CN114141407A - 用于航空航天领域的电缆 - Google Patents

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帕特里克·雷布斯基
迪米特里·沙里耶
阿德里安·沙尔梅坦特
克拉拉·拉戈马西尼
纳比尔·梅洛基
马尔塞洛·派尚·丹塔斯
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Abstract

本发明涉及一种用于航空航天领域的绝缘导电元件(1)，其特征在于，该绝缘导电元件包括被至少两个层包围的细长导电元件，所述两个层是包围该细长导电元件(2)的电绝缘层(4)和包围所述电绝缘层(4)的第一半导体层(5)，这些层中的至少一个层包含至少一种含氟聚合物。

Description

用于航空航天领域的电缆
本发明涉及一种用于航空航天领域的绝缘导电元件以及一种包括这种元件的导电电缆。
电缆通常包括被至少一层绝缘材料包围的至少一个导电元件。
在航空航天领域，电缆必须满足某些限制条件，并且特别是表现出低体积和/或低重量、同时仍能耐受可能范围从-65℃至260℃的极端温度和约116毫巴的低压。
附加地，在该领域，电缆承受高电压，这加上比如潮湿、高温和低压等条件，可能会促进局部放电的发生。局部放电是绝缘材料中的微小电弧，随着时间的推移，会导致电绝缘材料退化，这可能导致其介电击穿。
随着混合动力或电力推进系统的发展、特别是在航空航天领域，电缆中的局部放电问题变得更加显著。具体而言，在这种系统中，电缆必须传输强度越来越高的电压和电流，以达到可能最高达几十兆伏安(MVA)的功率。
附加地，在混合动力或电力推进系统的电气链中，可以使用脉宽调制(PWM)系统将DC电压转换为可变电压，以调节电动机的速度。
PWM基于产生具有可变占空比的方波电压。因为脉冲的上升时间很短(200ns的数量级)，可能会产生过电压(可能最高达到电压值的两倍)，该过电压特别是由于电压波在电缆两端的反射造成的。这种过电压会促进局部放电的发生。附加地，在发生局部放电的情况下，PWM系统的高截止频率(几十kHz的数量级)可能会加速绝缘层的侵蚀。
在这样的高电压值下，绝缘层的厚度应该足够大，以避免局部放电的发生，而绝缘层的较大厚度会使电缆过重并且不适用于某些领域(比如航空航天)。
本发明的目的是通过提供一种以绝缘系统为特征的电缆来解决现有技术的至少一个缺点，该绝缘系统允许电缆承受高电压和大电流以及极端温度和低压、同时仍表现出低体积和/或低重量。
本发明的第一主题是一种用于航空航天领域的绝缘导电元件，该绝缘导电元件包括被至少两个层包围的细长导电元件，所述两个层是包围该细长导电元件的电绝缘层和包围所述电绝缘层的第一半导体层，所述两个层中的至少一个层包含至少一种含氟聚合物。
前述绝缘导电元件耐受宽范围的温度、特别是从-70℃至260℃，以及低压、特别是低于116毫巴。此外，这种绝缘导电元件可以耐受高电场E、同时仍表现出有限的体积和重量。
根据一个优选实施例，绝缘导电元件可以进一步包括第三层，所述第三层是包围细长导电元件的第二半导体层、并且被绝缘层包围。
根据本优选实施例，第一半导体层、电绝缘层以及第二半导体层可以构成三层绝缘系统。换言之，电绝缘层可以与第一半导体层直接物理接触，并且第二半导体层可以与电绝缘层直接物理接触。
这种三层绝缘系统允许导电元件限制或甚至防止局部放电的发生。
现有技术中已知的三层电缆通常用于陆地领域，例如用于电力传输网络或船舶混合动力推进系统，并且因此不受与航空航天领域相关联的极端条件的影响。通常，现有技术的三层电缆耐受不低于-40℃或不高于150℃的温度，并且耐受至多5kV/mm的电场。
优选地，含氟聚合物可以选自基于四氟乙烯单体获得的共聚物，并且特别是选自：聚四氟乙烯(PTFE)；氟化乙烯丙烯(FEP)共聚物，例如，聚(四氟乙烯-共-六氟丙烯)；全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物，例如，全氟(烷基乙烯基醚)/四氟乙烯共聚物；全氟甲氧基烷烃(MFA)共聚物；以及乙烯基四氟乙烯(ETFE)；及其混合物之一。
特别优选地，含氟聚合物可以选自全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。
当这三个层中的一个层包含至少一种含氟聚合物时，另外两个层可以包含至少一种聚合物，特别是至少一种选自以下聚合物的烯烃聚合物：线性低密度聚乙烯(LLDPE)；极低密度聚乙烯(VLDPE)；低密度聚乙烯(LDPE)；中密度聚乙烯(MDPE)；高密度聚乙烯(HDPE)；乙烯丙烯单体(EPM)共聚物；乙烯丙烯二烯单体(EPDM)三元共聚物；乙烯和乙烯基酯的共聚物，比如乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物；乙烯和丙烯酸酯的共聚物，比如乙烯丙烯酸丁酯(EBA)共聚物或乙烯丙烯酸甲酯(EMA)共聚物；乙烯和α-烯烃的共聚物，比如乙烯和辛烯(PEO)的共聚物或乙烯和丁烯(PEB)的共聚物；选自基于四氟乙烯(TFE)单体获得的共聚物的含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)共聚物(例如，聚(四氟乙烯-共-六氟丙烯))、全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物(例如，全氟(烷基乙烯基醚)/四氟乙烯共聚物)、全氟甲氧基烷烃(MFA)共聚物；以及乙烯基四氟乙烯(ETFE)；及其混合物之一。
根据一个实施例，绝缘层和第一半导体层包含至少一种含氟聚合物。
根据另一个可能的实施例，并且当绝缘导电导体包括三个层时，这三个层中的至少两个层可以包含至少一种含氟聚合物，第三层可以包含至少一种聚合物、特别是至少一种选自前述烯烃聚合物的烯烃聚合物。
根据一个优选实施例，并且当绝缘导电导体包括三个层时，这三个层中的每个层包含至少一种含氟聚合物、优选地是同一种含氟聚合物。
根据一个特别优选的实施例，这三个层中的每个层包含至少一种选自全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物的聚合物。
本发明的电绝缘导体中使用的PFA例如可以是由Daikin以商品名Neoflon PFA出售的PFA、或由3M以商品名Dyneon出售的PFA。
这些层中的至少一个或多个层、优选地两个层或所有三个层(取决于实施例)耐受范围从-70℃至260℃、优选地范围从-65℃至250℃、并且特别优选地范围从-55℃至180℃的温度。耐受这种温度范围的层意味着该层表现出特征1。优选地，耐受这些温度范围的一个或多个层是包含至少一种含氟聚合物的层。
绝缘层耐受范围从1kV/mm至30kV/mm、优选地范围从3kV/mm至20kV/mm、并且特别优选地范围从5kV/mm至20kV/mm的电场E，特别是当该电场连续被施加的持续时间可能最长达430 000小时(h)、优选地最长达260 000h、甚至更优选地最长达90 000h时，这些值是针对厚度为0.5mm的板材形式的电绝缘层给出的。耐受这种电场范围的绝缘层意味着该层表现出特征2。优选地，耐受这些电场范围的层是包含至少一种含氟聚合物的层。
绝缘层可以表现出以下附加特征中的至少一种特征：
-特征3：根据ASTM D149标准的介电强度，高于20kV/mm、优选地高于40kV/mm、并且特别优选地高于60kV/mm，这些值是针对厚度为0.5mm的板材形式的电绝缘层给出的、并且是经由对总体至少十块板材的双参数威布尔分布(参见IEC62539标准)进行统计分析获得的；所述分布的形状因子大于20；
-特征4：根据ASTM D150标准的介电损耗因子，对于100Hz至100kHz之间的频率并且从0℃至200℃的温度，该介电损耗因子低于10-2、优选地低于10-3、并且特别优选地低于3×10-4；
-特征5：根据ASTM D150标准的介电常数，低于2.3、优选地低于2.2、并且特别优选地低于2.1；
-特征6：根据ASTM D696标准的线性热膨胀系数，在23℃时低于25×10-5K-1、优选地在23℃时低于20×10-5K-1、并且特别优选地在23℃时低于15×10-5K-1；并且
-特征7：根据ASTM D2863标准的极限氧指数(LOI)，大于30、优选地大于60、并且特别优选地大于90。
根据一个可能的实施例，第一半导体层和/或第二半导体层可以表现出特征6和7中的任一者或两者。
根据一个特别优选的实施例，这三个层中的每个层包含至少一种选自全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物的聚合物，并且所有三个层都表现出特征1和来自附加特征6和7的一个附加特征、优选地两个附加特征。
导电元件
细长导电元件可以是单部分导体，例如金属线，或者是多部分导体，比如多根扭绞或不扭绞的金属线，优选地为多根扭绞或不扭绞的金属线以增加电缆的柔韧性。当绝缘导电元件包括多根金属线时，位于导体中心的一些金属线可以用表现出特征1的非金属线代替。
细长导电元件可以由铝、铝合金、铜、铜合金及其混合物之一制成。
细长导电元件可以包括一个或多个碳纳米管或具有石墨烯以增加电导率、热导率和/或机械强度。
根据一个可能的实施例，导电元件可以覆盖有与形成导体的金属不同的金属或与形成导体的合金不同的合金，例如，镍、镍合金、锡、锡合金、银、银合金或其混合物之一。这种称为镀层的覆盖物可以保护导体免受腐蚀和/或提高导体的接触电阻。
导电元件由金属或金属合金形成是指导电元件包含至少70％、优选地至少80％、并且甚至更优选地至少90％的所述金属或所述金属合金。
导电元件可以具有范围从3mm2(AWG 12)至107mm2(AWG 0000)、优选地范围从14mm2(AWG 6)至107mm2(AWG 0000)、优选地范围从34mm2(AWG 2)至107mm2(AWG 0000)、并且甚至更优选地范围从68mm2(AWG00)至107mm2(AWG0000)的截面。
导电元件可以具有范围从2.0mm至20mm、优选地范围从4.5mm至18mm、优选地范围从7.0mm至16mm、并且甚至更优选地范围从10mm至15.2mm的外径。
电绝缘层
优选地，电绝缘层可以包含与第一半导体层相同的聚合物组合物。优选地，电绝缘层可以包含与第二半导体层(当存在时)相同的聚合物组合物。特别优选地，电绝缘层可以包含与第一半导体层和第二半导体层相同的聚合物组合物。
在本发明中，聚合物组合物对应于包含给定量的一种或多种聚合物的组合物，并且特别地其百分比是按给定聚合物的重量计的。聚合物组合物主要包括一种或多种聚合物、优选地仅包括一种或多种聚合物。因此，层可以由包括聚合物组合物的聚合物混合物形成，可以向该聚合物混合物中添加额外试剂，例如填料、颜料、交联剂、阻燃填料、抗氧化剂、导电填料等。
优选地，电绝缘层可以包含与第一半导体层相同的聚合物组合物，该聚合物组合物包括一种或多种全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。优选地，电绝缘层可以包含与第二半导体层相同的聚合物组合物，该聚合物组合物包括一种或多种全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。特别优选地，电绝缘层可以包含与第一半导体层和第二半导体层相同的聚合物组合物，该聚合物组合物包括一种或多种全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。
电绝缘层可以包含相对于电绝缘层的总重量的按重量计至少50％的(多种)聚合物、优选地按重量计至少70％的(多种)聚合物、甚至更优选地按重量计至少80％的(多种)聚合物、并且甚至更优选地按重量计至少90％的(多种)聚合物。
本发明的电绝缘层传统地可以包含额外的试剂，例如填料、颜料、交联剂、阻燃填料、抗氧化剂等。
电绝缘层可以是围绕导电元件挤出的层、或者围绕导电元件缠绕的带状物形式的层、或者围绕导电元件沉积的清漆层、或者其组合。
优选地，电绝缘层围绕导电元件挤出。特别优选地，电绝缘层与第一半导体层围绕导电元件共同挤出，或者当第二半导体层存在时与第一半导体层和第二半导体层围绕导电元件共同挤出。
根据一个实施例，绝缘层可以直接围绕导电元件放置。根据其中电绝缘导体包括两个半导体层的一个优选实施例，电绝缘层可以直接围绕第二半导体层放置并且因此与所述层直接物理接触。根据该优选实施例，绝缘层也可以与包围其的第一半导体层直接物理接触。
在本发明中，“电绝缘层”是指在最高达260℃的工作温度范围内电导率非常低或甚至为零、特别是低于10-6S/m、优选地低于10-13S/m的层。
根据一个优选实施例，绝缘层具有厚度ei，所述厚度ei的值是根据绝缘导电元件的工作电压U和电绝缘层的内径d1来确定的。
在电绝缘层被放置为与导电元件直接接触的情况下，直径d1对应于导电元件的外径。在绝缘导电元件包括第二半导体层并且电绝缘层与第二半导体层直接接触的情况下，直径d1对应于第二半导体层的外径。
根据该优选实施例，这种导电元件使得可以限制或甚至防止局部放电的发生(称为局部放电开始(PDI))。特别地，包括至少一个电绝缘层和至少第一半导体层的绝缘系统与根据该优选实施例确定的绝缘层的厚度的组合使得即使导电元件处于非常高的工作电压值也可以限制或甚至防止局部放电的发生。
根据一个优选实施例，绝缘层的厚度ei的确定可以涉及计算，例如由计算机实施的计算。特别地，该绝缘层的厚度值的计算可以涉及该绝缘导电元件的工作电压U的值和该电绝缘层的内径d1的值。
工作电压U对应于可以施加在绝缘导电元件与中性点之间的电压(相对地(phase-to-ground)电压)或施加在两个绝缘导电元件之间的电压(相间电压)，并且可以取决于其用途。电压U的值可以为至少540V、优选地至少800V、优选地至少1200V、并且特别优选地至少3000V。在连续电压的情况下，这些电压值对应于两个极(正和负)之间的电位差。在非连续电压(例如AC或在PWM系统中)的情况下，这些电压值是峰峰值。
根据该优选实施例，电绝缘层的厚度ei可以根据工作电压U与直径d1的比值来确定。
优选地，当电绝缘导体包括两个层(即绝缘层和厚度为e1的第一半导体层)时，厚度ei的值满足以下关系式：
ei≥e1
当电绝缘导体进一步包括厚度为e2的第二半导体层时，厚度ei的值满足以下关系式：
ei≥e1+e2
在本发明中，层的厚度e特别地是平均厚度，并且可以相对于平均厚度变化±30％、优选地±20％、并且特别优选地±10％。这种厚度变化可以是随机的，并且特别是由于将所述层施加到元件或包围该元件的层上的方法。
以毫米(mm)表示的厚度ei的最小值可以根据以下关系式R1来确定：
Figure BDA0003245423240000071
U以千伏(kV)表示，
Emax是在绝缘导电元件在其工作环境中所需的使用寿命内可以施加到绝缘层的电场的最大值、或者形成绝缘层的材料可以耐受的电场的最大值，以千伏/毫米(kV/mm)表示，并且直径d1以毫米(mm)表示。
电场Emax的值对应于在所需的电缆使用寿命内的电场的最大值，该电场的最大值可以施加到绝缘导电元件的绝缘层而所述元件没有任何退化以致使绝缘层发生介电击穿。电场Emax的值可以是至多30kV/mm、优选地至多20kV/mm、并且特别优选地至多10kV/mm。
优选地，该厚度ei的最小值是根据以下表达式E1来确定的：
Figure BDA0003245423240000081
特别优选地，该厚度ei满足以下关系式：
Figure BDA0003245423240000082
该厚度ei的最大值可以根据以下关系式R2来确定：
Figure BDA0003245423240000083
优选地，该厚度ei的最大值可以根据以下表达式E2来确定：
Figure BDA0003245423240000084
特别优选地，该厚度ei满足以下关系式：
Figure BDA0003245423240000085
根据一个优选实施例，该厚度ei满足以下关系式：
Figure BDA0003245423240000086
根据一个特别优选的实施例，该厚度ei同时满足以下两个关系式：
Figure BDA0003245423240000087
并且
ei≥e1+e2
根据一个特别优选的实施例，电场Emax的值为5kV/mm，并且厚度ei满足以下关系式：
Figure BDA0003245423240000091
第一半导体层
第一半导体层可以包括按重量计至少50％的(多种)聚合物、优选地按重量计至少70％的(多种)聚合物、甚至更优选地按重量计至少80％的(多种)聚合物、并且甚至更优选地按重量计至少90％的(多种)聚合物。
本发明的第一半导体层传统上可以包括足以使第一层具有半导电性的量的导电填料。例如，第一半导体层可以包括按重量计从0.1％至40％的导电填料，例如炭黑、碳纳米管等。
第一半导体层可以是围绕电绝缘层挤出的层、或者围绕电绝缘层缠绕的带状物形式的层、或者围绕电绝缘层沉积的清漆层、或者其组合。
根据一个优选实施例，第一半导体层可以围绕电绝缘层挤出。
第一半导体层可以具有范围从0.05mm至1.0mm、优选地范围从0.07mm至0.8mm的厚度e1，并且特别优选地范围从0.09mm至0.5mm的厚度。
在本发明中，“半导体层”是指其体积电阻率低于10 000Ωxm(欧姆-米)(在环境温度下)、优选地低于1000Ωxm、并且特别优选地低于500Ωxm的层。
第二半导体层
第二半导体层可以包括按重量计至少50％的(多种)聚合物、优选地按重量计至少70％的(多种)聚合物、甚至更优选地按重量计至少80％的(多种)聚合物、并且甚至更优选地按重量计至少90％的(多种)聚合物。
第二半导体层传统上可以包括足以使第一层具有半导电性的量的导电填料。例如，第二半导体层可以包括按重量计从0.1％至40％的导电填料，例如炭黑、碳纳米管等。
第二半导体层可以是围绕细长导电元件挤出的层、或者围绕细长导电元件缠绕的带状物形式的层、或者围绕细长导电元件沉积的清漆层、或者其组合。
优选地，第二半导体层围绕细长导电元件挤出。
根据一个优选实施例，第二半导体层可以直接围绕导电元件放置并且因此与所述元件直接物理接触。因此，第二半导体层使导体周围的电场变得平滑。
第二半导体层可以具有范围从0.05mm(毫米)至1.0mm、优选地范围从0.07mm至0.8mm的厚度e2，并且特别优选地范围从0.09mm至0.5mm的厚度。
第二半导体层可以具有范围从0.3mm至22mm、优选地范围从0.8mm至20mm、优选地范围从1.0mm至15mm、并且特别优选地范围从1.2mm至12mm的外径。
在本发明中，“半导体层”是指其体积电阻率低于10 000Ωxm(欧姆-米)(在环境温度下)、优选地低于1000Ωxm、并且特别优选地低于500Ωxm的层。
绝缘导电元件
绝缘导电元件可以在可能范围从35ARMS至1000ARMS、优选地从80ARMS至600ARMS、特别优选地从190ARMS至500ARMS的强度下使用，这些值是针对在使用中的导体的最高温度为260℃给出的。
绝缘导电元件可以用于DC或AC。当绝缘导电元件用于AC时，工作频率的范围可以从10Hz(赫兹)至100kHz(千赫兹)、优选地从10Hz到10kHz、特别优选地从10Hz至3kHz。在PWM系统中，频率指的是电流的基频。
绝缘导电元件可以用于飞行器的加压或非加压区域中，其中功率范围为从8kVA(千伏安)至3000kVA、优选地从100kVA至2000kVA、并且特别优选地从250kVA至1500kVA。
导电电缆
本发明的第二主题涉及一种包括一个或多个如上所述的绝缘导电元件的导电电缆。
针对绝缘导电元件描述的电压值、强度值、功率值和频率值也适用于导电电缆。
电缆可以包括形成电磁屏蔽的金属屏障。在电缆包括单个绝缘导电元件的情况下，金属屏障可以围绕第二半导体层放置。在电缆包括多个绝缘导电元件的情况下，金属屏障可以围绕所有绝缘导电元件放置。
金属屏障可以是“线”屏障，由铜基或铝基导体的组件组成，并且围绕第二半导体层或围绕所有绝缘导电元件布置；“带”屏障，由一个或多个导电金属带状物组成，围绕第二半导体层或围绕所有绝缘导电元件呈螺旋状放置；“不漏”屏障，比如包围第二半导体层或所有绝缘导电元件的金属管；或形成围绕第二半导体层的编织物的“编织”屏障。金属屏障优选地是“编织”的，特别是为了赋予导电电缆以柔韧性。
所有类型的金属屏障都可以起到将电缆接地的作用，并且因此可以传输故障电流，例如在关注的网络中发生短路的情况下。
附加地，导电电缆可以包括保护套。当电缆包括金属屏障时，保护套可以包围金属屏障。在电缆不包括任何金属屏障的情况下，当电缆包括单个绝缘导电元件时，保护套可以包围第二半导体层，或者当电缆包括多个绝缘导电元件时，保护套可以包围所有绝缘导电元件。
保护套可以是基于聚合物的层，比如针对电绝缘层描述的那些聚合物。对于航空航天领域中的应用，保护套可以优选地基于一种或多种含氟聚合物(例如，PTFE、FEP、PFA和/或ETFE)和/或基于聚酰亚胺。
优选地，保护套可以是电缆的最外层。
保护套可以是呈带状物、挤出物或清漆形式的。
附图说明
附图说明了本发明：
图1示出了根据本发明的一个实施例的绝缘导电元件的截面；
图2示出了根据本发明的第一实施例的导电电缆的截面；
图3示出了根据本发明的第二实施例的导电电缆的截面；
图4是示出了各种类型的电缆的局部放电开始电压的曲线图；并且
图5是示出了各种类型的电缆的局部放电终止电压的曲线图。
具体实施方式
为清楚起见，仅以图解方式呈现了对理解以下描述的实施例必不可少的那些要素，而不考虑比例。
如图1所示，根据本发明的一个实施例的绝缘导电元件1包括细长导电元件2、包围细长导电元件2的第二半导体层(CSC)3、包围第二半导体层3的电绝缘层(CI)4和包围所述电绝缘层的第一半导体层(CSC)5。
第二半导体层3具有厚度e2，并且第一半导体层5具有厚度e1。电绝缘层4具有根据本发明的一个实施例确定的厚度ei，该厚度大于以下和：e1+e2。
在该实施例中，第二半导体层3、电绝缘层4和第一半导体层5构成三层绝缘系统，这意味着电绝缘层4与第二半导体层3直接物理接触，并且第一半导体层5与电绝缘层4直接物理接触。
细长导电元件2由用铜制成的37股线形成、覆盖有一层镍，并且因此具有12AWG(美国线规)的直径。
第一半导体层5和第二半导体层3以及绝缘层4由PFA形成。
图2示出了根据本发明的第一实施例的导电电缆10，该导电电缆包括被由镀镍铜制成的“编织”类型的金属屏障16包围的单个绝缘导电元件1。金属屏障16被保护套17包围，该保护套是电缆10的最外层并且基于PFA。
图3示出了根据本发明的第一实施例的导电电缆20，该导电电缆包括根据本发明的三个绝缘导电元件1、1’和1”。在该实施例中，这三个绝缘导电元件是相同的；然而，根据另一个可能的实施例，它们可以不同。特别地，它们可以在半导体层和绝缘层的厚度方面不同。
由这三个绝缘导电元件1、1’和1”形成的组件被编织类型的金属屏障16包围。金属屏障16被保护套17包围，该保护套是电缆10的最外层并且基于PFA。导电电缆20还包括包含空气的空间25。
示例性实施例
示例1
根据第一实施例且没有本发明的保护套17的导电电缆10是通过围绕细长导电元件2共挤出三层绝缘系统来制备的，三层绝缘系统由第一半导体层5、电绝缘层4和第二半导体层3形成。
然后将金属屏障16围绕第二半导体层放置。
根据EN 2083欧洲标准，细长电导体2由用铜制成的37股线形成并覆盖有镍层。
第一半导体层由聚合物混合物A形成，该聚合物混合物包括相对于聚合物混合物总重量至少60％(按重量计)的全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物，该聚合物混合物由PolyOne以参考号S185.1 B出售。
电绝缘层由第二聚合物混合物B形成，该第二聚合物混合物包括相对于聚合物混合物总重量至少95％(按重量计)的全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物，该第二聚合物混合物由DAIKIN以参考号AP-210出售。
第二半导体层由第三聚合物混合物C形成，该第三聚合物混合物包括相对于聚合物混合物总重量至少60％(按重量计)的全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物，该第三聚合物混合物由PolyOne以参考号S185.1 B出售。
将聚合物混合物A、B和C各自引入用于三层共挤出的三个挤出机之一中，并以范围从320℃至380℃的温度分布围绕细长导电元件2挤出，这三个挤出机的螺杆的旋转速度被调节到5至100rpm之间。
然后形成具有以下尺寸的电缆10：
-导体的平均直径＝2.15mm(±10％)；
-平均厚度e2＝0.15mm(±10％)；
-层3的平均外径＝2.45mm(±10％)；
-平均厚度ei＝1.62mm(±10％)；
-层4的平均外径＝5.70mm(±10％)；
-平均厚度e1＝0.15mm(±10％)；
-层5的平均外径＝6.00mm(±10％)；并且
-屏障的平均厚度＝0.2mm(±10％)。
在该示例性实施例中，电缆10包括与电绝缘层直接接触的第二半导体层3，并且电绝缘层的内径d1等于第二半导体层3的外径。
电缆10的绝缘层4表现出以下特征：
-特征1：耐受范围从-55℃至250℃的温度；
-特征2：当电场E被连续施加可能最长达90 000小时(h)的持续时间时，耐受10kVpeak/mm的该电场；
-特征3：根据ASTM D149标准的高于60kV/mm的介电强度；
-特征4：根据ASTM D150标准的介电损耗因子，对于100Hz至100kHz之间的频率并且从0℃至200℃的温度，该介电损耗因子为3×10-4；
-特征5：根据ASTM D150标准的介电常数，对于100Hz至100kHz之间的频率并且从0℃至200℃的温度，该介电常数为2.0；
-特征6：根据ASTM D696标准的线性热膨胀系数，在23℃时为12K-1；并且
-特征7：根据ASTM D2863标准的为90的极限氧指数(LOI)。
该电缆旨在用于10kVpeak的工作电压。
对比示例2至6
将示例1的电缆10与电缆2至6进行比较，在后者中，三层绝缘系统被表1中给出的绝缘体代替、导电元件与电缆10的导电元件相同。
[表1]
Figure BDA0003245423240000141
(1)包括导电填料
电绝缘层4的厚度ei确实满足适用于本示例值的以下两个关系式：
Figure BDA0003245423240000142
ei≥0，15+0，15
然后根据EN 3475-307标准、方法B对示例1至6的电缆进行局部放电测试。在该测试中，电压以50V的步长增大，直到发生放电，并记录局部放电开始电压(PDIV)。接下来，减小电压直到局部放电停止发生，并记录局部放电终止电压(PDEV)。
为此，为每个示例性电缆1至6准备了10个样品，并对这些电缆中的每一个进行了10次实验。结果在表2和表3中给出，并分别在图4和图5中图示：
[表2]
PDIV U mean(V) U min.(V) Umax.(V) Dev Std(V) CV(％)
1 10000 10000 10000 0 0
2 1680 1526 1830 66 3.9
3 1687 1485 1901 96 5.7
4 1778 1622 1919 72 4.1
5 4221 3437 4670 267 6.3
6 3659 3295 3943 141 3.9
[表3]
PDEV U mean(V) U min.(V) Umax.(V) Dev Std(V) CV(％)
1 10000 10000 10000 0 0
2 1551 1410 1707 67 4.3
3 1584 1372 1779 95 6.0
4 1631 1427 1877 67 4.1
5 4021 3305 4369 233 5.8
6 3267 3007 3559 99 3.0
这些结果表明：
-挤出的电绝缘层增大了发生局部放电的电压(示例4与示例2和示例3的比较)；
-增大绝缘层厚度会增大发生局部放电的电压(示例5与示例4的比较)；并且
-挤出的三层绝缘系统进一步增大了发生局部放电的电压(示例1与示例6的比较)。
根据本发明的电缆10使得可以在不发生局部放电的情况下将电压增大到至少10kV的值。

Claims (15)

1.一种用于航空航天领域的绝缘导电元件(1)，其特征在于，该绝缘导电元件包括被至少两个层包围的细长导电元件(2)，所述两个层是包围该细长导电元件(2)的电绝缘层(4)和包围所述电绝缘层(4)的第一半导体层(5)，所述两个层中的至少一个层包含至少一种含氟聚合物。
2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，这两个层包含至少一种含氟聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的元件，其特征在于，该绝缘导电元件进一步包括第三层(3)，所述第三层是包围该细长导电元件(2)并被该绝缘层(4)包围的第二半导体层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，这三个层中的每个层包含至少一种含氟聚合物，优选地是同一种含氟聚合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该含氟聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯和丙烯(FEP)共聚物、全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物、全氟甲氧基烷烃(MFA)共聚物、乙烯基四氟乙烯(ETFE)及其混合物之一。
6.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该含氟聚合物选自全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的元件，其特征在于，这三个层中的每个层包含至少一种全氟烷氧基烷烃(PFA)共聚物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该绝缘导电元件耐受范围从-70℃至250℃的温度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该绝缘导电元件耐受范围从1kV/mm至30kV/mm的电场E。
10.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该绝缘层具有厚度ei，所述厚度ei的值是根据该绝缘导电元件的工作电压U和该电绝缘层的内径d1来确定的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该厚度ei的值满足以下关系式：
ei≥e1。
12.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，该厚度ei的值满足以下关系式：
ei≥e1+e2。
13.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，以毫米(mm)表示的该厚度ei的最小值是根据以下关系式R1来确定的：
Figure FDA0003245423230000021
14.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，以毫米(mm)表示的该厚度ei的最大值是根据以下关系式R2来确定的：
Figure FDA0003245423230000022
15.一种导电电缆(10，20)，其特征在于，该导电电缆包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的绝缘导电元件。
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