CN110041628B - 一种高效防水电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。本发明通过两层防水体系的设计，有效改善了电缆的防水性能，满足新一代电缆对防水保护的要求。

Description

一种高效防水电缆
技术领域
本发明涉及一种高效防水电缆。
背景技术
近年来，有关电缆电力系统事故中，由于电力电缆着火或浸水而导致电力系统供电中断的比例有上升趋势。电缆在敷设和运行期间，外力造成电缆护套及绝缘损伤或接头损坏时，潮气或水分会沿着电缆纵向和径向间隙渗入，致使交联聚乙烯绝缘在运行电压下产生了水树。水树经一定时间后生长到一定长度会在尖端引发永久性电树缺陷，最终导致电缆绝缘击穿。
据统计，国内电网10－35KV电力系统中，地下直埋交联聚乙烯绝缘电缆没有采用阻水结构的，普遍在运行8－12年后就会出现水树，发生击穿事故，严重影响电网的安全运行。因此，电缆阻水结构的使用对于保证交联聚乙烯电缆的可靠性与寿命都具有非常重要的意义。
由于电缆是经过多种工序分别制作完成，在此过程中会在金属屏蔽带表面有多种可能产生水分：1)电缆生产过程中材料本身含有水分；2)电缆在生产完成后热缩帽密封不良好；3)电缆在敷设中外护套破损或发生过电压时外护套击穿；4)制作电缆中间接头或终端时，制作时未用加热毯进行加热校直排湿，以及电缆附件在绕包密封时密封不好，电缆接头部分有潮汽进入；5)根据电渗现象，由于我国大部分雨水呈酸性，电缆长期浸泡在水中，绝缘材料含有水分，水分在电场作用下带正电，当电缆芯加正极性试验电压时，水分被电缆芯排斥，渗向金属屏蔽；绝缘中的水分相对较少；当电缆芯加负极性试验电压时，水分会被电缆芯吸引，渗过绝缘向电缆芯移动，在移动的过程中使绝缘中高场强区的水分相对增加。在电缆交接竣工试验中和电缆正常运行中，水分在电缆中来回游走，导致金属屏蔽腐蚀；6)电缆满载――半载――检修或昼夜温差较大时外护套里的气体会由于正负压影响，受热时电缆护套里弄为正压，冲击附件的密封处，冷却后电缆护套里又为负压会吸进一些潮气。
CN201710004836公开了一种热塑性橡胶防水绝缘电缆，包括外护套，外护套包覆一纳米材料结构层设置，纳米材料结构层密封连接在外护套上，其包覆一防水材料层设置，防水材料层粘接在纳米材料结构层上，其内设有热塑性橡胶绝缘层，热塑性橡胶绝缘层通过热塑性封装在防水材料层上，其内设有填充层，填充层通过无纺丝线与热塑性橡胶绝缘层连接，该发明的热塑性橡胶防水绝缘电缆能起到良好的防护作用，避免电缆内部受到损坏的情况，防水性能强，不会出现水流渗入内部的情况，且具有极强的绝缘性，使用更加安全可靠，加强效果更好
CN201710235033公开了一种具有防水高绝缘性能的环保电缆，包括主电缆导体和延长电缆导体连接，导体连接部外依次设有锡焊焊接层、防水层、铠装层和密封层；还包括固定壳套通过间隙配合套接在主电缆和延长电缆上、且容纳导体连接部，固定壳套轴向两端的连接部内径大于固定壳套轴向中间段内径，且连接部内壁上设有内螺纹；还包括与固定壳套相适配的两个压紧固件，压紧固件内壁上设有弹性密封件，压紧固件外壁上设有外螺纹；压紧固件分别置于固定壳套轴向两端、且分别套设在主电缆和延长电缆上，压紧固件和固定壳套通过螺纹连接，弹性密封件与主电缆和从电缆过渡配合接触。有效提高电缆延长连接处的稳固性和绝缘线，防止水分渗入，保障电机正常运行。
CN201710329137提供一种适合潮湿环境的高效防水电力电缆。采用的技术方案是：该电力电缆包括多根绝缘线芯，所述绝缘线芯外包覆护套层，所述多根绝缘线芯间设置吸水隔离带，所述电力电缆上沿长度方向均匀嵌设多个集水帽，所述集水帽包括强吸部和防水套，所述防水套为外端封闭的管状。所述防水套的内端插入护套层与吸水隔离带相抵，所述强吸部位于防水套的内端端口处，且强吸部的外径与防水套的内径一致，所述强吸部的吸水性强于吸水隔离带。该发明能够极大提升电力电缆的防水效果，减少电缆内渗入的水分，提高电缆的使用寿命。
CN201710349154公开了一种无机矿物绝缘金属护套防火防水电缆，包括缆芯，所述的缆芯由多根扇形线芯绞合而成；所述的扇形线芯由扇形铜导体以及挤包在扇形铜导体外的扇形无机矿物绝缘层构成；在缆芯的空隙处填充油膏；在缆芯外设有陶瓷硅橡胶绕包带，在陶瓷硅橡胶绕包带外设有波纹形金属护套，在波纹形金属护套外设有聚异丁烯防水薄膜。该发明具有防火性能优越，防水效果好，电缆整体柔性较好，既安全又环保，耐腐蚀性好，安装方便，制作简单等优点。
CN201710217427提供了一种耐磨防水的通信网络电缆，包括阻燃层、屏蔽层和由耐磨层组成的防护层，所述电力电缆线芯和光纤电缆纤芯外设有阻水层。该发明对传统的电缆结构进行改进，将电力电缆和光纤电缆二为一，实现了一线双功能，降低了分别制造的成本，一次施工铺设即可完成，节省劳动力及施工成本。该发明所述电力电缆线芯和光纤电缆纤芯外设有阻水层具备非常高的防渗透强度，抗渗压力，在耐磨层材料配方也做了调整，使得制备的电缆具有较好的耐磨性。
CN201410534444公开了一种防水防火绝缘电缆。其包括至少一根导体，导体外包覆有第一绝缘层，一根或几根包覆有第一绝缘层的导体均被包覆于陶瓷短纤维层内，第一绝缘层与第一绝缘层之间以及第一绝缘层与陶瓷短纤维层之间设有氧化镁矿物质绝缘粉，陶瓷短纤维层外依次包覆有铜护套、第二绝缘层、防潮防水层以及防火层；该发明采用双层绝缘，大大提高电缆的绝缘性能，还另设有防潮防水层和防火层，大大提高电缆的安全性能。
然而，上述防水电缆的防水性能仍然无法满足日益苛刻的使用环境，如海底电缆等。
发明内容
为了解决现有技术中如下问题：即现有技术中防水电缆的防水性能仍然无法满足日益苛刻的使用环境，如海底电缆等。
本发明提出了如下技术方案：
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：60-70份聚丙乙烯、40-50份醋酸乙酯、5-10份触变剂、40-50份吸水树脂粉末、5-10份稳定剂、3-7份交联剂I以及3-7份交联剂II；
其中，所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0002070507970000031
其中，所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，醋酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
其中，所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
在现有技术的基础上，本发明通过引入复合交联剂，大大提高了电缆的防水性能和稳定性能，这是由于复合交联剂能够将线型的高分子物质以新的化学键连接使之变成三维网状结构，进而改善防水层材料的内部结构，提高防水层材料的防水效果和稳定性。此外，复合交联剂中有机铬与配位体络合形成的交联剂结构本身稳定性较高，使得能够释放出来参与反应的铬离子数量较少，交联效果更为明显。由于不同交联剂所利用的交联机理以及产生的交联效果不同，本发明通过引入两种不同的交联剂利用其不同的作用机理和不同的优势能够协同发挥交联剂的作用效果，协同改善防水层材料的内部结构，大幅提高防水层材料的防水效果和稳定性。经检测，将电缆置于100m深的水(水压为9.8×105Pa)中3个月后，本发明的电缆信号传输速率的误差△仅为0.1％。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：60份聚丙乙烯、40份醋酸乙酯、5份触变剂、40份吸水树脂粉末、5份稳定剂、3份交联剂I以及3份交联剂II；
其中，所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0002070507970000051
其中，所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，醋酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
其中，所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
实施例2
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：65份聚丙乙烯、45份醋酸乙酯、8份触变剂、45份吸水树脂粉末、8份稳定剂、5份交联剂I以及5份交联剂II；
其中，所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0002070507970000052
其中，所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，醋酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
其中，所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
实施例3
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：70份聚丙乙烯、50份醋酸乙酯、10份触变剂、50份吸水树脂粉末、10份稳定剂、7份交联剂I以及7份交联剂II；
其中，所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0002070507970000061
其中，所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，醋酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
其中，所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
对比例1
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：65份聚丙乙烯、45份醋酸乙酯、8份触变剂、45份吸水树脂粉末、8份稳定剂、10份交联剂I。
其中，所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure BDA0002070507970000071
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
对比例2
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：65份聚丙乙烯、45份醋酸乙酯、8份触变剂、45份吸水树脂粉末、8份稳定剂、10份交联剂II。
其中，所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，醋酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
其中，所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
对比例3
一种高效防水电缆，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成。
其中，所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1。
其中，所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：65份聚丙乙烯、45份醋酸乙酯、8份触变剂、45份吸水树脂粉末、8份稳定剂。
其中，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
效果表征：
(1)检测上述电缆的抗压强度(σbc/MPa)。
(2)将实施例2及对比例1-3的电缆置于100m深的水(水压为9.8×105Pa)中3个月，然后再检测置电缆信号传输速率的误差△。
△＝[(传输速度1-传输速度2)/传输速度1]×100％
其中，传输速度1为电缆置于水中之前的传输速度，传输速度2为电缆置于水中3个月后的传输速度。
所得结果如下表所示：
编号 交联剂 σ<sub>bc</sub> △
实施例2 交联剂I+交联剂II 7.9MPa 0.1％
对比例1 交联剂I 6.9MPa 0.7％
对比例2 交联剂II 6.3MPa 1.1％
对比例3 —— 5.7MPa 1.5％
上述结果表明，在现有技术的基础上，本发明通过引入复合交联剂，大大提高了电缆的防水性能和稳定性能，这是由于复合交联剂能够将线型的高分子物质以新的化学键连接使之变成三维网状结构，三维网状结构可以改善防水层材料的内部结构，提高防水层材料的防水效果和稳定性。此外，复合交联剂中有机铬络合形成的交联剂结构本身稳定性较高，使得能够释放出来参与反应的铬离子数量较少，交联效果更为明显。进一步地，由于不同交联剂所产生的交联效果不同，本发明通过引入两种不同的交联剂利用其不同的作用机理和不同的优势能够协同发挥交联剂的作用效果，进而改善防水层材料的内部结构，提高防水层材料的防水效果和稳定性。经检测，将电缆置于100m深的水(水压为9.8×105Pa)中3个月后，本发明的电缆信号传输速率的误差△仅为0.1％。

Claims (2)

1.一种高效防水电缆，其特征在于，自内向外依次包括芯体、绝缘层、铜带、铠装层和外护层，所述绝缘层为陶瓷短纤维绕包而成；所述绝缘层和铜带之间填充有第一防水层，所述铜带和铠装层之间填充有第二防水层，所述第一防水层和第二防水层的厚度比为1：1；所述第一防水层和第二防水层按重量百分比的下列原料制成：60-70份聚丙乙烯、40-50份醋酸乙酯、5-10份触变剂、40-50份吸水树脂粉末、5-10份稳定剂、3-7份交联剂I以及3-7份交联剂II；
所述交联剂I为具有如下结构式的化合物：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
所述交联剂II采用如下方法制备得到：
S1将氯化铬加入反应容器中，加水溶解并加热至50℃；
S2向反应容器中添加草酸钠，控制草酸钠的添加速度，待加入的白色固体溶解后再次加入，避免凝结，草酸钠添加结束后保温30min，得到交联剂II；
所述交联剂II中铬离子与草酸根的摩尔比为1：2。
2.根据权利要求1所述的高效防水电缆，其特征在于，所述触变剂为聚酰胺蜡，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡。
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