CN112037964A - 一种绕组电缆及变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绕组电缆，所述绕组电缆从内至外依次包括导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层，所述硅橡胶绝缘层能够长期耐200℃高温以及‑45℃低温性能，具有良好的耐臭氧老化性能、电绝缘性和物理机械性能，该绕组电缆能够用作变压器和电机等电气设备中的绕组线圈；其用作变压器的绕组线圈时，变压器电压等级可达到66kV，电场分布均匀，耐高温达到200℃，制造工艺简单，节约空间，环保，具有良好的应用前景。

Description

一种绕组电缆及变压器
技术领域
本发明涉及供电设备技术领域，尤其涉及变压器技术领域，特别涉及一种绕组电缆及变压器。
背景技术
变压器作为供电系统的主要设备，主要功能是通过升降电压，减小传输线路上的损耗，提高输电效率。近年来，随着城市建设、大型工矿业的快速发展，高层建筑、地下建筑、机场、商业中心、火电厂、水电厂不断增多，对变压器的电压等级、额定容量、防火、防爆、环保性能要求越来越严格，传统的浇注型和非包封绝缘漆浸渍干式变压器已不能满足日益增长的市场需求和严格的环境要求，因此亟需一款新型干式变压器以满足市场需求。
现有干式变压式器稳定运行电压等级为35kV，已无法满足日益增长的电力压力对于电压器使用效率的要求。66kV干式电力变压器虽有应用，但由于变压器的技术发展还不够完善，近年66kV干式电力变压器事故频发，严重影响电网的安全运行和供电的可靠性。现有干式变压器还存在局放和开裂问题，使变压器不能正常工作甚至发生爆炸事故。此外干式变压器所用绝缘材料或者辅料中含有较多的聚合物和卤素,燃烧时会放出大量热量，烟雾和有毒气体，危及人们的生命财产安全。
电缆型干式变压器由于具有很多优势，电压等级高、容量大，电场均匀，运行安全可靠等，逐渐受到关注。电缆型干式变压器是一种完全新型的干式变压器，将电缆技术应用于变压器，颠覆传统的变压器结构，是干式变压器的一颗新星。
目前对电缆型干式变压器的研究开发尚处于初级阶段，没有足够的实际运行经验，因此需要对电缆线圈特性以及制造工艺进行深入研究和开发。
目前变压器用绕组电缆投入市场运行的只有报道的高压干式变压器用XLPE电缆。高压干式变压器用XLPE电缆其结构如下：最内层的导体周围是一层半导体层，接着就是交链聚乙烯固体绝缘介质，最外层也是半导体层。半导电层可以有效均化电场、削弱局部放电，提高变压器的安全性，但XLPE电缆型干式变压器，市场应用实例较少，实际运行经验不足，而且XLPE电缆存在不耐高温，最高工作温度只有90℃、占用空间大以及柔软性不够等缺点，限制其发展空间。
目前国内对于绕组电缆也已有相关的报道。
CN1484257A公开了一种绕组用双层电缆和谐波抑制电缆绕组变压器，所述双层电缆从内向外包括内导体、第一半导电层、第一绝缘层、第二半导电层、外导电体层、第三半导电层、第二绝缘层和第四半导电层，在第四半导电层外有接地导电带，但该电缆只适用于低压配电网中谐波抑制用绕组线，无法用于66kV变压器。
CN2857163Y公开了一种从内向外依次包括有第一导电线芯、第一内半导电屏蔽层、第一绝缘层、第一外半导电屏蔽层，所述第一导电线芯由多根不同材质的单导线绞合而成，呈同心层排列，即第一导电线芯中间有中央导线，中央导线外环绕多层单导线，内层单导线的导电率比外层单导线的导电率低，该电缆能够长期稳定的工作在强磁场中、其涡流损耗小，具有高效节能的优点，但该电缆所用绝缘材料为XLPE、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等，耐温等级最高90℃，无法满足高压变压器耐200℃高温要求，且弯曲性能较差，使用受限。
CN100365738C公开了一种中压绕组电缆，涉及一种高柔软的乙丙橡胶绝缘中压电缆，可用于发电机、电动机和变压器绕组线，但该电缆耐温等级最高90℃，无法满足高压变压器耐200℃高温要求，另外额定电压只有10kV，无法满足66kV变压器的使用要求。
综上所述，现有的干式变压器在技术上很难把变压器容量做大，电压做高，且不环保，因此，电缆型干式变压器逐渐受到关注，但目前电缆型干式变压器由于电缆机械性能和耐高温性能不足的原因，发展受限严重。
因此，亟需开发出一种新的绕组电缆，用于干式变压器中，拓展干式变压器的应用前景。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种绕组电缆，所述绕组电缆从内至外依次包括导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层，所述硅橡胶绝缘层具有优良的机械性能以及电绝缘性能，同时具有较佳的导热性，能够耐臭氧化并具有防霉性；可用作66kV干式变压器的绕组线圈，能够解决现有干式变压器电压等级不足或高压干式变压器稳定、环保和安全性难以满足需求的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种绕组电缆，所述绕组电缆从内至外依次包括导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层；所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分包括硅橡胶生胶基体和配合剂；
所述配合剂包括：导热填料组、补强填料、结构化控制剂、硫化剂和助剂。
本发明综合考虑电缆各项性能指标、生产成本、变压器使用环境以及变压器电压等级等确定硅橡胶绝缘材料最优的甲基乙烯基硅橡胶基体，具有较高的拉伸强度、撕裂强度和回弹性，最终得到的硅橡胶绝缘层能够耐200℃高温以及-45℃低温性能，具有优良的机械性能、电绝缘性能以及导热性能，与现有的XLPE电缆相比，耐温性更强且更加安全环保。
优选地，所述导体包括至少19根退火铜线绞合紧压而成的导体。
优选地，所述绞合紧压为第2类紧压绞合。
本发明所述导体采用括至少19根退火铜线第2类紧压绞合形成，其组成、性能和外观应符合GB/T3956标准第2种导体的规定，导体直流电阻高于GB/T3956标准要求，导体表面光洁、无损伤绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。
优选地，所述铜线为退火圆铜线。
在选择导线时避免毛刺的存在，选用优质的圆铜线。一方面当对变压器绕组外加电压时，电场会集中在导体有毛刺的地方，形成尖端放电。另一方面，导体的尖端有可能刺破绝缘层，也会导致局部放电。导体生产采用束丝机和框绞机，有效避免单丝的断丝、跳股问题，导体外径稳定，绞合后导体无尖角、毛刺等缺陷，拉丝、绞线可采用现有模具需重新配置配模。
优选地，所述半导电屏蔽层为硅橡胶半导电层；
优选地，所述硅橡胶半导电层为含有导电填料的硅橡胶。
优选地，所述导电填料包括炭黑、石墨烯或碳纳米管中的任意一种。
本发明所述硅橡胶半导电层为含有诸如炭黑等导电填料的硅橡胶，其中，所述炭黑的粒径为50～100nm，例如可以是50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm等。
本发明所述硅橡胶半导电层与导体接触，紧密包围在导体周围，由含有如炭黑的导电填料的硅橡胶组成，可以均衡电场，防止局部放电和降低损耗。
优选地，所述硅橡胶生胶基体为甲基乙烯基硅橡胶生胶基体。
优选地，所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分按质量分数包括甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料5～15份、结构化控制剂3～8份、硫化剂1～2份和助剂1.5～2.5份。
本发明进一步综合考虑电缆各项性能指标、生产成本、变压器使用环境以及变压器电压等级等确定了绝缘料中各组分的组成，其中尤其优选甲基乙烯基硅橡胶生胶与导热填料组的配比，能够同时保障电缆的导热性能与机械性能。
本发明中所述导热填料组100～150份，例如可以是100份、105份、110份、115份、120份、125份、130份、135份、140份、145份或150份等。
本发明中所述补强填料5～15份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。
本发明中所述结构化控制剂3～8份，例如可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份或8份等。
本发明中所述硫化剂1～2份，例如可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份等。
本发明中所述助剂1.5～2.5份，例如可以是1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份或2.5份等。
优选地，所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分按质量分数包括甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料10份、结构化控制剂5份、硫化剂1.5份和助剂2份。
优选地，所述导热填料组包括表面处理用硅烷偶联剂和导热填料。
优选地，所述硅烷偶联剂占导热填料质量的1～2wt％，例如可以是1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2wt％等，优选占1.5wt％。
优选地，所述导热填料包括三氧化二铝和/或氮化硼，优选包括三氧化二铝和氮化硼的组合。
优选地，所述导热填料的平均粒径为0.1～20μm，例如可以是0.1μm、1μm、2μm、3μm、3.5μm、4μm、5μm、5.5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、18μm或20μm等，优选为1～10μm。
优选地，所述导热填料包括平均粒径为6μm的导热填料和平均粒径为10μm的导热填料的组合。
优选地，所述导热填料采用平均粒径分别为6μm和10μm二种不同尺寸的导热填料混合，使粒子堆叠紧密，形成导热通路，达到最佳的导热效果。
优选地，所述补强填料包括白炭黑。
本发明中补强填料可以选用沉淀法白炭黑和/或气相法白炭黑。
优选地，所述结构化控制剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
本发明中结构化控制剂选用乙烯基三乙氧基硅烷，调节硅橡胶结构与性能。
优选地，所述硫化剂选用双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物。
优选地，所述助剂包括羟基硅油。
本发明中加入羟基硅油作为助剂，提高甲基乙烯基硅橡胶生胶的加工性能。
优选地，所述绝缘层的厚度为1.0～1.5mm，例如可以是1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm等。
优选地，所述半导电屏蔽层的厚度为0.4～0.8mm，例如可以是0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm等。
优选地，所述导体的截面积根据有效截面积设计。
本发明所述导体的截面根据有效截面积设计计算，相比现有常规的导体具有更小的直流电阻。
优选地，所述导体的有效截面积为70～95mm2，例如可以是70mm2、75mm2、80mm2、85mm2、90mm2或95mm2，优选为75mm2。
优选地，所述导体在20℃的电阻≤0.270Ω/km，优选为0.270～0.190Ω/km，例如可以是0.268Ω/km、0.225Ω/km、0.214Ω/km、0.203Ω/km或0.193Ω/km等。
第二方面，本发明提供第一方面所述的绕组电缆中硅橡胶绝缘层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混合硅橡胶绝缘层的硅橡胶生胶基体和配合剂，进行混炼，得到混炼胶；
(2)将步骤(1)中所述混炼胶进行一次硫化和二次硫化，制得硅橡胶绝缘层。
本发明提供的硅橡胶绝缘层的制备方法包括混炼和硫化步骤，步骤简单易操作，通过采用第一方面的组分组成，最终制得的硅橡胶绝缘层具有优异的机械、电气绝缘性以及耐温性能。
优选地，步骤(1)中所述混炼包括：将甲基乙烯基硅橡胶生胶包辊后依次加入补强填料、助剂、导热填料组和结构化控制剂，一次混炼均匀后，再加入硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶。
优选地，所述混炼的装置包括混炼机。
优选地，步骤(2)中所述一次硫化的温度为110～130℃，例如可以是110℃、112℃、115℃、118℃、120℃、122℃、125℃、128℃或130℃等。
优选地，所述一次硫化的压力为8～12MPa，例如可以是8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa或12MPa等。
优选地，所述一次硫化的时间为8～12min，例如可以是8min、8.5min、9min、9.5min、10min、10.5min、11min、11.5min或12min等。
优选地，所述一次硫化的装置为平板硫化机。
优选地，所述二次硫化的温度为180～220℃，例如可以是180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃或220℃等。
优选地，所述二次硫化的时间为3～5h，例如可以是3h、3.2h、3.5h、3.8h、4h、4.2h、4.5h、4.8h或5h等。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶生胶加至双辊开炼机的辊筒上，包辊后依次加入补强填料、助剂、导热填料组和结构化控制剂，一次混炼均匀后，再加入硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
其中，按照质量分数计，甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料5～15份、结构化控制剂3～8份、硫化剂1～2份和助剂1.5～2.5份；
(2)平板硫化机预热后，将步骤(1)中所述混炼胶于110～130℃、8～12MPa下在硫化机中进行一次硫化8～12min后，取出于烘箱中在180～220℃中进行二次硫化3～5h，制得硅橡胶绝缘层。
本发明对所述电缆的制备过程没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于绕组电缆制备的步骤和流程，也可采用基于现有技术进行改进后的制备方法，对此不再赘述。
本发明所述电缆成品的试验步骤严格按照相应《原材料检验规范》及《工序检验标准》进行检验。
导体控制：对束丝后的每一盘股线进行检测，包括股线根数、节距、绞后单丝外径等等，股线合格后方可转入复绞工序；对绞出的每一盘导体进行头尾取样，保证导体电阻、外径、表面质量等等合格后方可转入交联工序。
绝缘控制：对下盘的每一盘绝缘线芯进行取样检测，主要包括绝缘厚度，偏芯情况，热延伸性能，各项指标合格后方可转入下道工序。
绝缘控制点：塑化质量；颜色；绝缘最小平均厚度；绝缘最大平均厚度；偏心度；最大外径。
第三方面，本发明提供一种变压器，所述变压器采用第一方面所述的绕组电缆作为绕组线圈。
优选地，所述变压器为干式变压器。
优选地，所述干式变压器的电压等级为66kV。
本发明第三方面提供的变压器通过采用本发明所述的绕组电缆作为绕组线圈，解决了现有变压器的局放和开裂问题，且相对现有绝缘材料中含有较多聚合物和卤素而言，本发明燃烧时不会放出大量烟雾和有毒气体，更加环保，能够在高等级电压(66kV)下具有较佳的稳定性。
第四方面，本发明提供第三方面所述变压器在高层建筑、地下建筑、机场或商业中心等交通枢纽，火电厂或水电厂等防火防爆场合，沿海潮湿地区、易腐蚀地区、严寒地区或高温地区等地区中的用途。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的绕组电缆能够用于66kV干式变压器中，提高了66kV干式变压器的安全以及供电的可靠性，耐高温达到200℃，耐低温达-45℃，且阻燃耐火，可以安装在人群密集场所，满足高安全、高可靠、高环保要求；
(2)本发明提供的绕组电缆采用硅橡胶绝缘层，相比现有的绝缘层，机械性能、导热性能以及耐温性能均更佳；
(3)本发明提供的绕组电缆中的硅橡胶绝缘层选用甲基乙烯基硅橡胶基体，具有较高的拉伸强度、撕裂强度和回弹性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的绕组电缆结构示意图。
图中：1-导体；2-半导电屏蔽层；3-硅橡胶绝缘层。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种绕组电缆，如图1所示，所述绕组电缆从内至外依次由导体1、半导电屏蔽层2和硅橡胶绝缘层3组成。
所述导体1采用19根退火圆铜线绞合紧压而成，其组成、性能和外观应符合GB/T3956标准第2种导体的规定，导体直流电阻为0.236Ω/km，高于GB/T3956标准要求，导体表面光洁、无损伤绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。
在导体1外层共挤形成半导电屏蔽层2和硅橡胶绝缘层3。
所述导体的截面积根据有效截面积设计，有效截面积为75mm2，半导电屏蔽层的厚度为0.5mm，绝缘层的厚度为1.0mm。
其具体设计如表1所示：
表1
Figure BDA0002649559890000101
所述半导电屏蔽层为含有炭黑的硅橡胶，其中炭黑质量分数：20％；炭黑平均粒径为70nm。
所述硅橡胶绝缘层3的绝缘料组分按质量分数计，由如下组分组成：甲基乙烯基硅橡胶生胶(110-2S)100份、导热填料组150份(其中含导热填料，所述导热填料由平均粒径分别为10μm、6μm二种不同尺寸的三氧化二铝与氮化硼复合组成，事先由硅烷偶联剂(KH-550)进行表面处理，硅烷偶联剂质量分数占导热填料的1.5wt％，10μm与6μm填料质量比为3:5)、气相法白炭黑10份、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)5份、双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物(有效成分含量50wt％)1.5份和羟基硅油2份。
其中，所述硅橡胶绝缘层3的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述质量分数，将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加至双辊开炼机的辊筒上，包辊后依次加入10份气相法白炭黑、2份羟基硅油，以便成型，再加入150份导热填料组和5份乙烯基三乙氧基硅烷，一次混炼均匀后，再加入1.5份双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物作为硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
(2)平板硫化机预热后，压力设为10MPa，温度设定为120℃，将凹槽深度为2±0.2mm和深度为1±0.1mm的模具事先120℃预热，之后在模具上面铺上透明薄膜纸，将步骤(1)中所述混炼胶置于薄膜纸中，混炼胶上方同样覆盖一层薄膜纸，保证清洁易脱模，合上模具上盖，将其置于已预热好的平板硫化机上，开始加热，进行一次硫化，硫化时间10min；
取出模具中的混炼胶于烘箱中在200℃中进行二次硫化4h，制得硅橡胶绝缘层。
实施例2
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除仅采用平均粒径为6μm的三氧化二铝作为导热填料外，其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除仅采用平均粒径为10μm的三氧化二铝+氮化硼复合构成作为导热填料外，其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除使用120份导热填料外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除使用10份沉淀法白炭黑外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除使用硫化剂1.25份外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除使用硫化剂2份外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆除导体按标称截面积75mm2进行计算设计外，具体设计方法如表2所示：
表2
Figure BDA0002649559890000121
其余均与实施例1相同。
实施例8中与实施例1相比，按照标称截面积75mm2计算设计导体的截面，其导体的电阻为0.244Ω/km，比实施例1中的导体电阻高，由此表明，通过采用有效截面积对导体进行设计，降低了了导体的电阻，提升了导体导电性。
实施例9
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆从内至外依次由导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层组成。
所述导体采用19根退火圆铜线绞合紧压而成，其组成、性能和外观应符合GB/T3956标准第2种导体的规定，导体直流电阻为0.257Ω/km，高于GB/T3956标准要求，导体表面光洁、无损伤绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。
在导体外层共挤形成半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层。
所述导体的截面积根据有效截面积设计，有效截面积为70mm2，半导电屏蔽层的厚度为0.4mm，绝缘层的厚度为1.0mm。
其具体设计参照实施例1中进行。
所述半导电屏蔽层为含有炭黑的硅橡胶，其中炭黑质量分数：15％；炭黑平均粒径为100nm。
所述硅橡胶绝缘层的绝缘料按质量分数计，由如下组分组成：甲基乙烯基硅橡胶生胶(110-2S)100份、导热填料组150份(其中含导热填料，所述导热填料由平均粒径分别为10μm、6μm二种不同尺寸的三氧化二铝与氮化硼复合组成，事先由硅烷偶联剂(KH-550)进行表面处理，硅烷偶联剂质量分数占导热填料的1.5wt％，10μm与6μm填料质量比为4:5)、沉淀法白炭黑15份、乙烯基三乙氧基硅烷8份、双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物(有效成分含量50wt％)1.5份和羟基硅油2.5份。
其中，所述硅橡胶绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述质量分数，将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加至双辊开炼机的辊筒上，包辊后依次加入15份沉淀法白炭黑、2.5份羟基硅油，以便成型，再加入150份导热填料组和8份乙烯基三乙氧基硅烷，一次混炼均匀后，再加入1.5份双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物作为硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
(2)平板硫化机预热后，压力设为12MPa，温度设定为115℃，将凹槽深度为2±0.2mm和深度为1±0.1mm的模具事先115℃预热，之后在模具上面铺上透明薄膜纸，将步骤(1)中所述混炼胶置于薄膜纸中，混炼胶上方同样覆盖一层薄膜纸，保证清洁易脱模，合上模具上盖，将其置于已预热好的平板硫化机上，开始加热，进行一次硫化，硫化时间12min；
取出模具中的混炼胶于烘箱中在200℃中进行二次硫化4h，制得硅橡胶绝缘层。
实施例10
本实施例提供一种绕组电缆，所述绕组电缆从内至外依次由导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层组成。
所述导体采用19根退火圆铜线绞合紧压而成，其组成、性能和外观应符合GB/T3956标准第2种导体的规定，导体直流电阻为0.193Ω/km，符合GB/T3956标准要求，导体表面光洁、无损伤绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。
在导体外层共挤形成半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层。
所述导体的截面积根据标称截面积设计，标称截面积为95mm2，半导电屏蔽层的厚度为0.8mm，绝缘层的厚度为1.5mm。
所述硅橡胶绝缘层的绝缘料按质量分数计，由如下组分组成：甲基乙烯基硅橡胶生胶(110-2S)100份、导热填料组100份(由平均粒径为10μm的三氧化二铝构成，事先由硅烷偶联剂(KH-550)进行表面处理，硅烷偶联剂占三氧化二铝质量的1.2wt％)、气相法白炭黑5份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物(有效成分含量50wt％)1.5份和羟基硅油1.5份。
所述半导电屏蔽层为含有炭黑的硅橡胶，其中炭黑质量分数：25％；炭黑平均粒径为60nm。
其中，所述硅橡胶绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述质量分数，将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加至双辊开炼机的辊筒上，包辊后依次加入5份气相法白炭黑和1.5份羟基硅油，以便成型，再加入100份导热填料组和3份乙烯基三乙氧基硅烷，一次混炼均匀后，再加入1.5份双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物作为硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
(2)平板硫化机预热后，压力设为8MPa，温度设定为125℃，将凹槽深度为2±0.2mm和深度为1±0.1mm的模具事先125℃预热，之后在模具上面铺上透明薄膜纸，将步骤(1)中所述混炼胶置于薄膜纸中，混炼胶上方同样覆盖一层薄膜纸，保证清洁易脱模，合上模具上盖，将其置于已预热好的平板硫化机上，开始加热，进行一次硫化，硫化时间8min；
取出模具中的混炼胶于烘箱中在200℃中进行二次硫化4h，制得硅橡胶绝缘层。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种绕组电缆，除所述绕组电缆的绝缘层采用乙丙橡胶，不采用硅橡胶绝缘层外，其余均与实施例1相同。
三、应用例
应用例1～10
应用例1～10分别提供由实施例1～10得到的绕组电缆作为绕组线圈的干式变压器，该干式变压器参考设计标准：GB/T 1094.11、GB/T 10228。
干式变压器使用实施例1～10制得的电缆作为线圈，电压等级可达到66kV，电场分布均匀，耐高温达到200℃，制造工艺简单，节约空间，环保。
应用对比例1
应用对比例1提供的由对比例1得到的绕组电缆作为绕组线圈的干式变压器，具体结构参照应用例1～10。
四、测试及结果
以实施例1为例，通过电子万能试验机、邵氏硬度计、导热系数测试仪、低温冲击试验机、体积电阻率测试仪、交流介质强度测试仪等测试设备，对其制得的硅橡胶绝缘层进行了各方面的性能测试，具体测试方法采用GB/T 528-2009，GB/T 2941-2006，GB/T 2951-2008；并同样对对比例1中的乙丙橡胶绝缘层进行测试，其测试条件和结果如表3所示。
表3
Figure BDA0002649559890000161
Figure BDA0002649559890000171
采用表3中对实施例1中硅橡胶绝缘层相同的测试方法和条件对实施例2～7中的硅橡胶绝缘层进行了机械性能和导热系数测试，其测试结果如表4所示。
表4
Figure BDA0002649559890000172
从表3和表4可以看出：
1、本发明中将导热填料三氧化二铝和氮化硼复合使用时导热系数比单独采用三氧化二铝时高，由此表明，本发明优选将三氧化二铝与氮化硼复合使用，导热效果提升明显。
2、不同粒径的导热填料复配使用，导热性能提升，因此本发明优选将6μm和10μm的导热填料复配使用。
3、导热填料随着组分增加，导热系数提高，但考虑成本和粘度，不能无限增加，因此优选150份。
4、沉淀法白炭黑的补强效果不如气相法白炭黑，相同含量下，气相法白炭黑比沉淀法白炭黑抗张强度提高2.4N/mm2，因此使用气相法白炭黑。
5、硫化剂用量影响硅橡胶绝缘的交联程度，从而影响硅橡胶绝缘力学性能。硫化剂含量在1.25～2.0％之间时，抗张强度先提高后下降，硫化剂含量为1.5％时，抗张强度最高，断裂伸长率则一直下降，因此选用1.5％含量硫化剂，使综合力学性能最优。
6、对比例1中乙丙橡胶力学性能低于硅橡胶，且长期工作温度仅为90℃，远低于硅橡胶，体积电阻率低于硅橡胶一个数量级，因此不适合作为66kV高压变压器线圈用电缆。
综上所述，本发明所述绕组电缆选用硅橡胶绝缘材料，且优化了硅橡胶组分，所述硅橡胶绝缘层能够长期耐200℃高温以及-45℃低温性能，使其综合性能优良，其用作变压器的绕组线圈时，变压器电压等级可达到66kV，电场分布均匀，具有良好的应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种绕组电缆，其特征在于，所述绕组电缆从内至外依次包括导体、半导电屏蔽层和硅橡胶绝缘层；
所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分包括硅橡胶生胶基体和配合剂；
所述配合剂包括：导热填料组、补强填料、结构化控制剂、硫化剂和助剂。
2.根据权利要求1所述的绕组电缆，其特征在于，所述导体包括至少19根退火铜线绞合紧压而成的导体；
优选地，所述铜线为退火圆铜线；
优选地，所述半导电屏蔽层为硅橡胶半导电层；
优选地，所述硅橡胶半导电层为含有导电填料的硅橡胶；
优选地，所述导电填料包括炭黑、石墨烯或碳纳米管中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的绕组电缆，其特征在于，所述硅橡胶生胶基体为甲基乙烯基硅橡胶生胶基体；
优选地，所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分按质量分数包括甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料5～15份、结构化控制剂3～8份、硫化剂1～2份和助剂1.5～2.5份；
优选地，所述硅橡胶绝缘层的绝缘料组分按质量分数包括甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料10份、结构化控制剂5份、硫化剂1.5份和助剂2份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的绕组电缆，其特征在于，所述导热填料组包括表面处理用硅烷偶联剂和导热填料；
优选地，所述硅烷偶联剂占导热填料质量的1～2wt％，优选占1.5wt％；
优选地，所述导热填料包括三氧化二铝和/或氮化硼，优选包括三氧化二铝和氮化硼的组合；
优选地，所述导热填料的平均粒径为0.1～20μm，优选为1～10μm；
优选地，所述导热填料包括平均粒径为6μm的导热填料和平均粒径为10μm的导热填料的组合；
优选地，所述补强填料包括白炭黑；
优选地，所述结构化控制剂为乙烯基三乙氧基硅烷；
优选地，所述硫化剂选用双(2,4-二氯苯甲酰)过氧化物；
优选地，所述助剂包括羟基硅油。
5.根据权利要求1～4任一项所述的绕组电缆，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1.0～1.5mm；
优选地，所述半导电屏蔽层的厚度为0.4～0.8mm；
优选地，所述导体的截面积根据有效截面积设计；
优选地，所述导体的有效截面积为70～95mm2，优选为75mm2；
优选地，所述导体在20℃的电阻≤0.270Ω/km。
6.根据权利要求1～5任一项所述的绕组电缆中硅橡胶绝缘层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混合硅橡胶绝缘层的硅橡胶生胶基体和配合剂，进行混炼，得到混炼胶；
(2)将步骤(1)中所述混炼胶进行一次硫化和二次硫化，制得硅橡胶绝缘层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混炼包括：将甲基乙烯基硅橡胶生胶包辊后依次加入补强填料、助剂、导热填料组和结构化控制剂，一次混炼均匀后，再加入硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
优选地，所述混炼的装置包括混炼机。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述一次硫化的温度为110～130℃；
优选地，所述一次硫化的压力为8～12MPa；
优选地，所述一次硫化的时间为8～12min；
优选地，所述一次硫化的装置为平板硫化机；
优选地，所述二次硫化的温度为180～220℃；
优选地，所述二次硫化的时间为3～5h。
9.根据权利要求6～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硅橡胶生胶加至双辊开炼机的辊筒上，包辊后依次加入补强填料、助剂、导热填料组和结构化控制剂，一次混炼均匀后，再加入硫化剂，二次混炼均匀，得到混炼胶；
其中，按照质量分数计，甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、导热填料组100～150份、补强填料5～15份、结构化控制剂3～8份、硫化剂1～2份和助剂1.5～2.5份；
(2)平板硫化机预热后，将步骤(1)中所述混炼胶于110～130℃、8～12MPa下在硫化机中进行一次硫化8～12min后，取出于烘箱中在180～220℃中进行二次硫化3～5h，制得硅橡胶绝缘层。
10.一种变压器，其特征在于，所述变压器采用权利要求1～5任一项所述的绕组电缆作为绕组线圈。
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