CN107393645A - 智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆及制造方法，由内至外依次为缆芯、隔离层、智能芯片层、紧固防护层、内衬层、塑铠装层和外护层；所述缆芯包括至少一根绝缘线芯；所述智能芯片层包括与绝缘线芯数量成自然数倍数的自粘型智能芯片；所述自粘型智能芯片包括测试芯片、天线和将二者封装在一起的封装材料，各自粘型智能芯片的芯片长度方向沿电缆轴向，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；所述紧固防护层与智能芯片层的各自粘型智能芯片一一对应；所述塑铠装层为双层塑钢带间隙绕包，间隙率控制在塑钢带宽度的30％～40％。本发明实现了对电缆的运行监测、快速查找定位、制造和安装敷设等信息的记录存储和调用，电缆的制造过程简单，可操作性强，造价成本低，具有很高的经济效益。

Description

智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆及制造方法

技术领域

本发明涉及一种智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆及制造方法。

背景技术

目前，国家电网公司提出了建设能源互联网的需求，以往智能电缆是以光纤测温为主，但光纤测温信号是有线传输且光纤在敷设过程中受理易发生断裂，影响测温效果。另外，电缆加入光纤并不能够对电缆进行定位，尤其是在敷设设施里具有较多根电缆，在发生电缆运行故障时很难快速确定故障电缆的位置，给抢修维护带来不便。

用于建设城市能源互联网敷设在地下的电缆，电缆自身会承受一定的机械外力，为保护电缆免受机械损伤电缆需增加金属铠装层。此类带金属铠装的智能电缆如采用预置光纤方式测温效果易受影响，且安装维护不变；如采用无线电方式，则传输信号易受金属铠装层的屏蔽干扰影响测量数据的准确性。

本新型采用的芯片置入式塑铠装智能电力电缆不仅能实现铠装型电缆温度无线传输检测，同时芯片可直接贴附在绝缘线芯表面确保电缆运行监测的准确性。智能芯片利用了超高频电磁波反向散射技术，不受50HZ低频电力电磁波影响，可在强电场磁场环境下将电缆温度、位置等信息传输到读写器，利用云计算，最终数据反馈到手持式智能读写终端上，可实现电缆信息的实时监测和对电缆快速跟踪定位。但该电磁波无法穿透金属铠装层，采用塑铠装既起到了代替金属铠装对电缆的机械保护作用，又不会屏蔽和干扰芯片反馈的信号，确保智能芯片正常工作。智能芯片采用COB封装和柔性PCB天线的形式，具有耐湿耐腐蚀的特性，在不超过100℃的条件下，使用寿命为30年，适合于电力电缆的结构特点和使用要求，为电缆产品智能化提供了保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在线运行监测、快速查找定位、信息存储调用，信号通过无线传输且适用于直埋敷设的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆。

实现本发明目的的技术方案是智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，由内至外依次为缆芯、隔离层、智能芯片层、紧固防护层、内衬层、塑铠装层和外护层；所述缆芯包括至少一根绝缘线芯；所述智能芯片层包括与绝缘线芯数量成自然数倍数的自粘型智能芯片；所述自粘型智能芯片包括测试芯片、天线和将二者封装在一起的封装材料，各自粘型智能芯片的芯片长度方向沿电缆轴向，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；所述紧固防护层与智能芯片层的各自粘型智能芯片一一对应；所述塑铠装层为双层塑钢带间隙绕包，间隙率控制在塑钢带宽度的30％～40％。

当所述缆芯包括多根绝缘线芯时，在每根绝缘线芯处至少放置一个自粘型智能芯片。

所述紧固防护层包括超薄轻型平纹无纺布包带和与电缆材料相容性的胶带；所述超薄轻型平纹无纺布包带完全覆盖自粘型智能芯片并超出2倍芯片的长度，超出的两端用胶带封住；所述超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm

所述塑铠装层的塑钢带为聚酯型塑料带，聚酯型塑料带厚度为1mm，抗张强度不小于300N/mm，聚酯型塑料带正反表面均匀压制交错型纹路；所述聚酯型塑料带连接处采用压接设备在高压作用下压制，并用热烘枪加热，压接处聚酯型塑料带内表面与内衬层相接触。

所述隔离层为两层超薄轻型平纹无纺布绕包，缆芯包括多芯绝缘线芯时采用双层内右外左交叉重叠绕包，缆芯为单根绝缘线芯时采用单层左向重叠绕包；所述超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm。

所述自粘型智能芯片的厚度为1.5mm，长度为40～50mm，宽度为10～20mm。

所述内衬层为中密度聚乙烯或90℃聚氯乙烯材料挤包而成；所述外护层聚乙烯或聚氯乙烯挤包而成。

所述每根绝缘线芯由内至外依次为导体、半导电导体屏蔽层、、交联聚乙烯绝缘层和半导电绝缘屏蔽层；所述绝缘线芯外设置金属屏蔽层；所述缆芯包括多根绝缘线芯时，在金属屏蔽层与隔离层之间设置填充层。

本发明的第二个目的是提供能够制造出可在线运行测温、快速查找定位、信息存储调用，信号通过无线传输且适用于直埋敷设的智能电力电缆的方法。

实现本发明第二个目的的技术方案是：智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、确定电缆结构；

步骤二、制作绝缘线芯；制作完成的绝缘线芯进行烘房加热脱气后，绕包金属屏蔽层；若采用单根绝缘线芯结构，则绝缘线芯外包覆金属屏蔽层成为缆芯；若采用多根绝缘线芯的结构，则在每根绝缘线芯外包覆金属屏蔽层，然后采用盘绞机进行多根线芯绞合；

步骤三：制作缆芯、隔离层，并添加智能芯片层、紧固防护层；采用成缆机将包覆金属屏蔽层的绝缘线芯绞合成缆芯；采用多根绝缘线芯时，在绞合中间间隙添加填充层；缆芯外交叉重叠绕包两层超薄轻型平纹无纺布制作隔离层；在预先设计的监测位置手工贴附自粘型智能芯片制作智能芯片层，标记芯片位置并记录绝缘线芯米标；在自粘型智能芯片外绕包超薄轻型平纹无纺布，无纺布超出自粘型智能芯片2倍长度，两端用胶带扎紧制作成紧固防护层；若采用单根绝缘线芯，放置自粘型智能芯片个数为2～4个，芯片的长度方向与电缆轴向一致，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；若采用多根绝缘线芯，则自粘型智能芯片在每根绝缘线芯的金属屏蔽外至少放置1个；自粘型智能芯片间留有间隙、不重叠；

步骤四：制作内衬层；挤包聚乙烯或聚氯乙烯护层作为内衬层；

步骤五：制作塑铠装层；采用钢带铠装机双层间隙绕包厚度为1mm的聚酯型塑料带，间隙率控制在带宽的30％～40％，在绕包头设置限位器；聚酯型塑料带的连接采用高压装置压接，采用热烘枪对压接处加热；

步骤六：制作外护层；在塑铠装层外挤包一层聚乙烯或聚氯乙烯作为外护层。

所述步骤一中，采用法国Pourtier型91盘框绞机对金属单丝进行圆形紧压绞制制作导体；通过CCV悬链式生产线将半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和半导电绝缘屏蔽层三层共挤。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的积极的效果：(1)本发明通过置入智能芯片可实现对电缆的运行监测、快速查找定位、制造和安装敷设等信息的记录存储和调用，信息以无线电的方式进行传输，便于电缆安装后的操作查看。同时，通过采用非金属铠装层可排除金属对芯片信号传递的屏蔽和干扰，使智能芯片可直接安置在电缆芯的表面，确保芯片实时监测的温度能够真实的反映出电缆绝缘运行状态下的变化情况，提高监测的精确性。另外，该芯片造价成本低，加入到电缆的过程简单，可操作性强，具有很高的经济效益。

(2)本发明的铠装层采用双层聚酯型塑料带，可代替传统的金属钢带起到对电缆机械保护的作用，同时不会对智能芯片信息的传递产生屏蔽和干扰，芯片可直接贴附在缆芯表面，反馈的温度信息能够更真实的反映电缆的运行状况，提高监测的准确性(采用金属铠装时芯片只能贴附在铠装表面，会存在温度差)。

(3)本发明在电缆芯和智能芯片间加入超薄轻型平纹无纺布隔离层，既可减轻金属屏蔽表层台阶对贴附芯片造成的不平整性，又可降低隔离层自身热阻对温度传递的影响，同时可承受缆芯为多芯结构时的机械应力。

(4)本发明的紧固防护层可防止智能芯片在电缆的后续加工过程中擦伤，并提高芯片位置的稳固性，降低电缆运行使用后效果不佳，或因芯片失效造成电缆过早更换的风险。

(5)本发明的塑铠装层的带材正反表面均匀压制交错型纹路，增加带子间摩擦力防止生产绕包时打滑；聚酯型塑料带连接处采用压接设备在高压作用下压制，并用热烘枪加热提高柔韧性。

(6)本发明的内衬层为中密度聚乙烯或90℃聚氯乙烯材料挤包而成，用以保护智能芯片，避免机械损伤。

(7)本发明的方法制造的电缆具有无线电数据信息传输，电缆安装后操作查看便捷，芯片寿命与电缆本体寿命(30年)相符的特点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明实施例1的结构示意图，图中为单芯结构。

图2为本发明实施例2的结构示意图，图中为三芯结构。

附图中标号为：

缆芯1、绝缘线芯11、导体11-1、半导电导体屏蔽层11-2、交联聚乙烯绝缘层11-3、半导电绝缘屏蔽层11-4、金属屏蔽层12、填充13、隔离层2、智能芯片层3、紧固防护层4、内衬层5、塑铠装层6、外护层7。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，采用单芯结构，由内至外依次为缆芯1、隔离层2、智能芯片层3、紧固防护层4、内衬层5、塑铠装层6和外护层7；缆芯1包括一根绝缘线芯11，绝缘线芯11由内至外依次为导体11-1、半导电导体屏蔽层、11-2、交联聚乙烯绝缘层11-3和半导电绝缘屏蔽层11-4；绝缘线芯11外设置金属屏蔽层12。隔离层2为两层超薄轻型平纹无纺布绕包，采用单层左向重叠绕包；超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm。智能芯片层3包括4个自粘型智能芯片；自粘型智能芯片包括测试芯片、天线和将二者封装在一起的封装材料，自粘型智能芯片的厚度为1.5mm，长度为40～50mm，宽度为10～20mm，可以根据实际需要调整，4个自粘型智能芯片的芯片长度方向沿电缆轴向，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；紧固防护层4与智能芯片层3的各自粘型智能芯片一一对应；紧固防护层4包括超薄轻型平纹无纺布包带和与电缆材料相容性的胶带；超薄轻型平纹无纺布包带完全覆盖自粘型智能芯片并超出2倍芯片的长度，超出的两端用胶带封住；超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm。内衬层5为中密度聚乙烯或90℃聚氯乙烯材料挤包而成。塑铠装层6为双层塑钢带间隙绕包，间隙率控制在塑钢带宽度的30％～40％，具体来讲，塑铠装层6的塑钢带为聚酯型塑料带，聚酯型塑料带厚度为1mm，抗张强度不小于300N/mm，聚酯型塑料带正反表面均匀压制交错型纹路；聚酯型塑料带连接处采用压接设备在高压作用下压制，并用热烘枪加热增加柔韧性，提高绕包的紧密性，压接处聚酯型塑料带内表面与内衬层5相接触。外护层7聚乙烯或聚氯乙烯挤包而成。

制造方法包括以下步骤：

步骤一：制作绝缘线芯11；采用法国Pourtier型91盘框绞机对金属单丝进行圆形紧压绞制制作导体11-1；通过CCV悬链式生产线将半导电导体屏蔽层11-2、交联聚乙烯绝缘层11-3和半导电绝缘屏蔽层11-4三层共挤；制作完成的绝缘线芯11进行烘房加热脱气后，绕包金属屏蔽层12。

步骤二：制作缆芯1、隔离层2，并添加智能芯片层3、紧固防护层4；采用成缆机将包覆金属屏蔽层12的绝缘线芯11绞合成缆芯1；缆芯1外交叉重叠绕包两层超薄轻型平纹无纺布制作隔离层2；在预先设计的监测位置手工贴附自粘型智能芯片制作智能芯片层3，标记芯片位置并记录绝缘线芯米标；在自粘型智能芯片外绕包超薄轻型平纹无纺布，无纺布超出自粘型智能芯片2倍长度，两端用胶带扎紧制作成紧固防护层4；自粘型智能芯片的长度方向与电缆轴向一致，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；紧固防护层4加固芯片的位置并保护芯片防止机械擦伤；该步骤所有结构层均在成缆一道工序完成。

步骤三：制作内衬层5；为防止塑铠装制作过程中的机械应力损伤智能芯片，挤包聚乙烯或聚氯乙烯护层作为内衬层5。

步骤四：制作塑铠装层6；采用钢带铠装机双层间隙绕包厚度为1mm的聚酯型塑料带，间隙率控制在带宽的30％～40％，通过在绕包头增加限位器防止聚酯型塑料带因弹性过大造成漏包，提高生产效率；聚酯型塑料带的连接采用高压装置压接，并利用热烘枪对压接处加热增加柔韧性，提高绕包的紧密性。

步骤五：制作外护层7；在塑铠装层6外挤包一层聚乙烯或聚氯乙烯作为外护层7，起到对电缆机械保护的作用。

按照本实施例的方法制造一根完整的电缆，对电缆施加工频、额定电压2U₀，持续时间1h后，利用读写器进行发送检测指令，智能芯片能够及时应答且反馈的电缆制造信息准确无误。

(实施例2)

见图2，本实施例的电缆和实施例1的区别在于采用三芯结构。三根根绝缘线芯11在每根绝缘线芯11外包覆金属屏蔽层12，然后采用盘绞机进行多根线芯绞合，在绞合中间间隙添加填充层13；绞合绕包隔离层2后在对应每根绝缘线芯11的位置上贴附智能芯片，每根绝缘线芯11处的芯片个数至少为1个。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：由内至外依次为缆芯(1)、隔离层(2)、智能芯片层(3)、紧固防护层(4)、内衬层(5)、塑铠装层(6)和外护层(7)；所述缆芯(1)包括至少一根绝缘线芯(11)；所述智能芯片层(3)包括与绝缘线芯(11)数量成自然数倍数的自粘型智能芯片；所述自粘型智能芯片包括测试芯片、天线和将二者封装在一起的封装材料，各自粘型智能芯片的芯片长度方向沿电缆轴向，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；所述紧固防护层(4)与智能芯片层(3)的各自粘型智能芯片一一对应；所述塑铠装层(6)为双层塑钢带间隙绕包，间隙率控制在塑钢带宽度的30％～40％。

2.根据权利要求1所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：当所述缆芯(1)包括多根绝缘线芯(11)时，在每根绝缘线芯(11)处至少放置一个自粘型智能芯片。

3.根据权利要求2所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述紧固防护层(4)包括超薄轻型平纹无纺布包带和与电缆材料相容性的胶带；所述超薄轻型平纹无纺布包带完全覆盖自粘型智能芯片并超出2倍芯片的长度，超出的两端用胶带封住；所述超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm。

4.根据权利要求3所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述塑铠装层(6)的塑钢带为聚酯型塑料带，聚酯型塑料带厚度为1mm，抗张强度不小于300N/mm，聚酯型塑料带正反表面均匀压制交错型纹路；所述聚酯型塑料带连接处采用压接设备在高压作用下压制，并用热烘枪加热，压接处聚酯型塑料带内表面与内衬层(5)相接触。

5.根据权利要求4所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述隔离层(2)为两层超薄轻型平纹无纺布绕包，缆芯(1)包括多芯绝缘线芯(11)时采用双层内右外左交叉重叠绕包，缆芯(1)为单根绝缘线芯(11)时采用单层左向重叠绕包；所述超薄轻型平纹无纺布的厚度为0.1mm，纵向撕裂强度大于50N/15mm。

6.根据权利要求5所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述自粘型智能芯片的厚度为1.5mm，长度为40～50mm，宽度为10～20mm。

7.根据权利要求6所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述内衬层(5)为中密度聚乙烯或90℃聚氯乙烯材料挤包而成；所述外护层(7)聚乙烯或聚氯乙烯挤包而成。

8.根据权利要求7所述的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆，其特征在于：所述每根绝缘线芯(11)由内至外依次为导体(11-1)、半导电导体屏蔽层、(11-2)、交联聚乙烯绝缘层(11-3)和半导电绝缘屏蔽层(11-4)；所述绝缘线芯(11)外设置金属屏蔽层(12)；所述缆芯(1)包括多根绝缘线芯(11)时，在金属屏蔽层(12)与隔离层(2)之间设置填充层(13)。

9.智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、确定如权利要求8所述的电缆结构；

步骤二、制作绝缘线芯(11)；制作完成的绝缘线芯(11)进行烘房加热脱气后，绕包金属屏蔽层(12)；若采用单根绝缘线芯(11)结构，则绝缘线芯(11)外包覆金属屏蔽层成为缆芯(1)；若采用多根绝缘线芯(11)的结构，则在每根绝缘线芯(11)外包覆金属屏蔽层(12)，然后采用盘绞机进行多根线芯绞合；

步骤三：制作缆芯(1)、隔离层(2)，并添加智能芯片层(3)、紧固防护层(4)；采用成缆机将包覆金属屏蔽层(12)的绝缘线芯(11)绞合成缆芯(1)；采用多根绝缘线芯时，在绞合中间间隙添加填充层(13)；缆芯(1)外交叉重叠绕包两层超薄轻型平纹无纺布制作隔离层(2)；在预先设计的监测位置手工贴附自粘型智能芯片制作智能芯片层(3)，标记芯片位置并记录绝缘线芯米标；在自粘型智能芯片外绕包超薄轻型平纹无纺布，无纺布超出自粘型智能芯片2倍长度，两端用胶带扎紧制作成紧固防护层(4)；若采用单根绝缘线芯(11)，放置自粘型智能芯片个数为2～4个，芯片的长度方向与电缆轴向一致，并沿着缆芯圆周方向均匀分布；若采用多根绝缘线芯(11)，则自粘型智能芯片在每根绝缘线芯的金属屏蔽外至少放置1个；自粘型智能芯片间留有间隙、不重叠；

步骤四：制作内衬层(5)；挤包聚乙烯或聚氯乙烯护层作为内衬层(5)；

步骤五：制作塑铠装层(6)；采用钢带铠装机双层间隙绕包厚度为1mm的聚酯型塑料带，间隙率控制在带宽的30％～40％，在绕包头设置限位器；聚酯型塑料带的连接采用高压装置压接，采用热烘枪对压接处加热；

步骤六：制作外护层(7)；在塑铠装层(6)外挤包一层聚乙烯或聚氯乙烯作为外护层(7)。

10.根据权利要求9的智慧能源用芯片置入式塑铠装智能电力电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，采用法国Pourtier型91盘框绞机对金属单丝进行圆形紧压绞制制作导体(11-1)；通过CCV悬链式生产线将半导电导体屏蔽层(11-2)、交联聚乙烯绝缘层(11-3)和半导电绝缘屏蔽层(11-4)三层共挤。