CN116130156A - 一种20kV抗水树架空绝缘电缆 - Google Patents

一种20kV抗水树架空绝缘电缆 Download PDF

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Abstract

一种20kV抗水树架空绝缘电缆，包括自内而外的导电线芯、热塑性半导电导体屏蔽层和热塑性抗水树耐候绝缘层。构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料是以多相聚丙烯树脂为基料，添加导电剂、抗氧剂、水树抑制剂，经挤出造粒而成。构成热塑性抗水树耐候绝缘层的电缆料是以多相聚丙烯树脂为基料，添加耐候剂、抗氧剂、水树抑制剂，经挤出造粒而成。同时，本电缆通过特定的生产工艺设计，可满足电缆长期稳定使用屏蔽及绝缘性能的要求。

Description

一种20kV抗水树架空绝缘电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体是涉及一种20kV抗水树架空绝缘电缆。
背景技术
20kV架空绝缘电缆无相应国家标准，各地区为推广应用20kV级中压配电网络，在原有10kV架空绝缘电缆国家标准的基础上，编制并发布了对应的20kV架空绝缘电缆技术规范，其导体屏蔽层及绝缘层材料分别为半导电交联聚乙烯料、交联聚乙烯绝缘料，行业内一般采用半导电硅烷交联聚乙烯屏蔽料、20kV硅烷交联聚乙烯绝缘料。存在的主要问题包括：
一方面，由于半导电硅烷交联聚乙烯屏蔽、20kV硅烷交联聚乙烯绝缘料挤出温度差异较大，一般为双层共挤生产，在生产过程中特别易出现导体屏蔽层气孔，影响电缆的屏蔽性能。
另一方面，在长期使用过程中，因周围环境水分侵入电缆内部而造成硅烷交联聚乙烯绝缘层水树老化并导致电缆击穿的事故逐年增加。提高阻水性能，以进一步提高电力系统的安全及可靠性(电缆寿命)，是需要解决的问题。
所以随着电压等级提高到20kV，如何提高架空绝缘电缆的电绝缘性能、屏蔽性能等性能以满足额定电压20kV架空绝缘电缆的使用要求，是本领域急需解决的技术问题。
现有技术如公开号为CN209607443U的实用新型专利，公开了一种额定电压20kV交联聚乙烯架空绝缘电缆，包括纵向阻水型紧压铝绞线层、内石墨烯交联聚乙烯屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外石墨烯交联聚乙烯屏蔽层、内半导电阻水带层、铜带屏蔽层、外半导电阻水带层、铝塑复合带阻水层以及外护套。
通过电缆内部各功能层的布置顺序的结构优化、各功能层的材料优化以及生产工艺的优化，多方面的优化相互结合最终实现显著提高了该架空绝缘电缆的电绝缘性能、屏蔽性能等性能，能够满足额定电压20KV架空绝缘电缆的使用要求，进而实现提高了架空绝缘电缆的使用寿命，且设置了纵向阻水结构与径向阻水结构，解决了周围环境水分侵入电缆内部而造成交联聚乙烯绝缘层水树老化并导致电缆击穿的事故逐年增加的问题，提高了电力系统的安全及可靠性。
该技术方案的主要原理为：通过在交联聚乙烯绝缘层外增加外石墨烯交联聚乙烯屏蔽层，从而可以采用中压交联聚乙烯绝缘电缆三层共挤材料和工艺，避免了现有技术生产过程中特别易出现导体屏蔽层气孔的问题。采用过氧化物交联半导电屏蔽料和过氧化物交联XLPE绝缘料替代硅烷交联聚乙烯绝缘料，由于材料温度相近，从而避免了导体屏蔽层气孔的问题，这也是中压交联聚乙烯绝缘电缆绝缘线芯的制备方法；通过设计纵向阻水结构与径向阻水结构，解决了周围环境水分侵入电缆内部而造成交联聚乙烯绝缘层水树老化并导致电缆击穿的问题。
该技术方案的技术缺陷主要为：该专利技术路线的本质是采用了20kV单芯阻水中压电力电缆替代了20kV架空绝缘电缆，产生的负面影响：一方面，各层结构的增加，造成生产工序繁琐，生产效率下降明显，生产成本急剧提高；另一方面，各层结构的增加，造成了电缆自重及外径尺寸的增加，对导体承载力提出了更高的要求，增加了架空铺设的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，性能好，且易于架空铺设的20kV抗水树架空绝缘电缆。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是包括自内而外的导电线芯、热塑性半导电导体屏蔽层和热塑性抗水树耐候绝缘层；
构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料包括如下重量份数的原料：
多相聚丙烯树脂              80～90份；
导电剂                      15～20份；
抗氧剂                      0.1～2份；
水树抑制剂                  0.1～0.5份；
构成热塑性抗水树耐候绝缘层的电缆料包括如下重量份数的原料：
多相聚丙烯树脂              90～95份；
耐候剂                      1.8～3.2份；
抗氧剂                      0.1～0.5份；
水树抑制剂                  2.5～4.2份；
所述水树抑制剂是纳米氧化硅粉(颗粒大小是5nm～18nm)；纳米氧化硅粉是经含酰胺基脂肪酸脂、乙氧基化的脂肪酸、六甲基二硅氮烷或丙氧基化的脂肪酸中的一种或多种表面处理剂混合改性的；
a、表面处理剂中含有酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸70～80重量％；
b、表面处理剂中含有酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸30～40重量％以及六甲基二硅氮烷40～50重量％
c、表面处理剂中含有酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸20～30重量％、六甲基二硅氮烷40～50重量％以及丙氧基化的脂肪酸10～20重量％
含酰胺基脂肪酸脂可选谷氨酰胺、天冬酰胺等；乙氧基化的脂肪酸可选脂肪酸甲酯乙氧基化物、脂肪醇聚氧乙烯醚等；丙氧基化的脂肪酸可选丙氧基化肉豆蔻醇丙酸酯、丙氧基化脂肪醇磷酸酯等。
纳米氧化硅粉的表面处理方法为：
先将质量份数30％～42％的纳米氧化硅粉投入质量浓度80％～87％的表面处理剂溶液中；
然后采用超声波进行震荡分散，时间不低于35min；
接着密封静置24h；
最后加热到78℃～83℃去低分子挥发物，对获得的粉末进行除湿干燥(干燥方法可以是风冷脱水、离心脱水或热风烘干等)，获得水树抑制剂。
无机纳米粒子本身具有天然的抗水性，但无机纳米粒子较易团聚，且不易与树脂基体相容，常规的物理掺杂无法解决无机纳米粒子在树脂中分散的问题，本方案选用不同组分含量的表面处理剂对纳米氧化硅粉进行表面改性，增加了纳米氧化硅粉与多相聚丙烯树脂的相容性。例如：
采用a配比表面改性剂处理纳米氧化硅粉制备的抗水树聚丙烯绝缘料，通过压片机制备成1mm的样片，经检测(检测参考标准ASTM6097进行水树试验)，经过30天试验后，在50倍显微镜下观察水树情况，水树尺寸：280μm；
采用b配比表面改性剂处理纳米氧化硅粉制备的抗水树聚丙烯绝缘料，通过压片机制备成1mm的样片，经检测(检测参考标准ASTM6097进行水树试验)，经过30天试验后，在50倍显微镜下观察水树情况，水树尺寸：210μm；
采用c配比表面改性剂处理纳米氧化硅粉制备的抗水树聚丙烯绝缘料，通过压片机制备成1mm的样片，经检测(检测参考标准ASTM6097进行水树试验)，经过30天试验后，在50倍显微镜下观察水树情况，水树尺寸：20μm。
对比例d：采用未经表面改性剂处理的纳米氧化硅粉，制备的抗水树聚丙烯绝缘料，通过压片机制备成1mm的样片，经检测(检测参考标准ASTM6097进行水树试验)，经过30天试验后，在50倍显微镜下观察水树情况，水树尺寸：380μm。
由对比试验，可知：表面处理剂对纳米氧化硅粉的改性，有效提高了纳米氧化硅粉与多相聚丙烯树脂的相容性，从而增加了材料的抗水树性能。其中表面处理剂中包括含酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸20～30重量％、六甲基二硅氮烷40～50重量％、丙氧基化的脂肪酸10～20重量％的复配体系，对纳米氧化硅粉的改性效果最佳。
本方案中，多相聚丙烯树脂和水树抑制剂二者结合使用：通过对材料微观结构的分析，可知材料抗水树性能急剧提高的底层原理：复配表面改性剂改性在提高纳米氧化硅粉在多相聚丙烯树脂中分散性的同时，更关键的是成指数级增加了纳米二氧化硅与多相聚丙烯树脂中结构单元(烷基基团)的反应效率，使两者产生了化学反应，在纳米二氧化硅表面连接了多相聚丙烯树脂中的α-烯烃三元无规共聚物分子结构中的烷基基团，通过不水解的烷基基团而呈疏水性(憎水性)。
同时，水树抑制剂通过上述方式与多相聚丙烯树脂的结合，在产生上述提高相容性和抗水树性能的有益效果的同时，产生了额外的附加效果，主要体现在：
1)有效降低了聚丙烯绝缘材料的热膨胀系数、收缩率，从而提高了材料挤出加工的结构稳定性。
2)提高了聚丙烯绝缘材料的耐候性、耐磨性、赋予防污性等优良的效果。
3)提高了聚丙烯绝缘材料的介电性能，特别是赋予了材料优异的耐漏电痕性能。
耐磨层可以根据具体使用工况选择性包裹。耐磨层采用耐磨尼龙材料。
本方案的电缆无需对现有的同类电缆进行实质性的结构重新设计，无需对生产设备进行重大调整，仅对工艺参数进行重新设计，即可满足电缆长期稳定使用对屏蔽及绝缘性能的要求。
附图说明
图1是本发明实施例的径向截面结构示意图；
图中结构由内到外依次是：导电线芯1、热塑性半导电导体屏蔽层2、热塑性抗水树耐候绝缘层3和耐磨层4(可选)。
图2是电缆A的50倍显微镜下水树增长图像。
图3是电缆B的50倍显微镜下水树增长图像。
图4是电缆C的50倍显微镜下水树增长图像。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本案进一步说明。
参考图1，本例的20kV抗水树架空绝缘电缆，包括自内而外的导电线芯1、热塑性半导电导体屏蔽层2、热塑性抗水树耐候绝缘层3、耐磨层4。
电缆型号规格为：JKLHP-20kV 1×240mm2,电缆产品名称为：额定电压20kV抗水树热塑性聚丙烯绝缘架空电缆，具体地：
导体1为第2种绞合铝合金导体，导体标称截面240mm2，导体结构为：37/2.96(37根铝合金单丝，每根线径是2.96mm)，导体外径：(18.7±0.1)mm，性能符合GB/T 3956和GB/T14049的规定。
本例中，对铝合金单丝退火工艺进行改进，降低了退火温度(温度由340℃降低至270℃)，延长退火时间(保温时间由2.5h延长至4.5h,闷罐时间不做调整0.5h)，使铝合金导体的机械性能和电性能得到提升，保证了电缆的长期稳定运行。
热塑性半导电导体屏蔽层2标称厚度1.0mm，平均厚度1.0mm～1.4mm,最薄点厚度1.0mm。
热塑性半导电导体屏蔽层所用电缆料的配方组成为(质量份数)：
多相聚丙烯树脂:B9302                                    80～90份；
导电剂:卡博特VXC500 VULCAN                              15～20份；
抗氧剂: 三(2 ,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和甲基苯丙三氮唑   0.1～2份；
水树抑制剂:自制                                         0.1～0.5份；
热塑性抗水树耐候绝缘层3标称厚度5.5mm，平均厚度5.5mm～6.0mm,最薄点厚度5.5mm。
所述的热塑性抗水树耐候绝缘层3所用电缆料的配方组成为(质量份数)：
多相聚丙烯树脂：B9102                     90～95份；
耐候剂：卡博特PA3785                      1.8～3.2份；
抗氧剂： 3 ,3’-硫代二丙酸十八基酯         0.1～0.5份；
水树抑制剂： 自制                         2.5～4.2份；
热塑性半导电导体屏蔽层2、热塑性抗水树耐候绝缘层3，采用双层共挤工艺一次挤出包覆在导电线芯上，其工艺设定为：
自进料到出料方向，双层共挤温度控制如下：
热塑性半导电导体屏蔽层2在Φ90挤出机进行挤出，挤出机温度依次为：160℃/165℃/170℃/180℃/190℃/195℃/195℃/195℃；挤出机挤出螺杆转速：15rpm,挤出速度：60m/min,挤出电流：65±2A。
热塑性抗水树耐候绝缘层3在Φ120挤出机进行挤出，挤出机温度依次为：160℃/170℃/180℃/185℃/195℃/200℃/200℃/200℃；挤出机挤出螺杆转速：23rpm,挤出速度：60m/min，挤出电流：98±2A。
双层共挤挤出机头温度：195℃/200℃。
双层共挤机头配模尺寸为：
(模芯I)：模芯I孔径ds1＝19.5mm,模芯高度L1＝65.1mm，内锥面与水平面成角18°。
(模芯II)：模芯II孔径ds2＝21.2mm,模芯高度L2＝146.4mm，内锥面与水平面成角25°。
(模套)：模芯II孔径die＝34.4mm,模套高度L4＝86mm：
挤出后进入全长138米的分段冷却水槽，第1段冷却水槽长度48米，水温65℃～75℃，第2段冷却水槽长度90米，水温5℃～35℃；
本例的耐磨层4标称厚度0.5mm，平均厚度0.5mm～0.7mm,最薄点厚度0.3mm。
耐磨层4为黑色尼龙12护套料(牌号：德固赛L2124或瑞士EMS的L25W40X)。
所述的耐磨层4在Φ120挤出机进行挤出；挤出机挤出螺杆转速：43rpm,挤出速度：10m/min，挤出电流：123±2A。
尼龙挤出参考温度见表1；
表1
Figure BDA0004109461860000051
本例中，构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料，是以多相聚丙烯树脂为基料，添加导电剂、抗氧剂、水树抑制剂，经双螺杆挤出造粒而成。多相聚丙烯树脂可选牌号为B9302，是一种通过反应器聚合直接获得的聚丙烯多相共聚物。导电剂选用超导电炭黑，粒径为15-30nm，BET比表面积不小于200m2/g，吸碘值为950-1050mg/g，吸油值为300-320cc/100g，125目筛余物＜5ppm。抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、甲基苯丙三氮唑、3,3’-硫代二丙酸十八基酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或多种。
水树抑制剂为经酰胺基脂肪酸脂、乙氧基化的脂肪酸、六甲基二硅氮烷或丙氧基化的脂肪酸中的一种或多种表面处理剂处理的纳米氧化硅粉。制备方法：将质量份数30％～42％的纳米氧化硅粉投入表面处理剂质量浓度80％～87％的乙醇溶液中，通过超声波分散设备进行震荡分散，时间不低于35min,然后密封静置24h,最后倒入坩埚中加热到78℃～83℃去除乙醇等低分子挥发物，对获得的粉末进行除湿干燥，获得所需的水树抑制剂。
本方法首次将牌号为B9302的多相聚丙烯树脂用在半导电屏蔽材料中，其与导电剂(炭黑)兼容性好，相比半导电交联聚乙烯屏蔽料，导电剂(炭黑)添加量下降了近50％，自制水树抑制剂的加入有效抑制了水树从导体屏蔽层向绝缘层的生长，避免了对比例中的导体纵向阻水层结构。
所制得的热塑性半导电导体屏蔽层具有与绝缘层相近的熔融温度，解决了现有技术生产过程中特别易出现导体屏蔽层气孔的问题，所生产的电缆导体屏蔽层无需交联(简化了生产工艺)，挤出表观紧密光滑，无气孔，保证了电缆优异的屏蔽性能。
所制得的热塑性半导电导体屏蔽层作用与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免导体与绝缘层中间发生局部放电现象。
本例中，构成热塑性抗水树耐候绝缘层的电缆料，是以多相聚丙烯树脂为基料，添加耐候剂、抗氧剂、水树抑制剂，经双螺杆挤出造粒而成。多相聚丙烯树脂的牌号为B9102。是一种通过反应器聚合直接获得的，用于中压交流电缆绝缘层中的聚丙烯多相共聚物，其有效降低了热塑性树脂材料的结晶度及片晶尺寸，提高了热塑性树脂材料的耐热性能、介电性能和抗老化性能，同时减少热塑性树脂材料的降解老化，延长使用寿命。耐候剂为耐高温黑色色母粒，牌号为：卡博特PA3785。抗氧剂为甲基苯丙三氮唑、3,3’-硫代二丙酸十八基酯中的一种或多种。水树抑制剂与热塑性半导电导体屏蔽层电缆料所用水树抑制剂相同。
本方法首次将牌号为B9102的多相聚丙烯树脂用在20kV架空绝缘料中，自制水树抑制剂的加入有效抑制了水树在绝缘层的生长，解决了因周围环境水分侵入电缆内部而造成交联聚乙烯绝缘层水树老化并导致电缆击穿的问题。另外，在耐漏电痕迹试验中发现，水树抑制剂的加入，显著提高了架空绝缘电缆绝缘层耐漏电性能，泄露电流较20kV交联聚乙烯架空绝缘电缆绝缘层下降8倍～12倍。
所制得的热塑性抗水树耐候绝缘层耐热性能、介电性能、耐候性能、抗水树性能和抗老化性能优异，延长电缆的使用寿命。
热塑性半导电导体屏蔽层、热塑性抗水树耐候绝缘层，采用双层共挤工艺一次挤出包覆在导电线芯上。
耐磨层根据具体使用工况选择性包裹。耐磨层采用耐磨尼龙材料，牌号为：德固赛L2124或瑞士EMS的L25W40X，其具有良好的耐磨性、耐热性、耐油性及耐化学品性，同时具有优良的电气绝缘性能且不会因潮湿影响绝缘性能。耐磨层可设置相序标志线，便于远距离架设识别。
技术效果及分析
本发明提供了一种无需更改结构，即可满足长期稳定使用的(高寿命)、屏蔽及绝缘性能优异的20kV抗水树架空绝缘电缆。
经过检测，本例的20kV抗水树架空绝缘电缆的性能参数如下：
1、导体直流电阻和导体拉断力：GB/T 3956标准要求20℃导体直流电阻≤0.145Ω/km,实测0.124Ω/km。GB/T 14049标准要求导体拉断力不低于60.3kN，实测80.3kN。通过增加导体单丝根数，改进铝合金单丝退火工艺，降低了退火温度(温度由340℃降低至270℃)，延长退火时间(保温时间由2.5h延长至4.5h,闷罐时间不做调整0.5h)，使铝合金导体具有了优异的机械性能和电性能，保证了电缆的长期稳定运行。
2、交流耐压试验：导体浸入90℃的热水中1h，然后进行42kV的工频交流电压，标准要求持续时间1min不击穿，实际进行了24h的工频交流电压试验，未见击穿(参考GB/T12706.2-2020)。而普通20kV硅烷交联聚乙烯绝缘架空电缆，在试验开始后4h左右出现电压下降，无法加电压的现象，基理为：材料高温电气绝缘性能下降；本电缆浸水后优异的电气绝缘性能，来源于半导电屏蔽材料及抗水树绝缘材料优异的高温电气性能，主要是配方基体中多相聚丙烯树脂和自制水树抑制剂起到了发挥了作用。
3、结构尺寸：热塑性半导电导体屏蔽层2平均厚度1.2mm，最薄厚度1.1mm；热塑性抗水树耐候绝缘层3平均厚度5.8mm，最薄厚度5.6mm；耐磨层4平均厚度0.65mm，最薄厚度0.58mm；电缆平均外径34.1mm。较小的外径，降低了电缆的铺设难度，耐磨层的设计，使电缆具备抵抗严苛工况下野蛮拖拽的能力。
采用电子台秤对本发明的电缆样品和参考公开号为CN209607443U电缆制成的对比电缆样品，二者电缆导体截面相同，本实施例电缆重量每米1.15kg，对比例电缆重量每米1.96kg，外径43.5mm。
4、绝缘热收缩：20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆，130℃，1h的热收缩试验后，收缩率在1％左右，本例电缆经130℃，1h的热收缩试验后，未见绝缘收缩情况，将试验持续时间延长至6h，收缩率在0.8％左右。优异的收缩性能主要取决于材料配方中多相聚丙烯树脂的应用，其可以有效避免聚乙烯电缆在后期使用过程中，由于绝缘收缩造成的接头处附件脱离，从而造成漏电危害的情况。(参考GB/T 2951.13-2008)
5、弯曲试验：按照20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆试验条件，进行了20D(D为电缆直径)弯曲直径的正反弯曲试验，要求开展3次，实际开展30次，试验后电缆目视检查正常。表明了本电缆具备实际工况条件下，经受多次弯折的能力。(参考GB/T 12706.2-2020)
6、冲击电压试验及交流电压试验：在30次弯曲试验后，通过电流将导体温度加热到100℃左右，施加125kV的雷电冲击电压，正负各开展10次雷电冲击电压试验，试验正常结束，试验后对电缆开展工作温度下42kV，15min的工频耐压试验,电缆未见击穿。该试验表明了，本电缆在高温下电气性能优异，可以满足20kV架空绝缘电缆的技术要求。参考GB/T12706.2-2020)
7、绝缘耐漏电痕性能：20kV架空绝缘电缆要求，电缆在经受4kV工频电压,101次喷水后，表面应无焦烧，泄露电流应不超过0.5A。20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆实测泄露电流在0.48A，本发明制造的20kV抗水树架空绝缘电缆实测泄露电流在0.05A，下降了近10倍。表明电缆具备优异的耐爬电能力，在配方开发过程中，发现带来该积极效果的基理为，自制抗水树抑制剂的加入。(参考GB/T 14049-2008)
8、绝缘机械物理性能：绝缘原始抗张强度26MPa，原始断裂伸长率650％,135℃×240h空气烘箱老化后，绝缘抗张强度28MPa，断裂伸长率640％，变化率在3％左右；20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆135℃×240h空气烘箱老化后，机械性能变化率在20％左右。表明本电缆绝缘耐长期老化性能优异，从机械性能变化分析，电缆具备更长的使用寿命。带来该积极效果的基理为，材料配方中多相聚丙烯树脂的应用。(参考GB/T 14049-2008)
9、绝缘耐候性能：架空绝缘电缆的使用环境要求电缆应具备优异的耐候性能。按照20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆试验条件，开展了42天的人工气候老化试验，试验后，本发明制造的电缆绝缘抗张强度变化率和断裂伸长率变化率在4％左右，与20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆试验结果基本一致(6％)。表明本电缆具备优异的耐候性能，带来该积极效果的基理为，材料配方中耐高温黑色色母卡博特PA3785的添加。(参考GB/T 14049-2008)
10、耐磨性能：本例电缆具有尼龙护套耐磨层，提供了电缆优异的抗拖拽和抗挤压能力。为表征电缆耐磨性能，给电缆表面添加了5kg的重物，电缆在5kg的重物下来回运动(摩擦)，循环长度2米，20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆在2000次时，绝缘出现破损，本例电缆循环共进行了8000次，耐磨层破皮，露出绝缘层。表明本电缆增加耐磨层有效提高了对绝缘层的保护能力，使电缆具备抵抗严苛工况下野蛮拖拽的能力。(参考GB/T12527-2008附录B耐磨性能试验)
绝缘抗水树性能实验：
现有的20kV硅烷交联聚乙烯架空绝缘电缆(代号A)、
对比电缆(代号B，本发明创造的结构，但在屏蔽层和绝缘层所用电缆料的配方中未添加抗水树添加剂)
20kV抗水树架空绝缘电缆(代号C，本发明创造)，
对以上三个电缆试样，按照ASTM6097进行水树试验：
将取自电缆A、电缆B和电缆C的绝缘线芯制样，在室温8kHz、5kV下，1.0mol/L的NaCl溶液中，经过42天试验后，在50倍显微镜下观察水树情况，水树尺寸：电缆A(340μm)＞电缆B(80μm)＞电缆C(4μm)。水树试验后水树增长图像见附图2～图4。

Claims (9)

1.一种20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是包括自内而外的导电线芯、热塑性半导电导体屏蔽层和热塑性抗水树耐候绝缘层；
构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料包括如下重量份数的原料：
Figure FDA0004109461850000011
构成热塑性抗水树耐候绝缘层的电缆料包括如下重量份数的原料：
Figure FDA0004109461850000012
所述水树抑制剂是纳米氧化硅粉；纳米氧化硅粉是经含酰胺基脂肪酸脂、乙氧基化的脂肪酸、六甲基二硅氮烷或丙氧基化的脂肪酸中的一种或多种表面处理剂混合改性的，其中：
a、表面处理剂中包含酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸70～80重量％；
b、表面处理剂中包含酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸30～40重量％以及六甲基二硅氮烷40～50重量％；
c、表面处理剂中含酰胺基脂肪酸脂20～30重量％、乙氧基化的脂肪酸20～30重量％、六甲基二硅氮烷40～50重量％以及丙氧基化的脂肪酸10～20重量％；
纳米氧化硅粉的表面处理方法为：
先将质量份数30％～42％的纳米氧化硅粉投入质量浓度80％～87％的表面处理剂溶液中；
然后采用超声波进行充分震荡分散；
接着密封静置；
最后加热去低分子挥发物，对获得的粉末进行除湿干燥，获得水树抑制剂。
2.根据权利要求1所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料中：
多相聚丙烯树脂的牌号为B9302；
导电剂是超导电炭黑，粒径为15～30nm，BET比表面积不小于200m2/g，吸碘值为950～1050mg/g，吸油值为300～320cc/100g，125目筛余物＜5ppm；
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、甲基苯丙三氮唑、3,3’-硫代二丙酸十八基酯和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是构成热塑性抗水树耐候绝缘层的电缆料中：
多相聚丙烯树脂的牌号为B9102；
耐候剂为耐高温黑色色母粒；
抗氧剂为甲基苯丙三氮唑、3,3’-硫代二丙酸十八基酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是是热塑性半导电导体屏蔽层和热塑性抗水树耐候绝缘层是由双层共挤工艺一次挤出包覆在导电线芯外，挤出工艺为：
自进料到出料方向，双层共挤温度控制如下：
挤出热塑性半导电导体屏蔽层的挤出机，沿进料到出料方向挤出机的温区设置依次为：160℃±5℃/165℃±5℃/170℃±5℃/180℃±5℃/190℃±5℃/195℃±5℃/195℃±5℃/195℃±5℃；挤出热塑性抗水树耐候绝缘层挤出机，沿进料到出料方向挤出机的温区设置依次为：160℃±5℃/170℃±5℃/180℃±5℃/185℃±5℃/195℃±5℃/200℃±5℃/200℃±5℃/200℃±5℃；双层共挤挤出机头温度：195℃±5℃/200℃±5℃；
挤出后进入分段冷却水槽，第一段冷却水槽的水温65℃～75℃，第二段冷却水槽的水温25℃～35℃。
5.根据权利要求1所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是在热塑性抗水树耐候绝缘层外还包有耐磨层；特征是耐磨层是由黑色尼龙12护套料构成。
6.根据权利要求5所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是：
导电线芯是第2种绞合铝合金导体，导体标称截面积范围：10mm2～240mm2，导体性能符合GB/T 3956和GB/T 14049的规定；
热塑性半导电导体屏蔽层的标称厚度是1.0mm，平均厚度是1.0mm～1.4mm，最薄点厚度是1.0mm；
热塑性抗水树耐候绝缘层的标称厚度是5.5mm，平均厚度是5.5mm～6.0mm，最薄点厚度是5.5mm；
耐磨层标称厚度是0.5mm，平均厚度是0.5mm～0.7mm，最薄点厚度是0.3mm。
7.根据权利要求1所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是构成热塑性半导电导体屏蔽层的电缆料的配方中：
多相聚丙烯树脂是B9302；
导电剂是卡博特VXC500 VULCAN；
抗氧剂是三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和甲基苯丙三氮唑；
构成热塑性抗水树耐候绝缘层发电缆料的配方中：
多相聚丙烯树脂是B9102；
耐候剂是卡博特PA3785；
抗氧剂是3,3’-硫代二丙酸十八基酯。
8.根据权利要求7所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是热塑性半导电导体屏蔽层和热塑性抗水树耐候绝缘层的挤出工艺设定为：
热塑性半导电导体屏蔽层在Φ90挤出机进行挤出，挤出机挤出螺杆转速：8rpm～15rpm,挤出速度：10m/min～60m/min,挤出电流：34±2A～65±2A；
热塑性抗水树耐候绝缘层在Φ120挤出机进行挤出，挤出机挤出螺杆转速：12rpm～23rpm,挤出速度：10m/min～60m/min，挤出电流：42±2A～98±2A；
挤出后进入全长138米的分段冷却水槽，第1段冷却水槽长度48米，第2段冷却水槽长度90米。
9.根据权利要求5所述的20kV抗水树架空绝缘电缆，其特征是耐磨层在Φ120挤出机进行挤出制成；挤出机挤出螺杆转速：43rpm,挤出速度：10m/min，挤出电流：123±2A；
挤出参考温度见表1；
表1
Figure FDA0004109461850000031
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