CN219435567U - 一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆及其生产线 - Google Patents

Abstract

一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆及其生产线，属电缆领域。其绝缘电缆的结构由内向外依次包括：铜线芯、内屏蔽层、主绝缘层、外屏蔽层、金属屏蔽层、无纺布层、内护套层、铠装层及外护套层；其铜线芯外周的内屏蔽层、主绝缘层和外屏蔽层为一次性同时挤出的三层共挤结构；在现有电缆挤出成型生产线的基础上，通过在单螺杆挤出机的出料口与机头进料口之间，设置一个带储料装置的大容量熔体泵，来保证电缆料的大容量、稳定的出胶量，降低由于聚丙烯材料剪切变稀的高分子特性导致的出胶量不稳定问题，解决现有技术中电力电缆绝缘材料聚丙烯温度敏感特性导致出胶量不稳定等问题，能够提高螺杆挤出机的出胶量与稳定度，保证电缆绝缘层厚度的稳定性。

Description

一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆及其生产线

技术领域

本实用新型属于电力电缆领域，尤其涉及一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的主体结构及制造装置。

背景技术

电力电缆是电力系统的重要组成部分，是城市能源的主动脉。

目前，电缆设备绝大部分采用交联聚乙烯材料作为电缆的绝缘材料。交联聚乙烯是热固性聚合物，在生产制造过程中能耗高并产生碳排放，电缆服役结束后，交联聚乙烯绝缘材料难以回收利用，也无法被再次熔融加工利用，造成很大环境压力，不利于环保。

对于退役后的废旧电缆的绝缘材料，目前通常采用焚烧、裂解、掩埋等处理手段进行处理。而上述的焚烧、裂解、掩埋等处理手段不仅消耗大量能源，还将对环境造成很大的负面影响。

交联聚乙烯电缆(亦称XLPE电缆)在正常环境中的使用寿命为20-30年左右，在国内的应用时间已达30年以上。在北京、上海等交联聚乙烯应用较早的城市，未来5-10年内待退役更换的老旧电缆设备量大，而城区电缆通道资源紧张，城市管理环保要求高。因此，亟需使用新型绝缘材料的环保型电缆来替代老旧电缆设备。

聚丙烯绝缘电力电缆是近年来新起的环保型电力电缆。聚丙烯电缆不但退役后材料可回收具有环保特性，还有诸多制造和应用方面的优势：如在电缆制造方面可大幅降低交联过程和去气工艺的制造能耗；不需要进行去气工艺，绝缘内部副产物杂质少；聚丙烯材料价格便宜，生产电缆具有成本优势；由于聚丙烯材料天然的抗水树性能，会简化高压电缆护套结构，具有使用优势；聚丙烯电缆的工作温度比传统交联聚乙烯电缆提高20％，聚丙烯材料电气性能优于交联聚乙烯，同等外径下电缆载流量将有所提升；其具备的长期大长度连续挤出生产的技术优势，将成为下一代电力电缆的重要选项。

现有的交联聚乙烯材料，其熔点约为115～120℃，因此一般在交联聚乙烯电缆的三层挤出工序中，挤出机的温度基本为120℃，这是因为一方面120℃已经满足聚乙烯材料的熔融塑化要求，其次过高的温度使交联聚乙烯的交联剂提前产生交联反应，影响产品质量，在电压等级较高时，甚至造成电缆绝缘击穿。

将聚丙烯绝缘料(亦称聚丙烯材料或聚丙烯电缆料)应用于电力电缆领域，首先要面对的是聚丙烯材料的挤出加工问题。

一般来说，聚丙烯材料的熔点约为160℃，然而在这个温度下无法保证聚丙烯材料的塑化；若是提高挤出温度，虽然可以加强材料的塑化效果，但由于聚丙烯材料的黏度与温度呈现非线性关系，因此提高温度必然会导致材料黏度的非线性下降，从而导致电缆的出胶量产生影响，也会直接导致电缆主线芯的外径不稳定。

因此，如何在现有的交联电缆生产工艺及挤出成型生产线(例如CDCC悬链式交联电缆生产线)上，采用聚丙烯电缆料，稳定地实现电力电缆的制备和生产，是实际电力电缆生产过程中急待解决的实际技术问题。

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中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆及其生产线。其在现有电缆挤出成型生产线的基础上，通过在挤出机出口与机头之间设置一个带储料装置/储料箱的熔体泵，来保证电缆料的大容量、稳定的出胶量，降低由于聚丙烯材料剪切变稀的高分子特性导致的出胶量不稳定的问题，解决现有技术中电力电缆绝缘材料聚丙烯温度敏感特性导致的出胶量不稳定等问题，能够提高螺杆挤出机的出胶量与稳定度，保证电缆绝缘层厚度(简称绝缘厚度)的稳定性。

本实用新型的技术方案是：提供一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆，其特征是：

所述改性聚丙烯绝缘电缆的结构由内向外依次包括：铜线芯、内屏蔽层、主绝缘层、外屏蔽层、金属屏蔽层、无纺布层、内护套层、铠装层及外护套层；

其中，所述铜线芯外周的内屏蔽层、主绝缘层和外屏蔽层为一次性同时挤出的三层共挤结构；

所述主线芯的绝缘层包括由内到外依次设置的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；

所述的铜线芯与三层共挤结构共同构成一根主线芯；

所述铜线芯外周的内屏蔽层为导体屏蔽层；

所述的主绝缘层为改性聚丙烯绝缘层；

所述的外屏蔽层为绝缘屏蔽层；

所述的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层及绝缘屏蔽层，为一次性同时挤出的三层共挤结构。

具体的，所述主线芯的数量为一至五根。

进一步的，所述改性聚丙烯绝缘电缆的电压等级为35kV及以下电压等级。

进一步的，所述改性聚丙烯绝缘电缆为电压等级为10kV的电力电缆，或电压等级为35kV的电力电缆。

本实用新型的技术方案，还提供了一种上述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，包括依次设置的拉丝机、框绞机、单螺杆挤出机、牵引机、硫化管及冷却系统；其特征是：

所述的生产线在主线芯导体线芯的前进方向上，同时设置有分别由单螺杆挤出机构成的内屏蔽层挤出机、主绝缘挤出机以及外屏蔽层挤出机，三台单螺杆挤出机的出料口汇集于设置在主线芯导体线芯前进方向上的机头中；

在每台单螺杆挤出机的出料口与机头进料口之间，设置有一台熔体泵；

所述的熔体泵为带储存溢料装置的大容量熔体泵；

在熔体泵外侧，设置有一个带螺杆的储料箱；

所述熔体泵的控制端与电缆主线芯生产线之间电气联动。

具体的，在导体线芯经过机头部位时，所述的内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层同步挤包一次生成，构成一次性同时挤出的三层共挤结构；

所述的导体线芯经过机头后，成为一根带有内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层结构的绝缘主线芯。

具体的，所述的熔体泵为双齿轮啮合泵；所述熔体泵的转速与绝缘主线芯的前进速度之间为线性比例关系。

进一步的，在所述熔体泵的进口端和/或出口端，设置有滤网。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.在本技术方案中，在每台单螺杆挤出机的出料口与机头进料口之间，设置了一个带储料装置/储料箱的大容量熔体泵，可以保证电缆料的大容量稳定的出胶量，用来解决由于聚丙烯材料剪切变稀的高分子特性所导致的出胶量不稳定的问题；

2.由于采用改性聚丙烯电缆料、电力电缆的主体结构以及电缆主线芯的三层共挤方法，使得螺杆挤出机的温度可设定区间增大，可适用多种不同配方体系的改性聚丙烯电缆料；

3.由于大容量熔体泵与电缆生产线产生联动，可降低螺杆挤出机转速对出胶量的影响；

4.通过设置主绝缘挤出机以及内、外屏挤出机同时工作的三层共挤模式，改变了电缆料在离开挤出机后的层流，实现对电缆料纵向层面的二次混合加工，提高了塑化效果；

5.在本技术方案中，电缆的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层和绝缘屏蔽层是一次性同时挤出的三层共挤结构，这样的结构能够减少尺寸上的空隙，保证接触完全和致密。

附图说明

图1是本实用新型中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的剖面结构示意图；

图2是本实用新型电力电缆三层共挤生产线设备布局的示意图。

图中1为铜线芯；2为内屏蔽层；3为聚丙烯主绝缘层；4为外屏蔽层+金属屏蔽层；5为内护套层；6为金属铠装层；7为外护套层；

A为主绝缘挤出机，B为内屏蔽挤出机，C为外屏蔽挤出机，D为熔体泵，E为储料箱，F为机头，G为导体线芯，H为绝缘主线芯，I为主绝缘挤出头，J为第一连接处，K为第二连接处。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

授权公告日为2021年3月9日，授权公告号为CN 106543563 B的中国实用新型专利，公开了一种“热塑性高压电缆绝缘材料及其制备方法”，所述绝缘材料包括：聚烯烃树脂100份，多巴胺改性的纳米粒子0.1 6份，抗氧剂0.1 0.5份；其所述多巴胺为改性多巴胺；所述纳米粒子为无机纳米粒子。

该发明的技术方案，将纳米颗粒先采用具有长链结构的多巴胺进行接枝改性，所述具有长链结构的多巴胺既可以改善纳米颗粒的分散性，也可以提高热塑性电缆绝缘材料的热稳定性，还可以显著抑制空间电荷的注入。

本实用新型技术方案中所述的改性聚丙烯电缆料，即可以采用上述发明技术方案中的“热塑性高压电缆绝缘材料”或与之类似的热塑性绝缘材料。

改性聚丙烯属于热塑性环保材料，额定温度能达到105℃以上，机械性能和电气性能优异，电缆寿命终止时，改性聚丙烯材料可以回收再利用，随着人们对环保要求的提高，国家也越来越重视环境保护，环保型产品已成为产品制造趋势和方向。

如图1中所示，本实用新型技术方案中所述改性聚丙烯绝缘电缆的结构，由内向外依次包括：铜线芯1、内屏蔽层2、聚丙烯主绝缘层3、外屏蔽层+金属屏蔽层4、内护套层5、金属铠装层6及外护套层7。

其中，所述铜线芯的内屏蔽层、聚丙烯主绝缘层和外屏蔽层，为一次性同时挤出的三层共挤结构，铜线芯与三层共挤结构共同构成一根主线芯。

作为优选，所述主线芯的绝缘层包括由内到外依次设置的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层。

相较于常用的交联聚乙烯绝缘料，本技术方案所采用的改性聚丙烯绝缘料具有优异的电气性能、抗老化性能和机械物理性能。

在本技术方案中，所述内屏蔽层(导体屏蔽层)、聚丙烯主绝缘层(亦称改性聚丙烯绝缘层)和外屏蔽层(亦称绝缘屏蔽层)是一次性同时挤出的三层共挤结构。这样的结构能够减少尺寸上的空隙，保证接触完全和致密。

作为优选，所述主线芯的根数可以为1～5根。

所使用的电缆料为改性聚丙烯电缆料、改性聚丙烯半导电内屏蔽料、改性聚丙烯半导电外屏蔽料；

在所述的改性聚丙烯电缆料、改性聚丙烯半导电内屏蔽料、改性聚丙烯半导电外屏蔽料中，均含有10％～80％的聚丙烯成分；

所述的聚丙烯为无规共聚物、均聚物、嵌段共聚物的一种或多种组合；

所述的聚丙烯电缆料为弹性体增韧体系、动态交联橡胶体系、接枝增韧体系的一种或多种组合；

构成所述内屏蔽层及外屏蔽层的半导电屏蔽料均为导电炭黑体系；

构成所述无纺布层的无纺布为聚丙烯材料编织制成；

构成所述内护套层与外护套层的高分子材料为包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，聚氯乙烯在内的高分子材料。

所述电力电缆的电压等级为35kV及以下电压等级，作为优选，本技术方案更适用于10kV以及35kV电力电缆。

结合图2中所示，本实用新型还提供了一种上述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，其发明点在于：

1)所使用的设备依次包括拉丝机、框绞机、单螺杆挤出机、熔体泵、牵引机、硫化管及冷却系统；

2)在主线芯导体线芯G的前进方向上，同时设置有分别由单螺杆挤出机构成的内屏蔽层挤出机B、主绝缘挤出机A以及外屏蔽层挤出机C，三台单螺杆挤出机的出料口汇集于设置在主线芯导体线芯前进方向上的机头F中；其中，内屏蔽层挤出机在经过机头的导体线芯外周生成内屏蔽层，然后主绝缘挤出机在内屏蔽层外周生成主绝缘层，最后外屏蔽层挤出机在主绝缘层外周生成外屏蔽层；

3)在导体线芯经过机头部位时，所述的内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层同步挤包一次生成，构成一次性同时挤出的三层共挤结构；

4)待绝缘主线芯H从机头F的下密封口出来后，启动水气平衡设置，增加氮气压力值10个大气压，硫化管不进行加温；

5)所述的导体线芯经过机头后，成为一根带有内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层的绝缘主线芯H；

6)所述的绝缘主线芯成缆后，再经过包覆衬层及护套工序，生成一根符合要求的中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆。

其中，本技术方案的发明点在于：

在主绝缘挤出机的出料口与机头进料口之间，设置一台熔体泵D；

所述的熔体泵为带储存溢料装置/储料箱的大容量熔体排出设备；

在熔体泵外侧，设置有一个带螺杆的储料箱E；

所述熔体泵的控制与电缆主线芯生产/前进速度之间电气联动。

具体的，所述的熔体泵为双齿轮啮合泵；

所述熔体泵的转速与主线芯的生产/前进速度为线性关系。

进一步的，在主绝缘挤出机以及内屏蔽层挤出机、外屏蔽层挤出机上，均可配备该熔体泵设备。

作为优选，在熔体泵的前后可以设有两个连接处(图中J为第一连接处，K为第二连接处)，滤网可以在第一连接处或第二连接处的一处或者两处同时安装。

本实用新型的技术方案，针对现有的CDCC悬链式交联生产线进行改造，通过在绝缘挤出机/单螺杆挤出机的出料口与机头进料口之间，增设一台带有储料箱的熔体泵，来保证大容量电缆料(包括前述的改性聚丙烯电缆料、改性聚丙烯半导电内屏蔽料及改性聚丙烯半导电外屏蔽料)的稳定的出胶量，降低由于聚丙烯材料剪切变稀的高分子特性导致的出胶量不稳定的问题，解决了现有技术中电力电缆绝缘材料聚丙烯温度敏感特性导致的出胶量不稳定等问题，能够提高螺杆挤出机的出胶量与稳定度，保证电缆绝缘层厚度(简称绝缘厚度)的稳定性。

实施例

实施例1：

本实施例是一种使用改性聚丙烯(PP)绝缘材料生产的额定电压35kV及以下的电力电缆产品(以下简称电力电缆)。

所述的电力电缆具有三芯绝缘线芯结构，每个绝缘线芯的导体外侧由内至外依次挤包聚丙烯(PP)作为基料的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层，绝缘线芯成缆后再包覆衬层及护套，其具体结构详见图1。

所述的额定电压26/35kV及以下的电力电缆，其制备工艺包括铜单线、导电线芯、PP绝缘层、金属屏蔽、成缆和外护套的加工步骤，具体包括：

(1)利用拉丝机将直径8mm无氧铜杆拉制成直径1-5mm的铜丝，并进行退火，制成铜单线；

(2)将多根铜单线进行同心复绞形成导电现象，并采用纳米金刚石涂层绞线模，按照顺时针对导线进行交织紧压形成导体线芯；

(3)利用改进(即增设了带有储料箱的熔体泵)后的CDCC悬链式交联生产线，采用三层共挤的生产模式；具体生产设备的安装布局示意见图2中所示。

具体的，在导体外表面同步挤包导体屏蔽层、PP绝缘层和绝缘屏蔽层。绝缘线芯偏心度调好后，等绝缘线芯从下密封出来后，启动水气平衡设置，增加氮气压力值10个大气压，硫化管不进行加温。

在此过程中，增加熔体泵与电缆主线芯生产速度的电气联动，熔体泵的转速与主线芯的生产速度为线性关系。

实施例1的工程参数为：

螺杆转速：15rpm；

螺杆各区温度：120℃、140℃、160℃、170℃、180℃、180℃；

熔体泵温度：180℃，并如图2所示布局结构进行安装。

(4)对绝缘线芯表面采用重叠绕包一层软铜带或疏绕铜丝作为金属屏蔽层。

(5)将金属屏蔽好的绝缘线芯采用无退扭方式进行绞制制成电缆线芯，绝缘线芯间的空隙处采用非吸湿性材料进行填充，并用包带进行绑扎。

(6)根据电缆的不同要求利用挤塑机直接挤包外护套材料形成外护套。

由于采用本技术方案后，电缆的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层和绝缘屏蔽层是一次性同时挤出的三层共挤结构，这样的结构能够减少尺寸上的空隙，保证了接触完全和致密。

具体实施本技术方案时，还可根据具体情况对CDCC悬链式交联生产线中模具修改定型段长度和倾斜角参数，对前述参数进行重新定制；还可以修改交联机控制程序通过这些调整，解决了生产额定电压35kV及以下的电力电缆使用改性聚丙烯(PP)绝缘材料作为绝缘材料并使用与绝缘材料相适应的导体屏蔽和绝缘屏蔽材料遇到的原材料结晶度高，熔点温度和加工温度比交联聚乙烯(XLPE)绝缘高提升加工温度的问题；解决绝缘线芯绝缘合缝处扁平的问题，保证绝缘线芯的圆整度，从而保证产品的偏心度满足质量要求；解决生产过程中不需要硫化管加热但仍对电缆线芯施加高压氮气保持水气平衡的问题。

本实施例所得结果以电缆主线芯的外尺寸偏心度以及最大生产速度为衡量标准，结果如下：

主绝缘的尺寸为：最大直径：10.8mm,最小直径10.3mm，平均10.5mm，偏心度为5％。

最大生产速度：6m/min；

主绝缘的力学性能-拉伸强度：15MPa。

实施例2：

本实施例为实施例1的对比参照组。

实施例2与实施例1的区别在于所设计的工程参数不同。

实施例2的工程参数如下：

螺杆转速：15rpm；

螺杆各区温度：120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、200℃；

熔体泵温度：拆除，不使用。

实施例2的结果如下：

主绝缘的尺寸为：最大直径：11.0mm,最小直径9.5mm，平均10.5mm。偏心度为14％；

最大生产速度：4m/min；

主绝缘的力学性能-拉伸强度：14MPa。

综上，本实用新型技术方案公开了一种额定电压35kV及以下改性聚丙烯绝缘电力电缆及其生产线，其电缆的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层和绝缘屏蔽层是一次性同时挤出的三层共挤结构，这样的结构能够减少尺寸上的空隙，保证接触完全和致密；在主线芯的生产线上采用设置熔体泵的模式来稳定单螺杆挤出机的出胶量，保证了电缆主线芯的尺寸稳定性、偏心度等多项指标，同时还可以提高电缆的挤出速度。

本实用新型可广泛用于中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的设计及制造领域。

Claims (8)

1.一种中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆，其特征是：

所述改性聚丙烯绝缘电缆的结构由内向外依次包括：铜线芯、内屏蔽层、主绝缘层、外屏蔽层、金属屏蔽层、无纺布层、内护套层、铠装层及外护套层；

其中，所述铜线芯外周的内屏蔽层、主绝缘层和外屏蔽层为一次性同时挤出的三层共挤结构；

所述主线芯的绝缘层包括由内到外依次设置的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；

所述的铜线芯与三层共挤结构共同构成一根主线芯；

所述铜线芯外周的内屏蔽层为导体屏蔽层；

所述的主绝缘层为改性聚丙烯绝缘层；

所述的外屏蔽层为绝缘屏蔽层；

所述的导体屏蔽层、改性聚丙烯绝缘层及绝缘屏蔽层，为一次性同时挤出的三层共挤结构。

2.按照权利要求1所述的中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆，其特征是所述主线芯的数量为一至五根。

3.按照权利要求1所述的中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆，其特征是所述改性聚丙烯绝缘电缆的电压等级为35kV及以下电压等级。

4.按照权利要求1所述的中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆，其特征是所述改性聚丙烯绝缘电缆为电压等级为10kV的电力电缆，或电压等级为35kV的电力电缆。

5.一种如权利要求1所述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，包括依次设置的拉丝机、框绞机、单螺杆挤出机、牵引机、硫化管及冷却系统；其特征是：

所述的生产线在主线芯导体线芯的前进方向上，同时设置有分别由单螺杆挤出机构成的内屏蔽层挤出机、主绝缘挤出机以及外屏蔽层挤出机，三台单螺杆挤出机的出料口汇集于设置在主线芯导体线芯前进方向上的机头中；

在每台单螺杆挤出机的出料口与机头进料口之间，设置有一台熔体泵；

所述的熔体泵为带储存溢料装置的大容量熔体泵；

在熔体泵外侧，设置有一个带螺杆的储料箱；

所述熔体泵的控制端与电缆主线芯生产线之间电气联动。

6.按照权利要求5所述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，其特征是在导体线芯经过机头部位时，所述的内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层同步挤包一次生成，构成一次性同时挤出的三层共挤结构；

所述的导体线芯经过机头后，成为一根带有内屏蔽层、主绝缘层及外屏蔽层结构的绝缘主线芯。

7.按照权利要求5所述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，其特征是所述的熔体泵为双齿轮啮合泵；所述熔体泵的转速与绝缘主线芯的前进速度之间为线性比例关系。

8.按照权利要求5所述中低压改性聚丙烯绝缘电力电缆的生产线，其特征是在所述熔体泵的进口端和/或出口端，设置有滤网。