CN106920592A - 一种电力电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力电缆，包括导体，所述的导体外侧包裹有导体屏蔽层，所述的导体屏蔽层外侧包裹有绝缘橡胶层，所述的绝缘橡胶层外侧为绕包层，绕包层外侧为橡胶保护层，所述的导体屏蔽层为纳米复合石墨烯屏蔽材料。其制备出的电力电缆具有很好的抗击穿故障。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电缆，属于材料合成领域。
背景技术
交联聚乙烯（XLPE）电力电缆自20世纪80年代后期开始在国内电网使用，90年代初期开始大量使用。在其运行初期，运行故障率并不高，但经过十几年的运行后，当时投运的一大批XLPE电力电缆线路在最近几年的运行故障率显著增加。35KV及以下XLPE电力电缆由于外界因素如外力损伤、水分迁移和化学腐蚀等影响，形成水树枝状早期老化而导致XLPE电力电缆线路运行击穿故障的数量约占电力电缆运行故障总数的90％以上。由于对XLPE电力电缆绝缘本体的老化过程和击穿机理缺乏了解，国内现有的研究水平无法对XLPE电力电缆的故障原因进行深入的理论分析，这方面的研究还属空白，因此，迫切需要开展如何延长电缆使用寿命、减少电缆本体故障率这方面的研究工作。我发明了一种店里电缆采用添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料，一定程度减少了电缆线路击穿故障提高了电力电缆的使用寿命。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电力电缆，具有很好的抗击穿故障。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电力电缆，其特征在于，包括导体，所述的导体外侧包裹有导体屏蔽层，所述的导体屏蔽层外侧包裹有绝缘橡胶层，所述的绝缘橡胶层外侧为绕包层，绕包层外侧为橡胶保护层。
所述的绕包层与橡胶保护层之间具有防水层，绝缘橡胶层与绕包层之间具有填充层。
所述的导体为铜导体。
所述的导体屏蔽层为纳米复合石墨烯屏蔽材料。
所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺为：步骤1、按9:4的浓H2SO4和浓H3PO4，加入到装有石墨烯的三口烧瓶里；
步骤2、然后在加入过氧化氢，在室温下磁力搅拌处理2h;
步骤3、然后将温度升至50℃，在超声波震荡处理下磁力搅拌3h;
步骤4、然后冷却至室温加入纳米氧化铝，在冰水浴下磁力搅拌处理2h;
步骤5、冰水浴处理结束后，在进行离心分离，除去上层液体，然后在盐酸，去离子水下反复洗涤5-6次，洗涤结束后在真空干燥箱下110℃干燥处理12h，得到纳米复合石墨烯;
步骤6、将上述制得纳米复合石墨烯加入到氯仿溶液里，在50℃下进行超声波分散处理3h;
步骤7、将聚乙烯加入到二甲苯溶液里，在80℃下磁力搅拌处理3h,使其均匀溶解；
步骤8、将步骤6超声波分散处理好的纳米复合石墨烯氯仿溶液与步骤7处理好的聚乙烯二甲苯溶液混合，同时在80℃下磁力搅拌5h;
步骤9、然后在进行减压蒸馏将溶剂逐渐蒸发掉；
步骤10、然后转移到真空干燥箱里干燥处理,最终得到添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料。
所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺步骤9还包括，热碱处理，先在150℃热空气氛围下处理2h，然后用5%的氢氧化钠溶液浸泡4h，然后用去离子水冲洗至中性。
所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺步骤10、真空干燥箱里110℃干燥处理24h。
本发明还提供一种电力电缆的屏蔽材料，为纳米复合石墨烯的屏蔽材料，应用于电缆导电屏蔽层。
有益效果 : 本发明一种添加纳米复合石墨烯屏蔽材料的合成方法应用于电力电缆，该工艺操作简单，原料相对容易获取，通过加入纳米复合石墨烯使其在高温下具有更好的热稳定性、更低的吸湿性和有利于改善生产的低粘度，提高屏蔽材料的击穿强度。在合成过程通过超声波处理使混合物分散更加均匀，再通过热碱处理改善其物化性质增强屏蔽效果。其中实施例1制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样。石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯。制得的添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料应用到电力电缆屏蔽效果最好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、导体，2、导体屏蔽层，3、绝缘橡胶层，4、绕包层，5、防水层，6、橡胶保护层。
具体实施方式
一种电力电缆，如图1所示，包括导体1，所述的导体外侧包裹有导体屏蔽层2，所述的导体屏蔽层外侧包裹有绝缘橡胶层3，所述的绝缘橡胶层外侧为绕包4层，绕包层外侧为橡胶保护层6。
所述的绕包层与橡胶保护层之间具有防水层5，绝缘橡胶层与绕包层之间具有填充层。
所述的导体为铜导体。
所述的导体屏蔽层为纳米复合石墨烯屏蔽材料，为了提供更好的纳米复合石墨烯屏蔽材料性能，其制备方法具有以下实施例：
实施例1 制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯。
步骤1、按9:4的18ml浓H2SO4和8ml浓H3PO4，加入到装有2g石墨烯的三口烧瓶里；
步骤2、然后在加入20ml过氧化氢，在室温下磁力搅拌处理2h;
步骤3、然后将温度升至50℃，在超声波震荡处理下磁力搅拌3h;
步骤4、然后冷却至室温加入0.7g纳米氧化铝，在冰水浴下磁力搅拌处理2h;
步骤5、冰水浴处理结束后，在进行离心分离，除去上层液体，然后在盐酸，去离子水下反复洗涤5-6次，洗涤结束后在真空干燥箱下110℃干燥处理12h，得到纳米复合石墨烯;
步骤6、将上述制得纳米复合石墨烯加入到100ml氯仿溶液里，在50℃下进行超声波分散处理3h;
步骤7、将20g聚乙烯加入到300ml二甲苯溶液里，在80℃下磁力搅拌处理3h,使其均匀溶解；
步骤8、将步骤6超声波分散处理好的纳米复合石墨烯氯仿溶液与步骤7处理好的聚乙烯二甲苯溶液混合，同时在80℃下磁力搅拌5h;
步骤9、然后在进行减压蒸馏将溶剂逐渐蒸发掉，然后进行热碱处理，先在150℃热空气氛围下处理2h，然后用5%的氢氧化钠溶液浸泡4h，然后用去离子水冲洗至中性；
步骤10、然后转移到真空干燥箱里110℃干燥处理24h,最终得到添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料。
实施例2制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.75g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例3制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:8的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.8g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例4制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:8.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.85g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例5制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:9的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.9g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例6 制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:9.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.95g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例7 制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:10的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.1g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例8制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:6.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.65g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例9制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:6的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.6g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例10制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:5.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.55g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例11制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.5g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例12制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:4.5的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.45g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例13制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:4的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.4g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯,操作步骤跟实施例1一样。
实施例14制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯。
步骤1、按9:4的18ml浓H2SO4和8ml浓H3PO4，加入到装有2g石墨烯的三口烧瓶里；
步骤2、然后在加入20ml过氧化氢，在室温下磁力搅拌处理2h;
步骤3、然后将温度升至50℃，在超声波震荡处理下磁力搅拌3h;
步骤4、然后冷却至室温加入0.7g纳米氧化铝，在冰水浴下磁力搅拌处理2h;
步骤5、冰水浴处理结束后，在进行离心分离，除去上层液体，然后在盐酸，去离子水下反复洗涤5-6次，洗涤结束后在真空干燥箱下110℃干燥处理12h，得到纳米复合石墨烯;
步骤6、将上述制得纳米复合石墨烯加入到100ml氯仿溶液里，在50℃下进行超声波分散处理3h;
步骤7、将20g聚乙烯加入到300ml二甲苯溶液里，在80℃下磁力搅拌处理3h,使其均匀溶解；
步骤8、将步骤6超声波分散处理好的纳米复合石墨烯氯仿溶液与步骤7处理好的聚乙烯二甲苯溶液混合，同时在80℃下磁力搅拌5h;
步骤9、然后在进行减压蒸馏将溶剂逐渐蒸发掉，然后进行热碱处理，先在150℃热空气氛围下处理2h，然后用5%的氢氧化钠溶液浸泡4h，然后用去离子水冲洗至中性；
步骤10、然后转移到真空干燥箱里80℃干燥处理12h,最终得到添加纳米复合石墨烯的屏蔽初产物，
步骤11，将上述初材料放入改性混合液浸泡为浓度为15%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，是通过聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氢呋喃中得到。
步骤10、然后在进行减压蒸馏将溶剂逐渐蒸发掉，转移到真空干燥箱里110℃干燥处理24h,最终得到添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料。
对照例1制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，其中不进行超声波处理，其他操作步骤跟实施例1一样。
对照例2制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，其中不进行磁力搅拌而是普通搅拌，其他操作步骤跟实施例1一样。
对照例3制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，在制备纳米复合石墨烯时不用浓硫酸和弄磷酸混酸处理而是单一浓硫酸，浓磷酸，其他操作步骤跟实施例1一样。
对照例4制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，其中不进行减压蒸馏，其他操作步骤跟实施例1一样。
对照例5 制取石墨烯, 纳米氧化铝质量比20:7的样，石墨烯2g,纳米氧化铝0.7g。18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，其中不进行热碱处理，其他操作步骤跟实施例1一样。
对照例6 18ml浓H2SO4,8ml浓H3PO4,20ml过氧化氢溶液，100ml氯仿溶液，20g聚乙烯，300ml二甲苯，不加入纳米复合石墨烯，其他操作步骤跟实施例1一样。
工频逐级击穿试验：
将上述制得的添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料分别应用到电力电缆中。对这些电力电缆进行0d,20d负荷循环后、150d加速老化,300d加速老化后分别进行工频逐级击穿试验.
表一工频逐级击穿试验结果Eb/(kv ▪mm-1)
| 组别 | 0d | 20d | 150d | 300d |
| 实施例1 | 55.7 | 54.1 | 50.6 | 40.2 |
| 实施例2 | 54.4 | 48.5 | 45.9 | 39.7 |
| 实施例3 | 44.2 | 37.5 | 26.7 | 17.5 |
| 实施例4 | 44.7 | 36.2 | 25.9 | 16.6 |
| 实施例5 | 43.9 | 38.7 | 28.5 | 13.5 |
| 实施例6 | 44.3 | 35.6 | 27.8 | 15.7 |
| 实施例7 | 45.2 | 39.3 | 29.6 | 18.3 |
| 实施例8 | 44.8 | 35.1 | 26.2 | 13.9 |
| 实施例9 | 44.3 | 33.5 | 25.9 | 14.6 |
| 实施例10 | 43.7 | 38.7 | 27.5 | 17.4 |
| 实施例11 | 43.6 | 34.4 | 26.8 | 15.6 |
| 实施例12 | 44.6 | 37.8 | 26.1 | 15.9 |
| 实施例13 | 43.4 | 39.1 | 29.8 | 18.8 |
| 实施例14 | 57.7 | 57.3 | 56.9 | 56.2 |
| 对照例1 | 47.2. | 36.4 | 25.5 | 11.2 |
| 对照例2 | 44.7 | 38.5 | 26.8 | 12.4 |
| 对照例3 | 47.1 | 33.6 | 24.6 | 9.4 |
| 对照例4 | 45.2 | 40.3 | 27.9 | 8.9 |
| 对照例5 | 43.7 | 37.8 | 23.5 | 8.4 |
| 对照例6 | 37.4 | 30.6 | 16.7 | 5.2 |
实验结果表明：常规的石墨烯, 纳米氧化铝配比制备出的材料，其性能及其稳定性并不是非常的好，但发现实施例1、2制得的添加纳米复合石墨烯屏蔽材料应用到电力电缆其工频击穿场强稳定，稳定性也较高，说明该原料配比，操作工艺最有利于屏蔽和保持屏蔽效果。其它工艺下制得的添加纳米复合石墨烯屏蔽材料应用到电力电缆其稳定性不好，长时间后工频逐级击穿强度下降。对比实施例1，对比例1,2,3,4,5,6可以发现。进行超声波，磁力搅拌，混酸处理，减压蒸馏，热碱处理，加入自制纳米复合石墨烯这些工艺的整体协同使得其抗工频逐级击穿效果大大提升，屏蔽效果以及稳定高大大提高。
通过实施例14，发明人发现，基于事实例的1的基础上，通过将纳米复合石墨烯的屏蔽初产物浸泡在聚甲基丙烯酸甲酯溶液中改性后得到的屏蔽材料其稳定性异常的好，其300d后的击穿性能降低小于3%，大大高于其他实施例，以及实施例1、2。
Claims (8)
1.一种电力电缆，其特征在于，包括导体，所述的导体外侧包裹有导体屏蔽层，所述的导体屏蔽层外侧包裹有绝缘橡胶层，所述的绝缘橡胶层外侧为绕包层，绕包层外侧为橡胶保护层。
2.根据权利要求1所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的绕包层与橡胶保护层之间具有防水层，绝缘橡胶层与绕包层之间具有填充层。
3.根据权利要求1所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的导体为铜导体。
4.根据权利要求1所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的导体屏蔽层为纳米复合石墨烯屏蔽材料。
5.根据权利要求1所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺为：步骤1、按9:4的浓H2SO4和浓H3PO4，加入到装有石墨烯的三口烧瓶里；
步骤2、然后在加入过氧化氢，在室温下磁力搅拌处理2h;
步骤3、然后将温度升至50℃，在超声波震荡处理下磁力搅拌3h;
步骤4、然后冷却至室温加入纳米氧化铝，在冰水浴下磁力搅拌处理2h;
步骤5、冰水浴处理结束后，在进行离心分离，除去上层液体，然后在盐酸，去离子水下反复洗涤5-6次，洗涤结束后在真空干燥箱下110℃干燥处理12h，得到纳米复合石墨烯;
步骤6、将上述制得纳米复合石墨烯加入到氯仿溶液里，在50℃下进行超声波分散处理3h;
步骤7、将聚乙烯加入到二甲苯溶液里，在80℃下磁力搅拌处理3h,使其均匀溶解；
步骤8、将步骤6超声波分散处理好的纳米复合石墨烯氯仿溶液与步骤7处理好的聚乙烯二甲苯溶液混合，同时在80℃下磁力搅拌5h;
步骤9、然后在进行减压蒸馏将溶剂逐渐蒸发掉；
步骤10、然后转移到真空干燥箱里干燥处理,最终得到添加纳米复合石墨烯的屏蔽材料。
6.根据权利要求5所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺步骤9还包括，热碱处理，先在150℃热空气氛围下处理2h，然后用5%的氢氧化钠溶液浸泡4h，然后用去离子水冲洗至中性。
7.根据权利要求5所述的一种电力电缆，其特征在于，所述的所述的纳米复合石墨烯屏蔽材料制备工艺步骤10、真空干燥箱里110℃干燥处理24h。
8.一种电力电缆的屏蔽材料，其特征在于，为纳米复合石墨烯的屏蔽材料，应用于电缆导电屏蔽层。
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