CN112951493B - 一种耐击穿高压电缆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种耐击穿高压电缆，包括线芯和绝缘层，线芯和绝缘层之间设有内半导电屏蔽层，内半导电屏蔽层与绝缘层之间的界面处设有纳孔结构层，纳孔结构层的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。本申请提供的耐击穿高压电缆，内半导电屏蔽层与绝缘层的界面处为具有纳米级孔径的纳孔结构层，能够有效阻止内半导电屏蔽层与绝缘层的界面缺陷带来的界面放电，从而提高放电电压，大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。

Description

一种耐击穿高压电缆

技术领域

本申请属于高压输电技术领域，尤其涉及一种耐击穿高压电缆。

背景技术

XLPE高压电缆的安全运行对整个电力系统的稳定至关重要，但随着电压等级的提升，电缆耐击穿强度亟需提高。如图1所示，现有技术中，XLPE高压电缆结构由内到外，依次是线芯1、内半导电屏蔽层4、绝缘层2、外半导电屏蔽层3。电缆耐击穿强度很大程度上由绝缘层2及与内半导电屏蔽层4的匹配决定。内半导电屏蔽层作为连接金属线芯与外半导电屏蔽层的中间部分，填充了两部分之间的间隙，但因存在界面缺陷，容易发生放电，从而降低电缆运行等级。通过材料的改变提升绝缘层耐击穿场强，提升幅度有限，而且批量生产的产业化周期较长。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提出一种耐击穿高压电缆。

本申请的技术方案如下：

一种耐击穿高压电缆，包括线芯和绝缘层，所述线芯和所述绝缘层之间设有内半导电屏蔽层，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层之间的界面处设有纳孔结构层，所述纳孔结构层的纳孔延伸方向垂直于所述电缆延伸方向。

在本申请一些实施例中，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层相对的第一界面具有第一纳孔结构层。

在本申请一些实施例中，所述绝缘层与所述内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

在本申请一些实施例中，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层相对的第一界面具有第一纳孔结构层，并且，所述绝缘层与所述内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层中纳孔的轴向方向与所述内半导电屏蔽层或所述绝缘层表面大致垂直。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层所述纳孔结构沿着所述纳孔的轴向方向依次排列。

在本申请一些实施例中，各层所述纳孔结构的纳孔错位排布。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且所述纳孔孔径d1最大值为200nm。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层其每层纳孔结构在所述纳孔的轴向方向的长度d2为50-500nm。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层在所述纳孔的轴向方向的长度d3小于100μm。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的耐击穿高压电缆，内半导电屏蔽层与绝缘层的界面处为具有纳米级孔径的纳孔结构层，能够有效阻止内半导电屏蔽层与绝缘层的界面缺陷带来的界面放电，从而提高放电电压，进而大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。

附图说明

图1是现有技术中的高压电缆的横截面结构示意图；

图2是本申请一种实施方式的高压电缆的横截面结构示意图；

图3是本申请一种实施方式的高压电缆的部分结构示意图，其中第一界面和第二界面分开；

图4是本申请另一种实施方式的高压电缆的部分结构示意图，其中第一界面和第二界面分开；

图5是本申请一种实施方式的高压电缆的部分结构示意图，其中线芯被移除；

图6是沿图5中剖面线A-A的剖视图；

图7是图6的透视图；

图8是本申请一种实施方式的高压电缆的结构示意图；

图9是沿图8中剖面线B-B的剖视图；

图10是本申请一种实施方式的高压电缆的结构示意图；

图中编号：1、线芯；2、内半导电屏蔽层；21、第一界面；3、绝缘层；31、第二界面4、纳孔结构层；401、纳孔；41、第一纳孔结构层；411、第一纳孔结构；412、第二纳孔结构；413、第三纳孔结构；42、第二纳孔结构层；5、外半导电屏蔽层。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

本申请一种实施方式提供了一种耐击穿高压电缆，包括线芯和绝缘层，线芯和绝缘层之间设有内半导电屏蔽层，内半导电屏蔽层与绝缘层之间的界面处设有纳孔结构层，纳孔结构层的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。

本申请提供的耐击穿高压电缆，内半导电屏蔽层与绝缘层的界面处为具有纳米级孔径的纳孔结构层，能够有效阻止内半导电屏蔽层与绝缘层的界面缺陷带来的界面放电，从而提高放电电压，从而大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。

作为一种优选实施方式，内半导电屏蔽层与绝缘层相对的第一界面具有第一纳孔结构层。

作为一种优选实施方式，绝缘层与内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

作为一种优选实施方式，内半导电屏蔽层与绝缘层相对的第一界面为具有第一纳孔结构层，并且绝缘层与内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

作为一种优选实施方式，纳孔结构层中纳孔的轴向方向与内半导电屏蔽层或绝缘层表面大致垂直，来自内半导电屏蔽层的电子更容易进入纳孔中，进而被束缚，以阻止内半导电屏蔽层表面放电。

作为一种优选实施方式，纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层纳孔结构沿着纳孔的轴向方向依次排列。多层纳孔结构可便于调控耐击穿场强的提高幅值。一般来说，层数越多，耐击穿场强越高。

作为一种优选实施方式，各层纳孔结构的纳孔错位排布。由于各层纳孔结构的孔不对齐，因此使得多层纳孔结构形成的孔通道不贯通，或者使得贯通的孔通道变窄。多层纳孔结构的错位排布，可以实现多层纳孔结构的纳孔依次阻挡电子放电路径的作用，可以较大程度提高耐击穿强度。根据提高耐击穿场强的幅度，可以设置不同的纳孔结构层数，而错位排布的纳孔结构，不仅可以极大地提升高压电缆的电压等级，更是为加工工艺的实现提供了便利。

可选地，纳孔结构层包括两层纳孔结构，两层纳孔结构沿着垂直于电缆延伸方向依次排列，并且两层纳孔结构的纳孔错位排布。

可选地，纳孔结构层包括三层纳孔结构，三层纳孔结构沿着垂直于电缆延伸方向依次排列，并且三层纳孔结构的纳孔错位排布。

可选地，纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且纳孔孔径d1最大值为200nm。纳孔孔径d1还可以为190nm、180nm、170nm、160nm、150nm、140nm、100nm、90nm、80nm或制造工艺允许的、小于等于200nm的任意一点值。在空气介质中，电子碰撞的最小行程是200nm，纳孔的孔径小于电子碰撞的最小行程，因此能够有效阻止放电的发生，可大幅度提高电缆的耐击穿场强。纳孔孔径大小不一致，一方面更便于生产制造，另一方面有利于将放电粒子束缚在纳孔中，阻止放电。当然，纳孔孔径的最大值取决于纳孔中填充的介质类型。

可选地，纳孔结构的纳孔中容纳的介质还可以是液体，例如：矿物质油，纳孔孔径大小一致或者大小不一致。由于在不同介质中，电子碰撞的最小行程不同，可根据电子在不同介质中的运动特性，设计不同孔径的纳孔的纳孔结构，使得纳孔的孔径小于电子碰撞的最小行程，从而能够有效阻止放电的发生，大幅度提高电缆的耐击穿场强。

可选的，纳孔结构层其每层纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2为50-500nm。纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2还可以为100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm或50-500nm范围内的任一点值。

作为一种优选实施方式，纳孔结构层在纳孔的轴向方向的长度d3小于100μm。纳孔结构层在纳孔的轴向方向的长度d3可以为90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm或或制造工艺允许的、小于等于100μm范围内的任一点值。

作为一种优选实施方式，绝缘层外还包裹外导电屏蔽层。

以下结合实施例对本申请进行详细的阐述，值得理解的是，这些实施例仅仅是本申请的优选的一些实施例，并不能理解为对本申请的保护范围进行限制。

对比例1

如图1所示，一种高压电缆，包括线芯1和绝缘层3，在绝缘层3和线芯1之间设置有内半导电屏蔽层2。

实施例1

如图2所示，一种耐击穿高压电缆，包括线芯1和绝缘层3，线芯1和绝缘层3之间设有内半导电屏蔽层2，内半导电屏蔽层2与绝缘层3之间设有纳孔结构层4，纳孔结构层4的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。如图3所示，本实施例中，内半导电屏蔽层2与绝缘层3相对的第一界面21具有第一纳孔结构层41，第一纳孔结构层41包括一层纳孔结构。

实施例2

本实施例提供一种耐击穿高压电缆，包括线芯1和绝缘层3，线芯1和绝缘层3之间设有内半导电屏蔽层2，内半导电屏蔽层2与绝缘层3之间设有纳孔结构层4，纳孔结构层4的纳孔401延伸方向垂直于电缆延伸方向，纳孔401的轴向方向与内半导电屏蔽层2表面大致垂直。如图4所示，内半导电屏蔽层2与绝缘层3相对的第一界面21具有第一纳孔结构层41，绝缘层3与内半导电屏蔽层2相对的第二界面31具有第二纳孔结构层42。

图5为高压电缆的部分结构示意图，其中，线芯被移除。图6为沿图5中A-A剖面线的剖视图，如6图所示，第一纳孔结构411的纳孔中容纳的介质为空气，纳孔401孔径大小不一致，且纳孔401孔径d1最大值为200nm。第二纳孔结构412和第三纳孔结构413的纳孔401中容纳的介质为空气，纳孔401孔径大小不一致，且纳孔401孔径d1最大值为200nm。纳孔结构层5的各层纳孔结构的纳孔错位排布，从而形成如图7所示的透视图。如图8所示，为本实施例的高压电缆的另一视角的部分结构示意图，其中，线芯被移除。图9为沿图8中B-B剖面线的剖视图，如图9所示，第一纳孔结构层41包括三层纳孔结构，即第一纳孔结构411、第二纳孔结构412和第三纳孔结构413。三层纳孔结构沿着纳孔的轴向方向依次排列。本实施例中，纳孔结构的层数为三层，但是可以理解的是，本申请对高压电缆的纳孔结构的层数并不限制为三层，例如，还可为一层、二层、四层、五层等等。从图9中可以看出，实际上，有的纳孔401可以从第一纳孔结构411一直贯穿至第三纳孔结构413，而有的纳孔401则被中途阻断，无法贯穿；通过这样的方式形成多层纳孔结构，多层纳孔结构其每层纳孔结构在纳孔轴向方向的长度为500nm。

实施例3

如图10所示，本实施例提供的耐击穿高压电缆，其结构同实施例2，区别在于，第一纳孔结构411、第二纳孔结构412和第三纳孔结构413的纳孔401中容纳的介质为矿物质油，纳孔401孔径大小不一致，且纳孔401孔径d1最大值为300nm；绝缘层外还包裹外导电屏蔽层5。

实施例4

耐击穿场强测试

按照GB/T3048.8-2007《电线电缆电性能试验方法》或IEC60243-1:1998《固体绝缘材料电气强度试验方法》对实施例2和实施例3提供的高压电缆进行耐击穿场强测试。

测试过程：首先对所述被测电缆施加一个基础电压，基础电压在预计的击穿电压以下，然后逐级增加施加的电压，直到所述被测电缆发生击穿，记录对应的击穿电压，进而计算得出耐击穿场强。

实施例2和实施例3提供的耐击穿高压电缆，其耐击穿场强为对比例1提供的电缆的200-300倍。实际应用时，可通过改变纳孔结构层的参数，例如位置、层数、纳孔孔径、容纳介质、纳孔轴向方向的长度，获得耐击穿场强不同的耐击穿高压电缆。

Claims (8)

1.一种耐击穿高压电缆，包括线芯和绝缘层，所述线芯和所述绝缘层之间设有内半导电屏蔽层，其特征在于，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层之间的界面处设有纳孔结构层，所述纳孔结构层的纳孔延伸方向垂直于所述电缆延伸方向；

所述纳孔结构层中纳孔的轴向方向与所述内半导电屏蔽层或所述绝缘层表面大致垂直；

所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且所述纳孔孔径d1最大值为200nm；

或，所述纳孔中容纳的介质为液体，所述纳孔的孔径小于在不同介质中的电子碰撞的最小行程。

2.根据权利要求1所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层相对的第一界面具有第一纳孔结构层。

3.根据权利要求1所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述绝缘层与所述内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

4.根据权利要求1所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述内半导电屏蔽层与所述绝缘层相对的第一界面具有第一纳孔结构层，并且，所述绝缘层与所述内半导电屏蔽层相对的第二界面具有第二纳孔结构层。

5.根据权利要求1所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层所述纳孔结构沿着所述纳孔的轴向方向依次排列。

6.根据权利要求5所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，各层所述纳孔结构的纳孔错位排布。

7.根据权利要求5所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层其每层纳孔结构在所述纳孔的轴向方向的长度d2为50-500nm。

8.根据权利要求5-7任一项所述的耐击穿高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层在所述纳孔的轴向方向的长度d3小于100μm。

Images