绝缘动力电缆的制作方法

专利名称：绝缘动力电缆的制作方法
绝缘动力电缆
背景技术：
1. 发明领域
本发明涉及绝缘动力电缆，尤其常用于填充流体的电变压器内的 绝缘电缆。
2. 相关技术描述
绝缘电缆和绝缘绕线都用在填充流体的变压器内。绝缘绕线用来 形成变压器的绕组。这种绕线需要有足够的刚度才能承受变压器操作 期间出现的机械应力。绝缘电缆连接变压器内的各种部件，如连接绕 带与无负载或带负载更换器、相的互连和连接内部绕组与套管接头。 与绝缘绕线相反，绝缘电缆需要足够柔软才能使接点容易操纵。于是， 在要求更高的强度时，电缆要靠机械支撑。
变压器内绕线的导体一般都包含多根各自绝缘的绕线，以免线与 线之间相互接触。在很多情况下，为保证变压器绕组均匀的密堆砌， 这类绝缘绕线都具有矩形截面。相反，用于变压器内的绝缘电缆一般 由多束未绝缘且一般为圆形截面的电线制成。因为这些电缆在高电压 和高电流下输电，所以关键要求是它们应具有足够好的绝缘性，以免 相邻电缆之间发生介电击穿，这在充油变压器中是灾难性的。传统上， 充油变压器内的电缆一直用螺旋形包裹的绉紋纤维素纸带绝缘，以及 用于变压器内的电缆尺寸和根数决定如下首先规定在负载下电线电 缆与变压器油之间所要求的最大温差，然后在不超过所要求最大温差 的条件下，用足够多的电缆来处理所要求的电流。对于纤维素纸带， 最大温差一般为约20 TC (Transformer Engineering(变压器工程)，第二 版，John Wiley and Sons出版社出版，p.321),因为任何更大的温差都 会使纤维素绝缘提前老化和最终的电缆失效。但是，如果电缆能在更 高温度下操作，即，如果最大温差能提高到约60TC，则能减少变压器 所需的电缆尺寸和/或电缆数目。因此，目前所需要的是能承受更高温 度而绝缘不会提前老化的电缆。
1973年4月的研究公开RD10833公开，能用"纵向包裹"技术包
裹导体，在其中以平行于电线的方法应用Nomex⑧窄带，使之围绕电线 折叠并加以密封。优选使用已经起绉的带材，然后轻轻压延之，以保 持所需的绝缘厚度。
1973年5月的研究公开RD10947公开，在需要高孔隙率的某些应
用如充油变压器中，特别优选特种低密度纸，例如1\01116乂@411。
授予Rolling等的WO200191135公开了如下的电气设备它包括 导体和围绕至少部分该导体的绝缘；绝缘纸包括木浆纤维、可以是芳 族聚酰胺纤维的合成纤维和粘结剂材料，合成纤维的存在量为2-25 重量％。这种绝缘纸能被起绉并以螺旋形包裹在导体周围。
发明概述
本发明涉及包含内有多根未绝缘电线的多股电缆和包覆该电缆的 电绝缘成的绝缘动力电缆，电绝缘的厚度为0.0625 ~ 0.5英寸(0.16 - 1.3 cm)且包含多层螺旋形包裹的绉紋带材，所述带材包含至少50重量％ 芳族聚酰胺材料，在起绉前的密度为0.1~0.5g/cm3。
附图
简述
附图表示本发明电缆的一个实施方案。
发明详述
本发明涉及绝缘动力电缆，尤其常用于填充流体的电变压器内的 绝缘电缆。本发明的绝缘电缆包括内含多束未绝缘电线的多股电缆和 包覆在该电缆上的电绝缘。本发明电缆的一个实施方案示于附图中。 所示绝缘电缆1上有一层包覆在多股电缆3上的绝缘2。多股电缆3包 含优选以多束5的形式存在的多根未绝缘线4。为清楚起见，图中所示 的绝缘电缆在束间存在夸大的空档6，而在实践中，优选且一般在束间
只有非常有限的空档。
包覆多股电缆3的电绝缘2的径向厚度为0.0625-0.5英寸(0.16-1.3 cm)。小于约0.0625英寸的绝缘厚度提供的绝缘材料太少，不足以 提供足够的介电强度。大于约0.5英寸的厚度被认为使电缆无法具有合 理的弯曲半径。绝缘的厚度由多层芳族聚酰胺材料构成，而且电缆上 电绝缘皮的总密度为约0.2~0.6g/cm3，优选约0.3-0.5g/cm3。由于绝
缘的径向厚度或"堆积"是最关键的参数，所以材料的实际层数可变，
可能是10 ~ 100层甚至更多层。芳族聚酰胺材料层优选是宽约0.25 ~ 2 英寸的窄带材。这类带材优选在带宽上具有无规的凹凸起伏或绉紋。 能以任何有效的方法使带材具有凹凸起伏，但优选提供一系列无规凹 凸起伏的起绉法，优选授予Walton等的国际专利申请 WO2002/076723;授予Walton的美国专利3,260,778;授予Cluett的美 国专利2,624,245;授予Walton的美国专利3，426，405和授予Packard 的美国专利4,090,385中公开的微起绉或干起绉法和设备。适用于微起 绉片材和带材的设备能获自Micrex Corporation of Walpole，MA 02081。这类设备一般把拟起绉带压在把带材朝阻滞单元推进的阻滞单 元如阻滞叶片上，叶尖安装在驱动辊附近。阻滞单元通过带材的反复 伸缩使带材粗略地自折叠而形成优选的凹凸起伏。优选带材在微起绉 加工期间被机械地线性压实约10-200%，优选25~150%，以单位面 积带材的增重为基准计算。
关键在于变压器内所用的油要能透过并饱和多股电缆周围的绝 缘。因此，供给绝缘的方法是在电缆周围螺旋形地包裹所述带材，以 形成允许油透过并存在于绝缘层之间的通路的多层。如本文所用，"螺 旋形包裹"是指包括一种或多种带材在电缆外周的螺旋状或螺紋状包 裹。更重要的是，用于带材内的芳族聚酰胺材料在起绉之前的密度必 须为约0.1-0.5 g/cm3，这使绝缘具有足够的孔隙率，从而使带材在已 包裹在多股电缆上之后能被油完全饱和。带材的起绉使带材料具有一 定的可拉伸性，因此能紧密包裹在电缆周围，同时又避免了用刚性带 材可能使电缆具有的任何刚度。在本发明的某些实施方案中，带材由 已在金属线上制成并经轻压但未被额外所施的高温和高压，例如，一 组加热压延辊，太多致密化的"成形"纸制成。芳族聚酰胺材料可以 是包含芳族聚酰胺纤维的任何非织造片材，能被扯裂成带材并能是各 类纺粘、射流喷网法非织造或纸状片材或层合结构。在优选实施方案 中，非织造片材是芳族聚酰胺纸。如本文所用，术语纸材按其一般意 义使用，并能用传统的造纸法和设备及工艺制成。芳族聚酰胺非织造 片材或纸的厚度(起绉前)并不重要，但典型范围是约0.002 ~0.015英 寸。
用于本发明的优选芳族聚酰胺纸一般制造如下形成芳族聚酰胺
纤维材料如纤条体和短纤维的淤浆，然后在例如Fourdrinier机器上或 在含成形筛网的手抄纸模上以手工把淤浆转化为纸。关于芳族聚酰胺 成形为纸的方法，可参考Gross USP 3，756，908和Hesler等的USP 5,026,456。
如本文所用，术语芳族聚酰胺是指其中至少85n/。的酰胺(-CONH -)键直接连接在2个芳环上的聚酰胺。添加剂能与芳族聚酰胺一起使 用，多达10重量％的其它聚合物材料能与芳族聚酰胺共混，或能用多 达10%其它二胺取代芳族聚酰胺的二胺或多达10%其它二酰基氯取代 芳族聚酰胺的二酰基氯的共聚物。在本发明的实践中，最常用的芳族 聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二胺和聚间苯二甲酰间苯二胺，优选的 芳族聚酰胺是聚间对苯二甲酰间苯二胺。
绝缘材料包含至少50重量％芳族聚酰胺材料。能用的其它材料中 包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、液晶聚合物、聚萘二羧酸乙二酯、 聚苯硫醚、聚苯并喁唑、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚醚砜、全芳族共 聚酰胺，如以商标16化110^@销售的那些，氟化烃或它们的任意组合。 优选这类其它材料在纸内呈纤维或颗粒状。芳族聚酰胺少于这个量的 绝缘不理想，因为它一般无法承受高于130TC的操作温度。优选绝缘材 料包含75 ~ 100%芳族聚酰胺，以利用芳族聚酰胺高温性能的优点。
图中所示被绝缘包覆的多股电缆3由多根优选以多束5的形式存 在的未绝缘导线4形成。在本发明的某些实施方案中，多股电缆的总 尺寸为8AWG-1000 MCM，优选1/0 ~ 750 MCM的尺寸。优选多股 电缆满足ASTM标准中有关标准铜导体的ASTM B172、 ASTM B173 或ASTM B8之 一 。这类多股电缆可获自Rea Magnet Wire Company,Inc"of Osceola，Arkansas和Southwire Company of Carrollton, Georgia。本发明的2种电缆用内含427根铜线的500 MCM多股电缆 制成，每种电缆的标称直径为0.924英寸，包覆有15或36层绉紋型411 芳族聚酰胺纸带。411型芳族聚酰胺纸是未致密化的100%聚间苯二曱 酰间苯二胺纸，在起绉前的密度为0.31 g/cm3。 15层电缆用13条宽1.25 英寸(3.175 cm)的带材，而36层电缆用32条宽1.3125英寸(3.334 cm) 的带材。各层芳族聚酰胺纸带在起绉前的厚度是0.00834英寸(0.02 cm)，而在起绉后的厚度为0.0255英寸(0.0648cm)。把这些带材以螺旋 形方式包裹在多股电缆的周围，在15层多股电缆上，最终绝缘皮的厚 度或堆积为0.125英寸(0.32 cm)，在36层多股电缆上，最终绝缘皮的 厚度为0.25英寸(0.64 cm)。把电缆浸在矿物油内，油完全透过包覆的 绝缘。
本发明电缆的关键益处在于，它在变压器内能在比先有技术电缆 更高的温度下操作。变压器内的油和电缆之间的最大温差能被增加到 约60TC，从而能在绝缘不提前老化的前提下减少变压器所需的电缆 数。例如，用3根纤维素绝缘厚度为0.125英寸的350 MCM电缆的50 MVA， 12470V变压器，只需要用2根由本发明所述的起绉芳族聚酰胺 片材构成的绝缘厚度为0.125英寸的相同电缆进行操作。
在一个实施方案中，本发明的电缆适合于作变压器内的电缆。本 发明的另一个实施方案是包含本文所述的绝缘多股电缆的变压器。
权利要求
1.包含下列部件的绝缘动力电缆a)包含多根未绝缘电线的多股电缆，和b)包覆该电缆的电绝缘，电绝缘的厚度为0.0625～0.5英寸(0.16～1.3cm)并包含多层螺旋形包裹的绉纹带材，所述带材包含至少50重量％芳族聚酰胺材料，该带材在起绉前的密度为0.1～0.5g/cm3。
2. 权利要求l的电缆，其中包覆在电缆上的电绝缘的密度为0.2~ 0.6 g/cm3。
3. 权利要求2的电缆，其中包覆在电缆上的电绝缘的密度为0.3-0.5 g/cm3。
4. 权利要求1的电缆 维的非织造片材。
5. 权利要求4的电缆，
6. 权利要求l的电缆，
7. 权利要求6的电缆 二胺。
8. 权利要求l的电缆，
9. 权利要求8的电缆 二胺。
10. 权利要求l的电缆，其中多根未绝缘电线以多束形式存在。
11. 权利要求1的电缆，其中多股电缆的尺寸为8AWG~1000 MCM。
12. 适用于变压器的电缆，包含权利要求l的电缆。
13. 包含权利要求l的电缆的变压器。，其中芳族聚酰胺材料是包含芳族聚酰胺纤其中非织造片材是芳族聚酰胺纸。 其中芳族聚酰胺材料是间位芳族聚酰胺。 ，其中间位芳族聚酰胺是聚间苯二曱酰间苯其中芳族聚酰胺材料是对位芳族聚酰胺。 ，其中对位芳族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯
全文摘要
本发明涉及包含内有多束未绝缘电线的多股电缆和包覆该电缆的电绝缘的绝缘动力电缆，所述电绝缘的厚度为0.0625～0.5英寸(0.16～1.3cm)并包含多层螺旋形包裹的绉纹带材，所述带材包含至少50重量％芳族聚酰胺材料，该带材在起绉前的密度为0.1～0.5g/cm³。
文档编号H01B3/30GK101111902SQ200680003541
公开日2008年1月23日 申请日期2006年1月31日 优先权日2005年2月3日
发明者L·C·贝茨, R·P·马雷克 申请人:纳幕尔杜邦公司