CN117558492A - 一种耐扭转橡套软电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐扭转橡套软电缆，包括多根地线芯导体和多根动力线芯导体，地线芯导体外套设有半导电层，动力线芯导体外套设有导体屏蔽层，导体屏蔽层外套设有绝缘层，绝缘层外套设有绝缘屏蔽层，绝缘屏蔽层与半导电层之间空隙处设有填充件一，半导电层与绝缘屏蔽层外层套设有护套，地线芯导体和多根动力线芯导体均包括多根铝合金股线，多根铝合金股线经半导电带一绕包后构成铝合金复绞股线，铝合金复绞股线之间空隙处设有填充件二，多个铝合金复绞股线外层套设有半导电带二，多个铝合金复绞股线经半导电带二套设后构成复绞股线层一，复绞股线层一外设置复绞股线层二。本发明的耐扭转橡套软电缆实现电缆在长期运行过程的低蠕变、高抗扭。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体地说是一种耐扭转橡套软电缆及其制备方法。
背景技术
风力发电由低兆瓦向高兆瓦发展，由陆上向海上发展，各大主机厂将变压器置顶，通过升压的方式来降低电缆的用量；目前各大主机厂35kV风力发电用耐扭转软电缆均采用铜导体，而我国铜资源相对稀少，为改变这种局面，采用铝合金导体替代铜导体来进一步减少铜的使用势在必行。
铝合金导体长期使用过程中发生蠕变，铝合金导体与端子间的间隙逐步变大，增加发热量；铝合金导体的机械强度低、伸长率低，常规结构无法满足扭转要求。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种耐扭转橡套软电缆及其制备方法，选择高强度、高伸长率、低蠕变的铝合金导体，特殊的导体结构设计，实现电缆在长期运行过程的低蠕变、高抗扭。
本发明采用的技术方案是：
一种耐扭转橡套软电缆，其中：包括多根地线芯导体和多根动力线芯导体，地线芯导体外套设有半导电层，动力线芯导体外套设有导体屏蔽层，所述的导体屏蔽层外套设有绝缘层，所述的绝缘层外套设有绝缘屏蔽层，所述绝缘屏蔽层与半导电层之间空隙处设有填充件一，所述的半导电层与绝缘屏蔽层外层套设有护套，所述地线芯导体和多根动力线芯导体均包括多根铝合金股线，多根铝合金股线经半导电带一绕包后构成铝合金复绞股线，铝合金复绞股线之间空隙处设有填充件二，多个铝合金复绞股线外层套设有半导电带二，多个铝合金复绞股线经半导电带二套设后构成复绞股线层一，所述复绞股线层一外设置复绞股线层二。
一种耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：包括以下步骤：
步骤S1.按质量百分数计，多根铝合金股线均包括以下组分：石墨烯：0.05％～0.1％；稀土：0.01％～0.05％；Ni：0.05％～0.1％；Si：0.4％～0.5％；Cu：0.3％～0.4％；Mg：0.01％～0.05％；B：0.1％～0.3％；Fe：0.05％～1.0％；Na：0.2％～0.4％；Si：0.03％～0.05％，余量为铝，将除铝外的所有组分混合搅拌1-2h，随后放置在恒温容器内保温，使各金属组分混合均匀；
石墨烯：导电率150％IACS是铜的1.5倍，是普通铝合金的2.5倍，其强度达100GPa以上，优异的高强度和良好的导电性，可有效改善铝合金导体的抗张强度和导电率。
稀土中的强还原性与铝液中强氧化性物质产生化学反应，生成稳定的化合物(C1-与稀土铝合金生成稳定配位化合物)，遏止腐蚀介质的氧化活动造成的腐蚀破坏，在海洋环境下，该铝合金的年蠕变率为零或几乎为零。普通铝合金导体的蠕变值为0.5％。
Ni可以提高铝合金导体的抗张强度和伸长率，抗张强度较普通铝合金可提高1.5倍，伸长率较普通铝合金可提高1.3倍，高强度、高伸长率可以保证导体在扭转时的延展，单线不断裂。
步骤S2.将铝加入熔炼炉中熔化，并将石墨烯、稀土、Ni、Si、Cu、Mg、B、Fe、Na和Si原料加入铝液中，控制铝液的温度在730～750℃，随后向铝液中通入入N2气1.5h～2h，并搅拌25～35min，一次除渣，一次静置，精炼，二次除渣，二次静置，得到熔液；
步骤S3.重复步骤S2的搅拌，一次除渣，一次静置，精炼，二次除渣，二次静置工序5次，得到铝合金液；
步骤S4.将铝合金液放入流槽并采用连铸连轧设备进行多道次的轧制，得到铝合金杆；
步骤S5.将铝合金杆拉拔至铝合金丝，随后将铝合金丝进行多道拉拔，得到软铝合金单线；
步骤S6.将多根铝合金单线束绞成铝合金股线，随后将铝合金股线放入时效炉进行热处理，并将铝合金股线和半导电带一采用1+6结构复绞成铝合金复绞股线；
步骤S7.将6股铝合金复绞股线和填充件二绞合成同心绞缆一；
S8、将半导电带二绕包在同心绞缆一表面，形成复绞股线层一；
S9、将12股铝合金复绞股线有序排列绞合在复绞股线层一外周形成同心绞缆二；
S10、将半导电带二绕包在同心绞缆二表面，得到地线芯导体和动力线芯导体；
S11、将地线芯导体外套设半导电层，动力线芯导体外套设导体屏蔽层，并将导体屏蔽层外套设绝缘层，绝缘层外套设绝缘屏蔽层，随后在绝缘屏蔽层与半导电层之间空隙处设置填充件一，最后在半导电层与绝缘屏蔽层外层套设护套得到耐扭转橡套软电缆。
采用符合GB/T 33606规定的乙丙橡胶绝缘、氯磺化聚乙烯橡胶混合物护套；填充件一为鞍型填充件，扭转过程中铝合金股线产生的剪切力作用于填充上，铝合金股线与铝合金股线之间不受剪切力的影响。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：步骤S1中保温温度为60-70℃，保温时间为18h-24h。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：步骤S2中一次静置和二次静置的时间均为30-40min，精炼具体为：采用精炼剂以N2气为载体精炼15～30min，精炼剂用量为2.5-3.0kg/t。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：步骤S4中轧制时的轧制率为1-5mm/道次。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：步骤S6中铝合金复绞股线的节径比为20-25倍；步骤S7中同心绞缆一和步骤S10中同心绞缆二的复绞节径比均为14-16倍。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：步骤S7中填充件二为橡皮条。
优选的是，所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：按质量百分数计，所述精炼剂包括34～41％NaCl，20～30％Na2SiF6，15～20％KCL，10～15％Na2SO4，0.5～1％SiO2，0.3～0.5％ Na2O。
本发明的优点：
本发明的耐扭转橡套软电缆，选择高强度、高伸长率、低蠕变的铝合金导体，通过导体结构的设计，实现电缆在长期运行过程的低蠕变、高抗扭。
附图说明
图1为本发明耐扭转橡套软电缆的结构示意图。
图2为地线芯导体和动力线芯导体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-2，一种耐扭转橡套软电缆，包括多根地线芯导体1和多根动力线芯导体4，地线芯导体1外套设有半导电层2，动力线芯导体3外套设有导体屏蔽层5，所述的导体屏蔽层5外套设有绝缘层6，所述的绝缘层6外套设有绝缘屏蔽层7，所述绝缘屏蔽层7与半导电层2之间空隙处设有填充件一3，所述的半导电层2与绝缘屏蔽层7外层套设有护套8，所述地线芯导体1和多根动力线芯导体4均包括多根铝合金股线8，多根铝合金股线8经半导电带一9绕包后构成铝合金复绞股线10，铝合金复绞股线10之间空隙处设有填充件二11，多个铝合金复绞股线8外层套设有半导电带二12，多个铝合金复绞股线10经半导电带二12套设后构成复绞股线层一，所述复绞股线层一外设置复绞股线层二。
实施例2
如图1-2，一种耐扭转橡套软电缆的制备方法，其中：包括以下步骤：
步骤S1.按质量百分数计，多根铝合金股线8均包括以下组分：石墨烯：0.08％；稀土(生产厂家为广西贺州金广稀土新材料有限公司，牌号为DyFe-80)：0.02％；Ni：0.06％；Si：0.45％；Cu：0.35％；Mg：0.03％；B：0.2％；Fe：0.5％；Na：0.3％；Si：0.04％，余量为铝，将除铝外的所有组分混合搅拌1-2h，随后放置在恒温容器内保温，保温温度为65℃，保温时间为20h，使各金属组分混合均匀；
步骤S2.将铝加入熔炼炉中熔化，并将石墨烯、稀土、Ni、Si、Cu、Mg、B、Fe、Na和Si原料加入铝液中，控制铝液的温度在740℃，随后向铝液中通入入N2气2h，并搅拌35min，一次除渣，一次静置35min，精炼，二次除渣，二次静置35min，得到熔液；精炼具体为：采用精炼剂以N2气为载体精炼20min，精炼剂用量为3.0kg/t；按质量百分数计算，精炼剂包括NaCl36.9％，Na2SiF6 29.2％，KCL 19.0％，Na2SO4 13.7％，SiO2 0.7％，Na2O 0.5％)；
步骤S3.重复步骤S2的搅拌，一次除渣，一次静置，精炼，二次除渣，二次静置工序5次，得到铝合金液；
步骤S4.烘干流槽，并涂上滑石粉，将铝合金液放入流槽并采用连铸连轧设备进行10道次的轧制，10道轧辊轧制过程中保证乳化液的浓度为9％，得到铝合金杆，铝合金杆抗张强度180MPa，伸长率≥200％，导电率65％IACS，轧辊轧制过程中张力控制在1.0-1.2Mpa，拉制9.5±0.2mm铝合金杆；每道模具尺寸如下：
表1
步骤S5.将铝合金杆采用13模连续滑动式拉丝机连续拉拔至1.80±0.01mm的铝合金丝，每道拉拔模具尺寸如表2，随后将铝合金丝进行10道拉拔，得到线径0.3±0.002mm的软铝合金单线，每道拉拔尺寸如表3，得到软铝合金单线；
表2
表3
铝合金单线的导电率65％IACS，伸长率≥10％，抗张强度200～220MPa，抗压蠕变值0.05％。
步骤S6.将多根铝合金单线束绞成铝合金股线8，随后将铝合金股线8放入时效炉进行热处理，并将铝合金股线8和半导电带一9采用1+6结构复绞成铝合金复绞股线10，铝合金复绞股线10的节径比为22倍；
步骤S7.将6股铝合金复绞股线10和填充件二11绞合成同心绞缆一，填充件二11为橡皮条；
S8、将半导电带二12绕包在同心绞缆一表面，形成复绞股线层一；
S9、将12股铝合金复绞股线10有序排列绞合在复绞股线层一外周形成同心绞缆二；同心绞缆一和同心绞缆二的复绞节径比均为18倍；
S10、将半导电带二12绕包在同心绞缆二表面，得到地线芯导体1和动力线芯导体4；
S11、将地线芯导体1外套设半导电层2，动力线芯导体3外套设导体屏蔽层5，并将导体屏蔽层5外套设绝缘层6，绝缘层6外套设绝缘屏蔽层7，随后在绝缘屏蔽层7与半导电层2之间空隙处设置填充件一3，最后在半导电层2与绝缘屏蔽层7外层套设护套8得到耐扭转橡套软电缆。
填充件二为1根橡皮填充条，铝合金单线直径与上述铝合金复绞股线直径一致，电缆在进行扭转时铝合金丝受力由外至内依次增加，中心层受力最大，将电缆在进行扭转时作用力直接作用到铝合金单线上，反复扭转铝合金单线不断裂；复绞股线外绕包一层半导电带一，电缆在进行扭转时半导电带可以将相邻复绞股线之间的剪切力降低50％；相邻层与层之间绕包半导电带二，同样电缆在进行扭转时半导电带可以将层与层之间复绞股线的作用力降低70％；热处理后铝合金单线的导电率70％IACS，铜单线的导电率100％IACS，同等截面下，该铝合金芯风能电缆载流量为铜芯风能电缆载流量的85％，较普通铝合金芯风能电缆载流提高12％。
对比例1
对比例1和实施例2的区别是填充件二11为1股铝合金丝，其他结构和工艺均和实施例2相同。
对比例2
对比例2和实施例2的区别是不设置填充件二11，并且同心绞缆一为4股铝合金复绞股线，同心绞缆二为10股铝合金复绞股线，其他结构和工艺均和实施例2相同。
实施例2和对比例1-2的性能测试如表4。
表4
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种耐扭转橡套软电缆，其特征在于：包括多根地线芯导体（1）和多根动力线芯导体（4），地线芯导体（1）外套设有半导电层（2），动力线芯导体（3）外套设有导体屏蔽层（5），所述的导体屏蔽层（5）外套设有绝缘层（6），所述的绝缘层（6）外套设有绝缘屏蔽层（7），所述绝缘屏蔽层（7）与半导电层（2）之间空隙处设有填充件一（3），所述的半导电层（2）与绝缘屏蔽层（7）外层套设有护套（8），所述地线芯导体（1）和多根动力线芯导体（4）均包括多根铝合金股线（8），多根铝合金股线（8）经半导电带一（9）绕包后构成铝合金复绞股线（10），铝合金复绞股线（10）之间空隙处设有填充件二（11），多个铝合金复绞股线（8）外层套设有半导电带二（12），多个铝合金复绞股线（10）经半导电带二（12）套设后构成复绞股线层一，所述复绞股线层一外设置复绞股线层二。
2.一种耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1.按质量百分数计，多根铝合金股线（8）均包括以下组分：石墨烯：0.05%～0.1%；稀土：0.01%～0.05%；Ni：0.05%～0.1%；Si：0.4%～0.5%；Cu：0.3%～0.4%；Mg：0.01%～0.05%；B：0.1%～0.3%；Fe：0.05%～1.0%；Na：0.2%～0.4%； Si：0.03%～0.05%，余量为铝，将除铝外的所有组分混合搅拌1-2h，随后放置在恒温容器内保温，使各金属组分混合均匀；
步骤S2.将铝加入熔炼炉中熔化，并将石墨烯、稀土、Ni、Si、Cu、Mg、B、Fe、Na和Si原料加入铝液中，控制铝液的温度在730～750℃，随后向铝液中通入入N2气1.5h～2h，并搅拌25～35min，一次除渣，一次静置，精炼，二次除渣，二次静置，得到熔液；
步骤S3.重复步骤S2的搅拌，一次除渣，一次静置，精炼，二次除渣，二次静置工序5次，得到铝合金液；
步骤S4.将铝合金液放入流槽并采用连铸连轧设备进行多道次的轧制，得到铝合金杆；
步骤S5.将铝合金杆拉拔至铝合金丝，随后将铝合金丝进行多道拉拔，得到软铝合金单线；
步骤S6.将多根铝合金单线束绞成铝合金股线（8），随后将铝合金股线（8）放入时效炉进行热处理，并将铝合金股线（8）和半导电带一（9）采用1+6结构复绞成铝合金复绞股线（10）；
步骤S7.将6股铝合金复绞股线（10）和填充件二（11）绞合成同心绞缆一；
S8、将半导电带二（12）绕包在同心绞缆一表面，形成复绞股线层一；
S9、将12股铝合金复绞股线（10）有序排列绞合在复绞股线层一外周形成同心绞缆二；
S10、将半导电带二（12）绕包在同心绞缆二表面，得到地线芯导体（1）和动力线芯导体（4）；
S11、将地线芯导体（1）外套设半导电层（2），动力线芯导体（3）外套设导体屏蔽层（5），并将导体屏蔽层（5）外套设绝缘层（6），绝缘层（6）外套设绝缘屏蔽层（7），随后在绝缘屏蔽层（7）与半导电层（2）之间空隙处设置填充件一（3），最后在半导电层（2）与绝缘屏蔽层（7）外层套设护套（8）得到耐扭转橡套软电缆。
3.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：步骤S1中保温温度为60-70℃，保温时间为18h-24h。
4.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：步骤S2中一次静置和二次静置的时间均为30-40min，精炼具体为：采用精炼剂以N2气为载体精炼15～30min，精炼剂用量为2.5-3.0kg/t。
5.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：步骤S4中轧制时的轧制率为1-5mm/道次。
6.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：步骤S6中铝合金复绞股线（10）的节径比为20-25倍；步骤S7中同心绞缆一和步骤S10中同心绞缆二的复绞节径比均为14-16倍。
7.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：步骤S7中填充件二（11）为橡皮条。
8.如权利要求2所述的耐扭转橡套软电缆的制备方法，其特征在于：按质量百分数计，所述精炼剂包括34~41%NaCl，20~30%Na2SiF6，15~20%KCL，10~15%Na2SO4，0.5~1%SiO2，0.3~0.5% Na2O。
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