CN107731363A - 耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法 - Google Patents

耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆技术领域。本发明的目的是提供一种高强度的耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法。采用的技术方案是：一种耐高温防辐射核电站用电力电缆，包括截面呈正三角形的电缆主体，主体包包括三根绝缘线芯，三根绝缘线芯的外围排布有三根第一加强芯，三根绝缘线芯之间设置有一根第二加强芯。三根第一加强芯外套设有若干呈正三角形的加强支架，加强支架由钢条弯折构成，加强支架的三个顶点分别与三根第一加强芯相对，加强支架沿主体的长度方向间隔均匀分布。绝缘线芯、第一加强芯、第二加强芯和加强支架均由截面呈正三角形的第一绝缘层包覆在内。本发明能够极大的提升电缆的结构强度，非常适合在核电站中进行使用。

Description

耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法。
背景技术
核电站用电力电缆是一种专用特种电缆，需要具备耐高温、防火、阻燃、防辐射等优异性能。其制作方法通常是在其绝缘层和护套层材料中加入一定量的改性添加剂，以提高其在长时间辐射条件下的绝缘、抗拉、耐火、耐高温等性能。然而，现有的核电站用电力电缆在其机械强度上仍然具有较大的不足，一旦发生地震，电缆极易拉断或被建筑物碎屑砸裂，进而引起短路、漏电、火灾等严重的后果，或导致后续应急设备无法正常运行，造成巨大的损失。目前，急需一种具有高结构强度的核电站用电力电缆。
发明内容
本发明的目的是提供高强度的耐高温防辐射核电站用电力电缆及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：耐高温防辐射核电站用电力电缆，包括截面呈正三角形的电缆主体，所述主体包包括三根呈品字形排布的绝缘线芯，三根所述绝缘线芯的外围呈品字形排布有三根第一加强芯，三根绝缘线芯之间设置有一根第二加强芯；三根所述第一加强芯外套设有若干呈正三角形的加强支架，所述加强支架由钢条弯折构成，加强支架的三个顶点分别与三根第一加强芯相对，加强支架沿主体的长度方向间隔均匀分布；所述绝缘线芯、第一加强芯、第二加强芯和加强支架均由截面呈正三角形的第一绝缘层包覆在内；所述第一绝缘层外挤包护套层；所述绝缘线芯包括导体及由内至外依次设置在导体外的屏蔽层和第二绝缘层；所述第一加强芯和第二加强芯均由三根碳纤维加强芯绞合构成；所述导体由若干铜丝绞合构成；所述第一绝缘层、第二绝缘层和护套层由耐高温防辐射材料制成。
优选的，所述主体外表面的三个平面上均设置有若干凸棱，所述凸棱沿平面的宽度方向延伸且凸棱与护套层为一体结构，凸棱沿主体的长度方向均匀分布。
优选的，所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯124-132份、聚丙乙烯72-76份、聚丙烯酸酯10-26份、环氧树脂35-37份、聚二甲基硅氧烷18-20份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、十溴二苯乙烷6-8份、十溴二苯醚4-6份、三氧化二锑10-15份、硬脂酸锌8-10份、硬脂酸钡6-7份、硬脂酸镁4-8份、大理石粉末6-8份、三聚磷酸铝5-6份、氮化硅4-5份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
优选的，所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯128份、聚丙乙烯74份、聚丙烯酸酯18份、环氧树脂36份、聚二甲基硅氧烷19份、聚乙烯吡咯烷酮7份、十溴二苯乙烷7份、十溴二苯醚5份、三氧化二锑13份、硬脂酸锌9份、硬脂酸钡7份、硬脂酸镁6份、大理石粉末7份、三聚磷酸铝5份、氮化硅4份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
优选的，所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、耐高温防辐射材料制备：先按重量配备好各原料，将氮化硅、大理石粉末送至球磨机，磨至粒径为500目以上的粉末，然后将粉末与硅胶混合，搅拌均匀，静置24小时，得到混合物1；将聚氯乙烯、聚丙乙烯、聚丙烯酸酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、三氧化二锑、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁、三聚磷酸铝投入到搅拌机中，搅拌均匀，然后至于温度为80℃，相对湿度为80％的湿热环境中60分钟，得到混合物2；将混合物1、混合物2和琥珀酸钠投入到高速搅拌机中，以4000转/分钟的速度搅拌15分钟得耐高温防辐射材料；
b、绝缘线芯(1)的制备：将圆形铜丝拉丝退火绞合制成导体(7)，将导体(7)在绝缘漆中浸涂后，再在导体外绕包屏蔽带构成屏蔽层(8)；将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在屏蔽层(8)外构成第二绝缘层(9)，制得绝缘线芯(1)；
c、加强芯的制备：将每三根碳纤维加强芯绞合构成一根加强芯；
d、将三根绝缘线芯(1)呈品字形排布好，三根绝缘线芯(1)之间布置一根加强芯作为第二加强芯(3)，三根绝缘线芯(1)外围呈正三角形布置三根加强芯作为第一加强芯(2)；然后将步骤a所得的耐高温防辐射材料整体挤包在绝缘线芯(1)、第一加强芯(2)和第二加强芯(3)外，构成第一绝缘层(5)；绝缘线芯(1)、第一加强芯(2)和第二加强芯(3)在通过挤包机前，每隔一定距离在第一加强芯(2)外通过弯折钢条构成一个加强支架(4)，以钢条箍紧绷直的第一加强芯(2)为宜；
e、将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在第一绝缘层(5)外构成护套层(6)，在挤包的过程中同步成型凸棱(10)，即得耐高温防辐射核电站用电力电缆。
本发明的有益效果集中体现在：能够极大的提升电缆的结构强度，非常适合在核电站中进行使用。具体来说，本发明在使用过程中，其结构强度的加强主要体现在：1、在电缆的长度方向上，三根第一加强芯与第二加强芯协同作用，能够极大的提高电缆的抗拉强度。2、在电缆的截面方向上，三根第一加强芯之间、任意两根第一加强芯与第二加强芯之间均可以构成稳定的三角形结构，第一加强芯和第二加强芯就好比第一绝缘层内部的骨架，能够提升第一绝缘层抗砸的强度。3、加强支架能够提高本发明抗砸的强度，对电缆的绝缘线芯进行有效的保护，进一步提高了安全性。且由于加强支架由钢条弯折构成，加工简单，制作方便。同时，加强支架采用间隔分布的方式，保证了电缆具备一定的柔性，便于电缆的敷设安装。由于本发明在纵向和横向上均对电缆结构的进行了有效的加强，极大的提升了电缆使用的安全性，尤其适合在核电站等特殊场合进行使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中所示结构的A-A向视图；
图3为绝缘线芯的结构示意图；
图4为第一加强芯的结构示意图.
具体实施方式
结合图1-4所示的耐高温防辐射核电站用电力电缆，包括截面呈正三角形的电缆主体，由于电缆整体呈三角形，在安装完成后，其与墙面、线槽等的接触面积大，不易发生滑动，稳定性强。如图2所示，所述主体包包括三根呈品字形排布的绝缘线芯1，三根所述绝缘线芯1的外围呈品字形排布有三根第一加强芯2，三根绝缘线芯1之间设置有一根第二加强芯3。第一加强芯2和第二加强芯3可以分别采用一根碳纤维加强芯构成，如图4所示，所述第一加强芯2和第二加强芯3也可以是均由三根碳纤维加强芯绞合构成。这样能进一步提高其抗拉强度，且在截面大小相同的情况下具有更好的柔性，便于安装。
本发明三根所述第一加强芯2外套设有若干呈正三角形的加强支架4，所述加强支架4由钢条弯折构成。加强支架4沿主体的长度方向间隔均匀分布。通常相邻两个加强支架4安装的距离间隔为20-30cm。加强支架4的三个顶点分别与三根第一加强芯2相对，如图2所示，也就是三根第一加强芯2分别位于加强支架4的三个顶点位置。所述绝缘线芯1、第一加强芯2、第二加强芯3和加强支架4均由截面呈正三角形的第一绝缘层5包覆在内。所述第一绝缘层5外挤包护套层6。所述绝缘线芯1包括导体7及由内至外依次设置在导体7外的屏蔽层8和第二绝缘层9，与加强芯的设置同理，所述导体7可以由一根实心导体构成，导电性能更佳。但更好的做法是由若干铜丝绞合构成，起到增加柔性的作用。
为了进一步提高本发明电缆主体安装的稳定性，更好的做法是，结合图1和2所示，所述主体外表面的三个平面上均设置有若干凸棱10，所述凸棱10沿平面的宽度方向延伸且凸棱10与护套层6为一体结构，凸棱10沿主体的长度方向均匀分布。凸棱10在挤包护套层6的时候一体成型，凸棱10能够起到提高耐磨性能的作用，同时，在电缆受到砸压时，与地面或物体首先接触的凸棱10能够起到一定的缓冲作用，进一步提高电缆的抗砸性能。
本发明所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆的制备方法，包括以下步骤：
a、耐高温防辐射材料制备：先按重量配备好各原料，将氮化硅、大理石粉末送至球磨机，磨至粒径为500目以上的粉末，然后将粉末与硅胶混合，搅拌均匀，静置24小时，得到混合物1；将聚氯乙烯、聚丙乙烯、聚丙烯酸酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、三氧化二锑、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁、三聚磷酸铝投入到搅拌机中，搅拌均匀，然后至于温度为80℃，相对湿度为80％的湿热环境中60分钟，得到混合物2；将混合物1、混合物2和琥珀酸钠投入到高速搅拌机中，以4000转/分钟的速度搅拌15分钟得耐高温防辐射材料；
b、绝缘线芯1的制备：将圆形铜丝拉丝退火绞合制成导体7，将导体7在绝缘漆中浸涂后，再在导体7外绕包屏蔽带构成屏蔽层8；将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在屏蔽层8外构成第二绝缘层9，制得绝缘线芯1；
c、加强芯的制备：将每三根碳纤维加强芯绞合构成一根加强芯；
d、将三根绝缘线芯1呈品字形排布好，三根绝缘线芯1之间布置一根加强芯作为第二加强芯3，三根绝缘线芯1外围呈正三角形布置三根加强芯作为第一加强芯2；然后将步骤a所得的耐高温防辐射材料整体挤包在绝缘线芯1、第一加强芯2和第二加强芯3外构成第一绝缘层5；绝缘线芯1、第一加强芯2和第二加强芯3在通过挤包机前，每隔一定距离在第一加强芯2外通过弯折钢条构成一个加强支架4，以钢条箍紧绷直的第一加强芯2为宜；
e、将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在第一绝缘层5外构成护套层6，在挤包的过程中同步成型凸棱10，即得耐高温防辐射核电站用电力电缆。
实施例一
按上述方法制备的耐高温防辐射核电站用电力电缆，所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯124份、聚丙乙烯72份、聚丙烯酸酯10份、环氧树脂35份、聚二甲基硅氧烷18份、聚乙烯吡咯烷酮6份、十溴二苯乙烷6份、十溴二苯醚4份、三氧化二锑10份、硬脂酸锌8份、硬脂酸钡6份、硬脂酸镁4份、大理石粉末6份、三聚磷酸铝5份、氮化硅4份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
实施例二
按上述方法制备的耐高温防辐射核电站用电力电缆，所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯132份、聚丙乙烯76份、聚丙烯酸酯26份、环氧树脂37份、聚二甲基硅氧烷20份、聚乙烯吡咯烷酮8份、十溴二苯乙烷8份、十溴二苯醚6份、三氧化二锑15份、硬脂酸锌10份、硬脂酸钡7份、硬脂酸镁8份、大理石粉末8份、三聚磷酸铝6份、氮化硅5份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
实施例三
所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯128份、聚丙乙烯74份、聚丙烯酸酯18份、环氧树脂36份、聚二甲基硅氧烷19份、聚乙烯吡咯烷酮7份、十溴二苯乙烷7份、十溴二苯醚5份、三氧化二锑13份、硬脂酸锌9份、硬脂酸钡7份、硬脂酸镁6份、大理石粉末7份、三聚磷酸铝5份、氮化硅4份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
针对实施例一、实施例二和实施例三制备的耐高温防辐射材料进行性能测试，具体结果见表1
表1
组别 厚度(mm) 抗张强度(N/mm2) 断裂伸长率(％) 硬度(A)
实施例一 2.0 24.3 436 63
实施例二 2.0 23.6 426 68
实施例三 2.0 24.6 486 69
将实施例一、实施例二和实施例三制备的耐辐射层材料经γ射线辐照后(2000kGy)，机械性能的变化情况见表2
表2
组别 抗张强度保持率(％) 断裂伸长率保持率(％) 硬度保持率(％)
实施例一 93.6 92.8 91.3
实施例二 93.8 93.6 91.6
实施例三 95.3 99.8 99.6
结合表1和2可以看出，本发明所述的耐高温防辐射材料，不仅抗张强度、断裂伸长率和硬度指标优异，且其在高γ射线的辐照条件下仍然具有极好的保持率，尤其是实施例三制备的耐高温防辐射材料，尤其适合在核电站中进行使用。
按英国BS6387标准对实施例一、实施例二和实施例三制备的耐高温防辐射核电站用电力电缆进行整体检测，结果如下表所示：
实施例一
实施例二
等级 标准要求 结果
A 650℃受火3h后，线路保持完整 合格
X 650℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
B 750℃受火3h后，线路保持完整 合格
Y 750℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
C 950℃受火3h后，线路保持完整 合格
Z 950℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
W 950℃受火15min、水淋15min后，线路保持完整 合格
实施例三
等级 标准要求 结果
A 650℃受火3h后，线路保持完整 合格
X 650℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
B 750℃受火3h后，线路保持完整 合格
Y 750℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
C 950℃受火3h后，线路保持完整 合格
Z 950℃受火、机械冲击15min后，线路保持完整 合格
W 950℃受火15min、水淋15min后，线路保持完整 合格
根据上表可以看出，本发明所述的核电站用绝缘阻燃防火电力电缆，满足A、B、C、X、Y、Z、W级标准，具有极佳的阻燃、防火、耐高温性能。
对实施例一、实施例二和实施例三制备的耐高温防辐射核电站用电力电缆进行压砸实验，制取的电缆每个平面的宽度约4cm、第一加强芯2和第二加强芯3的截面积为3mm2、钢条的截面积为5mm2，实验步骤为：将电缆水平放置紧贴斜坡在地面上，分别取20KG、50KG、100KG、150KG、200KG的五个铁球，在长度为5米、倾斜角度为60°的斜坡上滚下，铁球自由碾压电缆，检查电缆电路是否受损，可正常使用则记录为合格，否则为不合格。实验结果如下表所示：
组别 20KG 50KG 100KG 150KG 200KG
实施例一 合格 合格 合格 合格 合格
实施例二 合格 合格 合格 合格 合格
实施例三 合格 合格 合格 合格 合格
根据上表可以看出，本发明所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆，其抗砸性能优异，能够承受较大的冲击碾压。

Claims (5)

1.一种耐高温防辐射核电站用电力电缆，其特征在于：包括截面呈正三角形的电缆主体，所述主体包包括三根呈品字形排布的绝缘线芯(1)，三根所述绝缘线芯(1)的外围呈品字形排布有三根第一加强芯(2)，三根绝缘线芯(1)之间设置有一根第二加强芯(3)；三根所述第一加强芯(2)外套设有若干呈正三角形的加强支架(4)，所述加强支架(4)由钢条弯折构成，加强支架(4)的三个顶点分别与三根第一加强芯(2)相对，加强支架(4)沿主体的长度方向间隔均匀分布；所述绝缘线芯(1)、第一加强芯(2)、第二加强芯(3)和加强支架(4)均由截面呈正三角形的第一绝缘层(5)包覆在内；所述第一绝缘层(5)外挤包护套层(6)；所述绝缘线芯(1)包括导体(7)及由内至外依次设置在导体(7)外的屏蔽层(8)和第二绝缘层(9)；所述第一加强芯(2)和第二加强芯(3)均由三根碳纤维加强芯绞合构成；所述导体(7)由若干铜丝绞合构成。
2.根据权利要求1所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆，其特征在于：所述主体外表面的三个平面上均设置有若干凸棱(10)，所述凸棱(10)沿平面的宽度方向延伸且凸棱(10)与护套层(6)为一体结构，凸棱(10)沿主体的长度方向均匀分布。
3.根据权利要求2所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆，其特征在于：所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯124-132份、聚丙乙烯72-76份、聚丙烯酸酯10-26份、环氧树脂35-37份、聚二甲基硅氧烷18-20份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、十溴二苯乙烷6-8份、十溴二苯醚4-6份、三氧化二锑10-15份、硬脂酸锌8-10份、硬脂酸钡6-7份、硬脂酸镁4-8份、大理石粉末6-8份、三聚磷酸铝5-6份、氮化硅4-5份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
4.根据权利要求3所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆，其特征在于：所述耐高温防辐射材料由如下重量份的材料制成：聚氯乙烯128份、聚丙乙烯74份、聚丙烯酸酯18份、环氧树脂36份、聚二甲基硅氧烷19份、聚乙烯吡咯烷酮7份、十溴二苯乙烷7份、十溴二苯醚5份、三氧化二锑13份、硬脂酸锌9份、硬脂酸钡7份、硬脂酸镁6份、大理石粉末7份、三聚磷酸铝5份、氮化硅4份、琥珀酸钠7份、硅胶6份。
5.根据权利要求4所述的耐高温防辐射核电站用电力电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、耐高温防辐射材料制备：先按重量配备好各原料，将氮化硅、大理石粉末送至球磨机，磨至粒径为500目以上的粉末，然后将粉末与硅胶混合，搅拌均匀，静置24小时，得到混合物1；将聚氯乙烯、聚丙乙烯、聚丙烯酸酯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮、十溴二苯乙烷、十溴二苯醚、三氧化二锑、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸镁、三聚磷酸铝投入到搅拌机中，搅拌均匀，然后至于温度为80℃，相对湿度为80％的湿热环境中60分钟，得到混合物2；将混合物1、混合物2和琥珀酸钠投入到高速搅拌机中，以4000转/分钟的速度搅拌15分钟得耐高温防辐射材料；
b、绝缘线芯(1)的制备：将圆形铜丝拉丝退火绞合制成导体(7)，将导体(7)在绝缘漆中浸涂后，再在导体(7)外绕包屏蔽带构成屏蔽层(8)；将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在屏蔽层(8)外构成第二绝缘层(9)，制得绝缘线芯(1)；
c、加强芯的制备：将每三根碳纤维加强芯绞合构成一根加强芯；
d、将三根绝缘线芯(1)呈品字形排布好，三根绝缘线芯(1)之间布置一根加强芯作为第二加强芯(3)，三根绝缘线芯(1)外围呈正三角形布置三根加强芯作为第一加强芯(2)；然后将步骤a所得的耐高温防辐射材料整体挤包在绝缘线芯(1)、第一加强芯(2)和第二加强芯(3)外构成第一绝缘层(5)；绝缘线芯(1)、第一加强芯(2)和第二加强芯(3)在通过挤包机前，每隔一定距离在第一加强芯(2)外通过弯折钢条构成一个加强支架(4)，以钢条箍紧绷直的第一加强芯(2)为宜；
e、将步骤a所得的耐高温防辐射材料挤包在第一绝缘层(5)外构成护套层(6)，在挤包的过程中同步成型凸棱(10)，即得耐高温防辐射核电站用电力电缆。
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