、柔软等要求。
采矿业技术走在行业尖端的澳洲,要求配套的电缆尤其在恶劣的露天工作区域,能满足高负荷、反复卷绕、拖曳场合使用,国内品牌质量在国际上无认可度。
外销产品的扩大,港口集装箱吞吐量影响着整个港口的运作,小部件中中压港机电缆稳定性是决定设备稳定运行的关键,最快运行速度要求1分钟300米的高频率往复运动极限,以及户外使用中耐紫外线、耐磨、抗拉、拖曳、高电压、高负荷工作强度,都是对电缆的考验。
而我国装备配套电缆的可靠性和稳定性仍然不强,国内制造装备领域用电缆不得不走引进路线、依赖进口;采购周期长、成本高,严重制约国内装备制造行业的发展技术水平。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本技术方案提出一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆,其结构是,自内而外,由缆芯、隔离带、内护套、编织加强层和外护套依次包裹构成;
内、外护套间设有加强件编织,内护套均匀挤包在缆芯隔离带表面,其中:
——所述缆芯11是由多根主线芯6、多根地线芯9和半导电填充10绞合构成;主线芯的数量与地线芯的数量相同;每两根主线芯由一根地线芯间隔,围绕轴线成中心对称;半导电填充10在轴线位置;
——单根主线芯自内而外,由主线芯导体1、半导电布带绕包层2、导体屏蔽层3、绝缘层4和半导电绝缘屏蔽层5依次包裹构成;
导体屏蔽层3、绝缘层4和半导电绝缘屏蔽层5为三层共挤结构包裹在半导电布带绕包层2表面上,构成单根主线芯6;
——单根地线芯自内而外,由地线芯导体7和半导电层8构成,半导电层8挤包在镀锡铜导体7外表面上,组成单根地线芯9;
所述隔离带是无石棉耐火阻燃隔离带;无石棉耐火阻燃隔离带绕包在缆芯外,搭盖率范围15mm~30mm。
进一步,所述缆芯是11由三根主线芯6、三根地线芯9和半导电填充10绞合构成;半导电填充为混合有导电炭黑的EVA橡胶条。其中单根主线芯的导体截面与地线芯的导体截面最小比:5:1,半导电橡胶条的直径选取等于主线芯外径、地线芯外径得出的内切圆的直径大小。
进一步,所述主线芯导体1是镀锡软铜导体,所述地线芯导体7是镀锡软铜导体。
所述动力线芯导体1和地线芯导体7都是由多股退火镀锡铜单丝先束合再绞合构成;多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层镀锡铜单丝的绞合节距不大于绞合后外径的8倍;退火镀锡铜导体单丝的直径范围为0.1~0.41mm。
进一步,所述半导电布带绕包层由半导电尼龙带重叠绕包构成;半导电尼龙带表面电阻小于50Ω,绕包搭盖宽度不小于20mm。
进一步,所述导体屏蔽层3是交联型EVA中文名称:乙烯-醋酸乙烯共聚物导体屏蔽层;所述绝缘层4是中压乙丙橡胶绝缘层;所述半导电绝缘屏蔽层5是可剥离交联型EVAEVA中文名称:乙烯-醋酸乙烯共聚物半导电绝缘屏蔽层;导体屏蔽层厚度范围为0.6~1.0mm;绝缘层厚度范围为2.8~5.5mm,绝缘屏蔽层厚度范围为0.6~1.0mm。
导体屏蔽层具有低的电阻率,电阻率实测值0.042Ω.m,优于国家、国际标准中不大于1000Ω.m要求。
半导电绝缘屏蔽层为具有低的电阻率、可剥离型EVA材料,电阻率实测值0.050Ω.m,优于国家、国际标准中不大于500Ω.m要求。绝缘屏蔽剥离力实测值15N。
进一步,所述半导电层8是混合有导电炭黑的EVA橡胶半导电层;半导电层的厚度范围为0.5~2.5mm。
上述导电炭黑主要由适量的EVA材料、导电炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂等构成;导电炭黑选取高品质的炭黑、选用合理的材料含量组成成分,解决材料电阻率、以及加工压扁变形问题。
进一步,所述缆芯是11由三根主线芯6、三根地线芯9和半导电填充10绞合构成;半导电填充为混合有导电炭黑的EVA橡胶条。其中单根主线芯的导体截面与地线芯的导体截面最小比:5:1,半导电橡胶条的直径选取等于主线芯外径、地线芯外径得出的内切圆的直径大小。
进一步,隔离带12是无石棉耐火阻燃隔离带;无石棉耐火阻燃隔离带厚度一般可选0.5mm或0.25mm任一种。
进一步,所述内护套13为氯磺化聚乙烯内护套、氯丁内护套或氯化聚乙烯内护套;内护套厚度为1.0mm。内护套以挤包内切于主线芯、地线芯表面,填满缆芯缝隙,挤包厚度以1.0mm为宜。
进一步,所述编织加强层是涤纶丝编织加强层14;每股编织丝直径约0.5mm,编织节距不大于100mm。编织丝增加电缆的径向的拉力;编织节距尽可能小,解决大截面、大外径电缆弯曲时,电缆柔软弯曲性能。
进一步,外护套15为氯磺化聚乙烯外护套、氯丁外护套或氯化聚乙烯外护套;外护套的透过编织加强件层的网孔与内护套紧密粘合。
外护套的挤包后电缆表面无编织加强层痕迹,必须确保电缆圆整、光洁,根据电缆规格范围,主线芯70mm2及以下外护套挤包厚度以3.0mm适宜,主线芯70mm2以上外护套挤包厚度以4.0mm适宜。
为具体说明,上述交联型EVA(中文名称:乙烯-醋酸乙烯共聚物)主要由适量的EVA材料、导电炭黑、交联剂、润滑剂和抗氧剂构成。
其主要优点:
1、三个主线芯和三个地线芯同心式绞合成缆芯,三大三小缆芯结构稳定,结构对称,使用寿命长。
2、三个主线芯和三个地线芯绞合成缆芯,具有高电性能,各线芯分担电力负荷,适应最高额度电压20kV的要求,安全性好;
3、导体屏蔽层、绝缘层和半导电绝缘屏蔽层挤包在半导电绕包带2外表面,半导电尼龙带具有低表面电阻,实测电阻小于50Ω。使主线芯具有较高的屏蔽性和安全性;
4、中压乙丙橡胶构成的绝缘层符合最高额度电压20kV的绝缘要求。
5、半导电层8挤包在导体7外表面上构成地线芯,使地线芯符合半导电绝缘要求;
6、三个主线芯和三个地线芯中心间隙采用半导电填充条10填充,解决了电缆生产过程中挤压带来的变形问题,其次半导电填充条材料10与半导电层8材料一致,具有低的电阻率。
7、三个主线芯和三个地线芯所使用的导电屏蔽均具有低的电阻率,其中导体屏蔽电阻率实测值0.042Ω.m,绝缘屏蔽实测值0.050Ω.m,地线半导电层实测0.036Ω.m。三大三小与中心半导电填充条的接触紧密,降低了不同工况下的电缆导电性能的损耗,更有利于电力传输作用。
8、导体1和导体7优选镀锡软铜导体,单丝延伸率不小于25%,更有利于电缆移动使用过程的滑移,使整个电缆变软,适应移动要求;
9、隔离带12优选无石棉耐火阻燃隔离带,满足电缆在火焰条件下自熄要求,同时该隔离带的使用,对于薄壁内护套挤包内切主线芯6和地线芯9表面,电缆加工性能优异。
10、内护套13优选氯磺化聚乙烯、氯丁或氯化聚乙烯等材料,挤包内切在主线芯6和地线芯9表面,结构稳定、柔软,电缆使用寿命长。
11、外护套15优选氯磺化聚乙烯、氯丁或氯化聚乙烯等材料,并与内护套13、涤纶丝编织加强件层14紧密粘合,电缆耐磨性能、抗撕性能优异、抗拖曳性能优异,并且承受一定的抗挤压冲击能力。
12、内护套13和外护套15之间,作用了一层涤纶丝编织加强件层14,电缆的抗拖拽性能得到加强。
13、氯磺化聚乙烯、氯丁或氯化聚乙烯等材料构成的外护套具有耐磨、抗拖曳、耐紫外线、耐寒、耐低温性能优异等特点。
采用德国尼霍夫束绞机、笼绞机,将多股镀锡铜丝绞合构成导体;采用绕包方式把低表面电阻的半导电布带包裹在主线芯导体外;
导体屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽层紧密挤包在隔离带表面;屏蔽材料为高导电交联EVA材料,
导体屏蔽具有低的电阻率,电阻率实测值0.042Ω.m,优于国家、国际标准中不大于1000Ω.m要求。
所述半导电绝缘屏蔽层是可剥离交联型EVA中文名称:乙烯-醋酸乙烯共聚物半导电绝缘屏蔽层。绝缘屏蔽为具有低的电阻率、可剥离型EVA材料,电阻率实测值0.050Ω.m,优于国家、国际标准中不大于500Ω.m要求。绝缘屏蔽剥离力实测值15N。
绝缘层的绝缘料为:不含卤素、耐-40℃低温、柔软型和热固性,击穿场强高,满足42kV耐压测试,高电性。具体来说,绝缘料采用自主研发的中压乙丙造粒绝缘料(满足电缆的电性能、物理机械性能要求外,与国外材料厂家对比该材料水平已达到国外同材料技术水平)。
半导电料紧密挤包在导体表面;地线屏蔽料具有极其低的电阻率,半导电层实测0.036Ω.m电性能优异。
成缆结构采用3+3对称式分布结构,结构稳定,缆芯间隙采用一层无石棉耐火阻燃隔离带绕包包裹。
隔离带优选无石棉耐火阻燃隔离带,满足电缆在火焰条件下自熄要求,同时该隔离带的使用,对于薄壁内护套挤包时,电缆加工性能稳定,避免出现电缆生产该过程中炸口问题。
内护套均匀紧密挤包在无石棉耐火阻燃隔离带表面,并内切于主线芯、地线芯表面和缆芯边缘间隙,结构密实,材料要求能承受120℃×10d老化性能优异、耐候、耐-40℃低温、耐-40℃低温冲击的热固性混合物。
采用高强度纤维材料编织在内护套表面,编织节距不大于100mm,同一侧电缆弯曲时柔软性能得到有效提高。
外护套均匀紧密挤包于在编织层表面;外护套料要求是彩色且耐紫外线,耐-40℃低温、耐-40℃低温冲击、阻燃、耐磨、。
外护套料可以是热固性耐寒、耐磨、高抗撕强度、耐紫外线混合物,护套的氧指数不小于35%而且-40℃低温拉伸性能优异:测值130%,大于国家标准规定的-30%拉伸率要求。其中内外护套及编织层紧密粘合,抗拖曳、耐磨、耐机械损伤、柔软,具有高的使用寿命。
本电缆通过材料和结构的特定设计,可以使得电缆能够适应不同工况下地铁、轻轨、火车等轨道交通工程;高海拔(≤4000m)、沿海型大功率机组;露天采矿、港口龙门吊移动中压电源线路使用。
上述电缆在实际生产中遇到了问题:由于采用新的结构,采用传统生产工艺,或者是按照经验等在传统生产工艺上进行修正都无法生产出达到理论性能的电缆,甚至无法生产符合常规要求的电缆。为此,本发明提出一种新的制造方法,专用于该电缆,具体如下:
一种所述电缆的制造方法,步骤包括:
1)制备导体:根据地线芯导体直径和主线芯导体直径要求,分别制备相应导体;
2)制备主线芯:采用重叠绕包方式把半导电(尼龙)带重叠绕包在主线芯导体外构成半导电布带绕包层,绕包搭盖宽度不小于20mm;绕包时,绕包速度不超过350r/min,履带牵引线速度不超过10m/min;
绕包与导体绞合同步,绕包头张力以确保绕包带紧密扎绕于导体表面,以达到搭盖宽度不小于带宽50%。
3)在步骤2)得到的半导电布带绕包层外,采用特勒斯特蒸汽连硫挤橡机,将导体屏蔽料、绝缘料和绝缘屏蔽以三层共挤方式紧密挤包在隔离带表面制得主线芯;,采用西科拉在线测偏仪对各层厚度、偏心度,控制偏心度不大于8%,确保电缆尺寸均匀、耐压试验水平、局放试验放电量控制在1pc较高水平;
自进料到出料方向,三层共挤温度控制如下:
导体屏蔽料挤出一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃;
绝缘料挤出一区90~95℃、二区95~100℃、三区105~115℃;
绝缘屏蔽料挤出一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃、四区60~75℃;
其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头单元温区为:一区100~106℃、二区105~110℃、三区110~115℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
(模芯I尺寸=导体+3×半导电绕包带厚度+4mm;模芯II尺寸=模芯I尺寸+2.5mm;模套的孔径近似主线芯外径;)
(以50mm2主线芯三层共挤,为例:
绝缘挤出ф150螺杆转速为11.3r/min,设备的电流负荷恒定在260A,挤出时融压保持在360~450bar,采用西科拉测偏仪在线检测,偏心度不大于8%;
导体屏蔽挤出ф60螺杆转速为15.8r/min,设备的电流负荷恒定在110~120A,挤出时融压保持在100~109bar;
绝缘屏蔽挤出ф90螺杆转速为13.4r/min,设备的电流负荷恒定在110~128A,挤出时融压保持在105~115bar;)
4)制备地线芯:采用特勒斯特蒸汽连续硫化方式在地线芯导体外均匀紧密挤包半导电料,并冷却制得地线芯;
半导电料采用挤橡机并在机头上配半导电绝缘模套;模套的孔径近似地线芯外径;
自进料到出料方向,机身各区温度分布为:一区40~50℃、二区70~80℃、三区90~95℃;其中:一区为入料段,二区为塑化段,三区为均化段;
自进料到出料方向,机头单元温区为:一区80~85℃、二区85~88℃、三区90~95℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
采用特勒斯特蒸汽连续硫化生产线;
模芯尺寸=导体外径+2mm,模套尺寸近似电缆外径;
连硫挤包蒸汽压力1.8Mpa,生产线速度范围10~15m/min,挤出时融压保持在200~250bar,偏心度不大于15%;
5)主线芯、地线芯和半导电填充条对称分布绞合成缆芯:成缆放线架、收线盘均采用退扭方式,以消除电缆成缆后内部应力。
主线芯、地线芯均采用气压阀门控制放线张力,绞合时采用相同的角度和方向,匀速完成缆芯的绞合;其中主线芯气压一般控制(3~5)MPa,地线芯气压一般控制(0.8~2.5)Mpa。
缆芯成缆同时,同步采用隔离带绕包时,绕包张力不大于绕包带强度95%,转度和缆芯绞合方向同步;采用履带式牵引,将缆芯牵引至退扭式盘具。以满足电缆实际频繁往复使用的工况。
6)缆芯间隙采用一层无石棉耐火阻燃隔离带绕包包裹。
隔离带优选无石棉耐火阻燃隔离带,满足电缆在火焰条件下自熄要求,同时该隔离带的使用,对于薄壁内护套挤包时,电缆加工性能稳定,避免出现电缆生产该过程中炸口问题。
7)采用特勒斯特蒸汽硫化方式在缆芯隔离带外均匀紧密挤包内护套,并冷却:
内护套采用挤橡机并在机头上配护套模套;护套模套的孔径大于缆芯外径;
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:
一区48~53℃、二区53~58℃、三区58~62℃、四区63~68℃、五区68~78℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
模芯=缆芯外径+5mm,模套近似电缆缆芯外径;
8)采用高强度白色纤维材料编织在内护套表面,编织节距不大于2倍的内护套外径。编织小节距的控制,以满足电缆的柔软、可移动特性。
9)采用编织层外均匀紧密挤包外护套,外护套交联采用蒸汽连续硫化或辐照交联方式挤包外护套,并冷却:
外护套采用挤橡机并在机头上配护套模套;护套模套的孔径大于编织加强件后外径;
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃、四区95~105℃、五区110~115℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区100~105℃、二区105~110℃、三区110~115℃;
采用蒸汽连续硫化时,挤包蒸汽压力为0.6Mpa,挤出时融压保持在150~180ar;
采用辐照交联方式时,辐照道次6道,能量2.5Mev,束流25Ma,线速度5.0m/min。
所述步骤1)中,选择多股退火镀锡铜单丝作为导体材质,单丝的延伸率不小于25%,采用束绞机和笼绞机,将多股镀锡铜丝绞合构成导体;
所述多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;每股镀锡铜单丝采用先束后复绞生产工艺而成;导体单丝不允许焊接和扭接;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的8倍;束合、复绞均采用紧压模具生产控制。
导体结构稳定,电场分布均匀,导体的外径得到减小,有利于材料成本的降低。
本方法制得的电缆,能满足设计要求,同时,合格率达到99%以上。
附图说明
图1是本实施例电缆的径向截面示意图,
图中:1、主线芯导体,2、半导电布带绕包层,3、导体屏蔽层,4、绝缘层,5、半导电绝缘屏蔽层,6、主线芯,7、地线芯导体,8、半导电层,9、地线芯,10、半导电填充,11、缆芯,12、隔离带,13、内护套,14、纤维编织加强层,15、外护套。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本技术方案进一步说明如下:
一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆,其结构是,自内而外,由缆芯、隔离带、内护套、编织加强层和外护套依次包裹构成;内、外护套间设有加强件编织,内护套均匀挤包在缆芯隔离带表面,其中:所述缆芯是由多根主线芯6、多根地线芯和半导电填充绞合构成;主线芯的数量与地线芯的数量相同;每两根主线芯由一根地线芯间隔,围绕轴线成中心对称;半导电填充在轴线位置;单根主线芯自内而外,由主线芯导体、半导电布带绕包层、导体屏蔽层、绝缘层和半导电绝缘屏蔽层依次包裹构成;导体屏蔽层、绝缘层和半导电绝缘屏蔽层为三层共挤结构包裹在半导电布带绕包层表面上,构成单根主线芯;单根地线芯自内而外,由地线芯导体和半导电层构成,半导电层挤包在镀锡铜导体外表面上,组成单根地线芯;所述隔离带是无石棉耐火阻燃隔离带;无石棉耐火阻燃隔离带绕包在缆芯外,搭盖率范围15mm~30mm。所述缆芯是11由三根主线芯6、三根地线芯9和半导电填充10绞合构成;
本电缆在具体生产时候,制造步骤如下:
1)采用德国尼霍夫束绞机、笼绞机,将多股细镀锡铜丝绞合构成导体;
2)采用绕包方式把半导电布带带包裹在主线芯导体外;
3)采用德国特勒斯特蒸汽连硫挤橡机,依次将导体屏蔽、绝缘料、绝缘屏蔽料三层均匀挤包在隔离带表面,构成主线芯;
4)采用德国尼霍夫束绞机、笼绞机,将多股细镀锡铜丝绞合构成地线芯导体;
5)采用德国特勒斯特蒸汽连硫挤橡机,采用连硫挤包方式把半导电料包裹在导体表面,构成地线芯;
6)将三根主线芯、三根地线芯、半导电填充绞合成缆芯;
7)缆芯外均匀紧密重叠绕包一层无石棉耐火阻燃隔离带;
8)在无石棉耐火阻燃隔离带,依次施加连硫挤包内护套、纤维编织加强件,外护套可采用蒸汽连硫挤包或辐照挤包生产工艺。
所述主线芯镀锡铜导体采用的镀锡退火软铜导体单丝的直径范围为0.1~0.41mm;镀锡退火软铜导体单丝绞合的绞距不大于绞合后导体外径的8倍。镀锡单丝束合前后延伸率控制不小于25%。
主线芯镀锡导体外是半导电尼龙带,半导电尼龙带表面电阻小于50Ω,采用重叠绕包方式绕包在导体外,电场均匀,绕包搭盖宽度不小于20mm。
主线芯的导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽,采德国特勒斯特蒸汽连硫挤橡生产工艺紧密挤包在低电阻率的半导电尼龙带表面;
导体屏蔽具有低的电阻率,电阻率实测值0.042Ω.m,优于国家、国际标准中不大于1000Ω.m要求。
中压乙丙绝缘要求为:不含卤素、高电性、击穿场强高、耐老化、耐-40℃低温、柔软型和热固性,适应最高额度电压20kV的要求。
绝缘屏蔽为具有低的电阻率、可剥离型EVA材料,电阻率实测值0.050Ω.m。优于国家、国际标准中不大于500Ω.m要求。绝缘屏蔽剥离力实测值15N。
采用半导电料,采用德国特勒斯特蒸汽连硫挤橡生产工艺紧密挤包在导体表面;半导电具体低的体积电阻率,实测0.036Ω.m。
采用将三根主线芯、三根地线芯、低电阻率的半导电填充条对称型分布绞合成缆芯;主线芯、地线芯、半导电填充条接触紧密,电阻率低、损耗低,有利于电流的传输、电场均匀电缆结构更稳定,使用寿命更长。
在缆芯外紧密重叠绕包一层无石棉耐火阻燃隔离带。
在隔离带外,采用德国特勒斯特蒸汽连硫挤包内护套。
在内护套表面编织一层高强度纤维编织加强件。
在高强度纤维编织加强件外挤包外护套,外护套交联可采用蒸汽连硫或辐照交联任一种。电缆颜色为彩色(如绿色、红色、黄色等)。
内护套料是热固性氯磺化聚乙烯或氯丁或氯化聚乙烯或弹性体材料混合物,内护套的耐老化性能优异、耐-40℃低温、耐潮湿、耐磨性能优异、柔软。该内护套实测物理机械强度16.5MPa以上,抗撕强度9.0N/cm以上,135℃,10天老化后,变化率小于20%,无脆化、无开裂。耐-40℃低温、柔软、耐磨。
高强度纤维编织,增加电缆的抗拖曳强度、增加电缆的抗扭力以及保护电缆护套。
氯磺化聚乙烯或氯丁或氯化聚乙烯或弹性体材料混合物,颜色可以为彩色(如绿色、红色、黄色等)。外护套的耐老化性能优异,135℃,10天老化后,变化率小于20%,无脆化、无开裂;耐-40℃低温、耐潮湿、耐磨性能优异、柔软、耐紫外线。外护套交联可采用蒸汽连硫或辐照交联任一种。
如图1,一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆:由
镀锡铜导体采用紧压生产工艺,导体屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽层紧密挤包在隔离带表面;屏蔽材料为高导电交联EVA材料,具体低的电阻率;绝缘层的绝缘料为:高电性、耐-40℃低温、柔软型和热固性,不含卤素,击穿场强高,满足42kV耐压测试。具体来说,绝缘料可以是乙丙橡胶绝缘料(满足电缆的电性能要求外,还可满足-40℃低温拉伸率实测值不小于100%,低温性能优异)。
半导电料紧密挤包在导体表面;地线屏蔽料具有极其低的电阻率,电性能优异。
成缆结构采用3+3对称式分布结构,结构稳定,缆芯间隙采用低的电阻率的半导电包裹。
一层无石棉耐火阻燃隔离带。隔离带厚度一般可选0.5mm或0.25mm任一种以重叠绕包方式施加在缆芯表面。
内护套均匀紧密挤包内切于隔离带表面,结构密实,材料要求能承受120℃×10d老化性能优异、耐候、耐-40℃低温、耐-40℃低温冲击的热固性混合物。
采用高强度白色纤维材料编织在内护套表面,编织节距不大于100mm,电缆柔软性能得到有效提高。
外护套均匀紧密挤包于在编织层表面;护套的护套料要求是彩色且采用耐候、、耐-40℃低温、耐-40℃低温冲击、阻燃型的热固性混合物。具体来说,护套料可以是热固性耐寒、耐磨混合物,护套的氧指数不小于30%。
上述电缆的制造方法说明如下:
一种上述一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆制造方法,步骤包括:
1)选择多股退火镀锡铜单丝作为导体材质;把多根多股退火镀锡铜单丝绞合构成导体:所述多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;每股镀锡铜单丝采用先束后复绞生产工艺而成;导体单丝不允许焊接和扭接;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的8倍;
2)采用重叠绕包方式把半导电布带包裹在导体外,绕包搭盖宽度不小于20mm;
3)采用三层共挤连硫挤包方式把导体屏蔽、绝缘料、绝缘屏蔽包裹在隔离带外,并冷却:
自进料到出料方向,
导体屏蔽一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃,绝缘一区90~95℃、二区95~100℃、三区105~115℃;绝缘屏蔽一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃四区60~75℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区为均化段;
自进料到出料方向,特勒斯特挤橡机的机头温区为:一区100~106℃、二区105~110℃、三区110~115℃;
模芯I尺寸=导体+3×半导电绕包厚度+4mm
模芯II尺寸=模芯I尺寸+2.5mm
模套的孔径近似地线芯外径;
采用西科拉测偏仪在线检测,偏心度不大于8%;
4)采用连续硫化方式在镀锡退火铜导体外均匀紧密挤包半导电料,并冷却。半导电料采用挤橡机并在机头上配半导电绝缘模套;模套的孔径近似地线芯外径;
自进料到出料方向,机身各区温度分布为:一区40~50℃、二区70~80℃;三区90~95℃、其中:一区为入料段,二区为塑化段,三区为均化段;
自进料到出料方向,机头温区为:一区80~85℃、二区85~88℃、三区90~95℃;
采用特勒斯特蒸汽连续硫化生产线,挤出时融压保持在200~250bar,偏心度不大于15%。
模芯尺寸=导体外径+2mm,模套尺寸近似电缆外径。
5)采用连续硫化方式在绝缘层缆芯外均匀紧密挤包内护套,并冷却:
内护套采用挤橡机并在机头上配护套模套;护套模套的孔径大于缆芯外径;
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:一区48~53℃、二区53~58℃、三区58~62℃、四区63~68℃、五区68~78℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃;
模芯=缆芯外径+5mm,模套近似电缆缆芯外径。
6)采用高强度涤纶丝纤维材料编织在内护套表面,编织节距不大于100mm,编织丝不允许有接头。
7)在编织层外均匀紧密挤包外护套,外护套可采用蒸汽连硫或辐照交联方式交联,并冷却:
外护套采用挤橡机并在机头上配护套模套;护套模套的孔径大于缆芯外径;
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃、四区95~105℃、五区110~115℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区100~105℃、二区105~110℃、三区110~115℃;
或采用蒸汽连续硫化挤包蒸汽压力0.6Mpa,挤出时融压保持在150~180ar。
或采用辐照交联,辐照道次6道,能量2.5Mev,束流25Ma,线速度5.0m/min。
生产时候,
1)选择多股退火镀锡铜单丝作为导体材质;把多根多股退火镀锡铜单丝绞合构成导体:所述多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;每股镀锡铜单丝采用先束后复绞生产工艺而成;导体单丝不允许焊接和扭接;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的10倍;
以导体径向截面积为95mm2来说明,绞合的设备为框绞机,导体结构共由4层绞合完成,采用1+6+12+18+23结构排列,绞合方向最外层为左向,相邻层相反,框绞机牵引速度为32m/min,牵引级数为26,最外层绞合节距不大于绞合后外径的8倍。
制备主线芯时,采用重叠绕包方式把隔离带包裹在导体外,绕包搭盖宽度不小于20mm;采用挤包方式把绝缘料包裹在隔离带外:绝缘挤出采用德国特勒斯特交联生产线;采用三层共挤连硫挤包方式把导体屏蔽、绝缘料、绝缘屏蔽包裹在隔离带外,并冷却;绝缘挤出时融压保持在360~450bar,采用西科拉测偏仪在线检测,偏心度不大于10%;绝螺杆转速为35r/min,设备的电流负荷恒定在120A,
制备地线芯时,采用连续硫化方式在镀锡退火铜导体外均匀紧密挤包半导电料,并冷却;挤出时融压保持在200~250bar,偏心度不大于15%。
制备内护套时,采用连续硫化方式在绝缘层缆芯外均匀紧密挤包内护套,并冷却;连硫挤包蒸汽压力1.5Mpa,挤出时融压保持在260~300bar,偏心度不大于15%。此时,护套圆整、表面光洁。
对比时,连硫挤包蒸汽压力1.0Mpa,挤出时融压保持在350~500bar,偏心度实测20%。内护套表面出现熟料颗粒问题。
制备外护套时:
采用连续硫化方式在编织层外均匀紧密挤包外护套,并冷却;连硫挤包蒸汽压力0.6Mpa,挤出时融压保持在150~180bar。护套椭圆度实测不大于10%。
对比时,连硫挤包蒸汽压力0.9Mpa,挤出时融压保持在100~150ar。护套椭圆度实测约15%。
采用编织层外均匀紧密挤包外护套,辐照交联方式,并冷却;挤包结束后,开展辐照交联,辐照道次6道,能量2.5Mev,束流25Ma,线速度5.0m/min。护套椭圆度实测不大于10%。
例1、
步骤3)中:
导体屏蔽料挤出一区36℃、二区45℃、三区57℃;
绝缘料挤出一区93℃、二区98℃、三区111℃;
绝缘屏蔽料挤出一区35℃、二区44℃、三区58℃、四区71℃;
机头单元温区为:一区104℃、二区108℃、三区113℃;
步骤4)中:
机身各区温度分布为:一区47℃、二区75℃、三区93℃;
机头单元温区为:一区82℃、二区86℃、三区93℃;
步骤6)中:
挤橡机的机身各区温度为:一区80℃、二区55℃、三区60℃、四区66℃、五区73℃;
挤橡机的机头温区为:一区73℃、二区82℃、三区88℃;
步骤8)中:
挤橡机的机身各区温度分布为:一区72℃、二区83℃、三区88℃、四区101℃、五区112℃;
挤橡机的机头温区为:一区103℃、二区107℃、三区112℃。
例2、
步骤3)中:
导体屏蔽料挤出一区30℃、二区40℃、三区55℃;
绝缘料挤出一区90℃、二区95℃、三区105℃;
绝缘屏蔽料挤出一区30℃、二区40℃、三区55℃、四区60℃;
机头单元温区为:一区100℃、二区105℃、三区110℃;
步骤4)中:
机身各区温度分布为:一区40℃、二区70℃、三区90℃;
机头单元温区为:一区80℃、二区85℃、三区90℃;
步骤6)中:
挤橡机的机身各区温度为:一区48℃、二区53℃、三区58℃、四区63℃、五区68℃;
挤橡机的机头温区为:一区70℃、二区80℃、三区85℃;
步骤8)中:
挤橡机的机身各区温度分布为:一区70℃、二区80℃、三区85℃、四区95℃、五区110℃;
挤橡机的机头温区为:一区100℃、二区105℃、三区110℃。
例3、
步骤3)中:
导体屏蔽料挤出一区40℃、二区50℃、三区60℃;
绝缘料挤出一区95℃、二区100℃、三区115℃;
绝缘屏蔽料挤出一区40℃、二区50℃、三区60℃、四区75℃;
机头单元温区为:一区106℃、二区110℃、三区115℃;
步骤4)中:
机身各区温度分布为:一区50℃、二区80℃、三区95℃;
机头单元温区为:一区85℃、二区88℃、三区95℃;
步骤6)中:
挤橡机的机身各区温度为:一区53℃、二区58℃、三区62℃、四区68℃、五区78℃;
挤橡机的机头温区为:一区75℃、二区85℃、三区90℃;
步骤8)中:
挤橡机的机身各区温度分布为:一区75℃、二区85℃、三区90℃、四区105℃、五区115℃;
挤橡机的机头温区为:一区105℃、二区110℃、三区115℃。
其中,例1制得电缆良品率最高,达到99.7%,例2达到99.2%,例3达到99.3%。
经过检测,本电缆的特点包括:
1)高电性
电缆能满足6/10kV、8.7/15kV、12/20kV设备系统,三个主线芯和三个地线芯所使用的导电屏蔽均具有低的电阻率,其中导体屏蔽电阻率实测值0.042Ω.m,绝缘屏蔽实测值0.050Ω.m,地线半导电层实测0.036Ω.m。三大三小与中心半导电填充条的接触紧密,降低了不同工况下的电缆导电性能的损耗,更有利于电力传输作用。
2)柔软可移动
经对导体束合复绞、成缆电缆结构、绝缘、屏蔽护套材料柔软度的设计,成品电缆弯曲半径不小于实际成品电缆外径的6倍,优于IEC60502.2中表B.2中12倍的成品电缆外径。因而符合实际施工需求。
3)良好的耐低温性能
经第三方型式检测,成品电缆分别通过-40℃低温冲击、-40℃低温拉伸试验时,外护套40℃低温拉伸实测50%;绝缘-40℃低温拉伸实测100%,内护套低温拉伸实测80%,均优于国家标准30%的指标。
4)耐紫外线性能优异
护套材料送第三方检测机构检测,通过了GB/T29631 720h耐侯试验。
4)耐压击穿场强高
本电缆分别满足掘进盾构设备(含TBM型掘进盾构设备)、大功率等风力发电机组、露天采矿业、电源输电线路,最高耐压42kV,填补现有电缆只能达到6/10kV、8.7/15kV空白。
5)耐刮磨试验
单向刮磨不小于150次,以90°角度方向刮4次,刮磨次数不小于250次。
6)抗拖曳性能试验
单根电缆施加总铜导体截面积(15mm2)×30.5N,电缆绝缘护套无开裂,无裂纹。
7)耐油
产品采用自主研发的护套材料,克服了实际运用工况下的耐油污场合,产品经检测,通过了100℃*96h矿物油、75℃*60天矿物油试验。
Claims (6)
1.一种耐磨抗拖曳耐低温软电缆的制造方法,其特征是
所述电缆的结构为,自内而外,由缆芯、隔离带、内护套、编织加强层和外护套依次包裹构成;
内、外护套间设有编织加强层,内护套均匀挤包在隔离带表面,其中:
——所述缆芯(11)是由多根主线芯(6)、多根地线芯(9)和半导电填充(10)绞合构成;主线芯的数量与地线芯的数量相同;每两根主线芯由一根地线芯间隔,围绕轴线成中心对称;半导电填充(10)在轴线位置;
——单根主线芯自内而外,由主线芯导体(1)、半导电布带绕包层(2)、导体屏蔽层(3)、绝缘层(4)和半导电绝缘屏蔽层(5)依次包裹构成;
导体屏蔽层(3)、绝缘层(4)和半导电绝缘屏蔽层(5)为三层共挤结构包裹在半导电布带绕包层(2)表面上,构成单根主线芯(6);
——单根地线芯自内而外,由地线芯导体(7)和半导电层(8)构成,半导电层(8)挤包在线芯导体(7)外表面上,组成单根地线芯(9);
所述隔离带是无石棉耐火阻燃隔离带;无石棉耐火阻燃隔离带绕包在缆芯外,搭盖率范围15mm~30mm;
所述主线芯导体(1)是镀锡软铜导体,所述地线芯导体(7)是镀锡软铜导体;
所述电缆的制造方法,其步骤包括:
1)制备导体:根据地线芯导体直径和主线芯导体直径要求,分别制备相应导体;
选择多股退火镀锡铜单丝作为导体材质,单丝的延伸率不小于25%,采用束绞机和笼绞机,将多股镀锡铜丝绞合构成导体;
所述多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;每股镀锡铜单丝采用先束后复绞生产工艺而成;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层金属单丝的绞合节距不大于绞合后外径的8倍;束合、复绞均采用紧压模具生产控制;
2)制备主线芯:采用重叠绕包方式把半导电带重叠绕包在主线芯导体外构成半导电布带绕包层;绕包搭盖宽度不小于20mm;绕包时,绕包速度不超过350r/min,履带牵引线速度不超过10m/min;绕包与导体绞合同步,绕包头张力以确保绕包带紧密扎绕于导体表面,以达到搭盖宽度不小于带宽50%;
在半导电布带绕包层外,采用挤橡机将导体屏蔽料、绝缘料和绝缘屏蔽料以三层共挤方式紧密挤包在半导电布带绕包层表面制得主线芯;并在线检测各层厚度、偏心度,控制偏心度不大于8%;
自进料到出料方向,三层共挤机身温度控制如下:
导体屏蔽料挤出一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃;
绝缘料挤出一区90~95℃、二区95~100℃、三区105~115℃;
绝缘屏蔽料挤出一区30~40℃、二区40~50℃、三区55~60℃、四区60~75℃;
其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头单元温区为:一区100~106℃、二区105~110℃、三区110~115℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
3)制备地线芯:采用特勒斯特蒸汽连续硫化方式在地线芯导体外均匀紧密挤包半导电料,并冷却制得地线芯;
半导电料采用挤橡机并在机头上配半导电绝缘模套;
自进料到出料方向,机身各区温度分布为:一区40~50℃、二区70~80℃、三区90~95℃;其中:一区为入料段,二区为塑化段,三区为均化段;
自进料到出料方向,机头单元温区为:一区80~85℃、二区85~88℃、三区90~95℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
挤出时融压保持在200~250bar;连硫挤包蒸汽压力1.8Mpa,生产线速度范围10~15m/min;
4)主线芯、地线芯和半导电填充对称分布绞合成缆芯:成缆放线架和收线盘均采用退扭方式,以消除电缆成缆后内部应力;
主线芯和地线芯均采用气压阀门控制放线张力,绞合时采用相同的角度和方向,匀速完成缆芯的绞合;其中主线芯气压阀门控制3~5MPa,地线芯气压阀门控制0.8~2.5Mpa;
缆芯成缆同时,同步采用隔离带绕包时,绕包张力不大于绕包带强度的95%,转度和缆芯绞合方向同步;采用履带式牵引,将缆芯牵引至退扭式盘具;
5)采用特勒斯特蒸汽硫化方式在缆芯隔离带外均匀紧密挤包内护套,并冷却:
内护套采用挤橡机并在机头上配护套模套;护套模套的孔径大于缆芯外径;
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:
一区48~53℃、二区53~58℃、三区58~62℃、四区63~68℃、五区68~78℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段;
6)采用高强度涤纶丝纤维编织在内护套表面制备编织加强层,编织丝不允许有接头;
7)在编织加强层外均匀紧密挤包外护套,采用蒸汽连续硫化或辐照交联方式挤包外护套,并冷却:
自进料到出料方向,挤橡机的机身各区温度分布为:一区70~75℃、二区80~85℃、三区85~90℃、四区95~105℃、五区110~115℃;其中:一区为入料段,二区和三区为塑化段,四区和五区为均化段;
自进料到出料方向,挤橡机的机头温区为:一区100~105℃、二区105~110℃、三区110~115℃;其中,一区为机头段、二区为机颈段、三区为模口段。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征是
步骤2)中:
导体屏蔽料挤出一区30℃、二区40℃、三区55℃;
绝缘料挤出一区90℃、二区95℃、三区105℃;
绝缘屏蔽料挤出一区30℃、二区40℃、三区55℃、四区60℃;
机头单元温区为:一区100℃、二区105℃、三区110℃;
步骤3)中:
机身各区温度分布为:一区40℃、二区70℃、三区90℃;
机头单元温区为:一区80℃、二区85℃、三区90℃;
步骤5)中:
挤橡机的机身各区温度为:一区48℃、二区53℃、三区58℃、四区63℃、五区68℃;
挤橡机的机头温区为:一区70℃、二区80℃、三区85℃;
步骤7)中:
挤橡机的机身各区温度分布为:一区70℃、二区80℃、三区85℃、四区95℃、五区110℃;
挤橡机的机头温区为:一区100℃、二区105℃、三区110℃。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征是
步骤2)中:
导体屏蔽料挤出一区40℃、二区50℃、三区60℃;
绝缘料挤出一区95℃、二区100℃、三区115℃;
绝缘屏蔽料挤出一区40℃、二区50℃、三区60℃、四区75℃;
机头单元温区为:一区106℃、二区110℃、三区115℃;
步骤3)中:
机身各区温度分布为:一区50℃、二区80℃、三区95℃;
机头单元温区为:一区85℃、二区88℃、三区95℃;
步骤5)中:
挤橡机的机身各区温度为:一区53℃、二区58℃、三区62℃、四区68℃、五区78℃;
挤橡机的机头温区为:一区75℃、二区85℃、三区90℃;
步骤7)中:
挤橡机的机身各区温度分布为:一区75℃、二区85℃、三区90℃、四区105℃、五区115℃;
挤橡机的机头温区为:一区105℃、二区110℃、三区115℃。
4.一种如权利要求1~3任一方法制得的电缆,其特征是结构是,自内而外,由缆芯、隔离带、内护套、编织加强层和外护套依次包裹构成;
内、外护套间设有编织加强层,内护套均匀挤包在缆芯隔离带表面,其中:
——所述缆芯(11)是由多根主线芯(6)、多根地线芯(9)和半导电填充(10)绞合构成;主线芯的数量与地线芯的数量相同;每两根主线芯由一根地线芯间隔,围绕轴线成中心对称;半导电填充(10)在轴线位置;
——单根主线芯自内而外,由主线芯导体(1)、半导电布带绕包层(2)、导体屏蔽层(3)、绝缘层(4)和半导电绝缘屏蔽层(5)依次包裹构成;
导体屏蔽层(3)、绝缘层(4)和半导电绝缘屏蔽层(5)为三层共挤结构包裹在半导电布带绕包层(2)表面上,构成单根主线芯(6);
——单根地线芯自内而外,由地线芯导体(7)和半导电层(8)构成,半导电层(8)挤包在地线芯导体(7)外表面上,组成单根地线芯(9);
所述隔离带是无石棉耐火阻燃隔离带;无石棉耐火阻燃隔离带绕包在缆芯外,搭盖率范围15mm~30mm;
所述主线芯导体(1)是镀锡软铜导体,所述地线芯导体(7)是镀锡软铜导体。
5.根据权利要求4所述的电缆,其特征在于:所述缆芯是(11)由三根主线芯(6)、三根地线芯(9)和半导电填充(10)绞合构成;
半导电填充为混合有导电炭黑的EVA橡胶条;
其中单根主线芯的导体截面与地线芯的导体截面最小比:5:1,半导电橡胶条的直径选取等于主线芯外径、地线芯外径得出的内切圆的直径大小。
6.根据权利要求4所述的电缆,其特征在于:
所述主线芯导体(1)和地线芯导体(7)都是由多股退火镀锡铜单丝先束合再绞合构成;多股镀锡铜单丝自内而外分为多层;最外层的绞合方向为左向,相邻层绞合方向相反;最外层镀锡铜单丝的绞合节距不大于绞合后外径的8倍;退火镀锡铜导体单丝的直径范围为0.1~0.41mm;
所述半导电布带绕包层由半导电尼龙带重叠绕包构成;半导电尼龙带表面电阻小于50Ω,绕包搭盖宽度不小于20mm;
所述导体屏蔽层(3)是交联型EVA导体屏蔽层;所述绝缘层(4)是中压乙丙橡胶绝缘层;所述半导电绝缘屏蔽层(5)是可剥离交联型EVA半导电绝缘屏蔽层;
导体屏蔽层厚度范围为0.6~1.0mm;绝缘层厚度范围为2.8~5.5mm,绝缘屏蔽层厚度范围为0.6~1.0mm;
所述半导电层(8)是混合有导电炭黑的EVA橡胶半导电层;半导电层的厚度范围为0.5~2.5mm;
所述无石棉耐火阻燃隔离带的厚度是0.5mm或0.25mm任一种;
所述内护套(13)为氯磺化聚乙烯内护套或氯化聚乙烯内护套;内护套厚度为1.0mm;
所述编织加强层是涤纶丝编织加强层(14);每股编织丝直径约0.5mm,编织节距不大于100mm;
外护套(15)为氯磺化聚乙烯外护套或氯化聚乙烯外护套;外护套的透过编织加强件层的网孔与内护套紧密粘合;
主线芯70mm2及以下,外护套厚度为3.0mm;主线芯70mm2以上,外护套厚度为4.0mm。
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