专利名称：一种高压预制型直流电缆附件的制作模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压直流电缆附件的制作模具，特别涉及一种用于生产高压直流输电的交联聚乙烯电缆的预制型附件的制作模具。
背景技术：
目前，自从1卯4年世界上第1条连接哥特兰岛与瑞典大陆之间的高压直流输电联络线投入商业运行以来，高压直流输电技术已经得到了极大的发展。但是传统的高压直流输电技术还存在很多缺点换流站的投资大，移相换流器接线复杂，体积庞大，易发生换相失败，换流电压谐波含量高等。针对传统高压直流输电技术的不足，ABB公司研发了柔性高压直流输电系统。柔性高压直流输电技术是基于电压源换流器(VSC)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的一种适用于小容量输电的新型高压直流输电技术。自1997年3月，世界上第1条柔性高压直流输电测试系统——Hellsjon-Grangesberg工程成功运行以来，柔性高压直流输电技术引起了各国的广泛关注。相继在澳大利亚，丹麦，美国等国建成了柔性高压直流输电工程，这极大地促进了柔性高压直流输电技术的发展。柔性直流电缆附件包含连接电缆与电缆的中间接头，以及连接电缆与其他电力设备的终端。传统的电缆附件，由绕包或模塑的工艺制作形成，两种方法避免不了用手工缠绕如半导电带和绝缘带等各种橡胶带材的步骤，其对施工人员的技术要求非常高，需要有非常专业的技术水平才能勉强达到电缆附件的制作要求。而且，与电缆本体不同的是，所述两类电缆附件中均存在双层绝缘介质，例如绝缘性能不同的先后缠绕的半导电带和绝缘带等，其交界面将更容易积聚空间电荷。因而，在上述柔性直流电缆附件的制造过程中，往往需要绕包几十层带材形成，技术再高的施工人员也无法控制其绕制质量；这也会在电缆附件中形成无数个交界面从而积聚大量的空间电荷，难以满足直流电缆附件对空间电荷的抑制要求。模塑工艺中，在绕包成型后进行加热固化，成型时间长，还会因为材料热胀冷缩造成工艺误差。而在设计上，绕包和模塑的制作工艺，限制了直流电缆附件的设计，例如这两者工艺所能制作的应力锥只能成相对直线状，是由于手工绕包不能像模具行腔一样形成平滑过渡的圆弧，这对电缆附件电场的分布也是不利的。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种高压预制型直流电缆附件的制作模具，取代了传统绕包式和模塑式的制作工艺，根据直流电场计算和电导率与温度梯度的计算，以一次成型方式形成满足设计形状要求的直流电缆附件的中间接头及终端，从而解决其中双层绝缘介质的问题，将直流电缆附件上的空间电荷积聚量控制到最小。为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种高压预制型直流电缆附件的制作模具，其设有对应注塑形成所述直流电缆的终端及中间接头的若干组模具，包含；[0008]第一模具组，其形成所述终端的、套设在直流电缆与外部设备连接位置的终端应力锥；第二模具组，其形成所述终端的、带若干伞裙的所述绝缘主体；所述绝缘主体套设在所述直流电缆及终端应力锥上；第三模具组，其形成所述中间接头的、套设在电缆与电缆连接处的高压屏蔽层；第四模具组，其形成所述中间接头的、套设在所述直流电缆及高压屏蔽层外的增强绝缘层；第五模具组，其形成所述中间接头的、套设在所述增强绝缘层外的外半导电屏蔽层，以及所述外半导电屏蔽层两端对应插接两个直流电缆的接头应力锥。所述第一模具组包含对应中空的所述终端应力锥的轴向依次设置的外部连接端成孔模具、终端锥壁模具、电缆连接端成孔模具，该三个模具配合连接并预留出与所述终端应力锥形状相匹配的空隙位置；所述外部连接端成孔模具与所述电缆连接端成孔模具上分别设置有成孔突出部分，其啮合连接在注塑时形成所述终端应力锥的轴向通孔。所述第二模具组包含控制所述绝缘主体及其表面伞裙的外形尺寸的第一侧壁模具，以及控制所述绝缘主体的轴向通孔尺寸的第一成孔模具；总体呈柱状的所述第一成孔模具，套设在所述第一侧壁模具中并在两端与之配合连接，从而在所述第一成孔模具与所述第一侧壁模具之间预留出与所述绝缘主体，及其端部套接所述终端应力锥后的形状相匹配的空隙位置。所述第三模具组包含对应所述直流电缆的轴向依次设置的第一端部模具、筒壁模具、第二成孔模具，该三个模具配合连接并预留出与中空的所述高压屏蔽层形状相匹配的空隙位置；所述第二成孔模具设置有柱状突出部分，其与所述第一端部模具啮合连接，在注塑时形成所述高压屏蔽层的轴向通孔。所述第四模具组包含控制所述增强绝缘层的外形尺寸的第二侧壁模具，以及控制所述增强绝缘层的轴向通孔尺寸的第三成孔模具；所述第三成孔模具总体呈柱状，套设在所述第二侧壁模具中并在两端与之配合连接，从而在所述第三成孔模具与所述第二侧壁模具之间，预留出与所述增强绝缘层，以及其中套接直流电缆及高压屏蔽层后的通孔形状相匹配的空隙位置。所述第五模具组包含控制所述外半导电屏蔽层的外形尺寸的第三侧壁模具，以及控制所述外半导电屏蔽层的轴向通孔尺寸的第四成孔模具；总体呈柱状的所述第五成孔模具，套设在所述第三侧壁模具中并在两端与之配合连接，从而在所述第四成孔模具与所述第三侧壁模具之间，预留出与所述外半导电屏蔽层及其中套接所述增强绝缘层的通孔的形状相匹配的空隙位置。所述接头应力锥是形成在所述外半导电屏蔽层的轴向通孔两端的倒喇叭状结构；所述第四模具组的所述第二侧壁模具，在其轴向两端设置为平滑过渡的圆弧，使注塑形成的增强绝缘层，其两端形状与所述接头应力锥的形状相匹配。所述第一模具组至第五模具组中，分别设置有可分离的两组，包含在注塑时与
5所述终端或中间接头的各自的各个零件直接接触、控制所述各个零件的成型尺寸的替换部分，以及用于固定所述替换部分的联结体部分。所述制作模具中注塑形成所述终端或中间接头的材料，是三元乙丙橡胶、硅橡胶或任何一种可软化注塑的橡胶材料。所述制作模具中注塑形成所述终端或中间接头是套接在高压直流交联聚乙烯电缆上的。本实用新型所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其优点在于本实用新型可依照电场分布、电导率、温度梯度等最优的设计要求，决定所述中间接头和终端的形状，并通过整体注塑一次成型。本实用新型解决了在传统绕包工艺中人为手工绕包半导电带和绝缘带造成间隙所导致的空间电荷积聚的不良影响；解决了在模塑工艺中绕包成型后加热固化时间长和材料热胀冷缩的工艺误差。由于本实用新型解决了人为导致的不稳定性以及工艺误差，因而能够取代传统直流电缆附件的手工绕包和模塑的生产工艺，有效提高生产效率。最主要的是因为所述终端及中间接头在工厂内已经预制件成型，可以在出厂前对每个直流电缆附件进行电气试验，确保产品质量可靠。
图1为本实用新型一种高压预制型直流电缆附件的制作模具中，用于终端应力锥制造的第一模具组结构图；图2为本实用新型所述制作模具中，用于终端的绝缘主体制造的第二模具组结构图；图3为由图1、图2所示的制作模具生产的终端的结构示意图；图4为本实用新型所述制作模具中，用于中间接头的高压屏蔽层制造的第三模具组结构图；图5为本实用新型所述制作模具中，用于中间接头的增强绝缘层制造的第四模具组的结构图；图6为本实用新型本实用新型所述制作模具中，用于中间接头的外半导电屏蔽层制造的第五模具组的结构图；图7为由图4、图5、图6所示的制作模具生产的中间接头的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，适用于三元乙丙橡胶、硅橡胶或任何一种可软化注塑的橡胶材料，用于制成高压直流交联聚乙烯电缆的预制型电缆附件，包含中间接头及终端。所述中间接头及终端分别作为连接电缆与电缆、连接电缆与其他电力设备的电缆附件，套设在电压等级为士30kV，电缆线芯截面积为300mm2，主绝缘厚度为4mm的直流电缆绝缘层外。实施例1配合参见图1至图3所示，图1、图2是本实用新型所述其中一组制作模具，用于形成图3所示的直流电缆终端。如图3所示，所述直流电缆300的终端100中，包含套设在所述直流电缆300的端部外的终端应力锥110，套设在直流电缆300和终端应力锥110外的绝缘主体120 ；所述绝缘主体120的外表面环绕设置有长短间隔的若干伞裙121。形成所述终端100的制作模具中，包含形成所述终端应力锥110的第一模具组10， 形成带若干伞裙121的所述绝缘主体120的第二模具组20。所述第一、第二模具组分别包含一组配合设置的模具，使所述终端应力锥110及绝缘主体120能够在工厂中一次注塑成型，成为一个整体。如图1所示，所述第一模具组10进一步包含对应中空的所述终端应力锥110的轴向依次设置的外部连接端成孔模具11、终端锥壁模具12、电缆连接端成孔模具13，该三个模具配合连接并预留出与所述终端应力锥110形状相匹配的空隙位置110’。其中，所述外部连接端成孔模具11与所述电缆连接端成孔模具13上分别设置有成孔突出部分111和131，该两个成孔突出部分111、131相互啮合连接，在注塑时形成所述终端应力锥110的轴向通孔。所述两个成孔突出部分111、131的直径大小可分别设置，以使最终成型的所述轴向通孔两端的孔径，分别能与外部设备及直流电缆300的端部相配合。为适应电缆300附件电场的分布要求，所述终端锥壁模具12与所述电缆连接端成孔模具13配合连接并预留有平滑过渡的圆弧空隙，使在注塑时形成的所述终端应力锥 110，其与直流电缆300套接的位置为向外开口的喇叭状。为了使所述第一模具组10能够适应不同尺寸的终端应力锥110的生产，所述外部连接端成孔模具11、终端锥壁模具12、电缆连接端成孔模具13均设置有可分离的两部分， 包含在注塑时与所述终端应力锥110直接接触，控制所述终端应力锥110尺寸的替换部分 71,以及用于固定所述替换部分71的联结体部分72。如图2所示，所述第二模具组20进一步包含控制所述绝缘主体120及其表面伞裙 121的外形尺寸的第一侧壁模具21，以及控制所述绝缘主体120的轴向通孔尺寸的第一成孔模具22。总体呈柱状的所述第一成孔模具22，套设在所述第一侧壁模具21中并在两端与之配合连接，从而在所述第一成孔模具22与所述第一侧壁模具21之间预留出与所述绝缘主体120，及其端部套接所述终端应力锥110后的形状相匹配的空隙位置120’。与上述类似的，所述第一侧壁模具21包含控制所述绝缘主体120成型尺寸的替换部分71，以及用于固定所述替换部分71的联结体部分72 ；配合设置直径不同的所述第一成孔模具22，实现对不同外形尺寸的绝缘主体120，及其中不同尺寸的轴向通孔的一次注塑成型。实施例2配合参见图4至图7所示，图4、图5、图6是本实用新型所述另一组制作模具，用于形成图7所示的直流电缆300的中间接头200。如图7所示，所述直流电缆300的中间接头200，包含套设在直流电缆300连接处外部的高压屏蔽层220，套设在直流电缆300及高压屏蔽层220外的增强绝缘层230，以及套设在增强绝缘层230外的外半导电屏蔽层M0。所述外半导电屏蔽层MO的轴向通孔两端直接形成有两个接头应力锥210，使需要连接的两根直流电缆300，分别通过所述接头应力锥210插入所述中间接头200。[0054]所述中间接头200的制作模具中，包含第三到第五模具组，其对应形成所述高压屏蔽层220、所述增强绝缘层230、所述外半导电屏蔽层240及其两端的接头应力锥210，使所述中间接头200的该些部分能够在工厂中一次注塑成型，成为一个整体。具体的，如图4所示，所述第三模具组30包含对应所述直流电缆300的轴向依次设置的第一端部模具31、筒壁模具32、第二成孔模具33，该三个模具配合连接并预留出与中空的所述高压屏蔽层220形状相匹配的空隙位置220’。其中，所述第二成孔模具33设置有柱状突出部分331，其与所述第一端部模具31 啮合连接，在注塑时形成所述高压屏蔽层220的轴向通孔。该柱状突出部分331的直径及长度，直接决定了所述高压屏蔽层220通孔的孔径及所述高压屏蔽层220的长度。与上述实施例中类似的，第三模具组30的所述第一端部模具31、筒壁模具32、第二成孔模具33，分别设有控制所述高压屏蔽层220成型尺寸的替换部分71，以及用于固定所述替换部分71的联结体部分72。因而能够适应不同形状尺寸的高压屏蔽层220的一次注塑成型。如图5所示，所述第四模具组40进一步包含控制所述增强绝缘层230的外形尺寸的第二侧壁模具41，以及控制所述增强绝缘层230的轴向通孔尺寸的第三成孔模具42。 其中，所述第二侧壁模具41尤其在其轴向两端设置为平滑过渡的圆弧，即所述增强绝缘层 230中间部分接近圆柱体，向外开始逐渐收紧，并在两端部的直径最小，从而使注塑形成的所述增强绝缘层230的两端形状，能够与外半导电屏蔽层240两端接头应力锥210的倒喇叭状结构相匹配。上述第三成孔模具42总体呈柱状，套设在所述第二侧壁模具41中并在两端与之配合连接，从而在所述第三成孔模具42与所述第二侧壁模具41之间，预留出与所述增强绝缘层230，以及其中套接直流电缆300及高压屏蔽层220后的通孔形状相匹配的空隙位置 230，。如图6所示，与上述结构相类似，所述第五模具组50进一步包含控制所述外半导电屏蔽层MO的外形尺寸的第三侧壁模具51，以及控制所述外半导电屏蔽层MO的轴向通孔尺寸的第四成孔模具52。总体呈柱状的所述第四成孔模具52，套设在所述第三侧壁模具 51中并在两端与之配合连接，从而在所述第四成孔模具52与所述第三侧壁模具51之间，预留出与所述外半导电屏蔽层240及其中套接所述增强绝缘层230的通孔的形状相匹配的空隙位置240，。上述第二、第三侧壁模具中，分别包含控制所述增强绝缘层230、所述外半导电屏蔽层240的成型尺寸的替换部分71，以及用于固定所述替换部分71的联结体部分72 ；与直径不同的所述第三、第四成孔模具分别配合连接，实现对不同外形尺寸的所述增强绝缘层 230、外半导电屏蔽层M0，及其各自不同尺寸的轴向通孔的一次注塑成型。通过高压注塑的方式，使所述高压屏蔽层220、增强绝缘层230、外半导电屏蔽层 240按生产工艺次序一次成型，能够同时满足其各自的设计要求例如使增强绝缘层230两端的形状，与外半导电屏蔽层240两端的接头应力锥210的设计要求相匹配，或例如增强绝缘层230端部与高压屏蔽层220端部之间的内爬距a的要求(图7)。之后，再通过高温硫化将所述高压屏蔽层220、增强绝缘层230、外半导电屏蔽层240完全结合成一体，这样也有效抑制了双层绝缘介质对成品空间电荷的影响。[0063]综上所述，本实用新型所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，可依照电场分布、电导率、温度梯度等最优的设计要求，决定所述中间接头和终端的形状，并通过整体注塑一次成型。本实用新型解决了在传统绕包工艺中人为手工绕包半导电带和绝缘带造成间隙所导致的空间电荷积聚的不良影响；解决了在模塑工艺中绕包成型后加热固化时间长和材料热胀冷缩的工艺误差。由于本实用新型解决了人为导致的不稳定性以及工艺误差，因而能够取代传统直流电缆附件的手工绕包和模塑的生产工艺，有效提高生产效率。最主要的是因为所述终端及中间接头在工厂内已经预制件成型，可以在出厂前对每个直流电缆附件进行电气试验，确保产品质量可靠。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于，所述制作模具设有对应注塑形成所述直流电缆(300)的终端(100)及中间接头(200)的若干组模具，包含；第一模具组(10 )，其形成所述终端(100 )的、套设在直流电缆(300 )与外部设备连接位置的终端应力锥(110);第二模具组(20)，其形成所述终端(100)的、带若干伞裙(121)的所述绝缘主体(120); 所述绝缘主体(120)套设在所述直流电缆(300 )及终端应力锥(110 )上；第三模具组(30)，其形成所述中间接头(200)的、套设在电缆与电缆连接处的高压屏蔽层(220)；第四模具组(40 )，其形成所述中间接头(200 )的、套设在所述直流电缆(300 )及高压屏蔽层(220)夕卜的增强绝缘层(230)；第五模具组(50)，其形成所述中间接头(200)的、套设在所述增强绝缘层(230)外的外半导电屏蔽层(240)，以及所述外半导电屏蔽层(240)两端对应插接两个直流电缆(300)的接头应力锥(210)。
2.如权利要求1所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第一模具组(10)包含对应中空的所述终端应力锥(110)的轴向依次设置的外部连接端成孔模具(11)、终端锥壁模具(12)、电缆连接端成孔模具(13)，该三个模具配合连接并预留出与所述终端应力锥(110)形状相匹配的空隙位置(110’)；所述外部连接端成孔模具(11)与所述电缆连接端成孔模具(13)上分别设置有成孔突出部分(111、131)，其啮合连接在注塑时形成所述终端应力锥(110)的轴向通孔。
3.如权利要求2所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第二模具组(20)包含控制所述绝缘主体(120)及其表面伞裙(121)的外形尺寸的第一侧壁模具(21)，以及控制所述绝缘主体(120)的轴向通孔尺寸的第一成孔模具(22)；总体呈柱状的所述第一成孔模具(22)，套设在所述第一侧壁模具(21)中并在两端与之配合连接，从而在所述第一成孔模具(22)与所述第一侧壁模具(21)之间预留出与所述绝缘主体(120)，及其端部套接所述终端应力锥(110)后的形状相匹配的空隙位置(120’)。
4.如权利要求1所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第三模具组(30)包含对应所述直流电缆(300)的轴向依次设置的第一端部模具 (31)、筒壁模具(32)、第二成孔模具(33)，该三个模具配合连接并预留出与中空的所述高压屏蔽层(220)形状相匹配的空隙位置(220’)；所述第二成孔模具(33 )设置有柱状突出部分(331)，其与所述第一端部模具(31)啮合连接，在注塑时形成所述高压屏蔽层(220)的轴向通孔。
5.如权利要求4所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第四模具组(40)包含控制所述增强绝缘层(230)的外形尺寸的第二侧壁模具 (41)，以及控制所述增强绝缘层(230)的轴向通孔尺寸的第三成孔模具(42)；所述第三成孔模具(42)总体呈柱状，套设在所述第二侧壁模具(41)中并在两端与之配合连接，从而在所述第三成孔模具(42 )与所述第二侧壁模具(41)之间，预留出与所述增强绝缘层(230)，以及其中套接直流电缆(300)及高压屏蔽层(220)后的通孔形状相匹配的空隙位置(230，)。
6.如权利要求5所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第五模具组(50)包含控制所述外半导电屏蔽层(240)的外形尺寸的第三侧壁模具(51)，以及控制所述外半导电屏蔽层(240)的轴向通孔尺寸的第四成孔模具(52)；总体呈柱状的所述第五成孔模具(52)，套设在所述第三侧壁模具(51)中并在两端与之配合连接，从而在所述第四成孔模具(52)与所述第三侧壁模具(51)之间，预留出与所述外半导电屏蔽层(240)及其中套接所述增强绝缘层(230)的通孔的形状相匹配的空隙位置 (M0，)。
7.如权利要求6所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述接头应力锥(210)是形成在所述外半导电屏蔽层(240)的轴向通孔两端的倒喇叭状结构；所述第四模具组(40)的所述第二侧壁模具(41)，在其轴向两端设置为平滑过渡的圆弧，使注塑形成的增强绝缘层(230)，其两端形状与所述接头应力锥(210)的形状相匹配。
8.如权利要求3或7所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述第一模具组(10)至第五模具组(50)中，分别设置有可分离的两组，包含在注塑时与所述终端(100)或中间接头(200)的各自的各个零件直接接触、控制所述各个零件的成型尺寸的替换部分(71)，以及用于固定所述替换部分(71)的联结体部分(72)。
9.如权利要求8所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述制作模具中注塑形成所述终端(100)或中间接头(200)的材料，是三元乙丙橡胶、 硅橡胶或任何一种可软化注塑的橡胶材料。
10.如权利要求9所述高压预制型直流电缆附件的制作模具，其特征在于所述制作模具中注塑形成所述终端(100)或中间接头(200)是套接在高压直流交联聚乙烯电缆上的。
专利摘要一种高压预制型直流电缆附件的制作模具，设有制造直流电缆终端中，形成终端应力锥的第一模具组；形成带若干伞裙的绝缘主体的第二模具组；还设有制造中间接头中，形成高压屏蔽层的第三模具组；形成增强绝缘层的第四模具组；形成两端带接头应力锥的外半导电屏蔽层的第五模具组。本实用新型可依照最优的设计要求，控制中间接头和终端的形状，并通过整体注塑一次成型，解决了传统手工绕包所导致的空间电荷积聚的不良影响；解决了在模塑工艺中绕包成型后加热固化时间长和材料热胀冷缩的工艺误差。因而有效提高了生产效率，使终端及中间接头在工厂内已经预制件成型并可进行电气试验，确保产品质量可靠。
文档编号H02G1/14GK201975728SQ20112007636
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者何维国, 周雁, 尹毅, 张宇, 彭嘉康, 柳松, 江平开, 陈守直 申请人:上海交通大学, 上海华普电缆有限公司, 上海市电力公司, 上海捷锦电力新材料有限公司