CN107033469A - 5mw海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，包括：铜导体、乙丙橡皮绝缘层和聚乙烯橡皮护套层，所述乙丙橡皮绝缘层包覆于铜导体的外表面，所述聚乙烯橡皮护套层包覆于乙丙橡皮绝缘层外表面，所述乙丙橡皮绝缘层由以下组分组成：三元乙丙橡胶Kep510、微晶蜡、石蜡油2280、三氧化二锑、钛白粉、白炭黑、氧化锌、纳米阻燃补强剂JP150、弹性体颗粒4~8份、粘合剂、过氧化二异丙苯DCP1~3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA0.8~2份。本发明高载流量抗扭转动力电缆解决了5MW海上风力发电动力抗扭电缆长期高载流量、弯曲疲劳、老化等导致使用寿命下降的问题，成为国际领先水平；具有很好的实用价值和推广价值。

Description

5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆
技术领域
本发明涉及一种风机内部发电机定子的抗扭及固定动力传输电缆，尤其涉及一种高载流量的抗扭电缆。
背景技术
风能作为一种清洁的、可再生的新能源己经受到世界各国的广泛关注。风能取之不尽用之不竭，风电是干净的能源,可以减少传统石化能源消耗，减少CO的排放。
相对于陆上风电场,海上风机所处的海洋环境十分复杂和恶劣,承受着多种随时间和空间变化的随机荷载,包括风、海浪、海流、海冰和潮汐等作用于结构,同时还受到地震作用的威胁。在如此恶劣的环境条件下,环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤、疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素都将导致海上风机结构构件和整体抗力的衰减,影响风机结构的运行安全度和耐久性。海上风力发电机组高载流量耐扭转动力电缆作为海上风力发电机组的传输电力的重要构件，也承受大部分风机所处恶劣环境的影响，严重影响产品的使用寿命。
1、海上风机为了承受海上强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击，海水风机和配套附件远比陆地的结构复杂、技术要求高、建设成本高；电缆性能下降比较快，使用寿命比较短。
2、电缆使用期间，电缆必须承受抗拉力、扭转和曲饶疲劳，致使绝缘和护套材料性能下降较快，使用寿命比较短。目前此类电缆没有统一的结构及性能要求。
3、风力发电机组抗扭动力电缆一般采用90℃乙丙橡皮绝缘，护套采用氯丁橡皮护套材料，而5MW海上风机的在同等截面的动力电缆要求载流量较高，这会引起海上风机发电动力电缆过载，加速绝缘和护套的老化。
4、海上风机发电用抗扭电缆对护套材料要求比较高，现有风机动力电缆绝缘的抗张强度、耐老化性能、抗撕裂等性能相对都不高。
发明内容
本发明提供一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，此高载流量抗扭转动力电缆满足了海上风力发电机组高载流量抗扭电缆在正常工作环境下的各项电力传输和使用性能（工作温度-40℃--125℃），解决了5MW海上风力发电动力抗扭电缆长期高载流量、弯曲疲劳、老化等导致使用寿命下降的问题，成为国际领先水平；具有很好的实用价值和推广价值。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，包括：铜导体、乙丙橡皮绝缘层和聚乙烯橡皮护套层，所述乙丙橡皮绝缘层包覆于铜导体的外表面，所述聚乙烯橡皮护套层包覆于乙丙橡皮绝缘层外表面，所述乙丙橡皮绝缘层由以下组分组成：
三元乙丙橡胶Kep510 35~50份，
微晶蜡 1~3份，
石蜡油2280 3~6份，
三氧化二锑 4~10份，
钛白粉 1~4份，
白炭黑 2~6份，
氧化锌 2~6份，
纳米阻燃补强剂JP150 30~40份，
弹性体颗粒 4~8份，
粘合剂 1~3份，
过氧化二异丙苯DCP 1~3份，
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 0.8~2份；
所述弹性体颗粒由以下组分组成：
熔体流动速率为10~20g/l0min的聚丙烯 30~50份，
苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS 20~30份，
玻璃纤维 20~30份，
三软脂酸甘油酯 8~12份，
环氧己烷 4~6份，
甲基硅油 5~10份，
芥酸酰胺 1~1.5份，
二乙基次磷酸铝 1~2份，
抗氧剂 0.5~1份；
所述玻璃纤维的平均纤维长度为20～50mm，平均直径为8～25μm。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述抗氧剂为 2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5- 三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四 [β-(3，5- 三级丁基 -4- 羟基苯基)丙酸 ]季戊四醇酯中的至少一种。
2、上述方案中，所述粘合剂为粘合剂XH-3。
3、上述方案中，所述和聚乙烯橡皮护套层的厚度为乙丙橡皮绝缘层的厚度的2~3倍。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 本发明5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其含有三元乙丙橡胶Kep510为35~50份、微晶蜡1~3份、石蜡油2280为3~6份、三氧化二锑4~10份、钛白粉1~4份、白炭黑2~6份、氧化锌2~6份、纳米阻燃补强剂JP150为30~40份、弹性体颗粒4~8份、粘合剂1~3份、过氧化二异丙苯DCP1~3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 0.8~2份，性能取长补短，具有优异的耐老化、耐高低温、耐腐蚀、耐油等性能，通过实验证明，本发明的特种125℃高强度乙丙橡皮绝缘各项性能合格，制备工艺简单，可操作性强。
2. 本发明5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其乙丙橡皮绝缘层配方中添加特定组分的弹性体颗粒，该的弹性体颗粒由熔体流动速率为10~20g/l0min的聚丙烯30~50份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS20~30份、玻璃纤维20~30份、三软脂酸甘油酯8~12份、环氧己烷4~6份、甲基硅油5~10份、芥酸酰胺1~1.5份、二乙基次磷酸铝1~2份、抗氧剂0.5~1份组成，使得乙丙橡皮绝缘层的抗撕裂性能和强度大大提高，同时明显提高材料的耐热性能。
附图说明
附图1为本发明高载流量抗扭转动力电缆结构示意图。
以上附图中：1、铜导体；2、乙丙橡皮绝缘层；3、聚乙烯橡皮护套层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1~5：一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，包括：铜导体1、乙丙橡皮绝缘层2和聚乙烯橡皮护套层3，所述乙丙橡皮绝缘层2包覆于铜导体1的外表面，所述聚乙烯橡皮护套层3包覆于乙丙橡皮绝缘层2外表面，所述乙丙橡皮绝缘层2由以下组分组成，如表1所示：
表1
所述弹性体颗粒由以下组分组成：
表2
；
所述玻璃纤维的平均纤维长度为20～50mm，平均直径为8～25μm。
上述抗氧剂为 2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5- 三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四 [β-(3，5- 三级丁基 -4- 羟基苯基)丙酸 ]季戊四醇酯中的至少一种。
上述粘合剂为粘合剂XH-3。
上述聚乙烯橡皮护套层的厚度为乙丙橡皮绝缘层的厚度的2~3倍。
上述的5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆的制造工艺，包括以下步骤：
步骤一、将三元乙丙橡胶Kep510为35~50份在100℃-120℃密炼机中混炼5min-6min，混炼均匀；
步骤二、在所述密炼机中再加入微晶蜡1~3份、石蜡油2280为3~6份、三氧化二锑4~10份、钛白粉1~4份、白炭黑2~6份、氧化锌2~6份、纳米阻燃补强剂JP150为30~40份、弹性体颗粒4~8份、粘合剂1~3份混炼2min~3min；
步骤三、在所述密炼机中最后加入过氧化二异丙苯DCP 1~3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 0.8~2份，混炼0.5min~1.5min，然后排出混炼胶料；
步骤四、将所述混炼胶料在开炼机上薄通1~2次，同时摆胶2~3次，接着在三辊压延机上开条出片，输出的橡页经过冷却辊冷却，过滑石粉箱后，即制得成品。
所述弹性体颗粒通过以下步骤获得，具体包括以下步骤：
步骤一、将熔体流动速率为10~20g/l0min的聚丙烯30~50份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS 20~30份、玻璃纤维20~30份、甲基硅油5~10份加入高混机，搅拌20~60min，混合均匀形成初步混合物；
步骤二、将三软脂酸甘油酯8~12份、环氧己烷4~6份、芥酸酰胺1~1.5份、二乙基次磷酸铝1~2份、抗氧剂0.5~1份与步骤一中混合好的初步混合物一起加入高混机中，搅拌10~40min，混合均匀形成二次混合物；
步骤三、将步骤二中混合好的二次混合物投入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为 170~200℃，二区温度为 190~210℃，三区温度为210~230℃，四区温度为220~240℃，五区温度为180~220℃，机头温度为160~180℃，停留时间为 1~3min，压力为 10~16MPa形成弹性体颗粒。
本发明实施例1的高强度乙丙橡皮绝缘层性能指标，如表3所示：
表3 125℃高强度乙丙橡皮绝缘层性能指标
序号 性能项目 单位 典型值
1 老化前机械性能
1.1 抗张强度 N/ mm2 15.3
1.2 断裂伸长率 % 382
2 空气烘箱老化后性能
2.1 老化条件 温度 ℃ 158±2
时间 H 7×24
2.2 抗张强度变化率 % -16
2.3 断裂伸长率变化率 % -20
3 热延伸试验
3.1 试验条件 温度 ℃ 250±3
载荷时间 Min 15
机械应力 N/cm2 20
3.2 载荷下伸长率 % 65
3.3 载荷下永久伸长率 % 2
4 浸油试验
4.1 老化条件 温度 ℃ 100±2
时间 H 24
4.2 抗张强度变化率 % -20
4.3 断裂伸长率变化率 % -25
5 低温拉伸试验
5.1 试验温度 ℃ -40±2
5.2 试验时间 H 4
5.3 断裂伸长率 % 46
6 耐酸碱试验（标准草酸；标准NaOH）
6.1 试验温度 ℃ 23±4
试验时间 H 168
6.2 抗张强度最大变化率 % 16
6.3 断裂伸长率最小值 % 262
7 耐水（耐水解）性
7.1 试验温度 ℃ 80±2
处理时间 H 168
7.2 抗张强度最大变化率 % 21
7.3 断裂伸长率最小值 % 274
7.4 断裂伸长率变化率最大值 % 11
8 抗撕试验
8.1 抗撕强度最小值 N/mm 9.3
采用上述5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆时，其性能取长补短，具有优异的耐老化、耐高低温、耐腐蚀、耐油等性能，通过实验证明，本发明的特种125℃高强度乙丙橡皮绝缘各项性能合格，制备工艺简单，可操作性强；其次，其乙丙橡皮绝缘层配方中添加特定组分的弹性体颗粒，该的弹性体颗粒由熔体流动速率为10~20g/l0min的聚丙烯30~50份、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS20~30份、玻璃纤维20~30份、三软脂酸甘油酯8~12份、环氧己烷4~6份、甲基硅油5~10份、芥酸酰胺1~1.5份、二乙基次磷酸铝1~2份、抗氧剂0.5~1份组成，使得乙丙橡皮绝缘层的抗撕裂性能和强度大大提高，同时明显提高材料的耐热性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其特征在于：包括：铜导体（1）、乙丙橡皮绝缘层（2）和聚乙烯橡皮护套层（3），所述乙丙橡皮绝缘层（2）包覆于铜导体（1）的外表面，所述聚乙烯橡皮护套层（3）包覆于乙丙橡皮绝缘层（2）外表面，所述乙丙橡皮绝缘层（2）由以下组分组成：
三元乙丙橡胶Kep510 35~50份，
微晶蜡 1~3份，
石蜡油2280 3~6份，
三氧化二锑 4~10份，
钛白粉 1~4份，
白炭黑 2~6份，
氧化锌 2~6份，
纳米阻燃补强剂JP150 30~40份，
弹性体颗粒 4~8份，
粘合剂 1~3份，
过氧化二异丙苯DCP 1~3份，
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 0.8~2份；
所述弹性体颗粒由以下组分组成：
熔体流动速率为10~20g/l0min的聚丙烯 30~50份，
苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS 20~30份，
玻璃纤维 20~30份，
三软脂酸甘油酯 8~12份，
环氧己烷 4~6份，
甲基硅油 5~10份，
芥酸酰胺 1~1.5份，
二乙基次磷酸铝 1~2份，
抗氧剂 0.5~1份；
所述玻璃纤维的平均纤维长度为20～50mm，平均直径为8～25μm。
2. 根据权利要求1所述的5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其特征在于：所述抗氧剂为 2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5- 三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四[β-(3，5- 三级丁基 -4- 羟基苯基)丙酸 ]季戊四醇酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其特征在于：所述粘合剂为粘合剂XH-3。
4.根据权利要求1所述的5MW海上风力发电机组高载流量抗扭转动力电缆，其特征在于：所述聚乙烯橡皮护套层的厚度为乙丙橡皮绝缘层的厚度的2~3倍。
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