专利名称：一种直流110kV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压直流电缆技术领域，具体涉及一种直流IlOkV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆。
背景技术：
随着直流输电中所涉及关键技术问题在近年来逐渐得以解决，直流输电相对于交流输电的优势开始不断显现出来。直流输电相比于交流输电有如下优点。1)输送效率高，线路损失小。2)调节电流和改变功率传递方向方便。3)虽然换流设备比变压器造价高，但直流线路用线比交流少，投资费用少，对长距离线路直流比交流省钱。4)直流电缆的长度不受电容电流的限制，这对于过海峡、向海岛输电较为有利。5)直流输电线路可作为两种电网的联接线，甚至两种电网频率不同时也可应用， 它还能降低主干线与电网间的短路电流。6)直流线路的电晕无线电干扰小。直流输电在全球电力系统中获得大力发展，截止目前，充油电缆仍是高压及超高压直流电缆最可靠的型式。国内已建成并投运特高电压等级直流架空输电线路，尚没有直流电缆线路的运行经验。但在一些长距离电能传输、过江、跨海等应用场合，已有直流电缆线路的实际需求被提上议事日程。随着数千公里聚乙烯绝缘海底传输电缆的成功应用，在19世纪50年代，聚乙烯绝缘电缆在直流海底高压应用中的潜力开始被认识及研究，但是，聚乙烯及交联聚乙烯直流电缆在极性反转试验中容易被击穿，这阻碍了它的商业应用。通常认为这是由于电缆绝缘中存在被捕获的空间电荷。在19世纪90年代，新型绝缘材料和新的换流站的发展使得聚乙烯及交联聚乙烯挤出绝缘型直流电缆无论是作为海底还是陆地使用都重新引起了商业方面的兴趣。有公开发表的文献资料显示，通过对聚乙烯原材料掺杂纳米颗粒等进行改性，可有效改善其空间电荷问题，从而使得交联聚乙烯绝缘电缆可应用于直流高压/超高压领域。目前，国际上已有几家大型材料供应商可大量提供中压及高压交联聚乙烯直流电缆用聚乙烯料。从生产设备以及工艺要求上说，交联聚乙烯绝缘直流电缆与交流电缆没有本质区另IJ。但是，由于在运行时承受的电压形式和幅度不一样，绝缘特性差异十分显著，交联聚乙烯绝缘直流电缆的结构尺寸和交流电缆是完全不同的，不能将交流电缆的结构尺寸照搬用于直流电缆，需要在开展相应的可靠性试验探索的基础上，完成绝缘结构设计的工作，确定 XLPE直流电缆的结构和尺寸。
发明内容为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种直流IlOkV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆，可承受IlOkV直流工作电压，160kV极性反转电压以及 310kV直流电压叠加暂态过电压，从而可以应用于IlOkV直流输电线路长期可靠运行，在正常工作、电流换向、操作以及雷电冲击各种情况下保持绝缘的正常状态，以实现安全供电。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种直流IlOkV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆，包括导体1，在导体1外包裹导体包带2，在所述导体包带2的外层采用三层共挤生产工艺，由里到外一次性挤包导体屏蔽3、 交联聚乙烯绝缘4以及绝缘屏蔽5，包裹在绝缘屏蔽5外的阻水缓冲层6，挤包在阻水缓冲层6外的金属护套7以及挤包在金属护套7外的外护套8。所述导体1采用铜单线绞合紧压而成，横截面为圆形结构，截面积为400mm2、 630mm2或800mm2，对应的铜线直径与数量分别为3. Omm X 60、3. 75mm X 60或3. 52mm X 89，对应的线芯外径分别为23. 8mm,30. Omm或34. 0mm。所述导体包带2材料为半导电尼龙带，厚度为0. 14 0. 16mm。所述导体屏蔽3和绝缘屏蔽5的材料为半导电的超光滑直流屏蔽料，厚度均为 1. Omm0所述交联聚乙烯绝缘4采用1 IOkV级直流电缆用超净交联聚乙烯绝缘料连续挤出成型，厚度10. 0mm。所述阻水缓冲层6由具有半导电特性的吸水膨胀带绕包而成，阻水缓冲层的厚度为 2. Omm0所述金属护套7材料为铝，金属护套采用铝挤出后压制波纹的形式制成，金属护套7厚度为2. Omm,波纹高度为4. 0 4. 5mm。所述外护套8采用聚乙烯材料连续挤出成型，厚度为3. 5mm。为了在IlOkV直流电压下、陆地敷设环境中长期可靠运行，本实用新型所采用的技术方案是，应用铜作为导体、交联聚乙烯为主绝缘、皱纹铝为金属护套，聚乙烯为外护套构成主要功能层的整体结构，具有如下优点(1)选择铜为导体材料，通流容量大；(2)导体外绕包半导电尼龙带，防止导体屏蔽挤出时渗入单线缝隙，以节约材料， 降低成本；(3)应用导体屏蔽和绝缘屏蔽有效改善电场，防止发生局部放电，提高电气性能； 以交联聚乙烯直流绝缘料生产电缆的主绝缘，厚度为10. 0mm，既可满足长期直流工作电压的需要，同时能够承受极性反转以及直流叠加暂态过电压对绝缘的要求，而且，防止绝缘过厚导致的原材料浪费、电缆外径大、运输以及敷设安装困难等问题；交联聚乙烯主绝缘与导体屏蔽、绝缘屏蔽三层共同挤出，以提高绝缘电缆的性能；导体屏蔽和绝缘屏蔽采用超光滑直流屏蔽料，可提供绝缘材料与屏蔽材料之间的超光滑界面，这是确保电缆长期性能可靠性的重要因素；而交联聚乙烯绝缘采用超净料，可最大程度地减少空间电荷的积聚，大大提高直流电缆的电性能；(4)采用2. Omm厚度的阻水缓冲层，具有吸水膨胀特性，可防止水分沿电缆轴向渗透，同时保护电缆绝缘免受金属护套挤出过程中的高温烫伤以及压制波纹时的机械力损伤，此外，该层具有半导电特性，通过它可实现金属护套与绝缘屏蔽的有效电接触，防止出现由局部电场集中引起的局部放电；[0028](5)采用皱纹铝护套作为电缆的金属护层，并采用整体挤出后压制波纹的工艺，厚度为2. 0mm，波高为4. 0 4. 5mm，可承受安装敷设以及运行时的机械力作用，同时还可起到径向防水的功能，并可提供较小的弯曲半径和较好的防腐蚀性能，适应陆地敷设的需要；(6)采用聚乙烯护套作为电缆的外护层，厚度为3. 5mm，可有效防水并保护金属护套免受环境电化学腐蚀。和相同电压等级的IlOkV交流交联聚乙烯电缆相比，本实用新型直流IlOkV交联聚乙烯单芯电缆绝缘较薄，电缆外径减小，不但节约了原材料，且对于电缆的生产、运输、敷设都非常有利；并且，相同情况下直流线路的传输容量比交流线路有显著增加，输送效率高，线路损失小；此外，直流线路的长期运行性能相比于交流线路通常有较大提升。
图1为本实用新型电缆径向结构示意图。图2为本实用新型电缆轴向结构示意图。图3为本实用新型电缆在土壤中直埋敷设的示意图。图4为本实用新型电缆在隧道中敷设的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作更详细的说明。如图1、图2所示，本实用新型为一种直流IlOkV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆，包括导体1，在导体1外包裹导体包带2，在所述导体包带2的外层采用三层共挤生产工艺，由里到外一次性挤包导体屏蔽3、交联聚乙烯绝缘4以及绝缘屏蔽5，包裹在绝缘屏蔽5外的阻水缓冲层6，挤包在阻水缓冲层6外的金属护套7以及挤包在金属护套7外的外护套8。所述导体1采用铜单线绞合紧压而成，横截面为圆形结构，截面积为400mm2、 630mm2或800mm2，对应的铜线直径与数量分别为3. Omm X 60、3. 75mm X 60或3. 52mm X 89，对应的线芯外径分别为23. 8mm,30. Omm或34. 0mm。所述导体包带2材料为半导电尼龙带，厚度为0. 14 0. 16mm。所述导体屏蔽3和绝缘屏蔽5的材料为半导电的超光滑直流屏蔽料，厚度均为 1. Omm0所述交联聚乙烯绝缘4采用1 IOkV级直流电缆用超净交联聚乙烯绝缘料连续挤出成型而成，厚度为10. 0mm。所述阻水缓冲层6由具有半导电特性的吸水膨胀带绕包而成，阻水缓冲层的厚度为 2. Omm0所述金属护套7材料为铝，金属护套采用铝挤出后压制波纹的形式制成，金属护套7厚度为2. Omm,波纹高度为4. 0 4. 5mm。所述外护套8采用聚乙烯材料连续挤出成型，厚度为3. 5mm。如图3所示，将电缆直接埋设于地下进行敷设的方式，既简单又经济，使用非常广泛。电缆直埋敷设的一般步骤是首先在设计位置开挖电缆沟，要求其深度、宽度和拐角处的弯曲半径满足电缆线路的敷设要求，电缆沟挖好并验收合格后，在沟底铺上IOOmm厚的沙土，并敷设电缆9。各种电缆敷设于同一沟时，高压电缆位于最底层，低压电缆在最上层，各种电缆之间用50 IOOmm厚的细沙10隔开。所有电缆敷设完成并在沟内摆放整齐以后，在最上层电缆上覆以IOOmm厚的细沙或软土层，然后盖上预制的混凝土保护盖板11， 以对电缆提供一定的机械保护，防止外力损伤；在不易受到机械损伤的地段也可铺砖代替盖板，之后，开始对电缆沟进行回填，回填土时，应注意去除大石块和其他杂物，并且每回填 200 300mm夯实一次，最后在地面上堆高100 200mm，以防松土沉落形成深沟，在有要求的情况下，平整地面，最后，在规定的地点埋设标桩，至此，电缆直埋敷设完毕。如图4所示，将电缆在隧道中进行敷设的方式适用于电缆线路高度密集地段或路径难度较大的区段，目前在大中型城市以及跨江、过海的场合应用较多。电缆隧道通常为圆形或方形，隧道壁采用钢筋混凝土加固，支架安装角钢14固定在隧道壁上，角钢支架13固定在支架安装角钢14上，电缆敷设于角钢支架13上，每隔一段距离采用夹具或绑绳进行有效固定。在隧道中，通常按照从上往下的顺序布置交联聚乙烯绝缘电缆12，充油电缆16， 通信、动力、照明电源电缆17，在充油电缆16外加装防火槽盒15以提高其防火性能。为了方便运行维护人员在隧道中进行敷设安装、巡视检查等工作，在隧道顶部配置照明灯配线管18，并安装防潮型荧光灯19，以提供有效照明。本实用新型的工作原理是电缆敷设完成后，首端与整流器件相连，而末端与逆变器件相连，直流电流从电缆的铜线芯导体中通过，而直流电压施加在电缆的交联聚乙烯绝缘上，电能从电缆首端传送到末端。
权利要求1.一种直流IIOkV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆，包括导体(1)，其特征在于在导体 (1)外包裹导体包带O)，在所述导体包带O)的外层采用三层共挤生产工艺，由里到外一次性挤包导体屏蔽(3)、交联聚乙烯绝缘以及绝缘屏蔽(5)，包裹在绝缘屏蔽(5)外的阻水缓冲层(6)，挤包在阻水缓冲层(6)外的金属护套(7)以及挤包在金属护套(7)外的外护套⑶。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述导体(1)采用铜单线绞合紧压而成，横截面为圆形结构，截面积为400mm2、630mm2或800mm2，对应的铜线直径与数量分别为 3. OmmX 60、3. 75mmX60 或 3. 52mmX 89，对应的线芯外径分别为 23. 8mm,30. Omm 或 34. 0mm。
3.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述导体包带( 材料为半导电尼龙带， 厚度为0. 14 0. 16mm。
4.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述导体屏蔽(3)和绝缘屏蔽(5)的材料为半导电的超光滑直流屏蔽料，厚度均为1.0mm。
5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述交联聚乙烯绝缘(4)采用IlOkV级直流电缆用超净交联聚乙烯绝缘料连续挤出成型而成，厚度为10. 0mm。
6.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述阻水缓冲层(6)由具有半导电特性的吸水膨胀带绕包而成，阻水缓冲层(6)的厚度为2.0mm。
7.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述金属护套(7)材料为铝，金属护套采用铝挤出后压制波纹的形式制成，金属护套(7)厚度为2. 0mm，波纹高度为4. 0 4. 5mm。
8.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于所述外护套(8)采用聚乙烯材料连续挤出成型，厚度为3. 5mm。
专利摘要一种直流110kV交联聚乙烯绝缘单芯陆地电缆，包括导体，在导体外包裹导体包带，在所述导体包带的外层采用三层共挤生产工艺，由里到外一次性挤包导体屏蔽、交联聚乙烯绝缘以及绝缘屏蔽，包裹在绝缘屏蔽外的阻水缓冲层，挤包在阻水缓冲层外的金属护套以及挤包在金属护套外的外护套；本实用新型可承受110kV直流工作电压，160kV极性反转电压以及310kV直流电压叠加暂态过电压，从而可以应用于110kV直流输电线路长期可靠运行，在正常工作、电流换向、开关操作以及雷电冲击各种情况下保持绝缘的正常状态，以实现安全供电，并提供MW级的传输容量；同时，电缆可承受运输、敷设、运行中的各种机械力以及周围环境的作用，满足陆地敷设及长期运行的需要。
文档编号H01B7/28GK202221672SQ20112028024
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者刘 英, 吴丽芳, 曹晓珑, 朱华英, 赵文明, 钟力生 申请人:无锡江南电缆有限公司, 西安交通大学