CN112635121A - 同心式光纤复合导线电缆及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及同心式光纤复合导线电缆及其制备工艺，由内到外的结构依次包括同心式光纤复合导线缆芯、屏蔽‑绝缘共挤层、金属屏蔽层、内护套层、金属铠装层以及外护套层；所述缆芯包括光纤芯以及绞合导线；所述光纤芯由多根光纤、填充物以及管状部件组成，所述光纤置于所述管状部件内，所述填充物填充于多根所述光纤的间隙；所述绞合导线围绕在所述管状部件外周，所述绞合导线由多根梯形铜单丝绞合而成。本发明将梯形线绞合导体中心预留规则管状空间，内置管状物以及光纤构成同心式光纤复合导体的结构，在确保电缆良好的机械性能及电性能的同时具有较好的弯曲和耐侧压性能，给予光纤优异的防水、防震保护。

Description

同心式光纤复合导线电缆及其制备工艺
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及同心式光纤复合导线电缆及其制备工艺。
背景技术
伴随着目前智能电网的不断推进，急需一种且集通信、导电、信号传输为一体的电缆产品，满足智能电网信息化、数字化、自动化、互动化结合的需要。光纤复合电缆融合了光纤通信与电力传输的功能，在未来家庭智能化、办公自动化、数字化变电站、工控网络化的数据传输中具有重要的地位。
分布式光纤测温系统为电缆温度在线监测提供了一个良好的解决方案，这种技术通过在电缆表面或内部敷设一条测温光缆(光纤及其附属加强件)来实时监测电缆温度变化，提供了火灾信号早期探测、信号位置、报警信息及联动控制，同时根据分布式光纤测温系统提供的电缆温度数值，加上电缆的散热系数和周围的敷设环境条件，建立电缆温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系。通过合理的数学模型对电缆的线芯温度进行推算，并与其允许温度进行比较，同时计算出电缆线路的实际负载率，及早发现电缆早期隐患，实现电缆导体的非接触在线诊断，全面提升电网的运行水平。
由于光纤为非磁性材料，不受电场的影响，电力电缆与光缆一体化的技术关键是在结构上解决好光缆的抗压、抗拉性能，现有技术中一般将分布式光纤测温系统将光纤置于电缆缆芯的边隙内，电缆加工及施工过程中光纤容易被拉伸或挤压，受到外围环境破坏和影响。
发明内容
为了解决加工及施工过程中光纤易受外围环境破坏和影响的技术问题，而提供同心式光纤复合导线电缆及其制备工艺。本发明将梯形线绞合导体中心预留规则管状空间，内置管状物以及光纤构成同心式光纤复合导体，并在导体外挤包或包裹绝缘层、屏蔽层、护套等结构，在确保电缆良好的机械性能的同时具有较好的弯曲和耐侧压性能，给予组合光纤优异的防水、防震保护，避免受到外围环境破坏和影响。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
同心式光纤复合导线电缆，由内到外的结构依次包括同心式光纤复合导线缆芯、屏蔽-绝缘共挤层、金属屏蔽层、内护套层、金属铠装层以及外护套层；
所述缆芯包括光纤芯以及绞合导线；所述光纤芯由多根光纤、填充物以及管状部件组成，所述光纤置于所述管状部件内，所述填充物填充于多根所述光纤的间隙；所述绞合导线围绕在所述管状部件外周，所述绞合导线由多根梯形铜单丝绞合而成。
进一步地，所述梯形铜单丝至少为5根。
进一步地，所述填充物为油膏，所述油膏填充满所述管状部件内。多根光纤之间填充的油膏可保护光纤，管状部件可防止油膏的泄露并保护光纤。由于将铜导体绞合成导线的时候会有一个紧压的过程，光纤内置在管状部件之内，经过绞合这道工序时，光纤将不会发生断裂。光纤本身较脆弱，将光纤置于导体内部并以管状部件隔开并在光纤内填充油膏，不仅能够照常实现光纤的功能，还能使其受到的外围环境破坏和影响降低，提升整体电缆的性能。
进一步地，所述管状部件包括但不限于无缝铜管、无缝钢管、PE管、PBT管中的任意一种。
进一步地，所述屏蔽-绝缘共挤层为三层结构，所述三层结构是两层半导电屏蔽层中间夹有绝缘层；所述半导电屏蔽层的材料为半导电屏蔽料，所述绝缘层的材料为XLPE。两层半导电屏蔽层中间夹有XLPE绝缘层的三层共挤材料能够起到良好的均化电场的效果。
进一步地，所述金属屏蔽层由铜丝疏绕层和铜带反向间隙绕包层组成，所述铜丝疏绕层按一个方向、有间隙地绕包在所述屏蔽-绝缘共挤层外，所述铜带绕包层反向绕包在所述铜丝疏绕层的间隙中。与单一的铜带重叠绕包屏蔽相比，本发明的铜丝疏绕+铜带反向间隙绕包的屏蔽方式其承载短路电流能力更强并且可根据实际工况需求设计金属屏蔽层的截面积和短路能力。在施工敷设弯曲时，单一铜带重叠绕包屏蔽层因为扭转应力得不到释放，扭转、挤压的金属屏蔽层会导致铜带变形及起皱，而本发明的铜丝疏绕叠加铜带反向间隙绕包的金属屏蔽结构因铜丝可以在一定位置内滑移，能够有效的释放扭转时的应力，可以消除因铜带起皱而造成的质量隐患。
进一步地，所述金属铠装层为镀锌钢丝，所述镀锌钢丝螺旋缠绕在所述内护套层外。
本发明另一方面提供上述同心式光纤复合导线电缆的制备工艺，包括如下步骤：
制备工艺一：
(1)利用气吹原理先将多根光纤穿入管状部件内，并在多根所述光纤的间隙填充满填充物制成光纤芯；
(2)将所述光纤芯通过整形装置的中央，多根梯形铜单丝均匀分布并置于所述整形装置上，先将多根所述梯形铜单丝预扭使得所述梯形铜单丝的短边均朝向所述整形装置中央的光纤芯，再通过与所述整形装置相连的绞线模具进行绞合制成同心式光纤复合导线的缆芯；
(3)然后在所得到的同心式光纤复合导线缆芯外先三层共挤得到屏蔽-绝缘共挤层，再依次进行金属屏蔽层绕包、内护套层挤包、金属丝铠装及外护套层挤包，最后得到同心式光纤复合导线电缆。
制备工艺二：
(1)先将所述管状部件通过整形装置的中央，多根梯形铜单丝均匀分布并置于所述整形装置上，将多根所述梯形铜单丝预扭使得所述梯形铜单丝的短边均朝向所述整形装置中央的管状部件，再通过与所述整形装置相连的绞线模具进行绞合制成不具备光纤芯的同心式光纤复合导线的缆芯；
(2)在所得到的同心式光纤复合导线缆芯外先三层共挤得到屏蔽-绝缘共挤层，再依次进行金属屏蔽层绕包、内护套层挤包、金属丝铠装及外护套层挤包。
(3)然后利用气吹原理将多根光纤穿入管状部件内，并在多根所述光纤的间隙填充满填充物制成光纤芯，实现光纤单元的后敷设效果，最后得到同心式光纤复合导线电缆。
进一步地，所述整形装置包括两个模具架以及均匀分布于所述模具架上的多个整形模具。
再进一步地，靠近所述绞线模具的所述模具架的高度低于远离所述绞线模具的所述模具架的高度；靠近所述绞线模具的所述模具架上的第一整形模具与所述梯形铜单丝接触的端面为弧形，另一个远离所述绞线模具的所述模具架上的第二整形模具与所述梯形铜单丝接触的端面为梯形。
有益技术效果：
本发明的同心式光纤复合导线电缆的缆芯为同心式光纤复合导线的设计，缆芯外依次挤包或包覆有屏蔽-绝缘共挤层、金属屏蔽层、内护套层、金属铠装层以及外护套层；缆芯是由多根梯形铜单丝绞合在管状部件外围一周，管状部件中间放置光纤或组合光纤，预留的管状空间实现光单元的后敷设效果，而由多根梯形铜单丝绞合而成的异型绞合导线在绞制时发热量小，对导体因晶格变形影响的电阻增大量较小，另外异型线梯形铜单丝的填充系数大，涡流损耗小，在确保电缆良好的电性能和机械性能的同时，给予组合光纤优异的防水、防震保护，避免受到外围环境破坏和影响，电缆整体具有更好的弯曲性能和耐侧压性能；同时能够确保光纤及其系统更加精准的监测线缆的温度、载流量、感应电压、震动受力情况等运行状态和故障点分布情况。本发明同心式光纤复合导线的电缆结构设计可适用于低压、中压以及高压电力电缆。
附图说明
图1为实施例1的同心式光纤复合导线电缆的结构示意图。
图2为实施例2中整形装置的结构示意图，其中121-梯形铜单丝、13-模具架、14-第二整形模具、15-第一整形模具、16-绞线模具。
图3为图2中第一整形模具和第二整形模具的截面结构示意图。
图4为图1中单根梯形铜单丝的形貌结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。
实施例1
同心式光纤复合导线电缆，其结构如图1所示，由内到外的结构依次包括同心式光纤复合导线缆芯1、屏蔽-绝缘共挤层2、金属屏蔽层3、内护套层4、金属铠装层5以及外护套层6；
所述缆芯1包括光纤芯11以及绞合导线12；所述光纤芯11由多根光纤111、填充物112以及管状部件113组成，所述光纤111置于所述管状部件113内，所述填充物112填充于多根所述光纤111的间隙；所述绞合导线12围绕在所述管状部件113外周，所述绞合导线12由多根梯形铜单丝121绞合而成。
其中，所述梯形铜单丝121为5根。所用梯形铜单丝121为一根粗的异型铜导线，其截面为梯形，该梯形的两条边具有弧度(也可视为一种扇形)，梯形铜单丝121的高为2.23mm、宽为3.65mm，梯形铜单丝121的单根结构如图4所示。本实施例5根梯形铜单丝121绞合后的节距比为14-20倍。
其中，所述填充物112为油膏，所述油膏填充满所述管状部件113内。多根光纤之间填充的油膏可保护光纤，管状部件可防止油膏的泄露并保护光纤。由于将铜导体绞合成导线的时候会有一个紧压的过程，光纤内置在管状部件之内，经过绞合这道工序时，光纤将不会发生断裂。光纤本身较脆弱，将光纤置于导体内部并以管状部件隔开并在光纤内填充油膏，不仅能够照常实现光纤的功能，还能使其受到的外围环境破坏和影响降低，提升整体电缆的性能。
其中，所述管状部件113包括但不限于无缝铜管、无缝钢管、PE管、PBT管中的任意一种。本实施例选择无缝钢管。
其中，所述屏蔽-绝缘共挤层2为三层结构，所述三层结构是两层半导电屏蔽层21中间夹有绝缘层22；所述半导电屏蔽层21的材料为半导电屏蔽料，所述绝缘层22的材料为XLPE。两层半导电屏蔽层中间夹有XLPE绝缘层的三层共挤材料能够起到良好的均化电场的效果。
其中，所述金属屏蔽层3由铜丝疏绕层和铜带反向间隙绕包层组成，所述铜丝疏绕层31按一个方向、有间隙地绕包在所述屏蔽-绝缘共挤层2外，所述铜带反向间隙绕包层32反向绕包在所述铜丝疏绕层31的间隙中。与单一的铜带重叠绕包屏蔽相比，本发明的铜丝疏绕+铜带反向间隙绕包的屏蔽方式其承载短路电流能力更强并且可根据实际工况需求设计金属屏蔽层的截面积和短路能力。在施工敷设弯曲时，单一铜带重叠绕包屏蔽层因为扭转应力得不到释放，扭转、挤压的金属屏蔽层会导致铜带变形及起皱，而本发明的铜丝疏绕叠加铜带反向间隙绕包的金属屏蔽结构因铜丝可以在一定位置内滑移，能够有效的释放扭转时的应力，可以消除因铜带起皱而造成的质量隐患。
其中，所述金属铠装层5为镀锌钢丝，所述镀锌钢丝螺旋缠绕在所述内护套层外。
其中，内护套层4和外护套层6的材料均为低烟无卤阻燃聚烯烃护套材料。
实施例2
实施例1中同心式光纤复合导线电缆的制备工艺，包括如下步骤：
(1)利用气吹原理先将多根光纤111穿入管状部件113内，并在多根光纤111的间隙填充满填充物112油膏制成光纤芯11；
(2)将所述光纤芯11通过整形装置(结构如图2所示)的中央，多根梯形铜单丝121均匀分布并置于整形装置的模具架13上的整形模具，先将多根梯形铜单丝121预扭使得所述梯形铜单丝121的短边均朝向整形装置中央的光纤芯11，通过与所述整形装置相连的绞线模具16进行绞合制成同心式光纤复合导线的缆芯1；
(3)然后在所得到的同心式光纤复合导线缆芯1外先三层共挤得到屏蔽-绝缘共挤层2，再依次进行金属屏蔽层3绕包、内护套层4挤包、金属丝铠装及外护套层6挤包，最后得到同心式光纤复合导线电缆。
其中，靠近所述绞线模具16的所述模具架13的高度低于远离所述绞线模具16的所述模具架13的高度；靠近所述绞线模具16的所述模具架13上的第一整形模具15与所述梯形铜单丝121接触的端面为弧形，另一个远离所述绞线模具16的所述模具架13上的第二整形模具14与所述梯形铜单丝121接触的端面为梯形。整形模具对于梯形铜单丝具有整形以及防止翻线的作用。
本发明的同心式光纤复合导线电缆中光纤单元可以先行制备，再经过绞合、绝缘、屏蔽、铠装、护套等工序(即本实施例的工艺)；也可以将管状部件作为光单元预留的通道，待有需要时再利用机械推进器和空气压缩机把强大气流输送进管道，气流促使光纤单元前进，实现光单元的后敷设功能。
对比例1
本对比例的电缆结构与实施例1相同，不同之处在于，未设置管状部件113与油膏填充物112。本对比例中光纤相当于处于绞合导线的空隙处，采用常规圆形铜导体。
性能测试
实施例1中光纤芯外是多根异型线的梯形铜单丝绞合。常规圆形导体的填充系数在0.85-0.91左右，而本发明的梯形铜单丝绞合时，使得导体的填充系数达到0.97左右，在相同导体规格下，导体外径比常规圆形非紧压导体缩小7％～15％，比紧压的导体外径缩小3％～6％；本发明的同心式光纤复合导线的缆芯1表面光洁、不会因紧压造成铜导体表面毛刺挫伤绝缘，同时铜导体间无间隙，梯形铜导体外表面光洁紧密，无毛刺。本发明异型线绞合导体绞制时发热量小，对导体因晶格变形影响的电阻增大量小，另外异型线填充系数大，涡流损耗小，光纤内置在管内，能够给予光纤良好的保护，避免受到外围环境破坏和影响，同时确保光纤能够更加精准的监测线缆的温度、载流量、感应电压、震动受力情况等运行状态和故障点分布情况。本发明将梯形线绞合导体中心预留规则管状空间，内置管状物以及光纤构成同心式光纤复合导体，并在导体外挤包或包裹绝缘层、屏蔽层、护套等结构，在确保电缆良好的机械性能的同时具有较好的弯曲和耐侧压性能，给予组合光纤优异的防水、防震保护，避免受到外围环境破坏和影响。
对比例1为常规光纤复合电缆，实施例1为同心式光纤复合导线电缆。对比例1中的缆芯由铜导线与光纤单元直接复合而成，而本发明实施例1的缆芯中光纤单元置于铜导线中央。对比例1中，光纤单元与圆形铜导线绞合在一起的常规光纤复合电缆，无法将光单元直接从缆芯中抽出，难以更换因敷设过程中损伤的光纤单元。而同心式光纤复合导线电缆在需要更换光纤单元时，可直接利用气吹原理将原先使用的光单元吹出，再重新敷设新的光单元即可完美实现光单元的更换功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，由内到外的结构依次包括同心式光纤复合导线缆芯(1)、屏蔽-绝缘共挤层(2)、金属屏蔽层(3)、内护套层(4)、金属铠装层(5)以及外护套层(6)；
所述缆芯(1)包括光纤芯(11)以及绞合导线(12)；所述光纤芯(11)由多根光纤(111)、填充物(112)以及管状部件(113)组成，所述光纤(111)置于所述管状部件(113)内，所述填充物(112)填充于多根所述光纤(111)的间隙；所述绞合导线(12)围绕在所述管状部件(113)外周，所述绞合导线(12)由多根梯形铜单丝(121)绞合而成。
2.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述梯形铜单丝至少为5根。
3.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述填充物112为油膏，所述油膏填充满所述管状部件(113)内。
4.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述管状部件(113)为无缝铜管、无缝钢管、PE管、PBT管中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述屏蔽-绝缘共挤层(2)为三层结构，所述三层结构是两层半导电屏蔽层(21)中间夹有绝缘层(22)；所述半导电屏蔽层(21)的材料为半导电屏蔽料，所述绝缘层(22)的材料为XLPE。
6.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述金属屏蔽层(3)由铜丝疏绕层和铜带反向间隙绕包层组成，所述铜丝疏绕层按一个方向、有间隙地绕包在所述屏蔽-绝缘共挤层外，所述铜带绕包层反向绕包在所述铜丝疏绕层的间隙中。
7.根据权利要求1所述的同心式光纤复合导线电缆，其特征在于，所述金属铠装层(5)为镀锌钢丝，所述镀锌钢丝螺旋缠绕在所述内护套层(4)外。
8.根据权利要求1～7任一项所述的同心式光纤复合导线电缆的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
①先将多根光纤(111)穿入管状部件(113)内，并在多根所述光纤(111)的间隙填充满填充物(112)制成光纤芯(11)；
②将所述光纤芯(11)通过整形装置的中央，多根梯形铜单丝(121)均匀分布并置于所述整形装置上，先将多根所述梯形铜单丝(121)预扭使得所述梯形铜单丝(121)的短边均朝向所述整形装置中央的光纤芯(11)，再通过与所述整形装置相连的绞线模具(16)进行绞合制成同心式光纤复合导线的缆芯(1)；
③然后在所述缆芯(1)外先三层共挤得到屏蔽-绝缘共挤层(2)，再依次进行金属屏蔽层(3)绕包、内护套层(4)挤包、金属丝缠绕得到金属铠装层(5)、外护套层(6)挤包，最后得到同心式光纤复合导线电缆；
或者所述制备方法，包括如下步骤：
①先将所述管状部件(113)通过整形装置的中央，多根梯形铜单丝(121)均匀分布并置于所述整形装置上，将多根所述梯形铜单丝(121)预扭使得所述梯形铜单丝(121)的短边均朝向所述整形装置中央的管状部件(113)，再通过与所述整形装置相连的绞线模具(16)进行绞合制成不具备光纤(111)与填充物(112)的缆芯；
②然后在所述缆芯外先三层共挤得到屏蔽-绝缘共挤层(2)，再依次进行金属屏蔽层(3)绕包、内护套层(4)挤包、金属丝缠绕得到金属丝铠装(5)及外护套层(6)挤包，得到不具备光纤(111)与填充物(112)的电缆；
③然后将多根光纤(111)穿入管状部件(113)内，并在多根所述光纤(111)的间隙填充满填充物(112)制成光纤芯(11)，最后得到同心式光纤复合导线电缆。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述整形装置包括两个模具架(13)以及均匀分布于所述模具架(13)上的多个整形模具。
10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于，靠近所述绞线模具(16)的所述模具架(13)的高度低于远离所述绞线模具(16)的所述模具架(13)的高度；靠近所述绞线模具(16)的所述模具架(13)上的第一整形模具(15)与所述梯形铜单丝(121)接触的端面为弧形，另一个远离所述绞线模具(16)的所述模具架(13)上的第二整形模具(14)与所述梯形铜单丝(121)接触的端面为梯形。
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WO2024032758A1 (zh) * 2022-08-12 2024-02-15 长春捷翼汽车科技股份有限公司 一种新型线缆

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