避雷电缆及其加工工艺的制作方法

本发明涉及避雷技术领域，特别涉及一种避雷电缆及其加工工艺。

背景技术：

20世纪以来，全球工业的迅速发展，能源危机的不断出现和日益严重的环境污染，促使人们去开发研究绿色能源。风能作为绿色、安全的能源，受到国际上越来越多国家的重视。全球风电发展覆盖70多个国家，装机容量每年增长超过30％。2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦(是2002年世界风电装机容量的38.4倍)，年安装量达到1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12％。

风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60％以上。若其遭受雷击(特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击)，除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。世界每年有1％～2％的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。

随着风力发电行业的快速发展，风电场规模的不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害日益显露。由于风电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资的60％以上，若其遭受雷击损坏，除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用后造成的损失极为严重，因此风电机组的避雷显得尤为重要。

目前风电机组采用的避雷方式主要为铜编织线或聚氯乙烯绝缘电缆接地，但随着装机容量的增大，以及海上风电的发展，随着对避雷系统的要求越来越高，普通避雷电缆的电气绝缘性能，传输容量以及抗海水腐蚀性能将无法满足要求。

如何提供一种具有高绝缘性能、大传输容量并且耐冲击电流高的避雷电缆，是本领域内技术人员始终关注的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种避雷电缆，至少包括一个电缆单元，所述电缆单元包括主电缆和至少一个连接于所述主电缆上的分支电缆，所述分支电缆通过定位部件与所述主电缆连接，并且所述主电缆和所述分支电缆连接位置处裸露的导体及所述定位部件外部还密封包覆有通过注塑工艺成型的绝缘体，所述绝缘体与所述主电缆的绝缘层、所述分支电缆的绝缘层形成一体。

与现有技术设置绝缘盒充注胶相比，本发明通过注塑工艺直接成型绝缘体于主电缆和分支电缆的连接位置，并且绝缘体与主电缆的绝缘层、所述分支电缆的绝缘层形成一体，实现了避雷电缆内部导体的绝缘密封。注塑工艺可以形成比较致密的绝缘体，绝缘体的抗腐蚀能力比较强，可以大大提高避雷电缆的电气绝缘性和使用寿命。由注塑成型的绝缘体有利于直径较大主电缆与分支电缆的连接密封，可以适当增加主电缆的传输容量。

并且，本文中的避雷电缆的绝缘体可以直接利用注塑机通过注塑工艺成型，成型比较简单。

可选的，沿纵向，位于所述绝缘体两端的所述主电缆位于同一直线上或者位于同一侧。

可选的，所述定位部件包括金属管，所述金属管的周壁开设有径向延伸的螺纹通孔，所述螺纹通孔内部设有螺柱；所述分支电缆和所述主电缆置于所述金属管的内腔，所述螺柱的内端部压紧所述分支电缆和所述主电缆于所述金属管内壁。

可选的，沿纵向所述主电缆包括第一段主电缆和第二段主电缆，所述第一段主电缆和所述第二段主电缆的相对端部均置于所述金属管的内腔，二者通过所述金属管连通；所述第一段主电缆和所述第二段主电缆两者中至少一者连接有所述分支电缆。

可选的，所述金属管的周壁设置有第一螺纹通孔和第二螺纹通孔，所述第一螺纹通孔和所述第二螺纹通孔的内部分别设置有第一螺柱和第二螺柱，所述第一螺柱用于压紧所述第一段主电缆于所述金属管的内腔；所述第二螺柱用于压紧所述第二段主电缆和所述分支电缆于所述金属管的内腔。

可选的，所述第一段主电缆和所述第二段主电缆其中一者连接有所述分支电缆，所述绝缘体位于所述分支电缆伸出端部侧的横向尺寸大于另一端部的横向尺寸。

可选的，所述电缆单元的数量为n个，各所述电缆单元的主电缆依次相连，并且第n-1电缆单元的第二段主电缆与第n电缆单元的第一段主电缆为同一根电缆；其中n为大于等于2的整数。

可选的，所述金属管与所述绝缘体之间还具有塑性层，所述塑性层由以下方式形成：预先设置塑性材料于所述金属管的外表面，在注塑成型绝缘体的过程中，所述塑性材料高温熔化形成塑性层。

可选的，所述定位部件为由机械结构形成或者通过热熔工艺形成。

此外，本发明还提供了一种避雷电缆的加工工艺，具体工艺步骤包括：首先将分支电缆通过定位部件与主电缆连接；然后将连接后主电缆、分支电缆的组件置于注塑机内部，利用注塑工艺在所述主电缆和所述分支电缆连接位置处裸露的导体及所述定位部件外部密封包覆绝缘体，并使所述绝缘体与所述主电缆的绝缘外表面、所述分支电缆的绝缘外表面形成一体。

可选的，所述分支电缆与所述主电缆通过以下方式定位：

预先加工周壁上开设有螺纹通孔的金属管以及于螺纹通孔配合的螺柱；

将分支电缆与主电缆均置于金属管内部，调节螺柱于螺纹通孔内部的位置，以使螺柱的内端部压紧所述分支电缆和所述主电缆。

因本发明所提供的避雷电缆是由上述加工工艺实现的，故避雷电缆的加工工艺也具有避雷电缆的上述技术效果。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例中避雷电缆中电缆单元的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施例中主电缆、分支电缆与金属管三者的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施例中具有两个电缆单元的避雷电缆的结构示意图；

图4为本发明一种具体实施例中避雷电缆的加工工艺流程图。

其中，图1至图3中：

主电缆10、第一段主电缆11、导体111、第二段主电缆12、导体121、分支电缆20、导体21、绝缘体30、金属管40、第一螺纹通孔41、第二螺纹通孔42。

具体实施方式

如背景技术所述风机叶片容易被雷击中，故本领域内技术人员通常在风力发电机组的叶片位置安装避雷电缆。具体地，首先在叶片的最容易被雷击的位置选择接闪点，然后将避雷电缆的上端固定于接闪点，将避雷电缆的下端接地。这样当叶片被雷击时，叶片上的电流可以沿主电缆传导至大地，避免了叶片被雷击而受损。

避雷电缆的主要结构包括主电缆，一般还包括至少一条分支电缆，分支电缆的电流汇集到主电缆后，然后由主电缆传输至地面。分支电缆可以为多条，自由端部分别连接于叶片的不同位置，以扩大对叶片的检测区域。

针对背景技术中提到的现有技术中避雷电缆电气绝缘性能不能满足使用要求的技术问题，本文发现现有技术中避雷电缆中主电缆和分支电缆的连接位置主要采用设置绝缘盒，然后在绝缘盒内部注入防水绝缘胶的方式，实现主电缆和分支电缆连接位置的密封。上述设置绝缘盒充胶实现主电缆和分支电缆连接位置密封的方式，难以形成质地比较密的胶层，胶层容易老化破损，大大影响了避雷电缆的电气绝缘性能。

在以上发现的基础上，本文进一步深入研究提出了一种避雷电缆，该避雷电缆的电气绝缘性能比较高。

本文以避雷电缆在风力发电机组中的应用为例，介绍技术方案和技术效果，当然，本领域内技术人员应当理解，本文所提供的避雷电缆不限于风力发电机组，还可以应用于其他领域。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施例中避雷电缆中电缆单元的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的避雷电缆包括至少一个电缆单元，电缆单元包括主电缆10和至少一个连接于主电缆10上的分支电缆20，其中主电缆10和分支电缆20均包括导线和包裹于导线外部的绝缘层，导线通常为金属，例如铜线等。

分支电缆20通过定位部件与主电缆10连接，定位部件可以为焊接结构或者热熔形成的结构件，例如，主电缆10和分支电缆20通过热熔形式熔合于一体，当然，定位部件也可以为机械结构形成，例如机械结构。具体地，分支电缆20的连接端部为裸露的导体段，主电缆10连接位置也具有裸露的导体段，分支电缆20的裸露导体段通过定位部件固定连接主电缆10裸露的导体段。

本发明中主电缆10、分支电缆20及定位部件的连接位置外部还包覆有通过注塑工艺成型的绝缘体30，绝缘体30与主电缆10的绝缘层、分支电缆20的绝缘层形成一体。

也就是说，主电缆10和分支电缆20连接位置处裸露的导体被密封包裹于通过注塑工艺形成的绝缘体30内部。

与现有技术设置绝缘盒充注胶相比，本发明通过注塑工艺直接成型绝缘体30于主电缆10和分支电缆20的连接位置，并且绝缘体30与主电缆10的绝缘层、所述分支电缆20的绝缘层形成一体，实现了避雷电缆内部导体的绝缘密封。注塑工艺可以形成比较致密的绝缘体30，绝缘体30的抗腐蚀能力比较强，可以大大提高避雷电缆的电气绝缘性和使用寿命。由注塑成型的绝缘体30有利于直径较大主电缆10与分支电缆20的连接密封，可以适当增加主电缆10的传输容量。

并且，本文中的避雷电缆的绝缘体30可以直接利用注塑机通过注塑工艺成型，成型比较简单。

请参考图4，图4为本发明一种具体实施例中避雷电缆的加工工艺流程图。

具体地，本发明还提供了一种避雷电缆的加工工艺，具体工艺步骤包括：

s1、将分支电缆20通过定位部件与主电缆10连接；

s2、将连接后主电缆10、分支电缆20的组件置于注塑机内部，注塑工艺在主电缆10和分支电缆20连接位置处裸露的导体及定位部件外部密封包覆绝缘体30，并使绝缘体30与主电缆10的绝缘外表面、分支电缆20的绝缘外表面形成一体。

沿纵向避雷电缆上设置不止一条分支电缆20，各分支电缆20需要与风力发电机叶片的不同位置的接闪电连接。为了避免使用者在安装时快速分辨出分支电缆20和主电缆10，本文还对避雷电缆进行了以下设置。

在一种具体实施方式中，沿纵向位于绝缘体30两端的主电缆10位于同一直线上或者位于同一侧。即，避雷电缆中主电缆10始终位于同一直线或者同一侧，这样本领域内技术人员可以快速分辨哪个是主电缆10，哪个是分支电缆20，以快速完成安装。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施例中主电缆10、分支电缆20与金属管40三者的结构示意图。

上述各实施例中的定位部件可以包括金属管40，金属管40的周壁开设有径向延伸的螺纹通孔，螺纹通孔连通金属管40的外部与其内腔。螺纹通孔内部安装有螺柱，螺柱可以相对螺纹通孔沿径向向内或者向外螺旋转动。

装配时，分支电缆20和主电缆10置于金属管40的内腔，螺柱的内端部压紧分支电缆20和主电缆10于金属管40的内壁。也就是说，分支电缆20和主电缆10通过螺柱的内端部压紧固定，通过旋转螺柱可以调节螺柱的径向位置，从而调整螺柱内端部施加于分支电缆20和主电缆10上的压紧力，从而适合多种直径的分支电缆20和主电缆10的可靠定位。

即，分支电缆20与主电缆10通过以下方式定位：

预先加工周壁上开设有螺纹通孔的金属管40以及于螺纹通孔配合的螺柱；

将分支电缆20与主电缆10均置于金属管40内部，调节螺柱于螺纹通孔内部的位置，以使螺柱的内端部压紧所述分支电缆20和所述主电缆10。

在一种具体实施方式中，沿纵向主电缆10包括第一段主电缆11和第二段主电缆12，第一段主电缆11和第二段主电缆12的相对端部均置于金属管40的内部，二者通过金属管40连通，第一段主电缆11和第二段主电缆12两者中至少一者连接分支电缆20。

第一主电缆11的导体111通过第一螺柱压紧固定于金属管40内腔，第二主电缆的导体121和分支电缆20的导体21通过第二螺柱压紧于金属管40的内腔中。

图1中示出了第二段主电缆12与分支电缆20连接的实施方式。其中第一段主电缆11可以与金属管40过盈配合，也可以通过螺柱压紧方式定位于金属管40内部，即金属管40的周壁与第一段主电缆11和第二段主电缆12对应位置均开设有螺纹通孔，两螺纹通孔内部均设置有螺柱。为了描述技术方案的清楚和间接，本文将与第一段主电缆11对应的螺柱定义为第一螺柱，与第二段主电缆10对应的螺柱定义为第二螺柱。图2中未示出螺柱，仅示出了分别用于安装第一螺柱和第二螺柱的第一螺纹通孔41和第二螺纹通孔42。

即，第一螺柱用于压紧第一段主电缆11于金属管40的内腔；第二螺柱用于压紧第二段主电缆12和分支电缆20于金属管40的内腔。

当然，定位部件不限于上述螺柱压紧的方式，还可以为其他方式，例如直接捆绑或者与金属管内腔过盈配合等。

为了便于操作，第一螺柱和第二螺柱的长度可以大于螺纹通孔的长度，当对主电缆10、分支电缆20压紧后，再将第一螺柱和第二螺柱露置于螺纹通孔外的部分截除，以便后续注塑。

在保证避雷电缆的电气性能的前提下，避雷电缆的重量越轻，越有利于风力发电机的工作性能。

在一种具体实施方式中，第一段主电缆10和所述第二段主电缆10其中一者连接有所述分支电缆20，位于所述分支电缆20伸出端部侧的所述绝缘体30的横向尺寸大于位于另一端部的绝缘体30的横向尺寸。

如图1所示，第二段主电缆10连接分支电缆20，该端部绝缘体30的横向尺寸大于第一段主电缆10的绝缘体30的横向尺寸。本文中将主电缆10长度方向定义为纵向，在水平面内垂直于纵向的方向定义为横向。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施例中具有两个电缆单元的避雷电缆的结构示意图。

电缆单元的数量为n个，各电缆单元的主电缆10依次相连，并且第n-1电缆单元的第二段主电缆10与第n电缆单元的第一段主电缆10为同一根电缆，其中n为大于等于2的整数。

实践发现，金属管40的表面直接注塑，难免会产生空穴等技术问题，影响绝缘体30的使用性能。为了克服上述缺陷，本文还进行了以下设置。

上述各实施方式中，金属管40与绝缘体30之间还具有塑性层，塑性层由以下方式形成：预先设置塑性材料于金属管40的外表面，在注塑成型绝缘体30的过程中，塑性材料高温熔化形成塑性层。

塑性材料可以为聚氯乙烯(英文简称：pvc)、聚乙烯(英文简称pe)、交联聚乙烯(英文简称：xlpe)、聚烯烃(英文简称：po)、热塑性弹性体(英文简称：tpe)、聚氨酯(英文简称：pu)、硅橡胶(英文简称：htv)、氟塑料(英文简称：etfe)、聚醚类塑料(英文简称：peek)等，绝缘体30的最大径向厚度大于4mm。

因本发明所提供的避雷电缆是由上述加工工艺实现的，故避雷电缆的加工工艺也具有避雷电缆的上述技术效果。

以上对本发明所提供的一种避雷电缆及其加工工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。