CN107256735A - 高压柔性直流输电绝缘水底电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力设备领域，公开了高压柔性直流输电绝缘水底电缆，由内而外包括线芯层，防火层，屏蔽层，电缆绝缘层以及阻水带层；所述线芯层内设有三根缆芯，缆芯由内而外依次包括导体、缆芯绝缘层以及金属编织带，三根缆芯相切分布，线芯层内部的空隙采用热传导填充物来填充。本发明电缆能够有效地抗腐蚀，适合水下环境下使用，优于一般电缆产品。
Description
技术领域
本发明属于电力设备领域，具体高压柔性直流输电绝缘水底电缆。
背景技术
电缆是配电系统中的重要组成部分，近年来随着生产生活电线电缆的运用日益发展和普及，电线电缆的需要量增加很快，而且随着经济的发展，对其材料的要求也越来越高，它要求柔软、耐磨、耐腐蚀以及耐高低温等性能。敷设于水下的电缆，如海底电缆，穿越江河、湖泊的水下电缆，还需要具备阻水性能以及耐腐蚀性能。高压柔性电缆广泛应用水下使用，开发一种性能佳的水下用高压电缆是我们研究的方向。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供高压柔性直流输电绝缘水底电缆，具有较好的柔韧性，抗拉性而且耐高压耐腐蚀性能。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
高压柔性直流输电绝缘水底电缆，由内而外包括线芯层1，防火层2，屏蔽层3，电缆绝缘层4以及阻水带层5；所述线芯层1内设有三根缆芯6，缆芯6由内而外依次包括导体7、缆芯绝缘层8以及金属编织带9，三根缆芯相切分布，线芯层1内部的空隙采用热传导填充物10来填充；
优选地，
所述防火层2为云母带层；
所述屏蔽层3为镀锡铜丝编织屏蔽层；
所述导体7采用镀锡铜芯软导体；
所述缆芯绝缘层8为氟橡胶246材料；
所述金属编织带9为铝金属编织带；
所述热传导填充物10由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；
进一步地，
所述电缆绝缘层4按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备改性纳米二氧化硅，步骤2）制备主料，步骤3）挤压熔融以及成型。
进一步地，所述电缆绝缘层4按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备改性纳米二氧化硅：将纳米二氧化硅投入到同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到改性纳米二氧化硅；
步骤2）制备主料：将聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、三元乙丙橡胶、白炭黑、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及步骤1）所得改性纳米二氧化硅按照50-70:30-40:30-40:10-12:8-10:7-9:5-7的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5min，密炼温度为90℃，得到主料；
步骤3）挤压熔融以及成型：将主料、硬脂酸镁、次磷酸铈以及玻璃纤维按照100:2:1:1的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。
在本发明中，研究立足点以及有益效果主要包括以下几个方面：
氟橡胶246耐热性好，能在250℃长期使用，对热、强酸、强碱、强氧化剂和溶剂等具有更高的稳定性，柔软性能好，适合缆芯绝缘层材料；
硅脂是由精炼合成油作为基础油稠无机稠化剂，并加有结构稳定剂、防腐蚀添加剂精制而成，具有良好的防水密封性、防水、抗溶剂性和抗爬电性能，不腐蚀金属；缺点是材料较软，长期高温状态下使用,导热膏内有游离物质析出，成型性能差。氮化铝粉末导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。二者配合使用，具备较好的导热性能；
电缆绝缘外层需要强度高，耐高压，阻燃防火以及柔性好，本发明选用的酚醛树脂和聚氯乙烯树脂，耐高温性能较好，尤其是酚醛树脂，即使在高温下也能保持其结构的整体性和稳定性；三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异；
次磷酸铈保持了材料的稳定性，增强了材料的防火能力。采用无卤膨胀型阻燃剂，阻燃性能较高。聚四氟乙烯具有自熄性，一旦电缆着火，可以阻止火焰扩散。耐磨剂为二硫化钼，大大增加了防护层的耐磨度；上述材料不仅大大增强了防火阻燃效果，而且结构稳定，不易氧化且耐磨，使用寿命长；
纳米二氧化硅是性能优异的无机非金属材料，其具有比表面积大，表面吸附力强，化学纯度高、分散性能好等特异的性能，以其优越的稳定性性、补强性、增稠性和触变性，本发明通过对纳米材料进行改性处理，使其均匀分散到有机材料骨架中，组织相同性能好，分布在材料的骨架中，提高了机械强度，并且不会影响柔韧性能；硬脂酸镁能够增强热稳定性，防分解氧化；玻璃纤维具备耐腐蚀性能。
本发明将易于变形的热塑性高分子聚合物变为具有高弹性、较高韧性的热固性高分子聚合物；与无卤交联聚烯烃绝缘电缆相比，电缆绝缘更加柔软，且具有弹性，能够满足于电缆在水下环境中使用时，承受过度弯曲的要求，同时具备耐高压以及阻燃性能。
附图说明
图1为本发明电缆的结构示意图；
图1中：1-线芯层，2-防火层，3-屏蔽层，4-电缆绝缘层，5-阻水带层，6-缆芯，7-导体，8-缆芯绝缘层，9-金属编织带，10-热传导填充物。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，高压柔性直流输电绝缘水底电缆，由内而外包括线芯层1，防火层2，屏蔽层3，电缆绝缘层4以及阻水带层5；所述线芯层1内设有三根缆芯6，缆芯6由内而外依次包括导体7、缆芯绝缘层8以及金属编织带9，三根缆芯相切分布，线芯层1内部的空隙采用热传导填充物10来填充；
所述防火层2为云母带层；
所述屏蔽层3为镀锡铜丝编织屏蔽层；
所述导体7采用镀锡铜芯软导体；
所述缆芯绝缘层8为氟橡胶246材料；
所述金属编织带9为铝金属编织带；
所述热传导填充物10由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；
所述电缆绝缘层4按照如下工艺制备而得：
将纳米二氧化硅投入到同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到改性纳米二氧化硅；
将聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、三元乙丙橡胶、白炭黑、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及改性纳米二氧化硅按照50:30:30:10:8:7:5的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5min，密炼温度为90℃，得到主料；
将主料、硬脂酸镁、次磷酸铈以及玻璃纤维按照100:2:1:1的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。
实施例2
如图1所示，高压柔性直流输电绝缘水底电缆，由内而外包括线芯层1，防火层2，屏蔽层3，电缆绝缘层4以及阻水带层5；所述线芯层1内设有三根缆芯6，缆芯6由内而外依次包括导体7、缆芯绝缘层8以及金属编织带9，三根缆芯相切分布，线芯层1内部的空隙采用热传导填充物10来填充；
所述防火层2为云母带层；
所述屏蔽层3为镀锡铜丝编织屏蔽层；
所述导体7采用镀锡铜芯软导体；
所述缆芯绝缘层8为氟橡胶246材料；
所述金属编织带9为铝金属编织带；
所述热传导填充物10由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得；
所述电缆绝缘层4按照如下工艺制备而得：
将纳米二氧化硅投入到同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到改性纳米二氧化硅；
将聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、三元乙丙橡胶、白炭黑、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及改性纳米二氧化硅按照70:40:40:12:10:9:7的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5min，密炼温度为90℃，得到主料；
将主料、硬脂酸镁、次磷酸铈以及玻璃纤维按照100:2:1:1的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。
实施例3
本发明电缆绝缘层材料的性能测试，以实施例1为例，以常用的无卤交联聚烯烃绝缘电缆作为对照组，具体测试结果见表1：
表1
| 项目 | 单位 | 对照组 | 实施例1 |
| 邵氏硬度 | HA | 71 | 55 |
| 弹性模量（定伸100%） | MPa | 0.7 | 1.8 |
| 抗拉强度 | MPa | 12.4 | 11.2 |
| 断裂伸长率 | % | 203 | 636 |
| 135℃/168h热老化后抗拉强度变化率 | % | +7.4 | +2.9 |
| 135℃/168h热老化后断裂伸长率变化率 | % | -10.8 | -5.5 |
| 体积电阻率 | ×10-15（Ω•cm） | 1.06 | 3.17 |
| 绝缘击穿试验（4D弯曲状态） | KV | 44 | 81 |
| 耐压试验（23KV/5min） | 不可击穿 | 不可击穿 |
结论：本发明电缆绝缘层材料柔韧性能好，抗老化抗高温能力强，并且具备较好的耐高压性能，优于常用的电缆绝缘外层。
实施例4
耐腐蚀性能测试：将试验材料浸泡到10wt%的氯化钠溶液中60天，以实施例2为例，以常用的无卤交联聚烯烃绝缘电缆作为对照组，各主要性能参数测定，见表2：
表2
| 组别 | 体积电阻率保持率（%） | 弹性模量保持率（%） | 抗拉强度保持率（%） | 硬度保持率（%） |
| 实施例2 | 97.3 | 98.4 | 96.2 | 103.4 |
| 对照组 | 90.2 | 87.5 | 93.1 | 105.9 |
结论：本发明电缆能够有效地抗腐蚀，适合水下环境下使用，能够保持较好的机械性能以及绝缘性能等，优于一般电缆产品。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
Claims (4)
1.高压柔性直流输电绝缘水底电缆，由内而外包括线芯层1，防火层2，屏蔽层3，电缆绝缘层4以及阻水带层5；所述线芯层1内设有三根缆芯6，缆芯6由内而外依次包括导体7、缆芯绝缘层8以及金属编织带9，三根缆芯相切分布，线芯层1内部的空隙采用热传导填充物10来填充。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述防火层2为云母带层；所述屏蔽层3为镀锡铜丝编织屏蔽层；所述导体7采用镀锡铜芯软导体；所述缆芯绝缘层8为氟橡胶246材料；所述金属编织带9为铝金属编织带；所述热传导填充物10由硅脂和氮化铝按照3:1的质量比混匀制得。
3.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述电缆绝缘层4按照如下步骤制备而得：步骤1）制备改性纳米二氧化硅，步骤2）制备主料，步骤3）挤压熔融以及成型。
4.根据权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述电缆绝缘层4按照如下步骤制备而得：
步骤1）制备改性纳米二氧化硅：将纳米二氧化硅投入到同等质量的聚乙烯吡咯烷酮中，300rpm搅拌5min，然后置于湿热环境中6小时，得到改性纳米二氧化硅；
步骤2）制备主料：将聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、三元乙丙橡胶、白炭黑、聚四氟乙烯、聚碳酸酯以及步骤1）所得改性纳米二氧化硅按照50-70:30-40:30-40:10-12:8-10:7-9:5-7的质量比混合均匀，加入密炼机，密炼时间为5min，密炼温度为90℃，得到主料；
步骤3）挤压熔融以及成型：将主料、硬脂酸镁、次磷酸铈以及玻璃纤维按照100:2:1:1的质量比依次投入到离心机中，500rpm搅拌10min，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后经成型机将产品拉出后，由切割机定长切割，送入扩口机，扩口完成后即得。
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