CN106463207A - 具有强度元件的电力线缆 - Google Patents

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Abstract

一种电力线缆(100)包括：沿着电力线缆(100)的长度延伸的至少两个第一部件(102)，第一部件(102)中的每个包括至少一个导电元件(112)和在所述至少一个导电元件(112)的径向外部的至少一个绝缘层(302)；沿着电力线缆(100)的长度延伸的至少两个第二部件(104)，第二部件(104)中的每个包括至少一个强度元件(116)和在所述至少一个强度元件(116)的径向外部的至少一个导电层(118)；沿着电力线缆(100)的长度延伸的支架(106)，其中所述至少两个第一部件(102)和所述至少两个第二部件(104)绞合在支架(106)周围以定义构件，并且其中当所述至少两个第二部件(104)处于张力下时，第一部件(102)中的每个被配置为接触支架(106)；在构件的径向外部的护套(108)；以及构件和护套(108)之间的填料(110)。

Description

具有强度元件的电力线缆
技术领域
本发明涉及具有强度元件的电力线缆。更具体的，本发明涉及具有沿着电力线缆的长度延伸的强度元件以增加电力线缆的拉伸强度的电力线缆。
背景技术
拉伸强度是电力线缆的重要属性。对于在垂直或基本垂直的定向上具有长的敷设(run)(在下文中称为“垂直敷设”)的电力线缆(诸如在井筒和高层建筑中)，特别是在大型线缆(具有大于约53.5mm2或1/0AWG的导体尺寸)的情况下，拉伸强度可以是特别令人关注的。
在本公开中，“敷设”意为两个连续支承点之间无支撑的线缆部分。
为了提供足够的安全系数，可能需要电力线缆的拉伸强度几倍于由电力线缆的特定敷设的重量所施加的力。取决于应用，可能需要高达7的工业标准安全系数(例如，七倍于电力线缆敷设重量的拉伸强度)。
对于长的垂直敷设，电力线缆的导体通常不能提供足够的拉伸强度。为了减轻这个问题，可以使用作为电力线缆的结构的部分所包括的拉伸强度元件和/或偏移线缆敷设。
在偏移线缆敷设中，电力线缆的垂直敷设会被例如在接线盒处高达90°或更多的弯曲而打断，然后在恢复垂直敷设之前水平或基本水平地敷设一些距离(通常不少于电力线缆直径的两倍)。以这种方式，长的垂直敷设被分成两个或更多个较短的垂直敷设。长的垂直敷设常常会需要多个偏移并且这使得安装复杂化并且消耗给定占地空间(footprint)内宝贵的实际区域。结果是，偏移对于长的垂直敷设可能并不实用。
作为电力线缆的结构的部分所包括的拉伸强度元件可采取多种形式。
美国专利No.4956523涉及具有完整拉伸部件以提供额外的拉伸强度的铠装电力线缆。拉伸部件被嵌入牢固地握持中心绝缘导体的内聚氯乙烯(PVC)保护套中，该保护套在中心绝缘导体之上挤压成型。保护套又被由钢带形成的铠甲覆盖牢固地握持。因此，在垂直位置中，绝缘导体、保护套和铠甲涂层的许多重量都可以由拉伸部件支撑，而不在它们之间产生危险的纵向滑动或蠕动。然而，具有内PVC保护套和铠甲覆盖的这种线缆设计非常重。
此外，申请者已经经历的是，在线缆操作温度下，设置在绝缘导体之间的间隙中的拉伸元件可能在拉伸负载之下在导体之间滑动。
美国专利No.4467138涉及平坦构造的通信导线。线缆对位于中心增强或支撑导线的相对侧上，中心增强或支撑导线可以由铜包钢线组成。尽管通信导线可以具有长的垂直敷设，但是通信导线的结构，并且特别是重量，与用于电力传送的电力线缆显著不同。
美国专利No.4002820涉及一种用于在采矿作业中使用的具有可延伸的接地检查导体的电力线缆。该线缆包括支架，在支架的中心插入有接地检查导体。支架支撑三个螺旋缠绕的电导体，该螺旋缠绕的电导体由覆盖有弹性绝缘层的多个金属导线线股构成。支架由与绝缘相同的弹性材料所组成的半导体绝缘材料制成，但是包含预定量的炭黑。支架还支撑三个接地导体，在每个电导体之间插入一个。接地导体都由多个金属导线线股构成并且覆盖有与支架相同材料的半导体弹性层。
德国专利公布No.DE3224597 A1涉及一种电力线缆，该电力线缆在对称地分布在线的横截面之上的绞合电导体的芯体中或间隙中包含一个或多个光导体，光导体设置有由拉伸元件制成的外编织物或网状物并且接管线的整个容量。作为拉伸元件，考虑钢或塑料线股或者钢-铜混合线股。
“Flexible Electric Cables for Mining Applications”，39页(Pirelli,2000)教导了不应该对用于采矿应用的灵活电力线缆施加超过容许拉力的所述限制的拉力。如果期望更高的拉力，则必须设置支撑元件作为线缆结构的一部分。支撑元件可以位于线缆的中心。
这些问题不限于具有长的垂直敷设的电力线缆。其它情形可能出现，在其它情形中电力线缆的拉伸强度可能是特别令人关注的。
相关领域的电力线缆例如在授予Sarchi等人的美国专利公开No.2012/0082422A1和上文所讨论的“Flexible Electric Cables for Mining Applications”中讨论。
发明内容
申请人已面临为具有长的垂直敷设的用于电力传送和分配的电力线缆提供拉伸强度的技术问题。针对这种应用，拉伸强度元件通常被设置在电力线缆的结构中。拉伸强度元件可以和电力线缆的芯体元件绞合。但是，申请人已注意到当在拉伸负载之下经受操作温度时，拉伸强度元件可能在绝缘导体之间滑动。在负载之下，由拉伸强度部件所形成的螺旋可使得拉伸强度部件变紧并且致使拉伸强度部件进入芯体元件之间，从而使它们解绕并且改变线缆的几何结构、线缆的伸长以及负载到芯体元件的传递。
在拉伸强度元件设置在电力线缆的轴向中心位置的情况下，申请者已注意到中心拉伸强度元件通常不如与线缆芯体绞合的多个拉伸强度元件灵活，中心拉伸强度元件不易于触及以进行夹持，并且它作为主支撑元件的使用只对于较短长度的垂直敷设和/或较小直径线缆尺寸是可接受的。
申请者已发现以上问题可以通过在支架周围绞合电力线缆的拉伸强度部件和绝缘导体来解决，所述支架具有预定机械阻力并且在线缆操作温度下能够保持其形状和特征。
特别地，支架被配置为承受由芯体元件和拉伸强度部件所施加的压力，特别是当拉伸强度部件在线缆操作温度下处于张力之下时。
在第一方面，本发明涉及一种电力线缆，该电力线缆包括：
沿着电力线缆的长度延伸的至少两个第一部件，第一部件中的每个包括导电元件和在导电元件的径向外部的绝缘层；
沿着电力线缆的长度延伸的至少两个第二部件，第二部件中的每个包括强度元件和在强度元件的径向外部的导电层；
第一部件和第二部件绞合在沿着电力线缆的长度延伸的支架周围并且与其接触；
其中支架由具有大于或等于1Gpa的拉伸模量和大于或等于125℃的维卡(Vicat)软化温度的聚合物材料制成。
第二部件的强度元件充当本发明的线缆中的拉伸强度部件。优选地，强度元件由聚合物材料制成，因此使得强度元件比由金属材料制成的元件轻。优选地，第二部件的导电层由具有适于作为接地导体的厚度的金属(例如，铜、铝或其合金或复合材料)制成。基于国家或国际标准来设定所述厚度的尺寸，例如由Practical Guide To ElectricalGrounding,W.Keith Switzer,1999,第IV页(Library Of Congress Catalog CardNumber：99-72910)所报道的。
为了本说明书和随附权利要求的目的，除非另有说明，否则表达量、数量、百分比等等的全部数字都将理解为在所有情况下由术语“约”来修改。此外，所有范围包括所公开的最大点与最小点的任意结合并且包括其中的任意中间范围，其在本文中可以或可以不明确列举。
本发明的电力线缆可以是低压线缆、中压线缆或高压线缆。在本公开中，“低压”意为小于1千伏(kV)的电压；“中压”意为大于或等于1kV且小于或等于35kV的电压；而“高压”意为大于35kV的电压。
本示例实施例的电力线缆优选地用于交流(AC)电力传送。
本公开中，“电绝缘层”意为由具有绝缘性质的材料制成的覆盖层，即该材料具有适合于根据本地或国际标准的线缆预期电压操作的介电刚性(介电击穿强度)。
在本公开中，“膨胀聚合物(expanded polymer)”意为如下聚合物，所述聚合物使其体积的一定百分比不被聚合物所占据而是被空气或气体，或被可膨胀微球或类似技术所占据。在本公开中，“非膨胀聚合物”意为如下聚合物，所述聚合物不使其体积的一定百分比被空气或气体，或被可膨胀微球或类似技术所占据。
在本公开中，“半导体层”意为由具有半导电性质的材料(诸如带有炭黑的聚合物基体)制成的覆盖层，例如以便获取室温下小于500欧姆-米(Ω-m)且优选地小于20Ω-m的体电阻率值。炭黑的量可以例如相对于聚合物的重量在1％到50％的重量之间变化，并且优选地相对于聚合物的重量在3％到30％的重量之间变化。
在本公开中，“增强填料”意为典型的微粒或单纤维材料的填料，其能够改善它所分散到的材料的机械特性。
继导电元件和在导电元件的径向外部的绝缘层，本发明的线缆的第一部件还可以包括内半导体层以及可选地包括外半导体层。内半导体层被定位在导电元件和绝缘层之间并且接触导电元件和绝缘层。外半导体层被设置在径向外部位置中并且接触绝缘层。
有利地，第一部件可以包括设置在相对于绝缘层(并且在某些情况下，相对于外半导体层)的径向外部位置中的金属屏蔽。
在某些示例实施例中，第二部件的强度元件由如下材料(有利地为聚合物材料)制成，所述材料具有断裂强度以至于提供至少最小安全系数(SF)，如由可应用标准或设计规则所定义的。有利地，本发明的线缆中的强度元件的断裂强度值是这样的以至于最多超过最小SF 10-20％。
在本公开中，“安全系数”意为描述元件或系统超过预期负载或实际负载的结构能力的术语。安全系数如下计算：
SF＝(N×B)/(CW×L)
其中N是强度部件的数目；
其中B是强度部件的断裂强度；
其中CW是每单位长度的线缆重量；以及
其中L是线缆的垂直敷设的长度。
根据特定的线缆布局图，在计算SF时，可以考虑其它参数。例如，技术人员可以包括与线缆末端的终止的方法有关的参数。
最小SF由国家和国际标准设定，例如，由ICEA S-93-639-2012设定，在垂直线缆的情况下，该标准规定对于钻孔应用SF不小于5并且对于轴应用SF不小于7。
本发明的支架材料的拉伸模量依据ASTM D638-10。在某些示例实施例中，支架的材料具有小于或等于1.7GPa的拉伸模量。优选地，支架材料具有大于或等于1.0GPa的拉伸模量。
本发明的支架材料的维卡软化温度依据ASTM D1525-09。支架的维卡软化温度可高达60℃或更高。可以基于具体的国家或国际标准所要求的最大应急操作温度来为线缆选择最高的适当维卡值。
优选地，支架包括抗变形工程聚合物材料。特别地，支架包括额定为至少90℃的抗变形工程塑料。在本公开中，“抗变形工程塑料”意为具有从45到75的邵氏D硬度(在室温下根据ASTM D2240-05测量)的材料。
在某些示例实施例中，支架的材料可以选自玻璃纤维或热塑性塑料材料，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚乙烯(例如高密度聚乙烯)，热塑性材料可选地添加有无机增强填料(诸如纳米粘土、芳族聚酰胺纤维(aramid fiber)或玻璃纤维)。
在某些示例实施例中，每个第二部件被绞合在两个第一部件之间。
在某些示例实施例中，支架包括纵向延伸的、轴向居中的通道，其被配置成容纳至少一个光纤元件。
优选地，第一部件以选定的国家或国际标准所允许的最大绞距来绞合。这允许限制线缆中出现的旋转力，而不会不利地影响线缆的灵活性。第二部件有利地具有和第一部件相同的螺旋环绕(helical lay)。
根据本发明的电力线缆可以包括2、3、4或更多个第一部件。第一部件可以以对称方式来布置，诸如具有对称轴(一个或多个)和/或旋转对称。
根据本发明的电力线缆可以包括2、3、4或更多个第二部件。第二部件可以以对称方式来布置，诸如具有对称轴(一个或多个)和/或旋转对称。
第一部件的数目和第二部件的数目可以是彼此的倍数。可能存在例如两个第一部件和两个或四个或六个第二部件，或者三个第一部件和三个或六个或九个第二部件。相反地，可能存在例如两个第二部件和两个或四个或六个第一部件等等。这种构造关系适合于保持线缆对称性。
本发明的线缆可进一步包括在第一部件和第二部件的径向外部的护套并且，有利地包括护套与第一部件和第二部件之间的填料。在相对于填料的径向外部位置中和相对于护套的径向内部位置中，可以存在其它层，诸如膨胀聚合物层、充当化学屏障的连续涂覆层以及密封层。优选地，至少存在膨胀聚合物层和密封层，第二在第一外部。更优选地，存在充当化学屏障的连续涂覆层，插入在膨胀聚合物层和密封层之间。
要理解的是，前面的一般描述和下面的具体实施方式都只是示例性的和解释性的，并且不限制所要求保护的本发明。
附图说明
结合附图，从以下示例实施例的具体实施方式，以上和/或其它方面和优势将变得更加明显且更加易于理解，其中：
图1是根据某些示例实施例的电力线缆的透视图；
图2是根据某些示例实施例的图1的电力线缆的横截面绘图；
图3是根据某些示例实施例的电力线缆的剖视图；
图4是根据某些示例实施例的电力线缆的剖视图；
图5是根据某些示例实施例的具有沿着电力线缆的长度延伸的强度元件的电力线缆的剖视图，其中第一部件的至少一个绝缘层被描绘成单层并且电力线缆的护套被描绘成单层；以及
图6是根据某些示例实施例的具有沿着电力线缆的长度延伸的强度元件的电力线缆的剖视图，其中第一部件的至少一个绝缘层被描绘成单层并且电力线缆的护套被描绘成单层。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述示例实施例。然而，示例实施例可以以很多不同的形式来体现并且不应被解释为受限于本文所述的示例实施例。相反，提供这些示例实施例，使得本公开将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。在图中，任何可能的时候，相同数字指代相同元件。
在图1和2中，使用相同的附图标记来识别具有相同或者类似功能的相同组件。
在图1和2中，电力线缆100包括沿着电力线缆100的长度铰合的三个第一部件102；沿着电力线缆100的长度铰合的三个第二部件104；沿着电力线缆100的长度延伸的支架106；在第一部件102和第二部件104的径向外部的外护套108；以及在外护套108与第一部件102和第二部件104两者之间的填料110。
第一部件102包括导电元件112和在至少一个导电元件112的径向外部的绝缘层302.
导电元件112一般包括导电组件，其通常由金属材料(优选为铜、铝或它们的合金)制成，作为实心杆或通过常规方法扭绞在一起的金属导线。
例如，导电元件112可以包括三个2/0实心铜导体，每个额定为15kV。
在图1和2中，每个导电元件112进一步被两个半导体层围绕，两个半导体层特别是设置在导电元件112和绝缘层302之间的内半导体层300，以及设置在相对于绝缘层302的径向外部位置中的外半导体层304。在相对于外部半导体层304的径向外部中设置金属屏蔽306(图2中未例示出，但是具有如图1中的位置和特征)。
绝缘层302可由聚合物材料(例如聚乙烯(通常交联的)、聚丙烯、共聚物(例如，乙丙橡胶)或其混合物)制成。半导体层300、304通常由如下材料制成，该材料充有导电填料(诸如炭黑)且基于极性聚合物(例如，乙烯-醋酸乙烯酯或者乙烯丙烯酸乙酯)，可选地与绝缘层302所采用的聚合物材料类似的聚合物材料混合。
优选地，金属屏蔽306包括铜带屏蔽。
第二部件104包括强度元件116和在强度元件116的径向外部的导电层118。
强度元件116可以包括芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺合成纤维，作为实心杆或作为通过常规方法扭绞在一起的绳索。例如，强度元件116可以是由或芳族聚酰胺制成并且由Phillystran销售的绞合绳索。
导电层118一般包括施加于强度元件116的外部表面的导电组件，其通常由金属材料(优选为铜、铝、其复合材料或合金)制成，作为编织物、螺旋盘绕的带或导线、片或等价物。
导电层118可以包括施加在绳索芯体周围的金属编织物或优选的螺旋盘绕的金属导线。例如，具有从8.36mm2到2.08mm2的直径的同轴中性导线可以用于具有大约35mm2(2AWG)直径的接地，而具有从0.82mm2到0.20mm2直径的导线可以用于较小的接地。
例如，通过将22根0.33mm2铜导线施加到强度元件116，导电层118包括具有等价的21.14mm2的接地部的铜导线螺旋线圈或铜编织物。取决于强度元件116的半径，这种导电层118在强度元件116之上的覆盖(即，被导线覆盖的表面量)可以仅是36％或更低，可以是64％或更高，或者可以是36％和64％之间的某个值。
例如，在第二部件104中，导电层118包括大于或等于8.36mm2以及小于或等于0.0127mm2的铜导线螺旋线圈。
当接触第一部件102的金属屏蔽306时(例如，铜带屏蔽)，包括导电组件的导电层118使第二部件104放松以充当电接地部件。
支架106在电力线缆100的横截面内适当地居中。优选地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的对称。更优选地，对称可以是轴对称(例如，2或4个对称轴)和/或旋转对称(例如，90°、120°或180°)。
优选地，支架106的材料具有大于或等于1.0GPa以及小于或等于1.7GPa的拉伸模量。
在根据图1的线缆中，支架106包括纵向延伸的通道126。优选地，纵向延伸的通道126沿着中心轴Z在支架106中轴向居中。纵向延伸的通道126可以被配置为容纳至少一个光纤元件。优选地，电力线缆100还包括容纳在纵向延伸的通道126中的至少一个光纤元件。
第一部件102和第二部件104铰合在支架106周围以定义包括第一部件102和第二部件104的构件。外护套108在构件的径向外部。优选地，外护套108由聚合物材料(例如高密度聚乙烯)制成。填料110在构件和外护套108之间。优选地，填料110通过挤压成型而被设置在构件上并且基于聚合物材料，例如乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、PVC、热塑性硫化橡胶(TPV)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
填料110的聚合物材料可以是非膨胀的或膨胀的。包括膨胀聚合物的填料110应该使得电力线缆100比包括非膨胀聚合物的类似线缆每单位长度更轻，从而在保持所要求的工业标准安全系数时潜在地允许更长的垂直敷设。此外或者可选择的，每单位长度更轻的电力线缆100应该允许使用更小的强度元件116和/或第二部件104，允许进一步节省每单位长度的重量。例如在美国专利No.6501027B1、美国专利No.7465880 B2以及PCT/IB2013/002426中描述了适合于本发明的可膨胀填料。
其它保护层可以被设置在填料110和外护套108之间，诸如膨胀或者非膨胀聚合物层400，例如如在PCT/IB2013/002426中或美国专利No.7465880 B2中所描述的。
如从图2，本发明的线缆优选地包括密封层402，其例如由聚合物涂覆金属带制成，其中重叠部分用膨胀聚合物层400之上的粘合剂层来密封，并且被充当化学屏障404的连续涂覆层围绕，化学屏障404例如由聚酰亚胺制成。
有利地，第一部件102接触第二部件104。优选地，每个第一部件102接触至少一个第二部件104。更优选地，每个第一部件102接触两个第二部件104。
第一部件和第二部件102、104的构件定义构件径向内部的第一区122。有利地，支架106基本占据第一区122的全部。
该构件定义了在构件的径向外部但是在护套108的径向内部的第二区。通过填充护套108下的第二区中以及第一部件102和第二部件104的间隙中几乎任何其它空的空间，填料110可以基本占据第二区的全部。
优选地，填料110的聚合物材料延伸超过并且覆盖构件和第二区，使得环形环围绕构件和第二区。填料110在构件和第二区之上的这种延伸(也称为环形层)可以具有大于或等于0.1mm以及小于或等于6.0mm的厚度，但是取决于电力线缆100的直径和/或电力线缆100的预期应用，也可以使用更大的径向厚度。
优选地，第二部件104中的每个被绞合在第一部件102中的两个之间。
有利地，以选定的国家和国际标准所允许的最大绞距来绞合第一部件102。例如，根据ICEA639，对于双芯线缆，绞距是导体112的直径的三十(30)倍；对于三芯线缆，绞距是导体的直径的三十五(35)倍；对于四芯线缆，绞距是导体的直径的四十(40)倍；对于具有超过四个芯的线缆，绞距是线缆构件的直径的十五(15)倍。
当第二部件104处于张力之下时，特别是当电力线缆100处于升高的温度之下时，第二部件104趋向于拉向电力线缆100的中心。在缺少支架106时，第二部件104拉向电力线缆100的中心的这一趋势可以使第一部件102从电力线缆100的中心移离，从而扩展第一部件102。但是，如上文所讨论的，因为第一部件102和第二部件104被配置成接触支架106，所以支架106用以防止第一部件102的这种扩展。因此，支架106起支撑和维持第一部件102和第二部件104的位置的作用，从而确保电力线缆100的结构稳定性。支架106也起用于第二部件104的机械扩展器的作用，特别是当第二部件104处于张力下时。
根据本发明的电力线缆的总扭转刚性可以是重要的，特别是当导电元件包括由扭绞在一起的金属导线制成的导电组件时。在这种情况下，垂直或基本垂直定向上的潜在重要问题是，导电元件可能开始解绕，从而改变导电元件的绞距并且使强度元件承受额外的张力。
电力线缆的多个构成的扭转刚性对线缆自身的总扭转刚性有贡献。特别地，膨胀聚合物层400和密封层402趋向于是扭转刚性的。特别地，由聚合物涂覆金属带制成的密封层402(其中聚合物涂覆金属带中的重叠部分由粘合剂层密封)趋向于在电力线缆的操作温度(例如，90℃)和应急温度(例如，140℃)两者下都保持它的扭转刚性。赋有膨胀聚合物层400以及优选的密封层402的电力线缆100的高扭转刚性在正常操作温度范围内趋向于应对这些解绕和额外的拉伸效应。
设想其它途径来减少根据本发明的电力线缆中的扭转应力。
在根据图1的电力线缆100的情况下，当导电元件112包括由扭绞在一起的金属导线制成的导电组件时，有利地使第一部件102的环绕与扭绞在一起的金属导线的环绕相反。此外或者可选择的，当强度元件116是扭绞在一起的绳索线股时，第二部件104的环绕与扭绞在一起的绳索的环绕相反。
如上文所讨论的，相对于导电元件112的直径，第一部件102的绞距以及相应的第二部件104的绞距被有利地控制。绞距是由选定的国家或国际标准(例如，ICEA 639)所提出的最大值。
为了制造根据本发明的电力线缆的目的，支架可以被挤压成型。第一部件102和第二部件104可以被绞合在挤压成型的支架106周围。
为了制造电力线缆100的目的，提供七个位置的行星式成缆机能够敷设支架106、第一部件102以及第二部件104。然而，如果第二部件104不包括强度元件116和导电层118两者，在具有多于七个位置的行星式成缆机上的线缆布线应当用于包括至少单独的接地导体。从工业的角度看，具有多于七个位置的行星式成缆机的使用是复杂的，原因是这一机械有限的可用性及其稀缺的实用性，特别是在大型线缆(具有大于约53.5mm2或1/0AWG的导体尺寸)的制造中。
图3是根据某些示例实施例的电力线缆100的绘制剖视图，该电力线缆100具有沿着电力线缆100的长度延伸的第二部件104，具有第一部件102并且具有外护套108。在图3中，使用相同的附图标记来识别具有图1和2中的相同或类似功能的组件。
在本情况中，如在图1和2的线缆的情况中，第一部件102的数目等于第二部件104的数目。
图3的线缆100与图1和2的线缆的不同之处在于，图3的线缆100包括两个第一部件102和两个第二部件104。此外，如图2中的404的化学屏障没有绘出，但是可以被有利地设置在这种线缆中。
在图3中，支架106在电力线缆100的横截面内居中。特别地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的对称。支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的两个对称轴，以及180°的旋转对称。
图4是根据某些示例实施例的电力线缆100的绘制剖视图，该电力线缆100具有沿着电力线缆100的长度延伸的第二部件104，具有第一部件102并且具有外护套108。在图4中，使用相同的附图标记来识别具有图1和2中的相同或类似功能的组件。此外，如图2中的404的化学屏障没有绘出，但是可以有利地被设置在这种线缆中。
在本情况中，如在图1和2的线缆的情况中，第一部件102的数目等于第二部件104的数目。可能有例如四个第一部件和四个第二部件。
图4的线缆与图1和2的线缆的不同之处在于，图4的线缆包括沿着电力线缆100的长度延伸的四个第一部件102和四个第二部件104。
在图4中，支架106在电力线缆100的横截面内居中。特别地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的对称。支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的两个对称轴，以及180°的旋转对称。
图5是根据某些示例实施例的电力线缆100的绘制剖视图，该电力线缆100具有沿着电力线缆100的长度延伸的第二部件104，具有第一部件102并且具有外护套108。在图5中，使用相同的附图标记来识别具有图1和2中相同或类似功能的组件。此外，如图2中的404的化学屏障没有绘出，但是可以有利地被设置在这种线缆中。
在本情况中，第一部件102的数目大于第二部件104的数目。特别地，图5的线缆100包括四个第一部件102和两个第二部件104。
图5与图1和2的不同之处在于，图5中的电力线缆100包括沿着电力线缆100的长度延伸的四个第一部件102和沿着电力线缆100的长度延伸的两个第二部件104。
在图5中，支架106在电力线缆100的横截面内居中。特别地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的对称。支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的两个对称轴，以及180°的旋转对称。
图6是根据某些示例实施例的电力线缆100的绘制剖视图，该电力线缆100具有沿着电力线缆100的长度延伸的第二部件104，具有第一部件102并且具有外护套108。在图6中，使用相同的附图标记来识别具有图1和2中相同或类似功能的组件。此外，如图2中的404的化学屏障没有绘出，但是可以有利地被设置在这种线缆中。
在本情况中，第一部件102的数目小于第二部件104的数目。特别地，图6的线缆100包括两个第一部件102和四个第二部件104。
在图6中，支架106在电力线缆100的横截面内居中。特别地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的对称。优选地，支架106呈现相对于电力线缆100的横截面的两个对称轴，以及180°的旋转对称。
尽管已经特别地示出和描述了示例实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离如由下面的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节上的各种改变。
示例
描述了本发明的线缆的两个变体。线缆A和B都包括三个70mm2(2/0)铜导体，额定为15kV，使用乙丙橡胶(EPR)绝缘，组装在中心支架周围。同样组装在中心支架周围的是由充当导电(接地)导线的铜层所覆盖的三个芳族聚酰胺绳索强度元件。围绕且包围组装芯体的是覆盖芯体元件的EPDM橡胶填料。围绕填料存在多个层的护套系统。这些层包括充当化学屏障的连续的聚酰亚胺涂覆层和外塑料保护套。EPDM橡胶和聚酰亚胺层中间的两个层包括基于膨胀聚丙烯的层和用粘合剂层密封重叠部分的聚合物涂覆的金属带。
特别地，线缆A包括具有102kN(23000磅)的断裂强度的芳族聚酰胺绳索(从Phillystran购买可得)，而线缆B包括具有34kN(7700磅)的断裂强度的芳族聚酰胺绳索(从Phillystran购买可得)。具有更高的额定强度部件的线缆A可以设计用于例如更长的垂直落差。
通过在强度元件之上施加22根0.34mm2(22AWG)铜导线，线缆A和B两者都设置有25mm2(4AWG)接地部的等价物。在线缆A的情况下，这转换成强度元件之上36％的铜覆盖。在线缆B的情况下，这转换成强度元件之上64％的铜覆盖。
线缆A具有65.6N/米(4.5磅/英尺)的重量并且意在用于井筒中667.5米(2190英尺)的垂直落差(敷设的重力＝43837N或9855镑)。然后，针对根据ICEA S-93-639-2012的至少为7的安全系数，线缆强度元件应具有306.8kN(68985磅)的组合断裂强度-在当前情况下，三根芳族聚酰胺绳索作为强度部件，每个都具有至少102.28kN(22995磅)的断裂强度。在线缆A中，每个选定的绳索超过这个量20％，因为它均具有122.7kN(27594磅)的断裂强度。
线缆B具有65.6N/米(4.5磅/英尺)的重量并且设计用于钻孔中304.8米(1000英尺)的垂直落差(敷设的重力＝20017N或4500镑)。然后，针对根据ICEA S-93-639-2012的至少为5的安全系数，它的强度元件应具有100.1kN(22000磅)的组合断裂强度-在当前情况下，三根芳族聚酰胺绳索作为强度部件，每个都具有至少33kN(7400磅)的断裂强度。在线缆B中，每个选定的芳族聚酰胺绳索超过这个量20％，因为它具有39.6kN(8902磅)的断裂强度。
应该理解的是，本领域技术人员将能够使用如上的示例基于强度元件的数目、总线缆重量/单位长度、要求的安全系数以及垂直落差来选择具有适当的断裂强度的合适的强度元件。

Claims (15)

1.一种电力线缆(100)，包括：
沿着电力线缆(100)的长度延伸的至少两个第一部件(102)，所述第一部件(102)中的每个包括导电元件(112)和在所述导电元件(112)径向外部的绝缘层(114)；
沿着电力线缆(100)的长度延伸的至少两个第二部件(104)，所述第二部件(104)中的每个包括强度元件(116)和在所述强度元件(116)径向外部的导电层(118)；
所述第一部件和所述第二部件(102、104)绞合在支架(106)周围并且接触支架(106)，所述支架(106)沿着电力线缆(100)的长度延伸；
其中所述支架(106)由聚合物材料制成，所述聚合物材料具有大于或等于1GPa的拉伸模量和大于或等于125℃的维卡软化温度。
2.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述导电层(118)由具有适于作为接地导体的厚度的金属制成。
3.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述第一部件(102)包括设置在相对于所述绝缘层(114)的径向外部位置中的金属屏蔽(306)。
4.根据权利要求3所述的线缆(100)，其中所述导电层(118)接触所述金属屏蔽(306)。
5.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述强度元件(116)由聚合物材料制成。
6.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述强度元件(116)由具有断裂强度(B)的材料制成，以至于提供至少最小安全系数(SF)。
7.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述支架(106)具有小于或等于1.7GPa的拉伸模量。
8.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述支架(106)由选自玻璃纤维或热塑性材料的材料制成。
9.根据权利要求8所述的线缆(100)，其中所述热塑性材料添加有无机增强填料。
10.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述支架(106)由具有从45到75的邵氏D硬度的材料制成。
11.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中每个所述第二部件(104)绞合在所述第一部件(102)中的两个之间。
12.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述第一部件(102)以选定的国家或国际标准所允许的最大绞距绞合。
13.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述第一部件(102)和所述第二部件(104)以为彼此的倍数的数目存在。
14.根据权利要求1所述的线缆(100)，在相对于所述第一部件和所述第二部件(102、104)的径向外部位置中还顺序地包括：至少膨胀聚合物层(400)、充当化学屏障(404)的连续涂覆层或密封层(402)。
15.根据权利要求1所述的线缆(100)，其中所述第一部件(102)接触所述第二部件(104)。
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