CN106876018B - 一种高阻燃耐候性电缆 - Google Patents

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Abstract

一种高阻燃耐候性电缆，该电缆包含电缆芯、绝缘层、阻燃层和保护层，所述电缆芯、绝缘层、阻燃层和保护层之间的厚度比为1‑2:1.5‑2.5:1.8‑3:1.9‑2。本发明中的高阻燃耐候性电缆通过具有独特的结构，每层结构都有独特的作用，且每层结构之间具有较好的协同和相容作用，成功实现了功能的有效结合和综合性质的有效提高，从而使该电缆具有独特的高耐候性，特别适用于光伏工业中。

Description

一种高阻燃耐候性电缆
技术领域
本发明涉及一种高阻燃耐候性电缆，属于电缆技术领域。
背景技术
近年来，由于全球气候变暖、生态环境恶化、常规能源短缺等问题，发展可再生能源得到各国政府的重视和支持。在技术进步的推动和各国政府的激励政策驱动下，太阳能光伏发电产业和市场得以迅速发展。从2007年开始，我国的太阳能光伏应用从较低的水平连续4年保持100％以上的年增长率。截至2010年末，我国太阳能光伏发电装机容量已经达到893MW，位居世界第7。预计到2020年，我国的太阳能光伏发电装机总容量将超过30000MW。
太阳能发电虽然具有无可比拟的优越性，但是太阳强度受各种因素(季节、气候、地点等)的影响而不能维持常量，即太阳能是一种辐射能，具有及时性，必须及时将太阳能转换成其他形式的能量才能储存和利用，而作为传输元件的电缆成为光伏发电系统中不可或缺的组件。
随着光伏发电产业的发展，光伏发电系统用电缆的用量也在随之增长，进入稳定的市场成长期。但是，太阳能发电工作环境恶劣，普通的低压电力电缆在使用过程中不能满足光伏发电的高温、紫外线辐射和雨水侵蚀等苛刻环境的要求。而且，在电缆安装过程中，电缆受到弯折和拉伸等力的作用， 加速了普通电力电缆的老化，缩短了电缆的使用寿命，增加了维修成本，影响了整个系统的使用寿命。
因此，在光伏发电系统中使用高阻燃耐候性电缆已经成为一种趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高阻燃耐候性电缆，在保证具有一定表面电阻值的基础上，该高阻燃耐候性电缆具有良好的耐侵蚀性、相容性、耐臭氧性、耐火性以及热寿命。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种高阻燃耐候性电缆，该电缆包含电缆芯、绝缘层、阻燃层和保护层，所述电缆芯、绝缘层、阻燃层和保护层之间的厚度比为1-2:1.5-2.5:1.8-3:1.9-2。
优选地，所述电缆芯1的表面包覆一层半导体层，所述半导体为金属氧化物，具体为Ga-Zn-O层或Ga-In-Zn-O层。
优选地，所述的绝缘层为200℃辐照交联的聚烯烃塑料。
优选地，所述阻燃层由如下组分构成：基料：100份；防火剂：8～35份；稳定剂：2～8份；交联敏化剂：1～10份；
优选地，所述防火剂具有通式(A)所表示的化合物：
优选地，所述保护层包括抗侵蚀层、抗臭氧层和碳材料层。
优选地，所述抗侵蚀层由纳米氧化铝和纳米碳化硅组成，其中，纳米氧化铝和纳米氧化硅的比例为10:1。
优选地，所述抗臭氧层为表面喷涂乙烯基化二氧化硅的甲基丙烯酸十二氟酯/丁苯橡胶复合材料。
优选地，所述碳材料层为碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑的混合物，其中，所述碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑之间的质量比为1:2-5:2-3:4-5。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、首次利用Ga-Zn-O氧化物或Ga-In-Zn-O氧化物作为半导体层，Ga-Zn-O氧化物或Ga-In-Zn-O氧化物可以形成一道内屏蔽层,该屏蔽层与导体等电位并且与绝缘层良好接触，避免在导体与绝缘层3之间发生局部放电。经检测，采用Ga-Zn-O氧化物或Ga-In-Zn-O氧化物作为半导体层的电缆的屏蔽效果远优于现有技术中其它半导体所产的屏蔽效果。
2、本发明中的阻燃层4具有非常高的阻燃效果，该阻燃效果来源于引入了防火剂(A)，而现有技术中均没有将防火剂(A)引入电缆阻燃层的技术启示。经检测，采用本发明的阻燃层后，该电缆的阻燃效果远优于现有技术中的其它电缆。
3、本发明中的保护层5具有独特的结构，即包括抗侵蚀层、抗臭氧层、碳材料层。采用纳米氧化铝和纳米碳化硅作为抗侵蚀层可有效提高电缆的耐 酸耐碱侵蚀性。采用表面喷涂乙烯基化二氧化硅的甲基丙烯酸十二氟酯/丁苯橡胶复合材料作为抗臭氧层，可有效提高电缆的抗臭氧性，而抗臭氧性也正是电缆在许多应用情况所必备的性质，特别是光伏电缆。采用碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑的组合物作为碳材料层可以有效防止电缆在运行中的感应电动势对电缆的损害，进而延长电缆的寿命，特别是在引入了石墨烯后，该碳材料层所起的有益效果远高于仅采用石墨作为涂层的电缆。
4、本发明中的高阻燃耐候性电缆通过具有独特的结构，每层结构都有独特的作用，且每层结构之间具有较好的协同和相容作用，成功实现了功能的有效结合和综合性质的有效提高，从而使该电缆具有独特的高耐候性，特别适用于光伏工业中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1电缆芯、2、半导体层、3绝缘层、4阻燃层、5保护层、6抗侵蚀层、7抗臭氧层、8碳材料层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
一种高阻燃耐候性电缆，该电缆包含电缆芯1、绝缘层3、阻燃层4和保 护层5，所述电缆芯1、绝缘层3、阻燃层4和保护层5之间的厚度比为1:1.5:1.8:1.9。电缆芯1的表面包覆一半导体层2，所述半导体为金属氧化物，具体为Ga-Zn-O层或Ga-In-Zn-O层。绝缘层3为200℃辐照交联的聚烯烃塑料。阻燃层4由如下组分构成：基料：100份；防火剂：8～35份；稳定剂：2～8份；交联敏化剂：1～10份，其中防火剂具有通式(A)所表示的化合物：
保护层5包括抗侵蚀层6、抗臭氧层7和碳材料层8。抗侵蚀层6由纳米氧化铝和纳米碳化硅组成，其中，纳米氧化铝和纳米氧化硅的比例为10:1。抗臭氧层7为表面喷涂乙烯基化二氧化硅的甲基丙烯酸十二氟酯/丁苯橡胶复合材料。碳材料层8为碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑，其中，所述碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑之间的质量比为1:2-5:2-3:4-5。
实施例2
一种高阻燃耐候性电缆，该电缆包含电缆芯1、绝缘层3、阻燃层4和保护层5，所述电缆芯1、绝缘层3、阻燃层4和保护层5之间的厚度比为2:2.5:3:2.0。电缆芯1的表面包覆一半导体层2，所述半导体为金属氧化物，具体为Ga-Zn-O层或Ga-In-Zn-O层。绝缘层3为200℃辐照交联的聚烯烃塑料。阻燃层4由如下组分构成：基料：100份；防火剂：8～35份；稳定剂：2～8 份；交联敏化剂：1～10份，其中防火剂具有通式(A)所表示的化合物：
保护层5包括抗侵蚀层6、抗臭氧层7和碳材料层8。抗侵蚀层6由纳米氧化铝和纳米碳化硅组成，其中，纳米氧化铝和纳米氧化硅的比例为10:1。抗臭氧层7为表面喷涂乙烯基化二氧化硅的甲基丙烯酸十二氟酯/丁苯橡胶复合材料。碳材料层8为碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑，其中，所述碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑之间的质量比为1:2-5:2-3:4-5。
表1表示出了实施例1和2中高阻燃耐候性电缆的各项性能指标与现有技术中光伏电缆的各项性能指标的比较。
部分测试方法如下：
抗侵蚀性：根据GB/T2951—2008进行检测。
相容性：电缆整体经7d，每天24h，(135±2)℃老化。
耐臭氧：弯曲试样所用试棒直径为线芯直径的(2±0.1)倍，试验箱温度(40±2)℃，试验箱相对湿度(55±5)％，臭氧浓度(200±50)×10-6％，空气流量为每分钟0.2～0.5倍试验箱容积，样品放置试验箱时间为72h电缆。
耐气候：每个周期在温度(65±3)℃、相对湿度65％、波长300～400nm条件下试验的最小功率为(60±2)W/m2，持续720h后进行室温下弯曲试验，试棒直径为电缆外径的4～5倍。
动态穿透试验：在室温条件下，钢针加力的频率为1N/s，同一根样品试验4次，每次试验点相距至少25mm，并且每个试验点顺时针旋转90°，记录弹簧钢针与导体线芯接触瞬间的穿透力。
热寿命：根据EN 60216阿伦尼乌斯曲线进行试验，保证电缆在120℃下寿命≥25(a)，即温度指数为145℃，试验时间不短于5000h绝缘及护套断裂伸长率的保。
阻燃效果(氧指数)：根据GB/T8924进行检测。
[表1]
根据表1的测试结果来看，本发明的诸多效果优于现有技术中的电缆，其具有较高的耐候性和阻燃性，适用范围广，特别适用于光伏工业中。
综上所述，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。

Claims (7)

1.一种高阻燃耐候性电缆，其特征在于：所述高阻燃耐候性电缆包含电缆芯(1)、绝缘层(3)、阻燃层(4)和保护层(5)，所述电缆芯(1)、绝缘层(3)、阻燃层(4)和保护层(5)之间的厚度比为1-2:1.5-2.5:1.8-3:1.9-2；所述阻燃层(4)由如下组分构成：基料：100质量份；防火剂：8～35质量份；稳定剂：2～8质量份；交联敏化剂：1～10质量份；所述防火剂具有通式(A)所表示的化合物：
2.根据权利要求1所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述电缆芯(1)的表面包覆一层半导体层(2)，所述半导体层为金属氧化物层，具体为Ga-Zn-O层或Ga-In-Zn-O层。
3.根据权利要求1所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述的绝缘层(3)为200℃辐照交联的聚烯烃塑料。
4.根据权利要求1所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述保护层(5)包括抗侵蚀层(6)、抗臭氧层(7)和碳材料层(8)。
5.根据权利要求4所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述抗侵蚀层(6)由纳米氧化铝和纳米碳化硅组成，其中，纳米氧化铝和纳米氧化硅的质量比例为10:1。
6.根据权利要求4所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述抗臭氧层(7)为表面喷涂乙烯基化二氧化硅的甲基丙烯酸十二氟酯/丁苯橡胶复合材料。
7.根据权利要求4所述的高阻燃耐候性电缆，其中，所述碳材料层(8)为碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑的混合物，其中，所述碳纳米管、碳纤维、石墨烯和炭黑之间的质量比为1:2-5:2-3:4-5。
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