CN107408425B - 具有金属幕杆的水密电力线缆 - Google Patents

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Abstract

公开了一种多相电力线缆，其包括：多个相芯，每个相芯包括绝缘电导体；幕组件，包括金属幕杆；防湿金属片，其包绕多个相芯和幕杆；外护套，其位于防湿金属片的径向外部；以及多层配置，包括环绕相芯、相对于防湿金属片位于径向内部位置并且与防湿金属片电接触的第一、第二和第三半导电遇水膨胀层，其中幕组件布置在所述第二和第三半导电遇水膨胀层之间。

Description

具有金属幕杆的水密电力线缆
技术领域
本发明涉及中压或高压电力线缆的领域。具体地，本发明涉及具有金属幕(screen)杆的水密(water-tight)线缆。
背景技术
高压电力线缆通常包括导体、内半导电层、绝缘层、外半导电层、金属护层(shield)或金属幕、以及护套。
金属幕被设置用于通过传导可能出现的任何电容性涡流来确保外导电层被保持在地电位，并且在故障情况下泄放短路电流。金属幕可以是缠绕导体绝缘的带(或者可选地为编织线)的形式。
当线缆为多相线缆(例如，三相线缆)时，其由多个绞合(stranded)在一起的相芯组成，其中每个相芯包括被绝缘的电导体；在该配置中，金属幕包括与相芯绞合在一起的一个或多个导体杆。
幕由导电金属(典型地为铜或铝)制成。相比于铜，铝具有更轻且更廉价的优点，但是在存在湿气的情况下易于氧化和腐蚀，因此包括铝幕的线缆应当设置防湿或防水层，以防止水渗透到触及铝幕。
可以围绕相芯设置纵向密封的金属带或者塑料/金属叠层作为防湿或防水层。
WO2004/006272公开了一种包括绝缘导体的线缆，其中围绕每个导体布置有内导电层、绝缘层和外导电层。在外导电层与金属(诸如铝)的外箔之间的空间内存在扇形幕带(一个或多个纵向幕铝线被烘焙成它们)，该带被布置为用作金属幕。铝箔与铝幕线部分或全部地直接电流接触。还可以在幕带和外金属箔之间插入滑动带，并且滑动带可以具有膨胀特性。为了使该结构纵向水密，填充铝箔下方的腔体，优选地使用膨胀粉/膨胀带来填充。塑料护套可以由在高温时具有高强度的塑料材料制成，诸如交联聚乙烯。
发明内容
申请人已经解决了如何提供具有金属幕杆和用作防水层的纵向密封金属片的多相电力线缆的问题。特别地，申请人面对了如何在防湿金属片与金属杆之间建立电连通的问题，其需要避免电晕放电，不使片和杆直接接触，其中使片和杆直接接触在制造和/或线缆弯曲期间可能造成杆的移位。而且，防湿片下方的腔体应当被最小化以确保纵向水密。
申请人已经认识到，在多相线缆中，金属幕杆、相芯以及环绕它们的防湿金属片之间的电连通可以通过在线缆芯和防湿金属片之间设置至少三层遇水膨胀半导电层的多层配置来获得，其中金属幕杆布置在所述层中的两个之间。
该多层配置的设置在金属幕杆与防湿片之间建立了所寻求的电连通，同时避免了它们之间的直接接触，同时基本填充了防湿片下方元件之间的腔体。
根据第一方面，本发明提供了多相电力线缆，其包括：
多个相芯，每个相芯包括绝缘电导体；
幕组件，包括金属幕杆；
防湿金属片，其包绕多个相芯和幕杆；
外护套，其位于所述防湿金属片的径向外部；以及
多层配置，包括环绕相芯、相对于防湿金属片位于径向内部位置并且与防湿金属片电接触的第一、第二和第三半导电遇水膨胀层，其中幕组件布置在所述第二和第三半导电遇水膨胀层之间。
有益地，本发明的电力线缆包括多层配置，该多层配置包括：
a)围绕每个相芯设置的第一遇水膨胀半导电层，
b)围绕所有相芯设置的第二遇水膨胀半导电层，其相对于幕组件位于径向内部位置；以及
c)围绕所有相芯和幕组件设置的第三遇水膨胀半导电层。
“相芯”表示由彼此依次接触的内半导电层、绝缘层和外半导电层依次环绕的金属电导体。
优选地，第一遇水膨胀半导电层设置为围绕并接触每个相芯的外半导电层。
半导电遇水膨胀层优选为带的形式。
优选地，幕组件包括多个金属幕杆。金属幕杆可由铜、铝或其化合物制成；优选为铝幕杆。
本发明的电力线缆的防湿金属片优选为纵向折叠带，围绕相芯、幕组件和半导电遇水膨胀层重叠且密封(例如通过胶接)。
优选地，本发明的线缆的防湿金属片可以由铝制成，或者更优选地，由包括铝层和聚合物层的叠层制成。聚合物层有益地定位为朝向线缆的外护套并且与其接触。
由于防湿金属片的叠层中的聚合物层被定位为与外护套接触，因此其改善了外护套与防湿片之间的粘附性，并且有助于防湿片的水密性，尤其在重叠且密封的边缘处，这在线缆弯曲时是特别重要的。
有益地，防湿金属片的厚度至少为0.15mm。优选地，防湿金属片的厚度至多为030mm。
优选地，电力线缆的外护套由基于挤出的(extruded)聚合物的材料制成，更优选地由挤出的非交联聚乙烯制成。有益地，非交联聚乙烯的密度至少为0.925g/cm3。有益地，非交联聚乙烯的Shore D硬度至少为55，优选为高达65。
优选地，幕组件的金属幕杆布置在相邻的相芯之间并且与它们绞合在一起。一个或多个金属幕杆可以设置在两个相邻的相芯之间。
有益地，电力线缆还包括布置在相邻的相芯之间、相对于金属幕杆处于径向内部位置的填充条。填充条用作幕杆的支撑件，并且保持幕杆靠近防湿金属片。
优选地，填充条相对于第二遇水膨胀半导电层设置在径向内部位置。
在本说明书和权利要求书中，“半导电层”表示由具有半导电特性的材料制成的层，诸如添加有例如碳黑的聚合物基体，从而获得在室温处低于500Ω·m的体电阻率值，优选地低于20Ω·m。相对于聚合物的重量，碳黑的重量的量可以在1％至50％之间的范围内，优选地，重量在3％至30％之间。
附图说明
通过参照附图阅读下面的详细描述，本发明将变得完全清楚，其中：
-图1是根据本发明的实施例的线缆的截面图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的三相电力线缆的截面图。线缆由附图标记1总体表示。
线缆1是能量线缆，特别地，用于中压或高压。更具体地，线缆1用于交流(AC)传输，优选地用于陆地(可能是地下)设施。
在本说明书和权利要求书中：
-“中压”或MV表示1kV至36kV之间的电压；
-“高压”或HV表示高于36kV的电压；该定义涵盖有时表示为“超高压”(EHV)的范围，其用于能够传输高于200kV电压的线缆；
-术语“径向”和“纵向”用于分别表示垂直于和平行于线缆端部的参照纵轴的方向；表述“径向内部”和“径向外部”用于表示沿着相对于上述纵轴的径向方向的位置；
-沿着轴向的尺寸表述为“长度”，而沿着径向的尺寸表述为“厚度”。
-以电学含义使用术语“导电的”、“绝缘的”、“连接的”和可能具有热学或机械学含义的其它术语，除非另有指明。
为了本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有指示，否则表示量、数量、百分数等的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“大约”修饰。而且，所有范围包括所公开的最大点和最小点的任何组合，并且包括其中的任何中间范围，这在本文中可以或者可以不具体列举。
线缆1包括导电芯2。在所描绘的示例中，导电芯2包括三个相芯12。然而，相芯的数量可以高于或低于三个。
每个相芯12包括由铜、铝或其化合物的多个丝制成的电导体12a。可替代地，电导体12a可以由方才提及的金属中的一个的单个杆制成。导体的电线的电阻和数量可以依照IEC 60228(第3版.2004-11)。
每个电导体12a被彼此接触的内半导电层13a、绝缘层11和外半导电层13b依次环绕。被所述层环绕的电导体12a被表示为相芯12。
内半导电层13a、绝缘层11和外半导电层13b优选为由挤出的聚合物材料制成。合适的聚合物材料的示例是聚乙烯均聚物或共聚物，或热塑性材料，例如在WO 02/03398、WO04/066317、WO 04/066318、WO 07/048422、WO 11/092533以及WO 08/058572中公开的丙烯基材料。半导电层材料进一步包括适当量的导电填充物，例如碳黑。
相芯12绞合在一起并形成导电芯2。第一层遇水膨胀半导电材料14围绕每个相芯12设置，特别地，围绕并接触其外半导电层13b。
第一层遇水膨胀半导电材料14优选为围绕每个外半导电层13b纵向折叠的带的形式。
可替代地，第一层遇水膨胀半导电材料14以带的形式依照闭合螺旋线围绕每个外半导电层13b缠绕，其中缠绕时有一定的重叠区域，从而即便在线缆被弯曲时也可避免没有遇水膨胀半导电材料的表面部分。不管怎样，可以容许小部分区域可不被遇水膨胀材料覆盖。
第一层14的遇水膨胀半导电材料可以是聚合物材料，例如基于聚酯或乙烯共聚物(诸如乙烯/乙烯基乙酸共聚物)的化合物，其填充有导电填充物(例如碳黑)以及遇水膨胀粉(例如聚丙烯酸钠粉)。
根据本发明的线缆1包括幕组件，幕组件被配置用于遵照安全要求以防止短路。幕组件的电气功能是泄放在正常操作情况下产生的电容性充电电流和电感性循环电流。该幕还在故障情况下泄放短路电流。
幕组件可以包括一个或多个金属杆20，其优选地至少部分由铝制成。在图1的实施例中，描绘了三个杆20，每个杆20布置在两个相邻的相芯12之间的空隙中。可替代地，两个相邻的相芯12之间可以设有多个金属杆20，例如两个或多个金属杆20。
在一个实施例中，每个杆20的直径为3.0mm。幕杆的尺寸和数量可以由本领域技术人员根据线缆的具体尺寸及其性能来选择。
线缆1还可以包括多个填充条17。适宜地，一个填充条17设置在两个相邻的相芯12之间，填充条17相对于存在于同一空隙中的任何金属杆20处于径向内部位置。
填充条17对抗被挤入两个相邻的导体12之间的空隙的杆/多个杆20的走向，并且有助于提高杆/多个杆20与防湿金属片18之间的电接触，这将在下文公开。
填充条17可以由聚合物材料(例如聚乙烯)制成。
线缆1还包括第二层遇水膨胀半导电材料15。该第二层15围绕导电芯2设置，因此环绕所有相芯12和相应的第一层遇水膨胀半导电材料14。第二层15与第一层遇水膨胀半导电材料14至少部分地电接触。
在类似于图1的具有填充条17的实施例中，第二层遇水膨胀半导电材料15也优选地相对于填充条17设置在径向外部的位置。
第二层15可以具有以上已经关于第一层遇水膨胀半导电材料14阐述的特征和结构。
线缆1还包括第三层遇水膨胀半导电材料16。第三层16围绕导电芯2设置，因此环绕所有相芯12和相应的第一层遇水膨胀半导电材料14、第二层遇水膨胀半导电材料15以及幕杆20。第三层16与第二层遇水膨胀半导电材料15至少部分电接触。
第三层16可以具有以上已经关于第一层遇水膨胀半导电材料14阐述的特征和结构。
三个遇水膨胀半导电带除了可避免纵向的湿气或水的渗透/接触，还确保防湿金属片、幕组件和线缆相芯之间的适当电接触。
防湿金属片18设置在第三层16的径向外部，从而使线缆水密。特别地，防湿金属片18可以是叠层的铝/聚合物，其中聚合物层相对于铝层设置在径向外部位置。有益地，防湿金属片18纵向缠绕在下方的线缆结构周围，通过胶接等重叠和密封。重叠可以介于10mm和30mm之间，例如20mm。
防湿金属片优选地具有至少0.15mm的厚度。金属片18提供有效的径向屏障，以防止湿气或水扩散到下方的线缆结构中。
有利地，根据本发明，幕杆20和防湿金属片18之间的电接触由包括第一、第二和第三层14、15和16的多层配置保证。而且，该多层配置的存在使得相对于防湿金属片18位于径向内部位置的腔体的存在最小化。
根据本发明的线缆1还包括外护套19，其位于防湿金属片18的径向外部。优选地，外护套19为挤出的聚合物护套。优选地，聚合物护套19由具有鲁棒(robust)的机械特性的非交联聚乙烯制成。优选地，聚合物护套19的聚乙烯是高密度聚乙烯(HDPE)。
优选地，外护套19的材料的邵尔D(Shore D)硬度至少为55。该特性使得外护套能够对防湿金属片施加持续的抓持，这使得线缆内部的间隙最小化并且改善了该片的防湿性能。
在线缆制造期间，当由片带成型机产生防湿金属片时，片的形状基本为环状。当该基本为环状的片和基本为三角形的芯经过传送外护套的聚合物材料的挤出机头部时，由挤出头部施加的压力压缩金属片的表面。由于线缆经过冷却槽，因此外护套收缩为导体的形状。基本上，外护套材料的收缩使得防湿金属片遵循三角形线缆芯的形状。
如上所述，为了解决由防湿金属片与金属幕杆之间没有充分的电接触所导致的问题，在幕杆的下方直接施加填充条从而将杆抵至防湿金属片。这有助于避免电晕放电的问题。
依照HD605 S2 2.4.9(2008)对本发明的线缆进行了测试，其设计适于避免水或湿气的纵向渗透。测试显示，具有铝叠层片的金属幕杆对于MV设施是可接受的方案，并且该幕金属被腐蚀或氧化的风险极小或者没有，即使该幕金属是铝，只要由铝片提供的防水片是不可损坏的。

Claims (14)

1.一种多相电力线缆(1)，包括：
多个相芯(12)，每个相芯(12)包括被彼此接触的内半导电层(13a)、绝缘层(11)和外半导电层(13b)依次环绕的电导体(12a)以及完全包围所述外半导电层(13b)的第一半导电遇水膨胀层(14)；
幕组件，包括布置在相邻的相芯(12)之间并且与其绞合在一起的一个或多个金属幕杆(20)；
防湿金属片(18)，其包绕所述多个相芯(12)和所述幕杆(20)；
外护套(19)，其位于所述防湿金属片(18)的径向外部；以及
多层配置，包括第二半导电遇水膨胀层(15)和第三半导电遇水膨胀层(16)，所述多层配置环绕所述相芯(12)并且相对于所述防湿金属片(18)位于径向内部位置，并且第二和第三半导电遇水膨胀层(15，16)与所述防湿金属片(18)和幕组件(20)电接触，所述幕组件布置在所述第二和第三半导电遇水膨胀层(15，16)之间。
2.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述多层配置包括：
a)围绕全部所述相芯(12)的第二半导电遇水膨胀层(15)，其相对于所述幕组件设置在径向内部位置；以及
b)围绕全部所述相芯(12)和所述幕组件设置的第三半导电遇水膨胀层(16)。
3.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述半导电遇水膨胀层(14，15，16)为带的形式。
4.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述幕组件包括多个金属幕杆(20)。
5.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述金属幕杆(20)由铝制成。
6.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述防湿金属片(18)为围绕所述相芯(12)、所述幕组件和所述半导电遇水膨胀层(14，15，16)纵向折叠的片。
7.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述防湿金属片(18)由包括铝层和聚合物层的叠层制成。
8.根据权利要求7的多相电力线缆(1)，其中所述聚合物层定位为朝向所述外护套(19)并且与其接触。
9.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中所述外护套(19)由挤出的非交联聚乙烯制成。
10.根据权利要求9的多相电力线缆(1)，其中所述非交联聚乙烯的密度至少为0.925g/cm3，并且邵尔D硬度至少为55。
11.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，包括布置在相邻的相芯(12)之间的填充条(17)，所述填充条(17)相对于一个或多个所述金属幕杆(20)位于径向内部位置。
12.根据权利要求11的多相电力线缆(1)，其中所述填充条(17)相对于所述第二半导电遇水膨胀层(15)设置在径向内部位置。
13.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中每个金属幕杆(20)布置在两个相邻的相芯(12)之间的空隙中。
14.根据权利要求1的多相电力线缆(1)，其中多个金属幕杆(20)布置在两个相邻的相芯(12)之间的空隙中。
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