CN116386940A - 一种高压电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压电缆，属于电缆制造技术领域。本发明提供的高压电缆，包括由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层。本发明通过采用双层半导电阻水缓冲层，并在两层半导电阻水缓冲层之间设置铜丝屏蔽层，可以分担电缆系统的故障电流，同时也可以增强高压电缆的机械性能；两层阻水缓冲层的结构设计满足铜丝对绝缘屏蔽的力学冲击，同时具有优异的纵向防水性能；同时利用金属护套的径向防水性能以及耐腐蚀性能，使得电缆具有强抗腐蚀能力和防水能力，同时金属护套也能承载一定量的系统故障电流。

Description

一种高压电缆

技术领域

本发明涉及电缆制造技术领域，尤其涉及一种高压电缆。

背景技术

高压电缆是电力电缆的一种，是指用于传输66～220kv之间的电力电缆，多应用于电力传输和分配，主要用于远距离的电力传输。中高压电缆的结构主要为：导体+三层共挤(内屏、绝缘、外屏)+金属屏蔽+保护层。其中，铠装高压电缆主要用于地埋，可以抵抗地面上高强度的压迫，同时可防止其他外力损坏。

一般在高压电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起等，有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久出现故障，大部分在电缆系统中以缺陷形式存在，对电缆长期安全运行造成严重隐患。

因此，如何提高高压电缆的绝缘性和屏蔽性，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压电缆，本发明提供的高压电缆具有很好的绝缘性和屏蔽性，同时耐腐蚀性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高压电缆，包括由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层。

优选地，所述电缆导体的材质为铜导线。

优选地，所述导体屏蔽层的原料为高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料，所述导体屏蔽层的厚度为0.5～1.0mm。

优选地，按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料包括以下成分：聚丙烯47～82份、乙烯-辛烯共聚物35～48份，纳米二氧化硅3～8份、导电炭黑23～37份、抗氧剂1～2份和润滑分散剂0.5～1.5份。

优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的共混物，所述均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为1：(1～10)。

优选地，所述均聚聚丙烯的熔融指数为1.0～5.0g/10min，所述共聚聚丙烯的熔融指数1.0～4.0g/10min。

优选地，所述抗氧剂为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)，所述润滑分散剂为聚乙烯蜡。

优选地，所述绝缘屏蔽层的制备方法为：将聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、纳米二氧化硅、导电炭黑、抗氧剂和润滑分散剂混合后进行混炼，然后挤出造粒得到颗粒，再将颗粒熔融后涂覆在绝缘层表面，得到绝缘屏蔽层。

优选地，按照质量份数计，所述防腐层的原料包括以下成分：沥青52～65份、乳化剂1～5份、稳定剂1～2份、水35～40份。

优选地，所述防腐层的制备方法包括以下步骤：

(1)将乳化剂、稳定剂和水混合搅拌，得到乳化水溶液；

(2)将沥青进行加热处理，得到熔融沥青；

(3)将所述步骤(1)得到的乳化水溶液和所述步骤(2)得到的熔融沥青混合后进行高速搅拌，然后涂覆在金属护套表面，得到防腐层；

所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。

本发明提供了一种高压电缆，包括由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层。本发明通过采用双层半导电阻水缓冲层，并在两层半导电阻水缓冲层之间设置铜丝屏蔽层，铜丝屏蔽层可以分担电缆系统的故障电流，同时也可以增强高压电缆的机械性能；两层半导电阻水缓冲层的结构设计满足铜丝对绝缘屏蔽的力学冲击，同时具有优异的纵向防水性能；通过在半导电阻水缓冲层后设置金属护套，利用金属护套的径向防水性能以及耐腐蚀性能，使得电缆具有强抗腐蚀能力和防水能力，同时金属护套也能承载一定量的系统故障电流。实施例的结果表明，本发明制备的高压电缆的屏蔽性相对于其他高压电缆，得到了显著的提升，同时高压电缆具有优异的耐腐蚀性能，且使用寿命更长。

具体实施方式

本发明提供了一种高压电缆，包括由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层。

如无特殊说明，本发明提供的高压电缆中所用的原材料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

在本发明中，所述高压电缆所适用的电压优选为66～220kv，更优选为110～220KV。

在本发明中，所述电缆导体的材质优选为铜导线；所述铜导线优选符合GB/T3953规定；所述铜导线优选通过分层绞合、紧压的方式构成电缆导体。本发明对所述电缆导体的尺寸没有特殊的限定，根据所需高压电缆的规格确定即可。本发明通过上述方式，能够提高电缆导体的强度。

在本发明中，导体屏蔽层优选为高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料；所述导体屏蔽层的厚度优选为0.5～1.0mm。本发明对所述高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明通过设置导体屏蔽层，可以均匀导电线芯和绝缘电场，消除导体表面的不光滑引起的导体表面电场强度的增加，提高传输效率。

在本发明中，所述绝缘层的材质优选为辐照交联聚乙烯材料或软聚氯乙烯塑料，更优选为辐照交联聚乙烯材料；所述绝缘层的厚度优选为0.8～2.0mm，更优选为1.0～1.5mm。在本发明中，所述绝缘层的主要作用是提高电缆的绝缘效果，防止出现漏电等问题。

在本发明中，按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料优选包括以下成分：聚丙烯47～82份、乙烯-辛烯共聚物35～48份，纳米二氧化硅3～8份、导电炭黑23～37份、抗氧剂1～2份和润滑分散剂0.5～1.5份，更优选为：聚丙烯55～68份、乙烯-辛烯共聚物38～43份，纳米二氧化硅4～6份、导电炭黑25～30份、抗氧剂1～2份和润滑分散剂0.5～1.5份。本发明通过对绝缘屏蔽层的成分进行优化，利用聚丙烯和乙烯-辛烯共聚物作为基体材料，解决了聚丙烯韧性差和低温易脆的缺点，通过加入一定量的纳米二氧化硅提高介电强度，配合导电炭黑，提高了其屏蔽效果，而抗氧剂的加入提高了其耐腐蚀性能，使绝缘屏蔽层能够持久的起到绝缘屏蔽效果。

在本发明中，所述聚丙烯优选为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的共混物；所述均聚聚丙烯的熔融指数优选为1.0～5.0g/10min；所述共聚聚丙烯的熔融指数优选为1.0～4.0g/10min；所述均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比优选为1：(1～10)，更优选为1：(2～8)。本发明通过采用两种不同类型的聚丙烯作为原料，可以进一步提高其绝缘效果。

本发明对所述纳米二氧化硅和导电炭黑的具体粒径没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。

在本发明中，所述抗氧剂优选为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。本发明通过加入抗氧剂，主要能够提高绝缘屏蔽层的抗氧化效果，同时还能够避免在高温下抗氧剂从绝缘屏蔽层中析出。

在本发明中，所述润滑分散剂优选为聚乙烯蜡。本发明通过加入润滑分散剂，有利于各组分制备时更好的混合均匀，同时便于涂覆。

在本发明中，所述绝缘屏蔽层的制备方法优选为：将聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、纳米二氧化硅、导电炭黑、抗氧剂和润滑分散剂混合后进行混炼，然后挤出造粒得到颗粒，再将颗粒熔融后涂覆在绝缘层表面，得到绝缘屏蔽层。

在本发明中，所述混炼优选在连续混炼机组中进行；所述连续混炼机组优选为混炼往复机、同向双螺杆挤出机和四组合以上的连续密炼机组中的一种。

本发明对所述混炼和熔融的温度没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识确定即可。本发明对所述涂覆的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆方式即可。

在本发明中，所述半导电阻水缓冲层优选为半导电阻水带或半导电缓冲阻水带；所述半导电阻水缓冲层的性能优选符合JB/T10259标准。在本发明中，所述半导电阻水缓冲层的厚度优选为0.6～0.8mm。

在本发明中，所述铜丝屏蔽层优选通过铜丝绞合而成。在本发明中，所述铜丝的厚度优选为1～1.5mm。本发明通过控制铜丝屏蔽层的厚度，能够进一步增强高压电缆的机械性能。

在本发明中，所述半导电阻水缓冲层优选为半导电阻水带或半导电缓冲阻水带；所述半导电阻水缓冲层的性能优选符合JB/T10259标准。本发明中，所述半导电阻水缓冲层的厚度优选为0.6～0.8mm。

本发明通过采用双层半导电阻水缓冲层，并在两层半导电阻水缓冲层之间设置铜丝屏蔽层，铜丝屏蔽层可以分担电缆系统的故障电流，同时也可以增强高压电缆的机械性能。

在本发明中，所述金属护套优选为铝套或铅套，更优选为合金铅套层。本发明对所述合金铅套层的具体成分没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明通过在半导电阻水缓冲层后设置合金铅套层，利用合金铅套层的径向防水性能以及耐腐蚀性能，使得电缆具有强抗腐蚀能力和防水能力，同时合金铅套层也能承载一定量的系统故障电流。

在本发明中，按照质量份数计，所述防腐层的原料优选包括以下成分：沥青52～65份、乳化剂1～5份、稳定剂1～2份、水35～40份，更优选为：沥青55～60份、乳化剂2～3份、稳定剂1～2份、水35～40份。在本发明中，所述沥青优选为10#石油沥青；所述乳化剂优选为沥青乳化剂BH-Z1、BH-Z2中的任意一种；所述稳定剂优选为膨润土、凹凸棒土和硅酸铝中的任意一种。本发明通过对防腐层的成分进行优化，一方面提高了防腐层的热稳定性，可以使其在较高的温度下依然起到很好的防腐效果，另一方面可以降低其造成的污染；稳定剂的加入可以提高防腐层的稳定性，避免出现开裂等问题。

在本发明中，所述防腐层的制备方法优选包括以下步骤：

(1)将乳化剂、稳定剂和水混合搅拌，得到乳化水溶液；

(2)将沥青进行加热处理，得到熔融沥青；

(3)将所述步骤(1)得到的乳化水溶液和所述步骤(2)得到的熔融沥青混合后进行高速搅拌，然后涂覆在金属护套表面，得到防腐层；

所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。

本发明优选将乳化剂、稳定剂和水混合搅拌，得到乳化水溶液。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，能够使各组分混合均匀即可。

在本发明中，所述水的温度优选为60～70℃。当所述水的温度不满足上述条件时，本发明优选对所述水进行加热处理。本发明通过控制水的温度，可以防止后续与熔融沥青混合时，沥青急冷固化。

本发明优选将沥青进行加热处理，得到熔融沥青。本发明对所述加热处理的温度没有特殊的限定，能够使沥青融化为液态即可。本发明通过对沥青进行加热处理，一方面可以去除沥青中的水分，另一方面便于和其他溶液混合乳化。

得到乳化水溶液和熔融沥青后，本发明优选将所述乳化水溶液和熔融沥青混合后进行高速搅拌，然后涂覆在金属护套表面，得到防腐层。

在本发明中，所述高速搅拌优选在乳化机中进行。本发明对所述高速搅拌的速率没有特殊的限定，根据本领域技术常识确定，能够使沥青乳化即可。本发明通过高速搅拌，能够使乳化剂水溶液和沥青形成水包油状的沥青乳液，从而提高其防腐性能。

在本发明中，所述非金属护套层优选由外护套层和半导电层组成；所述外护套层优选由聚氯乙烯护套料或聚乙烯护套料挤出而成；所述半导电层优选为石墨半导电层。

本发明通过采用双层半导电阻水缓冲层，并在两层半导电阻水缓冲层之间设置铜丝屏蔽层，铜丝屏蔽层可以分担电缆系统的故障电流，同时也可以增强高压电缆的机械性能；两层半导电阻水缓冲层的结构设计满足铜丝对绝缘屏蔽的力学冲击，同时具有优异的纵向防水性能；通过在半导电阻水缓冲层后设置金属护套，利用金属护套的径向防水性能以及耐腐蚀性能，使得电缆具有强抗腐蚀能力和防水能力，同时金属护套也能承载一定量的系统故障电流。

本发明通过对绝缘屏蔽层的成分进行优化，利用聚丙烯和乙烯-辛烯共聚物作为基体材料，解决了聚丙烯韧性差和低温易脆的缺点，通过加入一定量的纳米二氧化硅提高介电强度，配合导电炭黑，提高了其屏蔽效果，而抗氧剂的加入提高了其耐腐蚀性能，使绝缘屏蔽层能够持久的起到绝缘屏蔽效果；通过对防腐层的成分进行优化，一方面提高了防腐层的热稳定性，可以使其在较高的温度下依然起到很好的防腐效果，另一方面可以降低其造成的污染。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高压电缆，其组成为由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层；

所述电缆导体的材质为铜导线；所述铜导线通过分层绞合、紧压的方式构成电缆导体；导体屏蔽层为高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料；所述导体屏蔽层的厚度为0.7mm；所述绝缘层为辐照交联聚乙烯材料，绝缘层的厚度为0.8mm；所述半导电阻水缓冲层均为半导电阻水带，半导电阻水缓冲层的性能应符合JB/T10259标准，每层半导电阻水缓冲层的厚度均为0.6mm；铜丝屏蔽层的厚度为1.5mm；所述金属护套为合金铅套层；所述非金属护套层由外护套层和半导电层组成；所述外护套层由聚氯乙烯护套料挤出而成；所述半导电层为石墨半导电层；

按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料为：聚丙烯55份、乙烯-辛烯共聚物42份，纳米二氧化硅5份、导电炭黑28份、抗氧剂1份和润滑分散剂1份；所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的共混物；所述均聚聚丙烯的熔融指数为3.0～4.0g/10min，共聚聚丙烯的熔融指数2.0～3.0g/10min，均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为1：10；所述抗氧剂为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)；所述润滑分散剂为聚乙烯蜡；

所述绝缘屏蔽层的制备方法为：将聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、纳米二氧化硅、导电炭黑、抗氧剂和润滑分散剂加入到同向双螺杆挤出机中混合后进行混炼，然后挤出造粒得到颗粒，再将颗粒熔融后涂覆在绝缘层表面，得到绝缘屏蔽层；

按照质量份数计，所述防腐层的原料为：沥青55份、乳化剂3份、稳定剂2份、水40份；所述沥青为10#石油沥青；所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z2；所述稳定剂为膨润土；

所述防腐层的制备方法为：

(1)将乳化剂、稳定剂和70℃的水混合搅拌，得到乳化水溶液；

(2)将沥青进行加热处理，得到熔融沥青；

(3)将所述步骤(1)得到的乳化水溶液和所述步骤(2)得到的熔融沥青在乳化机中混合后进行高速搅拌，然后涂覆在金属护套表面，得到防腐层。

实施例2

按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料为：聚丙烯65份、乙烯-辛烯共聚物40份，纳米二氧化硅8份、导电炭黑25份、抗氧剂1份和润滑分散剂1份；

按照质量份数计，所述防腐层的原料为：沥青53份、乳化剂2份、稳定剂2份、水40份；

其他条件和实施例1相同。

实施例3

按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料为：聚丙烯68份、乙烯-辛烯共聚物40份，纳米二氧化硅6份、导电炭黑32份、抗氧剂1份和润滑分散剂1份；

按照质量份数计，所述防腐层的原料为：沥青65份、乳化剂4份、稳定剂2份、水40份；

其他条件和实施例1相同。

对比例1

所述绝缘屏蔽层为经过交联固化的交联聚乙烯；

其他条件和实施例1相同。

对比例2

所述防腐层由10#沥青熔融后涂覆得到；

其他条件和实施例1相同。

对实施例1～3和对比例1～2制备的高压电缆的屏蔽性进行测试，分别采用三同轴法和线注入法测试，其中三同轴法的测试频率为100MHz，参照标准为GB9023-88，线注入法的测试频率为1GHz，参照标准为GB/T17737.1-2000，结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比例1～2制备的高压电缆的屏蔽性能

测试频率	100MHz	1GHz
			实施例1	95dB	62dB
实施例2	97dB	64dB
			实施例3	93dB	61dB
对比例1	72dB	53dB
			对比例2	83dB	56dB

由表1可以看出，本发明制备的高压电缆的屏蔽性相对于其他高压电缆，得到了显著的提升，说明本发明能够得到屏蔽性更加优异的高压电缆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压电缆，包括由内至外依次设置的电缆导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水缓冲层、铜丝屏蔽层、半导电阻水缓冲层、金属护套、防腐层和非金属护套层。

2.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，所述电缆导体的材质为铜导线。

3.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层的原料为高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料，所述导体屏蔽层的厚度为0.5～1.0mm。

4.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，按照质量份数计，所述绝缘屏蔽层的原料包括以下成分：聚丙烯47～82份、乙烯-辛烯共聚物35～48份，纳米二氧化硅3～8份、导电炭黑23～37份、抗氧剂1～2份和润滑分散剂0.5～1.5份。

5.根据权利要求4所述的高压电缆，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的共混物，所述均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的质量比为1：(1～10)。

6.根据权利要求4所述的高压电缆，其特征在于，所述均聚聚丙烯的熔融指数为1.0～5.0g/10min，所述共聚聚丙烯的熔融指数1.0～4.0g/10min。

7.根据权利要求4所述的高压电缆，其特征在于，所述抗氧剂为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)，所述润滑分散剂为聚乙烯蜡。

8.根据权利要求4所述的高压电缆，其特征在于，所述绝缘屏蔽层的制备方法为：将聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、纳米二氧化硅、导电炭黑、抗氧剂和润滑分散剂混合后进行混炼，然后挤出造粒得到颗粒，再将颗粒熔融后涂覆在绝缘层表面，得到绝缘屏蔽层。

9.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，按照质量份数计，所述防腐层的原料包括以下成分：沥青52～65份、乳化剂1～5份、稳定剂1～2份、水35～40份。

10.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，所述防腐层的制备方法包括以下步骤：

(1)将乳化剂、稳定剂和水混合搅拌，得到乳化水溶液；

(2)将沥青进行加热处理，得到熔融沥青；

(3)将所述步骤(1)得到的乳化水溶液和所述步骤(2)得到的熔融沥青混合后进行高速搅拌，然后涂覆在金属护套表面，得到防腐层；

所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。