CN113946023A - 气吹光纤及导体内置测温光纤的阻水高压电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气吹光纤及导体内置测温光纤的阻水高压电缆。该气吹光纤包括：光纤束，固化树脂和护套保护层。护套保护层具有中空管道结构，光纤束设置在中空管道中，并沿中空管道的长度方向延伸；固化树脂填充在中空管道结构中；其中护套保护层的外表面具有圆弧状气吹槽。本申请提供的上述气吹光纤的结构简单、体积轻、耐高温性能优良，可使气吹光纤的长期使用温度范围提高到300℃，完全满足导体长期温度95℃，过载温度110℃，短时温度260℃的要求。在保护套的外表面设置圆弧状气吹槽的结构可减少气吹通道面积，提高气吹效率(比如气吹光纤的速度可达80m/min)，并有效保护光纤不受损伤，起到防水效果，提高光纤使用寿命。

Description

气吹光纤及导体内置测温光纤的阻水高压电缆

技术领域

本发明涉及阻水高压电缆制造领域，具体而言，涉及一种气吹光纤及导体内置测温光纤的阻水高压电缆。

背景技术

人们对高压电力电缆的安全运行意识在不断提高，电力电缆运行时导体的实时温度是最为重要的监测点，其中导体内置光纤对导体温度的监测更为准确。现有的导体内置光纤采用分割导体正中心内加入金属管，成品后吹入气吹光纤的方式，具有生产方式简单、成本低的优点。

我国南方地区降雨量大，一般年平均降水量在800mm以上，且高压电缆大多数敷设于管道、隧道、电缆沟中，行业内虽已有气吹光纤，但存在阻水效果不佳的缺点，不适用于南方地区经常存有积水的敷设环境。此外现有的导体内置光纤还存在以下缺陷：

1)将金属管放入分割导体的中心孔内，常规分割导体结构可能会对金属管产生挤压力，造成金属管变形。在金属管被挤压严重变形时会影响到后期光纤吹入，同时也会影响金属管的弯曲性能，金属管受应力较大，进而会影响到后期光纤在金属管内的正常分布，会增大光纤衰减。

2)当金属管存在铁磁性时会导致电场不均匀、增加线路损耗的隐患；当采用强度不够的金属管时，金属管壁厚会增加，导致金属管空间利用率低。

3)由于导体运行时的温度为95℃，短时温度可达到260℃，高压电缆导体外层采用挤出绝缘层的方式时，硫化管道长，高压电缆生产线速慢，光纤需在硫化管内停留时间较长，光纤经过长时间的高温后会融化，影响光纤的正常使用。而市面上虽存在耐高温光纤，但此类光纤价格昂贵，不具有经济效益。

4)目前导体内置光纤采用气吹工艺时，采用管道内涂覆润滑剂再将光纤直接吹入管道，此方法容易使光纤之间相互碰撞或打结造成光纤受损，影响光纤衰减。

由此可知，现有的导体内置光纤存在阻水性差，内部的金属管易因解压而发生变形，金属管内部电场分布不均匀，且强度不够或金属管内部空间利用率低，不耐高温或成本高等缺陷。为了解决上述技术问题，首先需要提供一种阻水性较好和耐高温的导体内置测温光纤的高压电缆。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气吹光纤及导体内置测温光纤的阻水高压电缆，以解决现有的气吹光纤不耐高温和导体内置测温光纤的高压电缆存在阻水较差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气吹光纤，该气吹光纤包括：光纤束，护套保护层和固化树脂。护套保护层具有中空管道结构，光纤束设置在中空管道中，并沿中空管道的长度方向延伸；固化树脂填充在中空管道结构中；其中护套保护层的外表面具有圆弧状气吹槽。

进一步地，固化树脂为耐热树脂，以使气吹光纤的耐热温度为300～400℃。

进一步地，圆弧状气吹槽的深度占护套保护层的直径的10～60％。

本申请的另一方面还提供了一种导体内置测温光纤的阻水高压电缆，导体内置测温光纤的阻水高压电缆包括阻水导体，阻水导体包括气吹光纤、金属管和分割导体。气吹光纤包括至少本申请提供的上述气吹光纤；金属管和分割导体依次套设在气吹光纤的外侧，并沿气吹光纤的长度方向延伸。

进一步地，相邻的气吹光纤之间还填充有阻水膏；优选地，以占阻水膏的重量百分含量计，阻水膏包括：70～90％矿物油、10～20％胶凝剂、1～2％抗氧剂、0.05～0.1％防腐剂、0.003～0.005％表面活性剂、0.002～0.003％氢气消除剂和2～3％吸水剂，且各组分的重量百分比之和为100％。

进一步地，分割导体块由若干梯形的分隔股块组成，优选地，梯形的分隔股块的顶端平面距离金属管外表面的最小距离为0.5～0.8mm。

进一步地，分隔股块包括多个导体单丝，相邻的导体单丝之间设置有第一阻水纱，且第一阻水纱与导体单丝绞合设置；优选地，第一阻水纱的层的厚度为0.2～0.3mm；优选地，相邻的分隔股块之间设置有第一绝缘阻水带，优选地，第一绝缘阻水带的厚度为0.2～0.3mm。

进一步地，各气吹光纤的截面积之和与金属管的截面积之比为(25～50):100。

进一步地，阻水导体还包括依次设置在金属管外侧的第二绝缘阻水带和半导电阻水带；优选地，半导电阻水带的厚度为0.15mm。

进一步地，各分隔股块能够形成多边形的导体中心孔，且导体中心孔的顶角由第二阻水纱填充。

应用本发明的技术方案，本申请提供的上述气吹光纤的结构简单、体积轻、耐高温性能优良，可使气吹光纤的长期使用温度范围提高到300℃，完全满足导体长期温度95℃，过载温度110℃，短时温度260℃的要求。在保护套的外表面设置圆弧状气吹槽的结构可减少气吹通道面积，提高气吹效率(比如气吹光纤的速度可达80m/min)，并有效保护光纤不受损伤，起到防水效果，提高光纤使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请提供的一种优选的气吹光纤的结构示意图；

图2为本申请提供的一种优选的阻水导体的第一截面示意图；

图3为本申请提供的一种优选的阻水导体的第一截面的微观结构示意图；

图4为本申请提供的一种优选的导体内置测温光纤的阻水高压电缆的截面结构示意图；

图5为本申请提供的一种优选的导体内置测温光纤的阻水高压电缆的制备工艺流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、阻水导体；11、气吹光纤；111、光纤束；112、固化树脂；113、护套保护层；114、圆弧状气吹槽；12、金属管；121、阻水膏；13、分割导体；131、分隔股块；1311、导体单丝；132、第一阻水纱；133、第一绝缘阻水带；134、第二阻水纱；14、第二绝缘阻水带；15、半导电阻水带；

20、共挤层；21、导体屏蔽层；22、绝缘层；23、绝缘屏蔽层；30、半导电缓冲层；31、半导电铜丝布阻水带；32、半导电缓冲阻水带；40、金属护套；50、防腐层；60、外护套；70、导电层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的电缆存在气吹光纤不耐高温和导体内置测温光纤的高压电缆存在阻水较差的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种气吹光纤11，如图1所示，包括光纤束111、固化树脂112和护套保护层113。护套保护层113具有中空管道结构，光纤束111设置在中空管道中，并沿中空管道的长度方向延伸；固化树脂112填充在中空管道结构中；其中护套保护层113的外表面具有圆弧状气吹槽114。

本申请提供的上述气吹光纤11的结构简单、体积轻、耐高温性能优良，可使气吹光纤11的长期使用温度范围提高到300℃，完全满足导体长期温度95℃，过载温度110℃，短时温度260℃的要求。在保护套的外表面设置圆弧状气吹槽114的结构可减少气吹通道面积，提高气吹效率(比如气吹光纤11的速度可达80m/min)，并有效保护光纤不受损伤，起到防水效果，提高光纤使用寿命。

上述气吹光纤11中采用的固化树脂112可以采用本领域常用的耐热性能较好的树脂种类。固化树脂112包括但不限于光敏低聚物、光敏单体和光引发剂组成的组中的一种或多种。在一种优选的实施例中，上述固化树脂112为耐热树脂，以使气吹光纤的耐热温度为300～400℃。

为了进一步提高其防水效果和气吹光纤11的使用寿命，在一种优选的实施例中，圆弧状气吹槽114的深度占护套保护层113的直径的10～60％。

本申请的另一方面还提供了一种导体内置测温光纤的阻水高压电缆，导体内置测温光纤的阻水高压电缆包括阻水导体10，该阻水导体10包括：气吹光纤11、金属管12和分割导体13，且金属管12和分割导体13依次套设在气吹光纤11的外侧，并沿气吹光纤11的长度方向延伸。

由于本申请提供的气吹光纤11具有较好的阻水效果，因而采用其制备阻水高压电缆也能够大幅提高阻水高压电缆的阻水效果。

气吹工艺是采用压缩空气将光纤通过气吹槽吹入导体内置的金属管内，从而在电缆正常运行时起到实时监测导体温度的作用。采用气吹光纤工艺可以很好的解决导体内置光纤电缆的生产问题，在电缆生产过程中，只有金属管12和分割导体13经过机头和硫化管，不需要光纤具有耐高温的性能，因而可以有效降低光纤的成本。同时由于气吹光纤11体积轻，气吹工艺简单，当测温光纤出现坏损失时，可以随时更换内部测温光纤，替换工艺简单，容易操作，解决了现有光纤一旦坏损则需要更换整根电缆的缺陷，提高电缆利用率。

本发明在电缆正常运行时，可实时监测导体温度，同时相比较现有市场的气吹光纤，本发明具有传输性能稳定，阻水性能好等优点，具有良好的发展前景。

为了进一步提高气吹光纤11的阻水效果，如图1所示，优选地，相邻的气吹光纤11之间还填充有阻水膏121。更优选地，以占阻水膏的重量百分含量计，阻水膏包括：70～90％矿物油、10～20％胶凝剂、1～2％抗氧剂、0.05～0.1％防腐剂、0.003～0.005％表面活性剂、0.002～0.003％氢气消除剂和2～3％吸水剂，且各组分的重量百分比之和为100％。相比于其它种类的阻水膏，具有上述组成的阻水膏具有更加优异的阻水、防腐和吸水效果。

金属管12内径的大小可以根据气吹光纤11的数量和截面直径进行调整，金属管12的空间比值小，气吹光纤11容易形成螺旋圈；金属管12的空间比值大，会影响气吹的长度。在一种优选的实施例中，各气吹光纤11的截面积之和与金属管12的截面积之比为(25～50):100。各气吹光纤11的截面积之和与金属管12的截面积之比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于降低其形成螺旋圈的风险，进一步提高其气吹效果。

采用现有工艺制备阻水高压电缆时，将金属管12放入分割导体13的中心孔内，分割导体13的分隔股块131的扇尖的形式很多，如瓦形、梯形、钝角形式。为了降低分隔股块131与金属管12之间的应力，降低金属管12变形的概率，优选地，分割导体13由若干梯形的分隔股块131组成。

在导体模具设计时要考虑压制分隔股块131后因尺寸反弹而造成分割导体13中心孔洞对金属管12的挤压，设计模具时扇形顶端平面距离金属管12要放一定间隙，避免分隔股块131压制变形出模具后分隔股块131尺寸反弹，又要满足分割导体13的中心孔的纵向阻水问题。优选地，梯形的分隔股块131的顶端平面距离金属管12外表面的最小距离为0.5～0.8mm。将其限定在上述范围内，金属管12不会产生挤压，并且金属管12相对中心孔洞还有一定的活动空间。而间隙大于0.8mm及以上，金属管12相对于中心孔洞活动空间较大，阻水效果欠佳，并且在成缆时在第一道并线模口处金属管12容易被夹到两个分隔股块131之间，使金属管12压扁。

图2和3为阻水导体的截面图，由此图可以看出阻水导体内部的结构。

分割导体13的分隔股块131是由若干个相同或不同导体单丝1311(比如铜丝)经过成型模具紧压而成。为了提高分割导体13的阻水性，在一种优选的实施例中，相邻的导体单丝1311之间设置有第一阻水纱132，且第一阻水纱132与导体单丝1311绞合设置。优选地，第一阻水纱132的规格为0.2×2mm。

在另一种优选的实施例中，上述阻水高压电缆还设置有第一绝缘阻水带133，该第一绝缘阻水带133设置在相邻的分隔股块131之间。第一绝缘阻水带133的设置也能进一步提高分割导体13的阻水性能。上述第一绝缘阻水带133包括但不限于单面绝缘阻水带，且有阻水粉的一面朝向分隔股块131外层单丝。为了进一步提高阻水高压电缆的阻水性能，更优选地，第一绝缘阻水带133的层的厚度为0.2～0.3mm。

在一种优选的实施例中，各分隔股块131能够形成多边形的导体中心孔，且导体中心孔的顶角由第二阻水纱134填充。阻水高压成缆时，上述第二阻水纱134预先放置在导体中心孔的角内并固定，随股块成缆时绞入填充在中线孔多边形的角内达到阻水效果。上述中心孔为正多边形，优选地，分割导体13由五块分割股块组成，且五个分隔股块131形成的导体中心孔为五边形，第二阻水纱134的数量为5。

优选地，成缆时放线架采用退扭工艺，可以有效降低金属管12进入导体中心孔后随分割导体13产生扭绞的风险。采用退扭后金属管12不会产生扭绞力，避免金属管12扭绞变形，金属管12的拉力不大于7kg，可以避免金属管12拉断和拉细，同时金属管12的放线路径与导体中心孔在同一直线上，可以避免转弯使金属管12变形，路径转弯处张力过大使金属管12拉断、拉细。

优选地，金属管12选自铜管、铝管、不锈钢管或以铜、铝为主要成分的合金等金属管制品。更优选地，金属管12材料采用316L不锈钢，为奥氏体型不锈钢，奥氏体组织的材料具有顺磁性、强度高等特点。316L不锈钢主要成分由Cr、Ni等元素组成，且添加2.0％-3.0％的Mo后，耐腐蚀性大大提高。316L不锈钢管经冷变形处理后会诱发少量的马氏体组织，使得钢管具有弱磁性，经退火处理后恢复完全的奥氏体组织，呈顺磁性，即无磁性。采用此类不锈钢管，可在设计时减少钢管壁厚，增加钢管空间利用率

在一种优选的实施例中，从内到外，上述阻水导体10还包括第二绝缘阻水带14和半导电阻水带15。这能够使金属管12具有很好的纵向阻水效果，从而进一步提高其阻水电缆的阻水性。更优选地，半导电阻水带15的厚度为0.15mm。

在一种优选的实施例中，如图4所示，上述导体内置测温光纤的阻水高压电缆除了包括阻水导体10，还包括依次套设在共挤层20(导体屏蔽层21、绝缘层22、绝缘屏蔽层23)、半导电缓冲层30、金属护套40、防腐层50、外护套60和导电层70。

更优选地，从内向外，半导电缓冲层30依次包括半导电铜丝布阻水带31和半导电缓冲阻水带32。金属护套40和外护套60(比如聚乙烯外护套)能够起到径向阻水的效果。优选地，金属护套40采用平滑铝套，在设置金属护套40和外护套60的同时，在金属管12与气吹光纤11之间填充阻水膏121等，通过半导电缓冲阻水带32与金属护套40的径向阻水功能，以及阻水膏121的纵向阻水功能相结合，有利于更进一步提高阻水电缆的阻水性能，保证电缆的安全运行性能。

同时在半导电缓冲层30的外侧设置金属护套40，使其与半导电缓冲层30实现面接触，从而有利于提高电缆的安全运行性能，且金属护套40电缆结构比较紧凑，因而阻水效果会更好。

图5示出了一种优选的导体内置测温光纤的阻水高压电缆的制备工艺流程图，该工艺主要包括：拉丝、股块绞合、分割导体成缆、三层共挤、缆芯脱气、缓冲层绕包、金属护套、防腐层、外护套、外导电层以及在金属管内光纤气吹。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气吹光纤，其特征在于，所述气吹光纤包括：

光纤束(111)，

护套保护层(113)，所述护套保护层(113)具有中空管道结构，所述光纤束(111)设置在所述中空管道中，并沿所述中空管道的长度方向延伸；

固化树脂(112)，所述固化树脂(112)填充在所述中空管道结构中；

其中所述护套保护层(113)的外表面具有圆弧状气吹槽(114)。

2.根据权利要求1所述的气吹光纤，其特征在于，所述固化树脂(112)为耐热树脂，以使所述气吹光纤的耐热温度为300～400℃。

3.根据权利要求1或2所述的气吹光纤，其特征在于，所述圆弧状气吹槽(114)的深度占所述护套保护层(113)的直径的10～60％。

4.一种导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，所述导体内置测温光纤的阻水高压电缆包括阻水导体(10)，所述阻水导体(10)包括：

气吹光纤(11)，所述气吹光纤(11)包括至少一条权利要求1至3中任一项所述的气吹光纤；

金属管(12)，

分割导体(13)，所述金属管(12)和所述分割导体(13)依次套设在所述气吹光纤(11)的外侧，并沿所述气吹光纤(11)的长度方向延伸。

5.根据权利要求4所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，在所述气吹光纤(11)与所述金属管(12)之间还填充有阻水膏(121)；

优选地，以占所述阻水膏的重量百分含量计，所述阻水膏包括：70～90％矿物油、10～20％胶凝剂、1～2％抗氧剂、0.05～0.1％防腐剂、0.003～0.005％表面活性剂、0.002～0.003％氢气消除剂和2～3％吸水剂，且各组分的重量百分比之和为100％。

6.根据权利要求5所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，所述分割导体(13)块由若干梯形的分隔股块(131)组成，优选地，所述梯形的分隔股块(131)的顶端平面距离所述金属管(12)外表面的最小距离为0.5～0.8mm。

7.根据权利要求6所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，所述分隔股块(131)包括多个导体单丝(1311)，相邻的所述导体单丝(1311)之间设置有第一阻水纱(132)，且所述第一阻水纱(132)与所述导体单丝(1311)绞合设置；

优选地，所述第一阻水纱(132)的层的厚度为0.2～0.3mm；

优选地，相邻的所述分隔股块(131)之间设置有第一绝缘阻水带(133)，

优选地，所述第一绝缘阻水带(133)的厚度为0.2～0.3mm。

8.根据权利要求6所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，各所述气吹光纤(11)的截面积之和与所述金属管(12)的截面积之比为(25～50):100。

9.根据权利要求6所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，所述阻水导体(10)还包括依次设置在所述金属管(12)外侧的第二绝缘阻水带(14)和半导电阻水带(15)；

优选地，所述半导电阻水带(15)的厚度为0.15mm。

10.根据权利要求8所述的导体内置测温光纤的阻水高压电缆，其特征在于，各所述分隔股块(131)能够形成多边形的导体中心孔，且所述导体中心孔的顶角由第二阻水纱(134)填充。

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