CN107767996A - 一种风电叶片雷电防护电缆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片雷电防护电缆，包括主电缆以及至少一根分支电缆，所述主电缆线芯与分支电缆端部的线芯贴合设置，所述主电缆线芯与分支电缆线芯相接处由内至外依次套设有铜接管、陶瓷壳体、以及绝缘套层，其中，所述陶瓷壳体内设置为真空，形成真空腔室，所述主电缆与分支电缆穿出所述陶瓷壳体、绝缘套层处设置有密封胶层；所述分支电缆线芯与主电缆线芯相接处的间隙中填充有具有导电及还原性的导电颗粒，通过在主电缆线芯与分支电缆线芯连接处填充导电颗粒，使得连接处的间隙电阻大大减小，从而降低连接处的发热量，避免线芯熔毁。

Description

一种风电叶片雷电防护电缆及其制作方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，更具体地说，它涉及一种风电叶片雷电防护电缆及其制作方法。

背景技术

风能是世界上清洁能源利用中最具商业价值的能源，是未来可再生能源领域里重要一员。风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。

电闪雷鸣释放的巨大能量，一旦雷击到风机，会引起机电系统的过电压，叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升，造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁等问题，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题,因此叶片必须加装防雷装置。

目前的防雷装置主要采用雷电防护电缆，将叶片上的雷电引流到地下。目前的雷电防护分支电缆，电缆结构本身仅仅包括线芯以及外包在线芯外壁上的绝缘层，电流在其中流动的时候常常集中在一处，导致线芯或绝缘层熔毁。此外，根据公式Q=I²RT可以得到，即使在电流均匀的情况下，电阻越大的地方，发热越严重。传统的电缆分支结构，如专利申请号为CN201610723172.0的中国专利提出的一种风电机组避雷电缆，包括主电缆，主电缆通过金属连接管设置有支电缆，支电缆与主电缆的结构相同；金属连接管设置在绝缘盒体内；绝缘盒体内注入有绝缘胶。上述方案是将多根分支电缆合并到一起，由于连接处的缝隙存在，主电缆与分支电缆并不能对电流加以良好的引导，在分支接线处发热严重，电流过大时容易损毁，故障率高，使用寿命短。

发明内容

针对实际运用中；雷电防护分支电缆接线处发热不均匀，导致线芯熔毁，电缆损毁这一问题，本发明目的一在于提出一种风电叶片雷电防护电缆，目的二在于提供一种风电叶片雷电防护电缆制作方法，具体方案如下：

一种风电叶片雷电防护电缆，包括主电缆以及至少一根分支电缆，所述主电缆线芯与分支电缆端部的线芯贴合设置，其特征在于

所述主电缆线芯与分支电缆线芯相接处由内至外依次套设有铜接管以及绝缘套层，所述主电缆与分支电缆穿出所述铜接管、绝缘套层处设置有密封胶层；

所述分支电缆线芯与主电缆线芯相接处的间隙中填充有具有导电及还原性的导电颗粒。

通过上述技术方案，分支电缆线芯中的电流导入到主电缆中，在此过程中，由于分支电缆与主电缆间隙的存在，使得二者连接处的电阻值较高且分布不均匀，同时，由于铜制的线芯在空气中会被氧化，在金属线芯的表面形成一层氧化膜，进一步增加了分支电缆线芯与主电缆线芯之间的电阻。通过设置具有导电及还原性的导电颗粒，首先可以减小分支电缆以及主电缆连接处的间隙电阻，使得电阻的分布更加的均匀，连接处不易出现局部电流过大，温度过高的情况，由此避免线芯局部熔毁；通过采用具有还原性质的导电颗粒，可以使得线芯表面的氧化层被还原，减小间隙电阻，由此减少发热量，避免线芯损毁。

进一步的，所述导电颗粒为导电碳粉颗粒，所述导电碳粉颗粒的直径不大于1um。

由于铜制线芯在磨削时，其表面最小的间隙大小为1～10um,通过上述技术方案，导电颗粒可以有效充分的填充分支电缆与主电缆之间的间隙，导电炭粉颗粒在高温时，能够与氧化铜发生还原反应，反应的产物为二氧化碳，上述生成的二氧化碳能够在一定时间内，溢出到分支电缆与主电缆连接处的外部，由此减少分支电缆与主电缆连接处间隙的同时，减少氧化铜对电缆线芯间隙电阻的影响。 进一步的，所述导电颗粒的分布密度与其距离分支电缆和主电缆接触面所成图形中心的距离呈反相关设置。

两个相接触的导体，电流往往是集中在导体连接处的中部而非外缘，通过上述技术方案，边缘处的导电颗粒分布密度高，相对的电阻较低，而连接处中心位置的导电颗粒分布密度较低，电阻相对较高，由此实现电流均匀通过线芯连接处，避免局部温度过高。并且，由于导电碳粉颗粒设置在靠近接触面的边缘，氧化后生成的二氧化碳能够更加容易地溢出到接触面的外部。

进一步的，所述铜接管与所述绝缘套层之间设置有密封绝缘用陶瓷壳体，所述陶瓷壳体内设置为真空，形成真空腔室，所述陶瓷壳体的两端设置有供主电缆与分支电缆穿出的开口。

通过上述技术方案，采用真空设置，可以进一步避免线芯在后期运行过程中，在高温环境下被氧化，延长分支电缆的使用寿命；此外，由于分支电缆与主电缆连接处的外部环境为真空环境，因此导电颗粒生成的气体更加容易溢出到分支电缆与主电缆连接面的外部。 进一步的，所述陶瓷壳体与所述绝缘套层之间设置有软性胶层。

通过上述技术方案，可以对陶瓷壳体加以保护，避免外部的撞击使得陶瓷壳体产生裂纹。

进一步的，所述绝缘套层包括由内至外依次设置的绝缘自粘带、防水带。

通过上述技术方案，可以进一步起到防水绝缘的效果。

进一步的，所述分支电缆的数量为2根，所述密封胶层包括供分支电缆与主电缆穿过的热缩三指套，以及供主电缆穿过的热缩管，所述热缩三指套以及热缩管相向的一段相互连接，覆盖所述主电缆与所述分支电缆连接处的外壁。

通过上述技术方案，热缩三指套以及热缩管可以很好的对分支电缆以及主电缆的连接处起到紧贴密封的效果。

进一步的，所述主电缆及分支电缆由内至外依次包括高频雷电电流引流导体、复合均压层以及专用雷电防护层。

通过上述技术方案，复合均压层可以使得导线内部的电流电压趋于均匀稳定，因此传输到分支电缆与主电缆连接处时也能够保持相对的均匀稳定，由此避免连接处的局部电流过大或者温度过高。

进一步的，所述高频雷电电流引流导体为铜制线芯。

一种风电叶片雷电防护电缆制作方法，包括如下步骤：

电缆预处理步骤，按照设定比例对主电缆线芯的绝缘层进行开剥，绝缘断口处做倒角处理，按照与主电缆绝缘断口长度相适配的长度对分支电缆端部的绝缘层进行开剥；

电缆连接处磨削步骤，无氧环境中对主电缆线芯以及分支电缆相接一面进行一次磨削，一次磨削完成后进行二次磨削，磨削过程中在磨削面加入导电颗粒，导电颗粒在磨削面上的分布密度与其距离磨削面中心的位置大小呈反相关设置；

电缆线芯压接步骤，将铜接管套入到主电缆线芯绝缘端开处，而后插入分支电缆，分支电缆的线芯与铜接管边缘平齐，使用压钳将铜接管压紧，着重于铜接管的两端，避免铜接管的两端翘起，压接完成后使用锉刀将压接处的突起和毛刺挫平；

配套材料安装步骤，将陶瓷壳体包覆到铜管外壁上，配合密封胶对陶瓷壳体内部做抽真空处理，依次包覆软性胶层、绝缘自粘带、防水带，主电缆线芯与分支电缆线芯分叉处套入热缩多指套，加热热缩多指套使其收缩与电缆贴合，套入热缩管，一端与多指套搭接，另一端超出防水带，加热收缩使其与主电缆贴合。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）通过在主电缆线芯与分支电缆线芯连接处填充导电颗粒，使得连接处的间隙电阻大大减小，从而降低连接处的发热量，避免线芯熔毁；

（2）通过设置具有还原性的导电颗粒，使得连接处的铜制线芯表面的氧化层能够被还原，由此减小接触面的电阻，减少发热量；

（3）通过采用真空陶瓷壳体，绝缘的同时能够将接触面中反应生成的气体引导到真空腔室中，进一步减小分支电缆线芯与主电缆线芯之间的间隙；

（4）通过设置绝缘套层，使得主电缆与分支电缆连接处的绝缘效果好，防止雷电击穿。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图（实施例一）；

图2为本发明的整体结构示意图（实施例二）；

图3为图2中A部的局部放大示意图；

图4为本发明分支电缆与主电缆接触面上导电颗粒的分布示意图。

附图标记：1、主电缆；2、分支电缆；3、铜接管；4、陶瓷壳体；5、绝缘套层；6、真空腔室；7、密封胶层；8、导电颗粒；9、软性胶层；10、绝缘自粘带；11、防水带；12、热缩三指套；13、热缩管；14、高频雷电电流引流导体；15、复合均压层；16、专用雷电防护层。

具体实施方式

风电叶片巨大，在开阔的地带很容易遭受雷击。雷电蕴含的能量十分巨大，会对风力发电机的机电系统带来很大的破坏，例如机电系统的过电压，叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升，造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁等问题。而目前最常见的实施方式无非是通过电缆将雷电引流到地面。由于需要防雷的地方众多，这就需要用到雷电防护用分支电缆2。现有的分支电缆2都是简单的贴合设置，由于间隙电阻的存在以及铜制线芯本身的氧化层电阻，使得分支电缆2与主电缆1的连接处电阻很高且分布不均匀，电流通过时在此处发出大量的热，导致接线处熔毁或变形，缩短了分支电缆2的使用寿命。本发明技术方案的主要目的，便在于解决上述问题。

下面结合实施例及图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例一：

如图1和图2所示，一种风电叶片雷电防护电缆2，包括主电缆1以及至少一根分支电缆2，主电缆1线芯与分支电缆2端部的线芯相互贴合设置。在本发明技术方案中，上述主电缆1及分支电缆2的线芯均由铜制成。主电缆1及分支电缆2由内至外依次包括高频雷电电流引流导体14（铜芯线）、复合均压层15以及专用雷电防护层16。复合均压层15可以使电压能在雷电防护层上均匀分布，因此传输到分支电缆2与主电缆1连接处时能够保持相对的均匀稳定，由此避免连接处的局部电流过大或者温度过高。

主电缆1线芯与分支电缆2线芯相接处由内至外依次套设有铜接管3以及绝缘套层5。主电缆1与分支电缆2穿出铜接管3、绝缘套层5处设置有密封胶层7。

在本发明技术方案中，分支电缆2线芯与主电缆1线芯相接处的间隙中填充有具有导电及还原性的导电颗粒8。

由于铜制线芯在磨削时，其表面最小的间隙大小为1～10um,在本发明技术方案中，导电颗粒8为导电碳粉颗粒，导电碳粉颗粒的直径不大于1um，导电颗粒8可以有效充分的填充分支电缆2与主电缆1之间的间隙，导电炭粉颗粒在高温时，能够与氧化铜发生还原反应，反应的产物为二氧化碳，上述生成的二氧化碳能够在一定时间内，溢出到分支电缆2与主电缆1连接处的外部，由此减少分支电缆2与主电缆1连接处间隙的同时，减少氧化铜对电缆线芯间隙电阻的影响。

如图4所示，导电颗粒8的分布密度与其距离分支电缆2和主电缆1接触面所成图形中心的距离呈反相关设置。上述技术方案，边缘处的导电颗粒8分布密度高，相对的电阻较低，而连接处中心位置的导电颗粒8分布密度较低，电阻相对较高，由此实现电流均匀通过线芯连接处，避免局部温度过高。并且，由于导电碳粉颗粒设置在靠近接触面的边缘，氧化后生成的二氧化碳能够更加容易地溢出到接触面的外部。

在实践中发现，铜接管3不仅能够起到固定分支电缆2与主电缆1的作用，其还能够屏蔽分支电缆2及主电缆1中的电场能量。

在本发明技术方案中，绝缘套层5包括由内至外依次设置的绝缘自粘带10、防水带11，进一步起到防水绝缘的效果，具体的，绝缘自粘带10缠绕3层，防水带11缠绕2层。

如图1所示，分支电缆2的数量为2根，密封胶层7包括供分支电缆2与主电缆1穿过的热缩三指套12，以及供主电缆1穿过的热缩管13，热缩三指套12以及热缩管13相向的一段相互连接，覆盖主电缆1与分支电缆2连接处的外壁。热缩三指套12以及热缩管13可以很好的对分支电缆2以及主电缆1的连接处起到紧贴密封的效果。

本实施例一中风电叶片雷电防护电缆2的工作原理及有益效果如下：

分支电缆2线芯中的电流导入到主电缆1中，在此过程中，由于分支电缆2与主电缆1间隙的存在，使得二者连接处的电阻值较高且分布不均匀，同时，由于铜制的线芯在空气中会被氧化，在金属线芯的表面形成一层氧化膜，进一步增加了分支电缆2线芯与主电缆1线芯之间的电阻。通过设置具有导电及还原性的导电颗粒8，首先可以减小分支电缆2以及主电缆1连接处的间隙电阻，使得电阻的分布更加的均匀，连接处不易出现局部电流过大，温度过高的情况，由此避免线芯局部熔毁；通过采用具有还原性质的导电颗粒8，可以使得线芯表面的氧化层被还原，减小间隙电阻；最后，采用真空设置，可以进一步避免线芯在后期运行过程中，在高温环境下被氧化，延长分支电缆2的使用寿命。

实施例二

如图2和图3所示，一种风电叶片雷电防护电缆2，与实施例一的不同之处在于：

所述铜接管3与绝缘套层5之间设置有密封绝缘用陶瓷壳体4，陶瓷壳体4内设置为真空，形成真空腔室6，陶瓷壳体4的两端设置有供主电缆1与分支电缆2穿出的开口。

由于陶瓷壳体4在安装的时候容易碎裂，为此，陶瓷壳体4与绝缘套层5之间设置有软性胶层9，可以对陶瓷壳体4加以保护，避免外部的撞击使得陶瓷壳体4产生裂纹。

本实施例二中风电叶片雷电防护电缆2的有益效果在于：

陶瓷壳体4内采用真空设置，可以进一步避免线芯在后期运行过程中，在高温环境下被氧化，延长分支电缆2的使用寿命；此外，由于分支电缆2与主电缆1连接处的外部环境为真空环境，因此导电颗粒8生成的气体更加容易溢出到分支电缆2与主电缆1连接面的外部，减小分支电缆2与主电缆1连接处之间的缝隙。

本发明中，为了解决现有技术中的问题，针对与上述风电叶片雷电防护电缆2，还提出了一种风电叶片雷电防护电缆2制作方法，包括如下步骤：

电缆预处理步骤，按照设定比例对主电缆1线芯的绝缘层进行开剥，绝缘断口处做倒角处理，按照与主电缆1绝缘断口长度相适配的长度对分支电缆2端部的绝缘层进行开剥。

电缆连接处磨削步骤，无氧环境中对主电缆1线芯以及分支电缆2相接一面进行一次磨削，一次磨削完成后进行二次磨削，一次磨削与二次磨削过程中，表面平整度越高越好，磨削过程中在磨削面加入导电颗粒8，使得导电颗粒8能够充分地进入到磨削面的凹陷中，导电颗粒8在磨削面上的分布密度与其距离磨削面中心的位置大小呈反相关设置。磨削时，先用磨具进行一次磨削，沿一个方向对接触面进行磨削，二次磨削时绕磨削面的中心呈环形磨削，磨削的过程中利用喷施的方式，在不同的部位喷射不同密度的导电颗粒8。

电缆线芯压接步骤，将铜接管3套入到主电缆1线芯绝缘端开处，而后插入分支电缆2，分支电缆2的线芯与铜接管3边缘平齐，使用压钳将铜接管3压紧，着重于铜接管3的两端，避免铜接管3的两端翘起，压接完成后使用锉刀将压接处的突起和毛刺挫平。

配套材料安装步骤，将陶瓷壳体4包覆到铜管外壁上，配合密封胶对陶瓷壳体4内部做抽真空处理，依次包覆软性胶层9、绝缘自粘带10、防水带11，主电缆1线芯与分支电缆2线芯分叉处套入热缩多指套，加热热缩多指套使其收缩与电缆贴合，套入热缩管13，一端与多指套搭接，另一端超出防水带11，加热收缩使其与主电缆1贴合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电叶片雷电防护电缆，包括主电缆(1)以及至少一根分支电缆(2)，所述主电缆(1)线芯与分支电缆(2)端部的线芯贴合设置，其特征在于

所述主电缆(1)线芯与分支电缆(2)线芯相接处由内至外依次套设有铜接管(3)以及绝缘套层(5)，所述主电缆(1)与分支电缆(2)穿出所述铜接管(3)、绝缘套层(5)处设置有密封胶层(7)；

所述分支电缆(2)线芯与主电缆(1)线芯相接处的间隙中填充有具有导电及还原性的导电颗粒(8)。

2.根据权利要求1所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述导电颗粒(8)为导电碳粉颗粒，所述导电碳粉颗粒的直径不大于1um。

3.根据权利要求2所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述导电颗粒(8)的分布密度与其距离分支电缆(2)和主电缆(1)接触面所成图形中心的距离呈反相关设置。

4.根据权利要求1所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述铜接管(3)与所述绝缘套层(5)之间设置有密封绝缘用陶瓷壳体(4)，所述陶瓷壳体(4)内设置为真空，形成真空腔室(6)，所述陶瓷壳体(4)的两端设置有供主电缆(1)与分支电缆(2)穿出的开口。

5.根据权利要求4所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述陶瓷壳体(4)与所述绝缘套层(5)之间设置有软性胶层(9)。

6.根据权利要求1所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述绝缘套层(5)包括由内至外依次设置的绝缘自粘带(10)、防水带(11)。

7.根据权利要求1所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述分支电缆(2)的数量为2根，所述密封胶层(7)包括供分支电缆(2)与主电缆(1)穿过的热缩三指套(12)，以及供主电缆(1)穿过的热缩管(13)，所述热缩三指套(12)以及热缩管(13)相向的一段相互连接，覆盖所述主电缆(1)与所述分支电缆(2)连接处的外壁。

8.根据权利要求1所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述主电缆(1)及分支电缆(2)由内至外依次包括高频雷电电流引流导体(14)、复合均压层(15)以及专用雷电防护层(16)。

9.根据权利要求8所述的风电叶片雷电防护电缆，其特征在于，所述高频雷电电流引流导体(14)为铜制线芯。

10.一种风电叶片雷电防护电缆制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

电缆预处理步骤，按照设定比例对主电缆(1)线芯的绝缘层进行开剥，绝缘断口处做倒角处理，按照与主电缆(1)绝缘断口长度相适配的长度对分支电缆(2)端部的绝缘层进行开剥；

电缆连接处磨削步骤，无氧环境中对主电缆(1)线芯以及分支电缆(2)相接一面进行一次磨削，一次磨削完成后进行二次磨削，磨削过程中在磨削面加入导电颗粒(8)，导电颗粒(8)在磨削面上的分布密度与其距离磨削面中心的位置大小呈反相关设置；

电缆线芯压接步骤，将铜接管(3)套入到主电缆(1)线芯绝缘端开处，而后插入分支电缆(2)，分支电缆(2)的线芯与铜接管(3)边缘平齐，使用压钳将铜接管(3)压紧，着重于铜接管(3)的两端，避免铜接管(3)的两端翘起，压接完成后使用锉刀将压接处的突起和毛刺挫平；

配套材料安装步骤，将陶瓷壳体(4)包覆到铜管外壁上，配合密封胶对陶瓷壳体(4)内部做抽真空处理，依次包覆软性胶层(9)、绝缘自粘带(10)、防水带(11)，主电缆(1)线芯与分支电缆(2)线芯分叉处套入热缩多指套，加热热缩多指套使其收缩与电缆贴合，套入热缩管(13)，一端与多指套搭接，另一端超出防水带(11)，加热收缩使其与主电缆(1)贴合。