CN114758829B - 一种高耐寒异型铠装中压电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐寒异型铠装中压电缆及其制备方法，其中电缆包括由内至外依次设置的缆芯、绑带层、隔离套、异型铠装层与高耐寒外护层，所述缆芯包括绞合成型的多个线芯，所述线芯之间以及线芯与绑带层之间均设有填充；所述异型铠装层由环绕在隔离套外的多个紧密排列的弧形扁状金属线铠装而成。本发明制备方法，通过对弧形扁状金属线预成型处理后再进行铠装，并通过采用高耐寒外护层及分段水冷工艺处理，制备出的高耐寒铠装中压电缆可在‑60℃下安全稳定地运行，从而有效应对超低温环境敷设对电缆的影响，避免电缆开裂，提高线路安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种高耐寒异型铠装中压电缆及其制备方法。
背景技术
常规电力电缆敷设一般以直埋、穿管或桥架方式，在各种复杂气象环境中，对电力电缆使用的最大影响因素就是气温。由于我国幅员辽阔，气候多样，在西部高寒、北部严寒地带，冬季不仅温度低，同时时间较长，因此对于如何提高电缆的耐寒性能，各方都在努力尝试。
现有耐寒电力电缆一般使用聚乙烯或耐寒聚氯乙烯护套，由于聚氯乙烯护套料具有良好的机械性能、化学稳定性和阻燃性能，且便于加工，价格低廉，已成为电力电缆应用最为广泛的护套材料。当前，尽管许多电缆都声称具有-40℃的耐寒能力，然而实际应用中却大打折扣。首先是电缆在严寒环境中安装敷设需要加热(通常认为敷设温度要高于允许运行温度20℃左右)，成倍增加敷设难度与成本；其次是电缆运行中，由于电缆生产时外护层残留较大内应力，尤其是中压铠装电缆，其本身非常硬，弯曲半径设计偏小，电缆弯曲时铠装结构对外护层产生压力与破坏。因此，耐寒电缆在较低温运行时难免开裂，特别是在线路转角处尤为严重，影响电缆的正常使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种高耐寒异型铠装中压电缆及其制备方法，提高电力电缆的耐寒性能，有效避免低温开裂的同时降低电缆安装敷设难度与成本，从而提高电缆的应用范围和稳定性。
实现本发明目的技术方案是：
一种高耐寒异型铠装中压电缆，包括由内至外依次设置的缆芯、绑带层、隔离套、异型铠装层与高耐寒外护层，所述缆芯包括绞合成型的多个线芯，所述线芯之间以及线芯与绑带层之间均设有填充；所述异型铠装层由环绕在隔离套外的多个紧密排列的弧形扁状金属线铠装而成。
进一步地，所述弧形扁状金属线的厚度为1.0mm，宽度为4～6mm，并且所述弧形扁状金属线的横截面的内外两个长边呈同心圆弧状，左右两个短边与外侧长边之间呈0.1度圆角。
进一步地，所述弧形扁状金属线为镀锌钢线或高强度铝合金线。
进一步地，所述高耐寒外护层为高耐寒PVC，所述高耐寒PVC的组成及配比按质量份数计为：S1300聚氯乙烯树脂85～100份、DOP 30～45份、DOS 20～30份、环氧大豆油4～8份、三氧化二锑3～5份、抗氧剂0.5～1.0份、铅盐复合稳定剂4～10份、聚乙烯蜡0.5～1.0份、轻型碳酸钙10～20份。
进一步地，所述线芯包括由内至外依次设置的型线导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽和金属屏蔽，所述型线导体包括位于中心的圆形单丝以及至少一层紧密环绕在圆形单丝外的型线层，所述型线层由环绕在圆形单丝外的多个紧密排列的梯形单丝组成。
进一步地，所述型线导体为铜材质或铝材质。
一种如上所述的高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备型线导体，使用拉丝机分别拉制圆形单丝和梯形单丝，并使用框式绞线机以圆形单丝为中心，梯形单丝紧密环绕于圆形单丝外绞合成外形圆整且节距均匀的至少一个型线层，制成所述型线导体；
步骤二：制备线芯，使用CCV交联线采用三层共挤工艺生产导体屏蔽、绝缘和绝缘屏蔽，并使用屏蔽机生产金属屏蔽，制成所述线芯；
步骤三：制备缆芯，使用盘绞机将所述线芯进行成缆，并在成缆的间隙内添加填充，制成缆芯；
步骤四：制备电缆，在缆芯外绕包一层绑带层，使用挤塑机挤出隔离套；在所述隔离套外使用铠装机绞合经预成型处理过的弧形扁状金属线，制成异型铠装层，并使用挤塑机在异型铠装层外挤出高耐寒外护层，经分段水冷工艺后制成电缆。
进一步地，步骤一中，当所述型线层为多个时，每个所述型线层分层绞合与紧压，相邻所述型线层相差4～6根梯形单丝，并且填充系数不小于94％。
进一步地，步骤四中，所述弧形扁状金属线的预成型处理采用导轮组件预成型，所述导轮组件架设于铠装机的斜上方，包括沿弧形扁状金属线走线方向依次设置的第一导轮、第二导轮和第三导轮，所述第一导轮与第三导轮相平齐并且间距不超过铠装节距，所述第二导轮位于第一导轮和第三导轮的中间偏下50mm的位置。
进一步地，所述分段水冷工艺采用两段水槽冷却，第一段水槽的水温为40～60℃，长度20米，第二段水槽的水温为5～30℃,长度15米。
进一步地，步骤一中，当圆形单丝和梯形单丝为铜材质时，采用连拉连退工艺，避免铜丝氧化，当圆形单丝和梯形单丝为铝材质时，拉制完成后再退火，从而提高单丝的韧性、降低单丝的强度，以符合电线电缆对导电线芯的要求。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明通过设置高耐寒外护层，大大提高了电力电缆的耐寒性能，通过设置由弧形扁状金属线组成的异型铠装层替代传统的金属铠装层，铠装表面更加圆整光滑、服帖，避免对高耐寒外护层造成损坏，降低低温时高耐寒外护层开裂风险，整体结构设计提高了电缆的应用范围和稳定性。
(2)本发明弧形扁状金属线的内外两个长边呈同心圆弧状，能够更好的与内层的隔离套以及外层的高耐寒外护层相配合；此外，弧形扁状金属线的短边与外侧的长边之间设有圆角，避免弧形扁状金属线出现尖锐尖角而导致刺伤高耐寒外护层。
(3)本发明弧形扁状金属线采用镀锌钢线或高强度铝合金线，保证铠装层具有足够的强度。
(4)本发明高耐寒外护层为高耐寒PVC，采用特殊的成分配比。通过添加更高含量的增塑剂DOS来降低高耐寒外护层的脆化温度，工作温度可达-60℃。同时由于增塑剂DOS的含量增多，与主增塑剂DOP的相容性略差，通过添加环氧大豆油以及限定合适的含量，起到协调作用。
(5)本发明采用型线导体和异型铠装，可有效减小电缆外径，在安装敷设时，在同样线路转角下，能够增大电缆弯曲半径，减小电缆所受应力，降低开裂风险。
(6)本发明型线导体为铜材质或铝材质，满足不同使用需求，采用铜材质，能承担更大的负荷，采用铝材质，重量更轻并且成本较低。
(7)本发明制备方法，通过对弧形扁状金属线预成型处理后再进行铠装，把弧形扁状金属线的应力给提前释放，保证铠装后更加服帖，不反弹，从而不伤害高耐寒外护层；通过对采用高耐寒外护层分段水冷工艺处理，与常规的水冷工艺相比，降低温度梯度，减轻护层内应力；制备出的高耐寒铠装中压电缆可在-60℃下安全稳定地运行，从而有效应对超低温环境敷设对电缆的影响，避免电缆开裂，提高线路安全性。
(8)本发明型线导体制备时，通过限定相邻型线层相差梯形单丝的根数以及填充系数，保证制成的型线导体结构紧凑，降低安装敷设弯曲时所受的应力。
(9)本发明预成型处理采用导轮组件预成型，导轮组件结构简洁，现场安装方便，通过设计三个导轮的位置使得经导轮组件的单线呈水平S型，从而实现将弧形扁状金属线的应力给提前释放。
(10)本发明分段水冷工艺采用两段水槽冷却，通过限定两段水槽的温度，与常规的冷却相比，增加了一个水冷温度，使得电缆的外护层外面与里面尽可能地减少冷却速率差异，从而实现减轻内应力。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明电缆的结构示意图；
图2为本发明导轮组件的结构简图。
附图中的标号为：
绑带层1、隔离套2、异型铠装层3、弧形扁状金属线3-1、高耐寒外护层4、线芯 5、型线导体5-1、圆形单丝5-1-1、型线层5-1-2、导体屏蔽5-2、绝缘5-3、绝缘屏蔽 5-4、金属屏蔽5-5、填充6、第一导轮7、第二导轮8、第三导轮9。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
(实施例1)
如图1所示的高耐寒异型铠装中压电缆，包括由内至外依次设置的缆芯、绑带层1、隔离套2、异型铠装层3与高耐寒外护层4。通过设置高耐寒外护层4，大大提高了电力电缆的耐寒性能。异型铠装层3由环绕在隔离套2外的多个紧密排列的弧形扁状金属线 3-1铠装而成，使得铠装后的电缆表面更加圆整光滑，避免对外侧的高耐寒外护层4造成损坏，降低低温时高耐寒外护层开裂风险，同时相较于传统的圆形金属丝铠装层，扁状结构使得电缆外径更小，降低电缆安装敷设难度与成本。缆芯包括绞合成型的多个线芯5，多个线芯5围成的间隙之间以及每个线芯5与绑带层1之间均设有填充6，从而保证缆芯更加紧实圆整，整体结构设计提高了电缆的应用范围和稳定性。
具体地，线芯5包括由内至外依次设置的型线导体5-1、导体屏蔽5-2、绝缘5-3、绝缘屏蔽5-4和金属屏蔽5-5，型线导体5-1包括位于中心的圆形单丝5-1-1以及至少一层紧密环绕在圆形单丝外的型线层5-1-2，其中型线层由环绕在圆形单丝外的多个紧密排列的梯形单丝组成。采用该结构设计的线性5可有效减小电缆外径，在安装敷设时，在同样线路转角下，能够增大电缆弯曲半径，减小电缆所受应力。型线导体5-1为铜材质或铝材质，满足不同的使用需求，采用铜材质，能承担更大的负荷，采用铝材质，重量更轻并且成本较低。
弧形扁状金属线3-1为镀锌钢线或高强度铝合金线，保证铠装层具有足够的强度，单丝厚度为1.0mm，宽度为4～6mm，并且横截面的内外两个长边呈同心圆弧状，能够更好的与内层的隔离套以及外层的高耐寒外护层相服帖，不仅结构更加紧凑，同时避免对高耐寒外护层产生压痕，进一步避免对高耐寒外护层造成损坏。左右两个短边与外侧长边之间呈0.1度圆角，避免弧形扁状金属线3-1出现尖锐尖角而导致刺伤高耐寒外护层4以及在高耐寒外护层4的内表面形成明显的压痕，进一步减轻电缆开裂倾向。
高耐寒外护层4为高耐寒PVC材质，其组成及配比按质量份数计为：S1300聚氯乙烯树脂85～100份、DOP 30～45份、DOS 20～30份、环氧大豆油4～8份、三氧化二锑3～5 份、抗氧剂0.5～1.0份、铅盐复合稳定剂4～10份、聚乙烯蜡0.5～1.0份、轻型碳酸钙10～20 份。采用特殊的成分配比，不仅使得外护层的脆化温度达到-60℃，通过添加高含量的增塑剂DOS，大大提高了高耐寒外护层的低温性能，同时由于增塑剂DOS的含量增多，与主增塑剂DOP的相容性略差，通过添加环氧大豆油以及限定合适的含量，起到协调作用。
一种如上所述的高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备型线导体5-1，使用拉丝机分别拉制圆形单丝5-1-1和梯形单丝，圆线直径为2.90～3.10mm，梯形单丝高度为2.30～3.30mm，当圆形单丝5-1-1和梯形单丝为铜材质时，采用连拉连退工艺，避免铜丝氧化，当圆形单丝5-1-1和梯形单丝为铝材质时，拉制完成后再退火，从而提高单丝的韧性、降低单丝的强度，以符合电线电缆对导电线芯的要求。
使用框式绞线机以圆形单丝5-1-1为中心，梯形单丝紧密环绕于圆形单丝5-1-1外绞合成外形圆整且节距均匀的至少一个型线层5-1-2，从而制成型线导体5-1，当型线层 5-1-2有多层时，每个型线层5-1-2分层绞合与紧压，相邻型线层5-1-2相差4～6根梯形单丝，并且填充系数不小于94％，从而保证制成的型线导体5-1结构紧凑，降低安装敷设弯曲时所受的应力。
步骤二：制备线芯5，使用CCV交联线采用三层共挤工艺生产导体屏蔽5-2、绝缘5-3和绝缘屏蔽5-4，并使用屏蔽机生产金属屏蔽5-5，制成线芯5。
步骤三：制备缆芯，使用盘绞机将多个线芯5进行成缆，并在成缆的间隙内添加填充6，制成缆芯。
步骤四：制备电缆，在缆芯外绕包一层绑带层1，使用挤塑机挤出隔离套2；在隔离套2外使用铠装机绞合经预成型处理过的弧形扁状金属线3-1，制成异型铠装层3。其中预成型处理采用如图2所示的导轮组件预成型，导轮组件架设于铠装机的斜上方，结构简洁，现场安装方便，包括沿弧形扁状金属线3-1走线方向依次设置的第一导轮7、第二导轮8和第三导轮9，第一导轮7与第三导轮9相平齐并且间距不超过异型铠装层 3的铠装节距，第二导轮8位于第一导轮7和第三导轮9的中间偏下50mm的位置。通过设计三个导轮的位置使得经导轮组件的单线呈水平S型，从而实现将弧形扁状金属线的应力给提前释放，保证铠装后更加服帖，不反弹，从而不伤害高耐寒外护层，避免低温开裂。
使用挤塑机在异型铠装层3外挤出高耐寒外护层4，采用两段水槽分段冷却，第一段水槽的水温为40～60℃，长度20米，第二段水槽的水温为5～30℃，长度15米，制成电缆与常规的冷却相比，增加了一个水冷温度，使得电缆的外护层外面与里面尽可能地减少冷却速率差异，降低温度梯度从而减小内应力，减小开裂的倾向。
以制备3×120mm2型线铜导体XLPE绝缘镀锌钢异型线铠装高耐寒中压电缆为例，具体阐述其制备工艺，其中线芯5设有3根，每根线芯5包括两层型线层5-1-2，填充6 包括位于三根线芯5围成的间隙中心的填充绳以及位于线芯5与绑带层1之间的扇形填充。
步骤一：使用连退铜大拉机组拉制铜材质单丝，制成圆形单丝5-1-1和梯形单丝，采用连拉连退工艺，其中圆形单丝5-1-1拉制一根，直径为2.98mm，梯形单丝拉制两种分别用于两层型线层5-1-2，其中内层有6根，高度为2.48mm，外层有12根，高度为 2.28mm。使用36盘630整体上盘框绞机分层绞合型线导体5-1，以圆形单丝5-1-1为中心，内层紧压模直径7.6mm，节距110～150mm，外层紧压模直径13.7mm，节距150～200mm。
步骤二：使用进口悬链交联线生产三层共挤结构，包括导体屏蔽5-2、绝缘5-3和绝缘屏蔽5-4，导体预热温度60～80℃，N2压力不小于10bar，硫化管温度200～300℃。三层厚度由内到外分别为0.6mm、3.4mm和0.5mm。使用铜带屏蔽机分别对三根线芯5 进行屏蔽，制成金属屏蔽5-5，铜带厚度0.10mm，搭盖率不小于5％，制成线芯5。
步骤三：使用φ3500盘绞机进行三芯成缆，三根线芯5中心空隙使用PP填充绳，边隙使用PE扇形填充条，节距1400～1800mm，制成缆芯。
步骤四：在缆芯外绕包一层绑带层1，使用挤塑机挤出PE材质的隔离套2，挤出方式为挤管式，厚度约1.6mm。使用钢线铠装机进行弧形扁状金属线3-1铠装，材质为镀锌钢线，高1mm，宽4mm，根数为39，制成异型铠装层3。在铠装前设置导轮组件对弧形扁状金属线3-1进行预处理，其中第一导轮7、第二导轮8与第三导轮9沿走线方向依次排列设置，并且第一导轮7与第三导轮9等高，间距L＝500mm，同时高出第二导轮8，间距h＝50mm。
使用挤塑机挤出高耐寒外护层4，采用高耐寒PVC材质，其组成及配比按质量份数计为：S1300聚氯乙烯树脂90份、DOP40份、DOS25份、环氧大豆油4份、三氧化二锑4份、抗氧剂0.5份、铅盐复合稳定剂5份、聚乙烯蜡0.6份、轻型碳酸钙15份。
高耐寒外护层4挤出后经过40℃、长度20米和20℃、长度15米的两段水槽进行冷却，使用全铁盘进行收线，保证排线整齐。
将制成的成品电缆卷绕后置于-60℃低温箱3h，取出拉直后，检测表面无裂纹，同时在取出1h内施加3.5倍的相电压5min，绝缘不击穿。
本实施例从材料、结构、工艺上综合优化，使用特殊成分的低脆化温度PVC材料，并采用型线导体与异型铠装结构，开发特殊的铠装和护层冷却工艺，从提高护层自身耐寒能力、减轻外护层内应力、降低安装敷设弯曲时应力等方面设计，制备出高耐寒的铠装中压电缆。通过对弧形扁状金属线预成型处理后再进行铠装，把弧形扁状金属线的应力给提前释放，保证铠装后更加服帖，不反弹，从而不伤害高耐寒外护层，避免低温开裂；通过对采用高耐寒外护层分段水冷工艺处理，与常规的水冷工艺相比，降低温度梯度，减轻内应力，进一步避免低温开裂倾向，制备出的高耐寒铠装中压电缆可在-60℃下安全稳定地运行，从而有效应对超低温环境敷设对电缆的影响，避免电缆开裂，提高线路安全性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高耐寒异型铠装中压电缆，其特征在于：包括由内至外依次设置的缆芯、绑带层、隔离套、异型铠装层与高耐寒外护层，所述缆芯包括绞合成型的多个线芯，所述线芯之间以及线芯与绑带层之间均设有填充；所述异型铠装层由环绕在隔离套外的多个紧密排列的弧形扁状金属线铠装而成；所述高耐寒外护层为高耐寒PVC，所述高耐寒PVC的组成及配比按质量份数计为：S1300聚氯乙烯树脂85～100份、DOP30～45份、DOS20～30份、环氧大豆油4～8份、三氧化二锑3～5份、抗氧剂0.5～1.0份、铅盐复合稳定剂4～10份、聚乙烯蜡0.5～1.0份、轻型碳酸钙10～20份；所述线芯包括由内至外依次设置的型线导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽和金属屏蔽，所述型线导体包括位于中心的圆形单丝以及至少一层紧密环绕在圆形单丝外的型线层，所述型线层由环绕在圆形单丝外的多个紧密排列的梯形单丝组成。
2.根据权利要求1所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆，其特征在于：所述弧形扁状金属线的横截面的内外两个长边呈同心圆弧状，左右两个短边与外侧长边之间设有圆角。
3.根据权利要求1所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆，其特征在于：所述弧形扁状金属线为镀锌钢线或高强度铝合金线。
4.根据权利要求3所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆，其特征在于：所述型线导体为铜材质或铝材质。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备型线导体，使用拉丝机分别拉制圆形单丝和梯形单丝，并使用框式绞线机以圆形单丝为中心，梯形单丝紧密环绕于圆形单丝外绞合成外形圆整且节距均匀的至少一个型线层，制成所述型线导体；
步骤二：制备线芯，使用CCV交联线采用三层共挤工艺生产导体屏蔽、绝缘和绝缘屏蔽，并使用屏蔽机生产金属屏蔽，制成所述线芯；
步骤三：制备缆芯，使用盘绞机将所述线芯进行成缆，并在成缆的间隙内添加填充，制成缆芯；
步骤四：制备电缆，在缆芯外绕包一层绑带层，使用挤塑机挤出隔离套；在所述隔离套外使用铠装机绞合经预成型处理过的弧形扁状金属线，制成异型铠装层，并使用挤塑机在异型铠装层外挤出高耐寒外护层，经分段水冷工艺后制成电缆。
6.根据权利要求5所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，其特征在于：步骤一中，当所述型线层为多个时，每个所述型线层分层绞合与紧压，相邻所述型线层相差4～6根梯形单丝，并且填充系数不小于94％。
7.根据权利要求5所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，其特征在于：步骤四中，所述弧形扁状金属线的预成型处理采用导轮组件预成型，所述导轮组件架设于铠装机的斜上方，包括沿弧形扁状金属线走线方向依次设置的第一导轮、第二导轮和第三导轮，所述第一导轮与第三导轮相平齐并且间距不超过铠装节距，所述第二导轮位于第一导轮和第三导轮的中间偏下50mm的位置。
8.根据权利要求5所述的一种高耐寒异型铠装中压电缆制备方法，其特征在于：所述分段水冷工艺采用两段水槽冷却，第一段水槽的水温为40～60℃，长度20米，第二段水槽的水温为5～30℃，长度15米。
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