CN211087976U - 一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆 - Google Patents

Abstract

一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：所述电缆的结构是在铜导体外自内而外依次包裹内屏蔽层、中绝缘层和外屏蔽层构成绝缘线芯；在绝缘线芯外绕包半导电阻水铜丝屏蔽层；半导电阻水铜丝屏蔽层是由一层阻水铜丝屏蔽带重叠绕包层构成；半导电阻水铜丝屏蔽层外包裹铝护套，铝护套外涂覆一层防腐蚀保护层，防腐蚀保护层外依次包裹聚乙烯护套和外导电护套；聚乙烯护套是由聚乙烯护套料或阻燃聚乙烯护套料挤包构成；外导电护套是导电聚烯烃护套，其厚度不小于0.2mm。本电缆解决了对高压电缆绝缘缆芯的缓冲保护、径向密封防水防潮、故障时短路电流导通、意外情况下的纵向阻水、电气性能的长期稳定等问题。

Description

一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆

技术领域

本实用新型涉及种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，属电线电缆技术领域，适用于110kV皱纹铝护套型高压电力电缆。

背景技术

目前我国110kV及以上电压等级的XlPE绝缘电力电缆的金属护套普遍采用皱纹铝护套。皱纹铝护套具有成本低、导电性好、弯曲性能好、易于加工的优点，但是，皱纹铝管与绝缘缆芯之间是不能直接接触的，否则皱纹铝管波谷会压伤绝缘屏蔽层。所以，需要在绝缘线芯与皱纹铝管之间需有半导电缓冲层作为两者之间的缓冲保护，该缓冲层既要确保绝缘屏蔽与铝管的良好电气接触，又要在电缆运行XLPE绝缘受热膨胀时，能起缓冲作用，避免铝护套损伤绝缘。另外，国内很多使用场合设计选用具有纵向阻水性能的高压电缆，绝大部分高压电缆要求半导电缓冲保护层应为阻水型材料。因此，我国高压XlPE绝缘电力电缆绝缘本体以外的护层通常采用半导电缓冲阻水层与皱纹铝护套的结构。理论上，半导电缓冲阻水层与皱纹铝护套结构，能使高压电缆的设计性能几乎都得到了满足，比如良好的机械防护、对绝缘缆芯的缓冲保护、径向密封防水防潮、故障时短路电流导通、意外情况下的纵向阻水等。

但是在实际应用中，由于高压电缆复杂的加工工艺和电缆线路工况条件，半导电缓冲层和皱纹铝护套之间存在非常复杂和微妙的关系，比如半导电缓冲带材的导电性能及长期稳定性、半导电缓冲层与皱纹铝管之间的配合尺寸、长期运行条件下负载变化造成的两者之间配合尺寸变化、半导电带材与皱纹铝之间相容性、半导电缓冲层体积电阻率的变化等等，都将直接影响到绝缘屏蔽与金属铝护套之间的电气联接性能，这些都是一直困扰许多电缆企业的实际问题。例如，近十年来，北京地区共发生多起110kV及以上电压等级电缆因护层烧蚀而引发的故障，此类故障在上海、广州等地区电网也时有发生，严重影响了输电系统的稳定性，妨碍了供电的可靠性。由于造成高压交联聚乙烯电缆护层烧蚀的因素较多，交互关系较为复杂，导致对护层烧蚀的原因缺乏清晰的认识，势必导致运维管控策略方面缺乏相关的经验和指导。由此可见，对于高压交联聚乙烯绝缘电缆护层烧蚀机理的研究势在必行。

在大多数情况下，电缆护层烧蚀只是一种故障现象，在电缆护层烧蚀现象的背后常常存在着局部放电，护层环流产热，化学腐蚀等原因，并且大部分是多种因素共同作用的结果，这就给电缆护层关键特征的提取带来了较大的困难。同时，电缆护层内部的物理机理较为复杂，需要同时考虑电场、磁场、热场的共同作用。

发明内容

本实用新型的优点是提供了一种电气联接性能好、体积电阻率变化小、阻水性能好、使用寿命长，能解决110kV高压电缆长期运行过程中，半导电缓冲层电气性能下降，存在局部放电、护层环流发热烧蚀、阻水性能下降等不确定因素，能够有较保证电缆长期稳定可靠的运行的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆。

本实用新型的技术方案是：一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，在导体1外自内而外包裹内屏蔽层2、中绝缘层3和外屏蔽层4，构成绝缘线芯5；

在绝缘线芯外围绕包半导电阻水铜丝屏蔽层6；

半导电阻水铜丝屏蔽层采用标称厚度0.5mm，宽度80mm-100mm半导电铜丝屏蔽带重叠47％-50％绕包而成。半导电铜丝屏蔽带采用直径0.2mm镀锡铜丝，不少于20根水平布置，体积电阻率不大于5.0×10⁴Ω.cm，含水率不超过5％。

在半导电屏蔽层外包裹铝护套7，铝护套外涂覆一层沥青防腐蚀保护层，厚度0.2mm-0.4mm，沥青防腐蚀保护层外依次包裹高电性功能型聚乙烯护套8和导电聚烯烃护套9；

高电性功能型聚乙烯护套层可以是体积电阻率不小于1.0×10¹⁴Ω.cm的聚乙烯护套料或阻燃聚乙烯护套料，其标称厚度4.5mm。

半导电聚烯烃护套的厚度不小于0.2mm。

进一步，截面积为800mm²及以下的铜导体，其更适用的结构为阻水型圆形绞合紧压结构，800mm²圆形导体采用91根(1+6+12+18+24+30)直径3.45mm的单丝正规紧压绞合而成，导体绕包一层厚度0.14mm半导电尼龙带，最终导体外径34.0mm。

截面积为1000mm²及以上的铜导体，其更适用的结构为五分割无中心单元绞合结构。其中1600mm²导体结构是采用5个扇形股块绞合而成，扇形股块中心角度72o。每个扇形股块由61根(1+6+12+18+24)单丝直径2.76mm绞合构成，每一层导体之间纵包一层厚度0.3mm绝缘皱纹纸带。

对于介于上述两种截面积之间的铜导体，其结构无特殊建议。

进一步，内屏蔽层是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，内屏蔽层的平均厚度为1.5mm；

中绝缘层是由交联聚乙烯材料挤包构成；中绝缘层的绝缘偏芯度小于4％，中绝缘层标称厚度16.0mm；

外屏蔽层是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，外屏蔽层平均厚度为1.0mm。

进一步，半导电阻水铜丝屏蔽层是由一层半导电铜丝屏蔽带重叠绕包层构成，每重叠绕包的重叠率为47％～50％，平均厚度为0.5mm，标称宽度为80mm-100mm。绝缘线芯外围绕包半导电铜丝屏蔽带，可以达到阻水、屏蔽及缓冲的三重作用，并能保证稳定、可靠、长时间运行。

进一步，所述铝护套是挤包或纵包构成，铝护套的厚度为2.0mm～2.3mm。铝护套实行无缝或焊接联接而成。

进一步，所述导体1外的内屏蔽层2、中绝缘层3和外屏蔽层4是三层共挤结构；所述高电性功能型聚乙烯护套8和外半导电护套9是双层共挤结构。

本电缆保护绝缘线芯是采用了半导电阻水铜丝屏蔽带，该材料直径0.2mm镀锡铜丝，不少于20根水平布置，体积电阻率不大于5.0×10⁴Ω.cm，含水率不超过5％。该层结构能使高压电缆的设计性能几乎都得到了满足，对绝缘缆芯的缓冲保护、径向密封防水防潮、故障时短路电流导通、意外情况下的纵向阻水等。

采用三层共挤结构的绝缘线芯，保证生产时没有杂质带入绝缘线芯。

铝护套采用挤包铝护套的形式，实行无缝联接，同时也具有磁屏蔽的作用，并与半导电阻水铜丝屏蔽层在电气上良好接触，这样能有效保证110kV高压电力电缆能稳定、可靠、长时间运行。

本金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆的优点是对绝缘缆芯的缓冲保护，且具有径向密封防水防潮、故障时短路电流导通、意外情况下的纵向阻水的功能/性能，提高的110kV高压电力电缆的长期使用寿命和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图(截面积为800mm²及以下的铜导体)。

图2是截面积为1000mm²及以上的铜导体的截面示意图；

图中：1、铜导体，2、内屏蔽层，3、中绝缘层，4、外屏蔽层，5、绝缘线芯，6、半导电铜丝屏蔽层，7、铝护套，8、聚乙烯护套，9、外导电护套。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图1，一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，所述电缆的结构是在铜导体1外自内而外依次包裹内屏蔽层2、中绝缘层3和外屏蔽层4构成绝缘线芯5；

在绝缘线芯5外绕包半导电阻水铜丝屏蔽层6；

半导电阻水铜丝屏蔽层6是由一层阻水铜丝屏蔽带重叠绕包层构成，绕包的重叠率为47％～50％；

半导电阻水铜丝屏蔽层6外包裹铝护套7，铝护套7外涂覆一层防腐蚀保护层，防腐蚀保护层外依次包裹聚乙烯护套8和外导电护套9；

聚乙烯护套8是由体积电阻率不小于1.0×10¹⁴Ω.cm的聚乙烯护套料或阻燃聚乙烯护套料挤包构成；

外导电护套9是导电聚烯烃护套，其厚度不小于0.2mm。

本例中，

由图1，对于截面积为800mm²及以下的铜导体，铜导体1的结构为阻水型圆形绞合紧压结构，铜导体1由91根(自内而外，各层单丝数量分别是1、6、12、18、24和30根)直径3.45mm的单丝正规紧压绞合，并在外绕包一层厚度0.14mm半导电尼龙带构成，铜导体1的外径是34.0mm；

由图2，对于截面积为1000mm²及以上的铜导体，铜导体1的结构为五分割无中心单元绞合结构；铜导体1是由5个扇形股块(截面是扇形的股线)绞合而成，扇形股块中心角度是72o；每个扇形股块是由61根(自内而外，各层单丝数量分别是1、6、12、18和24根)直径2.76mm的单丝绞合构成，每根扇形股外纵包一层厚度0.3mm绝缘皱纹纸带。

内屏蔽层2是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，内屏蔽层2的平均厚度为1.5mm；

中绝缘层3是由交联聚乙烯材料挤包构成；中绝缘层3的绝缘偏芯度小于4％，中绝缘层3的标称厚度16.0mm；

外屏蔽层4是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，外屏蔽层4的平均厚度为1.0mm。

半导电铜丝屏蔽带的平均厚度为0.5mm，标称宽度为80m～100mm；

半导电铜丝屏蔽带是由不少于20根水平镀锡铜丝布置，镀锡铜丝的直径为0.2mm；

半导电铜丝屏蔽带的体积电阻率不大于5.0×10⁴Ω.cm，含水率不超过5％。

所述铝护套是挤包或纵包结构，铝护套的厚度为2.0mm～2.3mm，铝护套上无缝联接或焊接联接构成。

所述沥青防腐蚀保护层是厚度为0.2mm～0.4mm的沥青防腐蚀保护层。

聚乙烯护套8的标称厚度是4.5mm。

所述铜导体1外的内屏蔽层2、中绝缘层3和外屏蔽层4是三层共挤结构；

所述聚乙烯护套8和外导电护套9是双层共挤结构。

本电缆的优点是电气联接性能好、体积电阻率变化小、阻水性能好、使用寿命长，能解决110kV高压电缆长期运行过程中，半导电缓冲层电气性能下降，存在局部放电、护层环流发热烧蚀、阻水性能下降等不确定因素，可以有较保证电缆长期稳定可靠的运行。

本电缆解决了对高压电缆绝缘缆芯的缓冲保护、径向密封防水防潮、故障时短路电流导通、意外情况下的纵向阻水、电气性能的长期稳定等问题的产生。

本例电缆的制造方法是，在铜芯导体上以三层共挤、干法交联、连续硫化的生产方式挤包内屏蔽层、中绝缘层和外屏蔽层。铜芯导体和三层绝缘层组成绝缘线芯。在绝缘线芯外围绕包半导电铜丝屏蔽层。在半导电铜丝屏蔽层外围挤包一层铝护套。铝护套外围涂覆一层防腐蚀沥青。然后采用高电性功能型聚乙烯护套和外导电外护套双层共挤结构。

800mm²及以下截面铜导体采用阻水型圆形绞合紧压结构，1000mm²及以上截面铜导体采用阻水型五分割无中心单元绞合结构。

内屏蔽层选用半导电聚烯烃混合料，内屏蔽层平均厚度为1.5mm。

中绝缘层选用高压电缆用交联聚乙烯(XLPE)材料。中绝缘层厚度符合GB/T 11017标准规定要求，中绝缘层标称厚度16.0mm，绝缘偏芯度小于4％。

外屏蔽层选用半导电聚烯烃混合料，外屏蔽层平均厚度为1.0mm。

阻水缓冲半导电屏蔽层采用铜丝屏蔽带重叠绕包结构，重叠率为47％-50％，带材的平均厚度为0.5mm,标称宽度为80mm-100mm。

铝护套采用挤包或纵包的形式，实行无缝或焊接联接，厚度符合GB/T 11017标准规定要求，其厚度为2.0mm-2.3mm。

外护套选用高电性功能型聚乙烯护套和外导电聚烯烃护套双层共挤结构，高电性功能型聚乙烯护套层厚度符合GB/T 11017标准规定要求,外导电聚烯烃护套厚度不小于0.2mm。电缆整体外径为90mm-140mm。

经过检测，本例电缆的主要性能参数如下：

(1)局部放电试验指标：1.5U0(96kV)电压，无任何由被试电缆产生的超过声明试验灵敏度的可检测出的放电(96kV，声明试验灵敏度小于2pC)；

(2)绝缘结构尺寸：偏心度(tmax-tmin)/tmax≤4％，tmin≥0.95tn(tn：标称厚度；tmin、tmax任意同一截面最小厚度、最大厚度)；

(3)绝缘热延伸试验：负载下最大伸长率≤100％(优于国家标准规定的≤175％要求)，冷却后永久伸长率≤5％(优于国家标准规定的≤15％要求)；

(4)绝缘微孔、杂质试验：采用超洁净XLPE绝缘材料和先进的无摩擦重力加料系统、高等级绝缘净化系统(100级绝缘加料间)将绝缘杂质、微孔尺寸控制在最佳,显著高于GB/T 11017标准要求；

(5)冲击电压试验:导体温度95℃～100℃，施加10次正极性、10次负极性电压650kV，电缆不击穿(优于国家标准规定的550kV要求)。

(6)弯曲试验：用圆柱体直径12(D+d)+5％，高于GB/T 11017标准规定的25(D+d)+5％要求。

(7)透水试验：参照GB/T 11017试验方法，从经过弯曲试验后的电缆上截取一段3m长的电缆，并水平放置，在电缆中间部位切除一段宽约30mm的圆环，采用1m高的水柱，施加10次加热循环，电缆试样两端应无水分渗出。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：所述电缆的结构是在铜导体(1)外自内而外依次包裹内屏蔽层(2)、中绝缘层(3)和外屏蔽层(4)构成绝缘线芯(5)；

在绝缘线芯(5)外绕包半导电阻水铜丝屏蔽层(6)；

半导电阻水铜丝屏蔽层(6)是由一层阻水铜丝屏蔽带重叠绕包层构成，绕包的重叠率为47％～50％；

半导电阻水铜丝屏蔽层(6)外包裹铝护套(7)，铝护套(7)外涂覆一层防腐蚀保护层，防腐蚀保护层外依次包裹聚乙烯护套(8)和外导电护套(9)；

聚乙烯护套(8)是由体积电阻率不小于1.0×10¹⁴Ω.cm的聚乙烯护套料或阻燃聚乙烯护套料挤包构成；

外导电护套(9)是导电聚烯烃护套，其厚度不小于0.2mm。

2.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：

对于截面积为800mm²及以下的铜导体，铜导体(1)的结构为阻水型圆形绞合紧压结构，铜导体(1)由91根直径3.45mm的单丝正规紧压绞合，并在外绕包一层厚度0.14mm半导电尼龙带构成，铜导体(1)的外径是34.0mm；

对于截面积为1000mm²及以上的铜导体，铜导体(1)的结构为五分割无中心单元绞合结构；铜导体(1)是由5个扇形股块绞合而成，扇形股块中心角度是72°；每个扇形股块是由61根直径2.76mm的单丝绞合构成，每根扇形股外纵包一层厚度0.3mm绝缘皱纹纸带。

3.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：内屏蔽层(2)是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，内屏蔽层(2)的平均厚度为1.5mm；

中绝缘层(3)是由交联聚乙烯材料挤包构成；中绝缘层(3)的绝缘偏芯度小于4％，中绝缘层(3)的标称厚度16.0mm；

外屏蔽层(4)是由半导电聚烯烃混合料挤包构成，外屏蔽层(4)的平均厚度为1.0mm。

4.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：

半导电铜丝屏蔽带的平均厚度为0.5mm，标称宽度为80m～100mm；

半导电铜丝屏蔽带是由不少于20根水平镀锡铜丝布置，镀锡铜丝的直径为0.2mm；

半导电铜丝屏蔽带的体积电阻率不大于5.0×10⁴Ω.cm，含水率不超过5％。

5.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：所述铝护套是挤包或纵包结构，铝护套的厚度为2.0mm～2.3mm，铝护套上无缝联接或焊接联接构成。

6.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征是所述防腐蚀保护层是厚度为0.2mm～0.4mm的沥青防腐蚀保护层。

7.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征是聚乙烯护套(8)的标称厚度是4.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种金丝布结构的110kV阻水高压电力电缆，其特征在于：所述铜导体(1)外的内屏蔽层(2)、中绝缘层(3)和外屏蔽层(4)是三层共挤结构；

所述聚乙烯护套(8)和外导电护套(9)是双层共挤结构。

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