CN208970196U - 稀土电力电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种稀土电力电缆，在其缆芯和填充层上绕包有包带层、屏蔽层、内护套、金属铠装层、外护套、稀土耐火层和稀土阻水层；屏蔽带通过两侧的波型重叠段相包覆搭接；铠装钢带通过两侧的钢带搭接段相互搭接，稀土铝合金导体的稀土铝合金材料组分包括：Fe，Cu，B，Mg，Si，Zr，Ni，Ag，Cr，Mn，Ti，V，Zn，RE，余为AL；稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶，氢氧化铝，稀土氧化物，丙三醇，碳化硅，磷酸镧，锆酸钆，余为环氧树脂；稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂，桐油，稀土氧化物，氧化镁，氧化锌，余为丁睛橡胶。该电力电缆不仅具有良好的导电性能和机械强度，而且具有极高的耐高温阻水性能。

Description

稀土电力电缆

技术领域

本实用新型涉及一种用于输送电能的电力电缆，尤其涉及具有高效阻水防潮和耐高温的铝合金电力电缆。

背景技术

电力电缆是在电力系统主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，常用于城市电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及水下输电线路，在电力线路中电缆所占比重正在逐渐增加并决定着输电线路的输电性能。电力电缆的基本结构主要包括导体线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层，其中导体线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。

目前电力电缆的导体线芯大都采用铜质材料，铜材具有极好的导电性能，是电线电缆制造业离不开的原料 。然而我国是世界上用铜量最大的国家，同时又是一个极度缺铜的国家，每年大约有80%的铜产品都是靠进口来满足国内需求。铜资源的快速枯竭致使铜的价格上升，增加了电线电缆制造业的成本，这对我国电线电缆工业的发展极为不利。相反我国铝土矿产资源相对丰富，价格比铜便宜很多，而且铝金属相对铜导线重量也较轻，因此人们开始尝试使用铝材代替铜材。但是，铝导体的电阻率较铜导体大，机械性能也相对较差，使纯铝导体的电缆在实际工程中难以应用。而铝合金电缆则在电工铝中加入铜、铁、镁等合金元素，同时通过工艺调整，使得铝合金导体的机械性能得到提高；但铝合金电缆的导体材料组分更直接影响着铝合金电缆的电气性能、抗蠕变性和机械强度，材料组分的优化是铝合金电缆电性能提升的重要途径。

电力电缆保护层的作用是保护电缆并防止外力直接损坏电力电缆。由于电力电缆使用场合越来越多，应用范围越来越广，电缆的种类也随之不断增加。高层建筑、地铁、隧道、发电厂及核电站等重要场所对电力电缆在高温或火灾条件下的安全性还提出了更高的要求。传统的高温电力电缆的外护层主要采用阻燃外护层，这种结构一般温度情况下可以阻止火势的燃延，但是在1000℃乃至达到3500℃的温度下，护套阻燃和耐火层就会失去保护作用使得得电缆不能发挥传输电能的作用，甚至造成人员生命危险以及“二次危害” 。

电力电缆的寿命往往由其绝缘层的老化程度决定，而当电缆处于潮湿工作环境中时，水分会侵入电缆保护层和绝缘层，在绝缘层中形成水树和电树等树枝放电现象，水树是由于水分渗入交联聚乙烯绝缘，在电场作用下形成的树枝状物，水树的产生，将会造成绝缘介质损耗增加，同时降低绝缘电阻及绝缘击穿电压，加快绝缘老化速度，缩短电缆使用寿命。特别是当电缆在运行过程中长期浸泡在水中或处于潮湿环境时，如果没有很好的阻水结构或措施，那么电缆极容易导致绝缘因水树而产生老化，最终出现电缆绝缘层被击穿，大大缩短电缆的使用寿命，甚至造成电力运行事故。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种稀土电力电缆，该电力电缆的铝合金导体材料具有较高的导电性能和机械强度，能实现电力传输电缆导体材料的铝代铜，而且该电力电缆还具有极高的耐高温阻燃性能，以及良好的阻水防潮性能，适用范围更广。

为了解决上述技术问题，本实用新型的稀土电力电缆，包括缆芯和填充层，缆芯埋设于填充层中；该缆芯由三根稀土铝合金导体构成，在每根稀土铝合金导体上依次包覆有导体屏蔽层和导体绝缘层，在所述缆芯和填充层上绕包有包带层，所述包带层上从里向外依次包覆有屏蔽层、内护套、金属铠装层、外护套、稀土耐火层和稀土阻水层；屏蔽带通过两侧的波型重叠段相包覆搭接而形成所述屏蔽层；铠装钢带通过两侧的钢带搭接段相互包覆搭接而形成所述金属铠装层，在铠装钢带一侧的钢带搭接段上设有嵌接孔，铠装钢带另一侧的钢带搭接段上设有嵌接凸台，搭接时该嵌接凸台嵌入于嵌接孔中；所述稀土铝合金导体的稀土铝合金材料组分包括：Fe： 0.30 wt%-0.60 wt%，Cu：0.20 wt%-0.30 wt%，B：0.01wt%-0.02 wt%，Mg：0.03 wt%-0.05 wt%，Si：0.05 wt%-0.10 wt%，Zr：0.10 wt%-0.15 wt%，Ni：0.03 wt%-0.06 wt%，Ag：0.01 wt%-0.02 wt%，Cr：0.01 wt%-0.03 wt%，Mn：0.01 wt%-0.03 wt%，Ti：0.02 wt%-0.04 wt%，V：0.02 wt%-0.05 wt%，Zn：0.01 wt%-0.04 wt%，RE：0.30 wt%-0.60 wt%，余为AL；所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶8 wt%-12 wt%，氢氧化铝5 wt%-8 wt%，稀土氧化物2 wt%-4 wt%，丙三醇1 wt%-2 wt%，碳化硅2 wt%-4 wt%，磷酸镧3 wt%-6 wt%，锆酸钆6 wt%-8 wt%，余为环氧树脂；所述稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂30 wt%-35 wt%，桐油5 wt%-8 wt%，稀土氧化物2 wt%-4 wt%，氧化镁3 wt%-5 wt%，氧化锌2 wt%-6 wt%，余为丁睛橡胶。

在本实用新型中，由于钢带屏蔽层是通过屏蔽带两侧的波型重叠段相互搭接包裹在缆芯上而构成，这种结构的屏蔽带搭接定位准确，搭接牢靠，屏蔽层的张力和重叠率能够得到精准控制，便于包覆成型，生产效率高，有利于电缆制造成本的降低，该搭接结构还使得屏蔽带的两侧边始终可靠且严密地相互重叠贴合，避免了屏蔽带搭接侧边皱折张口和接触缝隙的产生，构成了更加严密可靠的屏蔽效果，有效地避免了缆芯导体内部电磁信号的辐射外泄，减少了电力电缆对周围电器设备的电磁干扰。又由于金属铠装层通过铠装钢带两侧的钢带搭接段相互嵌套连接，通过钢带搭接段嵌接凸台和嵌接孔的相互嵌接而圈接成截面形状十分稳定的环状结构，使得铠装层的钢带卡接严密，消除了铠装钢带的接合缝隙，使铠装层能够承受更高的径向力，具有良好的抗压强度，使用范围广泛。严密稳定的铠装结构还起到了良好的屏蔽作用，该铠装结构和屏蔽结构起到了双重屏蔽作用，特别适用于高可靠性的使用场合，具有增强电缆机械强度、提高电缆屏蔽性能的双重技术效果。

在本实用新型的电力电缆外护套上，还设置了稀土耐火层和稀土阻水层，大大增强了电力电缆阻燃耐高温和阻水防潮等特定功能，并且在耐火层材料和阻水层材料中添加了稀土元素，使电缆的阻燃防水性能得到了极大的提高。本实用新型的稀土铝合金导体材料以铝为基体，添加了适量的多种元素，大大地提高了其导电性能和连接性能；尤其是在合金中添加的铁元素产生了高强度的抗蠕变性能，在电流过载时铁发挥持续的连接作用，使铝合金导体不会发生蠕变，铁还可以改善铝合金的抗拉强度等机械性能；在铝合金的制备过程中，部分Fe以Al3Fe、Al2Fe3及Al4Fe5等形式析出。实际试验证明，铁含量过高则会降低铝合金的电性能与抗疲劳性能，过低的铁含量又难以达到较好的抗蠕变性，本实用新型中恰当的选择Fe的含量为0.30wt%-0.60wt%，达到的铝合金电性能和抗蠕变性综合平衡。本实用新型中还添加了适量的稀土元素，在铝合金成分中的稀土元素能够起到净化、提高纯度、填补表层缺陷的作用，并细化晶粒，提高晶界结合强度，稀土元素还起到固溶强化和弥散强化的作用，既增强了铝合金材料的力学性能，又提高了铝合金电缆的耐腐蚀。本实用新型中还添加适量的铜元素，铜与铝形成θ相，而θ相的强化作用，有效地提高了铝合金的高温抗疲劳性和抗蠕变性。铝合金中适量的硅元素，作为还原剂和脱氧剂具有净化铝液的作用，硅还能从共晶到过共晶得到最好的流动性，并改善铝合金的抗拉强度。当铝合金中加入微量Zr时，Zr会产生细小的弥散的Al2 Zr颗粒，该相粒子强烈钉扎亚晶界和位错，阻碍晶界的迁移和亚晶粒的长大，显著抵制合金的再结晶形核和长大，从而大大提高了合金的诸多优异性能，如高的韧性和强度，良好的耐蚀性等。铝合金中微量的Ni元素与Mg元素共同作用，使铝合金获得所需要的强度及抗蠕变性能，并且有利于提高铝合金的热处理性能。而且Ag元素的添加并限定其含量，显著提高了铝合金的抗疲劳性和高温蠕变性。本实用新型基于大量的试验和性能分析，其独特的合金配方，并结合特定的制备工艺，其导电性能远优于纯铝，并且具有极好的抗弯曲性能、抗拉强度，以及较好的抗蠕变性能，相对纯铝导体，抗蠕变性能提高3倍以上，有效避免了电缆因接触点连接压力的变化而导致的接触电阻增大，避免了连接稳定性差和使用不安全等隐患，具有较好的导电性，力学性能和抗蠕变的综合效果。

本实用新型的稀土耐火层材料以环氧树脂为基础材料添加了磷酸镧、锆酸钆以及稀土氧化物，锆酸钆具有很低的热导率和良好的高温稳定性，磷酸镧作为一种增韧剂，又较好地提高了复合材料的韧性玫高温强度，稀土氧化物则增强了复合材料结构稳定性和热化学稳定性，有利于形成一种耐高温、低导热、抗腐蚀及高韧性的材料特性；稀土元素的作用，极大地提高了其导热系数及热稳定性；氟橡胶中氟原子的引入，又赋予橡胶优异的耐热性，抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和抗老化性，具有极高的抗高温性和耐老化性；氟橡胶还具有优良的物理机械性能和电绝缘性能。

本实用新型的稀土阻水层材料，以丁腈橡胶和环氧树脂为基材，并添加了桐油，桐油不仅增强复合材料的附着力和表面光泽度，更增强了复合材料的防水、防腐和防酸碱性能，在阻水层材料中添加了稀土氧化物，稀土氧化物显著增强了水凝结过程的效率，具有高度防水的特性，使防水表面更加持久，且在高温和恶劣工作条件下也能持久耐用，大大提高了电力电缆的防水保护能力。

本实用新型的进一步实施方式，所述屏蔽带宽度方向的两侧为波型重叠段，该波型重叠段截面呈折线段或波形段，屏蔽带两侧波型重叠段上的折线段或波形截面形状相吻合。所述屏蔽带为纯铜带，该屏蔽带的宽度为b，屏蔽带上波型重叠段的宽度为a，a/b=1/5。该结构能够实现屏蔽带精准定位和严密搭接，不仅有利于包裹成型，提高生产效率，而且能够精准控制屏蔽层张力和重叠率，屏蔽效果更好。

本实用新型的进一步实施方式，所述铠装钢带宽度方向的两侧为钢带搭接段，钢带搭接段的厚度h与铠装钢带的厚度H之比h/H=1/2；铠装钢带一侧的钢带搭接段上设置有嵌接凸台，铠装钢带另一侧的钢带搭接段上设置有嵌接孔，该嵌接凸台与嵌接孔形状相吻合。所述铠装钢带本体上沿长度方向冲制有若干排冲压凸台，相邻两排冲压凸台的冲压成型方向相反。钢带搭接后构成的铠装带层结构稳定，提高了抗压抗冲击等机械强度，在铠装钢带上冲制冲压凸台又增强钢带的强度和刚性。

本实用新型的优选实施方式，所述稀土铝合金导体由若干稀土铝合金丝绞合而成。提高了电力电缆的柔性，便于敷设安装。

本实用新型的优选实施方式，所述稀土氧土氧化物为氧化铈或氧化镧。能有效改善和增强燃阻材料耐高温和防水性能。

本实用新型的优选实施方式，所述稀土铝合金导体的稀土铝合金材料组分包括：Fe： 0.450 wt%，Cu：0.25 wt%，B：0.015 wt%，Mg：0.04 wt%，Si：0.08 wt%，Zr：0.12 wt%，Ni：0.05 wt%，Ag：0.015 wt%5，Cr：0.02 wt%2，Mn：0.02 wt%2，Ti：0.03wt%，V：0.04 wt%，Zn：0.025 wt%，RE：0.50 wt%，余为AL。能有效提高铝合金的导电性能和机械强度，增强铝合金电缆的综合性能。

本实用新型的优选实施方式，所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶10 wt%，氢氧化铝6.8 wt%，稀土氧化物3 wt%，丙三醇1.5 wt%，碳化硅3 wt%，磷酸镧3.6 wt%，锆酸钆7.2wt%，余为环氧树脂。提高了电力电缆的阻燃耐高温性能，提高了电缆外护材料的导热系数和热稳定性。

本实用新型的优选实施方式，所述稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂38 wt%，桐油6 wt%，稀土氧化物3 wt%，氧化镁4wt%，氧化锌4.6 wt%，余为丁睛橡胶。具有极高的阻水抗潮湿作用，使得电缆能够适用极度潮湿的环境中安全作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型稀土电力电缆作进一步说明。

图1是本实用新型稀土电力电缆一种具体实施方式的截面结构示意图；

图2是图1所示实施方式中屏蔽带展开结构示意图；

图3是图1所示实施方式中金属铠装层铠装钢带的展开截面结构示意图；

图4是图3所示实施结构的俯视结构示意图。

图中，1—稀土铝合金导体、2—导体屏蔽层、3—导体绝缘层、4—填充层、5—包带层、6—屏蔽层、7—内护套、8—金属铠装层、9—外护套、10—稀土耐火层、11—稀土阻水层；61—屏蔽带、62—波型重叠段、81—铠装钢带、82—钢带搭接段、83—嵌接凸台、84—嵌接孔、85—冲压凸台。

具体实施方式

如图1所示的稀土电力电缆，该电力电缆的缆芯由三根稀土铝合金导体1构成，每根稀土铝合金导体1由若干根稀土铝合金导体丝绞合而成，在每根稀土铝合金导体1上包覆有导体屏蔽层2，在导体屏蔽层2上包覆有导体绝缘层3，该导体绝缘层3由高密度聚乙稀材料挤包而成。三根稀土铝合金导体1及其导体屏蔽层2和导体绝缘层3构成的绝缘芯线均埋设于填充层4中，填充层4由玻璃纤维绳填充而成，该结构使得三根绝缘导体在填充层中结构稳固，外形圆整，且能增加电缆的强度。在缆芯和填充层4上绕包有包带层5，该包带层5由无纺布包带绕包而成。在包带层5上从里向外依次包覆有屏蔽层6、内护套7、金属铠装层8和外护套9，在外护套上依次设置有稀土耐火层10和稀土阻水层11，内护套7和外护套9均由高密度聚乙稀材料挤包而成。

如图2所示，屏蔽层6由该图所示的屏蔽带61绕包而成。屏蔽带61为铜质屏蔽带，屏蔽带61的宽度为b=25㎜，在屏蔽带61宽度方向的两侧边设置有波型重叠段62，该波型重叠段62的宽度a=5㎜。波型重叠段62的截面为折线段，两侧波型重叠段62的折线段的截面形状相吻合，绕包时屏蔽带61两侧的波型重叠段62相互叠合搭接而形成圈状的屏蔽层6。波型重叠段62的截面还可以是正弦曲线等波形截面形状，屏蔽带61的宽度b和波型重叠段62的宽度a不限于上述尺寸，但其比值a/b=1/5。

如图3、图4所示包覆成金属铠装层8的铠装钢带81，该铠装钢带81的厚度H为0.8㎜，宽度L=50㎜。在铠装钢带81的两侧边设有钢带搭接段82，钢带搭接段82的宽度L₁=6㎜；成型时，两侧边的钢带搭接段82相互贴合搭接。在铠装钢带81一侧边的钢带搭接段82上冲制有嵌接孔84，嵌接孔84为通孔，其孔径φ=3㎜；另一侧钢带搭接段82上冲制有嵌接凸台83，该嵌接凸台83的外径为3㎜，搭接时嵌接凸台83正巧嵌接于嵌接孔84中。钢带搭接段82的厚度h=0.4㎜，嵌接孔84或嵌接凸台83的中心距为50㎜；钢带搭接段82的厚度h与铠装钢带81的厚度H之比h/H=1/2。在铠装钢带81的本体上，冲制有5排冲压凸台85，相邻两排的冲压凸台85从钢带本体的正反两方向进行交错设置。同一排的冲压凸台85中心距也50㎜，冲压凸台85的外径为3㎜。

构成稀土铝合金导体材料组份包括以下实施例：

实施例一：

Fe： 0.30 wt%，Cu：0.20 wt%，B：0.01 wt%，Mg：0.03 wt%，Si：0.05 wt%，Zr：0.10wt%，Ni：0.03 wt%，Ag：0.01 wt%，Cr：0.01 wt%，Mn：0.01 wt%，Ti：0.02 wt%，V：0.02 wt%，Zn：0.01 wt%，RE：0.30 wt%，余为AL及不可避免的杂质。

实施例二：

Fe： 0.60 wt%，Cu： 0.30 wt%，B： 0.02 wt%，Mg0.05 wt%，Si：0.10 wt%，Zr：0.15wt%，Ni：0.06 wt%，Ag：0.02 wt%，Cr：0.03 wt%，Mn：0.03 wt%，Ti：0.04 wt%，V：0.05 wt%，Zn：0.04 wt%，RE：0.60 wt%，余为AL及不可避免的杂质。

实施例三：

Fe： 0.450 wt%，Cu：0.25 wt%，B：0.015 wt%，Mg：0.04 wt%，Si：0.08 wt%，Zr：0.12wt%，Ni：0.05 wt%，Ag：0.015 wt%5，Cr：0.02 wt%2，Mn：0.02 wt%2，Ti：0.03wt%，V：0.04wt%，Zn：0.025 wt%，RE：0.50 wt%，余为AL及不可避免的杂质。

在外护套9上涂覆而形成的稀土耐火层10和稀土阻水层11的稀土材料组分包括以下实施例：

实施例一：

稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶8 wt%，氢氧化铝5 wt%，稀土氧化物2 wt%，丙三醇1 wt%，碳化硅2 wt%，磷酸镧3 wt%，锆酸钆6 wt%，余为环氧树脂；稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂35 wt%，桐油8 wt%，稀土氧化物4 wt%，氧化镁5 wt%，氧化锌6 wt%，余为丁睛橡胶。

实施例二：

稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶12 wt%，氢氧化铝8 wt%，稀土氧化物4 wt%，丙三醇2 wt%，碳化硅4 wt%，磷酸镧6 wt%，锆酸钆8 wt%，余为环氧树脂；稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂30 wt%，桐油5 wt%-，稀土氧化物2 wt%，氧化镁3 wt%，氧化锌2 wt%，余为丁睛橡胶。

实施例三：

所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶10 wt%，氢氧化铝6.8 wt%，稀土氧化物3wt%，丙三醇1.5 wt%，碳化硅3 wt%，磷酸镧3.6 wt%，锆酸钆7.2 wt%，余为环氧树脂。稀土阻水层材料组分包括：环氧树脂38 wt%，桐油6 wt%，稀土氧化物3 wt%，氧化镁4wt%，氧化锌4.6 wt%，余为丁睛橡胶。

Claims (6)

1.一种稀土电力电缆，包括缆芯和填充层（4），缆芯埋设于填充层（4）中；该缆芯由三根稀土铝合金导体（1）构成，在每根稀土铝合金导体（1）上依次包覆有导体屏蔽层（2）和导体绝缘层（3），在所述缆芯和填充层（4）上绕包有包带层（5），其特征在于：所述包带层（5）上从里向外依次包覆有屏蔽层（6）、内护套（7）、金属铠装层（8）、外护套（9）、稀土耐火层（10）和稀土阻水层（11）；屏蔽带（61）通过两侧的波型重叠段（62）相包覆搭接而形成所述屏蔽层（6）；铠装钢带（81）通过两侧的钢带搭接段（82）相互包覆搭接而形成所述金属铠装层（8），在铠装钢带（81）一侧的钢带搭接段（82）上设有嵌接孔（84），铠装钢带（81）另一侧的钢带搭接段（82）上设有嵌接凸台（83），搭接时该嵌接凸台（83）嵌入于嵌接孔（84）中。

2.根据权利要求1所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述屏蔽带（61）宽度方向的两侧为波型重叠段（62），该波型重叠段（62）截面呈折线段或波形段，屏蔽带（61）两侧波型重叠段（62）上的折线段或波形截面形状相吻合。

3.根据权利要求2所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述屏蔽带（61）为纯铜带，该屏蔽带（61）的宽度为b，屏蔽带（61）上波型重叠段（62）的宽度为a，a/b=1/5。

4.根据权利要求1所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述铠装钢带（81）宽度方向的两侧为钢带搭接段（82），钢带搭接段（82）的厚度h与铠装钢带（81）的厚度H之比h/H=1/2；铠装钢带（81）一侧的钢带搭接段（82）上设置有嵌接凸台（83），铠装钢带（81）另一侧的钢带搭接段（82）上设置有嵌接孔（84），该嵌接凸台（83）与嵌接孔（84）形状相吻合。

5.根据权利要求4所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述铠装钢带（81）本体上沿长度方向冲制有若干排冲压凸台（85），相邻两排冲压凸台（85）的冲压成型方向相反。

6.根据权利要求1所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述稀土铝合金导体（1）由若干稀土铝合金丝绞合而成。