CN110504056A - 一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺 - Google Patents

一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺，光伏漂浮同轴电缆由内而外依次包括内导体、绝缘层、外导体、漂浮防水层、防护层，生产工艺包括如下步骤：(1)先将单股镀锌钢丝束丝导体及多股软镀锡铜丝束丝导体通过具有退扭装置的绞线机进行绞线形成内导体；(2)然后将交联绝缘料紧包挤出在内导体上形成电缆的绝缘层；(3)然后将至少一层铝合金线缠绕在绝缘层外形成外导体；(4)然后将主发泡层和辅防水层采用双层共挤在外导体上形成漂浮防水层；(5)最后将聚氨酯弹性体护套料紧包挤出在漂浮防水层上形成电缆的防护层。本发明具有较好的弯曲性、防水性、耐候性、耐寒性、耐磨性、耐水解性、耐油性、耐酸碱性、电磁兼容、抗干扰性及漂浮性。

Description

一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺
技术领域
本发明涉及一种电缆，具体涉及一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺。
背景技术
随着太阳能发电技术的普及成熟，太阳能发电站由一定面积的太阳能电池板组合而成，太阳能电池板经太阳照射后产生的电能为直流电，直流电必须经过逆变升压装置转换为符合电网需要的工频交流电才能入网。太阳能电池板之间、太阳能电池板与逆变升压装置之间要采用直流电缆连接,光伏电缆在光伏发电站运行中占有重要的作用。为了充分利用太阳能资源,部分光伏发电站采用漂浮式光伏发电设备在海边、渔场和作业船边的水上空间移动发电,水上光伏发电装置连接用电缆也要采用光伏电缆。如果直接采用陆地上的普通光伏电缆则会出现如下问题:普通光伏电缆密度较大,在水中下沉,会对电缆维护、设备稳定运行、抗大风浪及水中养殖产生影响；普通光伏电缆长期敷设在水中,绝缘层易浸水而失去绝缘性能,如果光伏电缆出现漏电,会对水域附近的人、设备及水产产生较大的安全隐患。
发明内容
本发明为了解决上述问题，从而提供一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆及生产工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，所述光伏漂浮同轴电缆由内而外依次包括内导体、绝缘层、外导体、漂浮防水层、防护层。
在本发明的一个优选实施例中，所述内导体由中心的单股镀锌钢丝束线导体及外围的多股软镀锡铜丝束丝导体绞合而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述镀锌钢丝束丝导体由若干根圆镀锌钢丝束绞而成，所述软镀锡铜丝束丝导体由若干根软圆镀锡铜丝束绞而成，镀锌钢丝束丝导体与软镀锡铜丝束丝导体的单丝根数及单丝标称直径相同。
在本发明的一个优选实施例中，所述绝缘层由交联绝缘料紧包挤出在内导体上构成。
在本发明的一个优选实施例中，所述外导体由至少一层圆铝合金线缠绕而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述漂浮防水层由主发泡层和辅防水层组成，所述主发泡层由低密度聚乙烯发泡料直接挤出在外导体上而成，所述辅防水层由中密度聚乙烯绝缘料直接挤包在主发泡层上而成，所述主发泡层与辅防水层结合紧密而不能分离。
在本发明的一个优选实施例中，所述防护层由聚醚型聚氨酯弹性体护套料直接挤包在漂浮防水层上而成。
一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤：
(1)先将若干根镀锌钢丝采用同心式束绞机形成单股镀锌钢丝束丝导体，然后将若干根软镀锡铜丝采用同心式束绞机形成单股软镀锡铜丝束丝导体，后将单股镀锌钢丝束丝导体及多股软镀锡铜丝束丝导体通过具有退扭装置的绞线机进行绞线形成内导体，其中单股镀锌钢丝束丝导体位于内导体的中心位置；
(2)然后采用挤塑机将交联绝缘料紧包挤出在内导体上形成电缆的绝缘层；
(3)然后采用缠绕机将至少一层铝合金线缠绕在绝缘层外形成电缆的外导体；
(4)然后将主发泡层和辅防水层采用双层共挤在外导体上；
(5)最后采用挤塑机将聚氨酯弹性体护套料紧包挤出在漂浮防水层上形成电缆的防护层。
在本发明的一个优选实施例中，所述内导体中的单股束丝导体结构工艺参数包括束丝导体的单丝根数及单丝标称直径,单丝标称直径按GB/T 3956中镀金属软铜导体单丝最大单丝直径要求进行确定，所述内导体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成内导体的单股束丝导体的最小截面积：
上述式中：S单为单股束丝导体的最小截面积，mm2；
R内为内导体20℃直流电阻，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ钢为镀锌钢丝束丝导体20℃直流电阻率；
ρ铜为软镀锡铜丝束丝导体20℃直流电阻率；
N股为软镀锡铜丝束丝导体的股数；
k绞为软镀锡铜丝束丝导体的绞合系数；
K内为内导体的20℃直流电阻安全系数。
然后根据S单及以下公式制成内导体的单股束丝导体的单丝根数：
上述式中：n束为束丝导体的单丝根数；
d内单为束丝导体的单丝最小平均直径，本示例中取单丝标称直径-0.006,mm；
k束为单股束丝导体的束绞系数，本示例中取1.015。
在本发明的一个优选实施例中，所述外导体的结构工艺参数包括单线根数及单线标称直径，所述外导体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成外导体的最小截面积：
上述式中：S外为外导体的最小截面积；
R外为外导体20℃直流电阻，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ铝为铝合金外导体20℃直流电阻率；
K外为外导体的20℃直流电阻安全系数。
然后根据S外及以下公式确定外导体的单线标称直径：
上述式中：d外单为电缆的外导体单线标称直径；
ROUNDUP为向上取值函数，2为保留二位小数；
D绝为电缆的绝缘层平均外径；
N层为外导体中铝合金单线的层数。
然后根据以下公式确定外导体的铝合金单线根数：
上述式中：n外为外导体的单线根数；
ROUNDUP为向上取值函数，2为保留二位小数；
d外单为电缆的外导体单线标称直径；
D绝为电缆的绝缘层平均外径；
N层为外导体中铝合金单线的层数；
k外为外导体的绞合系数。
最后通过以下公式计算S外计进行验证，S外计应大于S外：
上述式中：d外单为外导体的单线平均直径；
n外为外导体的单线根数；
k外为外导体的绞合系数。
本发明的有益效果是：
本发明具有较好的弯曲性、防水性、耐候性、耐寒性、耐磨性、耐水解性、耐油性、耐酸碱性、电磁兼容、抗干扰性及漂浮性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明提供的耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其由内而外依次包括内导体100、绝缘层200、外导体300、漂浮防水层400、防护层500。
内导体100，其由中心的单股镀锌钢丝束丝导体110及外围的多股软镀锡铜丝束丝导体120绞合而成。
镀锌钢丝束丝导体110与软镀锡铜丝束丝导体120的单丝根数及单丝标称直径相同，由于中心的单股镀锌钢丝束丝导体110具有较好抗拉强度，对电缆抗拉起到加强作用，这样使得电缆在使用运行过程中受到较大的拉力时电缆的中心的单股镀锌钢丝束丝导体110首先受力，从而保护电缆的其他结构及材料不被破坏。
由于软镀锡铜丝束丝导体120具有较好的导电性能及耐腐蚀性能，外围的多股软镀锡铜丝束丝导体120与中心的单股镀锌钢丝束丝导体110一起构成内导体100，当电缆正常通电时，内导体100承载电缆的额定电流，由于通过电缆内导体100的电流存在聚肤效应的情况，这样使得电缆的内导体100通电发挥较大效能，另外镀锌钢丝的密度比镀锡铜丝的密度要小，有利于减小电缆的密度。
绝缘层200，其采用交联绝缘料紧包挤出，其为圆环结构，其绝缘厚度均匀，绝缘性能及机械性能优良，电场均匀，具有较高的使用寿命。
外导体300，其由至少一层圆铝合金线缠绕而成，圆铝合金线具体为架空绞线用铝-镁-硅系合金圆线，具有较好的导电性能、抗拉强度及耐腐蚀性。
外导体300的导电性能等效内导体100，外导体300为铝合金线缠绕结构，其可屏蔽外部电磁干扰及本线路电磁的发射,也可作为用电设备的保护接地,保护用电设备及人身安全，外导体300又由于圆铝合金线其密度小，从而有利于减小电缆的密度。
漂浮防水层400，其由主发泡层410和辅防水层420组成。
主发泡层410由低密度聚乙烯发泡料直接挤出在外导体上而成，辅防水层420由中密度聚乙烯绝缘料直接挤包在主发泡层410上而成，用于主发泡层410的低密度发泡聚乙烯料与用于辅防水层420的中密度聚乙烯料性能及加工工艺接近，从而可以达到结合紧密而不能分离，目前低密度聚乙烯发泡技术技术很成熟，发泡度可以达到50％及以下，中密度聚乙烯料比重轻，吸水量很少，具有较好的防水作用，漂浮防水层400的密度小，针对具体的电缆其漂浮防水层400结构设计合理，这样使得电缆的密度小于水的密度，从而使得电缆任意放在水中均能漂浮在水上。
防护层500，其由聚醚型聚氨酯弹性体护套料直接挤包在漂浮防水层上而成，聚醚型聚氨酯弹性体护套具有较好的耐候性、耐寒性、耐磨性、耐水解性、耐油性、耐酸碱性，这样使得电缆能正常使用在恶劣环境中。
基于上述方案的实施，本申请还公开了一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆的生产工艺，其包括如下步骤：
(1)先将若干根镀锌钢丝采用同心式束绞机形成单股镀锌钢丝束丝导体110，将若干根软镀锡铜丝采用同心式束绞机形成单股软镀锡铜丝束丝导体120，后将单股镀锌钢丝束丝导体110及多股软镀锡铜丝束丝导体120通过具有退扭装置的绞线机进行绞线形成内导体100，单股镀锌钢丝束丝导体110放在内导体100的中心位置；
(2)然后采用挤塑机将交联绝缘料紧包挤出在内导体100上形成电缆的绝缘层200；
(3)然后采用缠绕机将至少一层铝合金线缠绕在绝缘层200外形成电缆的外导体300，如缠绕结构为多层，则相邻层缠绕方向相反；
(4)然后将主发泡层410和辅防水层420采用双层共挤在外导体300上，主发泡层410和辅防水层420在挤塑机的机头汇合而成，主发泡层410为发泡层的主体结构由挤塑主机生产，辅防水层420由挤塑辅机生产；
(5)最后采用挤塑机将聚氨酯弹性体护套料紧包挤出在发泡层400上形成电缆的防护层500。
上述内导体100的单股束丝导体结构工艺参数包括束丝导体的单丝根数及单丝标称直径,单丝标称直径按GB/T 3956中镀金属软铜导体单丝最大单丝直径要求进行确定，内导体100具体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成内导体的单股束丝导体的最小截面积：
上述式中：S单为单股束丝导体的最小截面积，单位为mm2；
R内为内导体20℃直流电阻，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ钢为镀锌钢丝束丝导体20℃直流电阻率，具体可为196.390nΩ·m；
ρ铜为软镀锡铜丝束丝导体20℃直流电阻率，具体可为17.852nΩ·m；
N股为软镀锡铜丝束丝导体的股数，具体可为6股；
k绞为软镀锡铜丝束丝导体的绞合系数，具体可为1.015；
K内为内导体的20℃直流电阻安全系数，具体可为1.03，
然后根据S单及以下公式制成内导体的单股束丝导体的单丝根数：
上述式中：n束-束丝导体的单丝根数；
d内单-束丝导体的单丝最小平均直径，具体可为单丝标称直径-0.006,mm；
k束-单股束丝导体的束绞系数，本示例中取1.015。
上述内导体100具体可由中心的1股镀锌钢丝束丝导体110及外围的6股软镀锡铜丝束丝导体120构成，束丝导体结构、内导体外径及内导体重量见下表：
采用上述公式得到的内导体机械性能有较大提高，采用1+6股且相同的单股束丝导体，为正规对称稳定的圆形结构，电缆的重心与电缆横断面中心相吻合，中心股为镀锌钢丝束丝导体能提升电缆的整体抗拉力。
上述绝缘层200的绝缘标称厚度、绝缘外径及绝缘层重量见下表：
上述外导体300的结构工艺参数包括单线根数及单线标称直径，具体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成外导体的最小截面积：
上述式中：S外为外导体的最小截面积，单位为mm2；
R外为外导体20℃直流电阻，与内导体一致，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ铝为铝合金外导体20℃直流电阻率，具体为34.318nΩ·m；
K外为外导体的20℃直流电阻安全系数，具体可为1.03，
然后根据S外及以下公式确定外导体的铝合金单线标称直径：
上述式中：d单为电缆的外导体铝合金单线标称直径，单位为mm；
ROUNDUP为向上取值函数，2为保留二位小数；
D绝为电缆的绝缘层平均外径，单位为mm；
N层为外导体中铝合金单线的层数。
然后根据以下公式确定外导体的铝合金单线根数：
上述式中：n外为外导体的单线根数；
ROUNDUP为向上取值函数，2为保留二位小数；
d外单为电缆的外导体单线标称直径；
D绝为电缆的绝缘层平均外径；
N层为外导体中铝合金单线的层数；
k外为外导体的绞合系数。
最后通过以下公式计算S外计进行验证，S外计应大于S外：
上述式中：d外单为外导体的单线平均直径，单位为mm；
n外为外导体的单线根数；
k外为外导体的绞合系数，具体可为1.045。
另外，当外导体300的铝合金单线层数为2层时，则外导体的内层单线根数为：(n外-6)/2,外层单线根数为(n外+6)/2。
采用上述工艺参数制得的外导体300的层数、单线标称直径、单线根数、外导体外径及外导体重量具体可见下表：
采用上述公式得到的外导体其单线标称直径相同且间相互接触连接为一体，外表平整，承载电流时不会出现单线局部过载的现象，从而具有较好的可靠性和保障性。
上述漂浮防水层400中的主发泡层410标称厚度及外径、辅防水层420厚度及外径、漂浮防水层400重量具体可见下表：
上述防护层500的标称厚度、电缆外径和防护层重量具体可见下表：
通过上述工艺制得的电缆的密度计算如下：
上述式中：ρ缆为电缆的密度，单位为g/ml；
m缆为电缆的重量,单位为g；
D缆为电缆平均外径,单位为mm。
电缆的密度应小于1.0g/ml，为了降低电缆的密度，电缆通过设置漂浮防水层400，其中的主发泡层410密度最轻，其密度在0.46g/ml及以下，因此电缆的密度降至1.0g/ml以下，主要是通过增加主发泡层410厚度来实现的。
上述电缆总重量、电缆总体积、电缆密度具体参见下表：
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述光伏漂浮同轴电缆由内而外依次包括内导体、绝缘层、外导体、漂浮防水层、防护层。
2.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述内导体由中心的单股镀锌钢丝束线导体及外围的多股软镀锡铜丝束线导体绞合而成。
3.根据权利要求2所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述镀锌钢丝束线导体由若干根圆镀锌钢丝束绞而成，所述软镀锡铜丝束线导体由若干根软圆镀锡铜丝束绞而成，镀锌钢丝束丝导体与软镀锡铜丝束丝导体的单丝根数及单丝标称直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述绝缘层由交联绝缘料紧包挤出在内导体上构成。
5.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述外导体由至少一层圆铝合金线缠绕而成。
6.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述漂浮防水层由主发泡层和辅防水层组成，所述主发泡层由低密度聚乙烯发泡料直接挤出在外导体上而成，所述辅防水层由中密度聚乙烯绝缘料直接挤包在主发泡层上而成，所述主发泡层与辅防水层结合紧密而不能分离。
7.根据权利要求1所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆，其特征在于，所述防护层由聚醚型聚氨酯弹性体护套料直接挤包在漂浮防水层上而成。
8.一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括如下步骤：
(1)先将若干根镀锌钢丝采用同心式束绞机形成单股镀锌钢丝束丝导体，然后将若干根软镀锡铜丝采用同心式束绞机形成单股软镀锡铜丝束丝导体，后将单股镀锌钢丝束丝导体及多股软镀锡铜丝束丝导体通过具有退扭装置的绞线机进行绞线形成内导体，其中单股镀锌钢丝束丝导体位于内导体的中心位置；
(2)然后采用挤塑机将交联绝缘料紧包挤出在内导体上形成电缆的绝缘层；
(3)然后采用缠绕机将至少一层铝合金线缠绕在绝缘层外形成电缆的外导体；
(4)然后将主发泡层和辅防水层采用双层共挤在外导体上；
(5)最后采用挤塑机将聚氨酯弹性体护套料紧包挤出在漂浮防水层上形成电缆的防护层。
9.根据权利要求8所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆的生产工艺，其特征在于，所述内导体中的单股束丝导体结构工艺参数包括束丝导体的单丝根数及单丝标称直径,单丝标称直径按GB/T 3956中镀金属软铜导体单丝最大单丝直径要求进行确定，所述内导体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成内导体的单股束丝导体的最小截面积：
上述式中：S单为单股束丝导体的最小截面积，mm2；
R内为内导体20℃直流电阻，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ钢为镀锌钢丝束丝导体20℃直流电阻率；
ρ铜为软镀锡铜丝束丝导体20℃直流电阻率；
N股为软镀锡铜丝束丝导体的股数；
k绞为软镀锡铜丝束丝导体的绞合系数；
K内为内导体的20℃直流电阻安全系数。
然后根据S单及以下公式制成内导体的单股束丝导体的单丝根数：
式中：n束为束丝导体的单丝根数；
d内单为束丝导体的单丝最小平均直径，本示例中取单丝标称直径-0.006,mm；
k束为单股束丝导体的束绞系数，本示例中取1.015。
10.根据权利要求8所述的一种耐恶劣环境通信电源用光伏漂浮同轴电缆的生产工艺，其特征在于，所述外导体的结构工艺参数包括单线根数及单线标称直径，所述外导体由如下方式制成：
首先采用如下公式制成外导体的最小截面积：
上述式中：S外为外导体的最小截面积；
R外为外导体20℃直流电阻，与内导体一致，按GB/T 3956中镀金属软铜导体相应规格标准规定的最大值；
ρ铝为铝合金外导体20℃直流电阻率；
K外为外导体的20℃直流电阻安全系数。
然后根据S外及以下公式确定外导体的单线标称直径：
上述式中：d外单为电缆的外导体单线标称直径；
ROUNDUP为向上取值函数；
D绝为电缆的绝缘层平均外径；
N层为外导体中铝合金单线的层数。
然后根据以下公式确定外导体的铝合金单线根数：
上述式中：n外为外导体的单线根数；
ROUNDUP为向上取值函数；
d外单为电缆的外导体单线标称直径；
D绝为电缆的绝缘层平均外径；
N层为外导体中铝合金单线的层数；
k外为外导体的绞合系数。
最后通过以下公式计算S外计进行验证，S外计应大于S外：
上述式中：d外单为外导体的单线平均直径；
n外为外导体的单线根数；
k外为外导体的绞合系数。
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