智能感知光电复合电缆的制作方法

本发明属于电力电缆技术领域，尤其涉及一种兼具电能和信息传送且能适时监测运行温度的电力电缆。

背景技术：

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，电力电缆广泛应用于城市地下电网、铁路电力线路、工矿企业内部供电及江海水下电力输送线路。电力电缆应用领域的不断拓展，也使得电力电缆的敷设环境变得更加复杂，电力电缆已从单纯的电力电能传输向多功能多用途方向发展，如电力电缆不仅需要具有耐腐、阻燃、阻水防潮等功能，而且要求兼具传输电力和通信信息的作用。尤其是随着智能电网建设的发展加速，配电网的自动化控制、电力传输信息的远程采集、电缆运行状况的在线检测以及电网与电力用户的双向互动等智能电网的智能化建设，都需要电力信息通信向高速可靠安全的方向发展。

随着高铁建设的大力发展，电力电缆在铁路供电线路中的应用数量与日俱增，电力电缆的工作运行状态在很大程度上决定着供电质量和供电的安全性。预防电缆故障、降低电缆运行中的故障率，提高电缆供电的可靠性，对铁路的安全、高效运行显得尤为重要。建设智能化铁路更是当今世界铁路科技发展的必然趋势，现代信息技术以及人工智能技术也将加速与铁路产业的融合，在此情况下，用于铁路供电系统的电力电缆不仅为列车提供能源，而且需要传输各种运行和电力信息通信。

不管是用于铁路供电系统的电力电缆，还是用于其他供电系统的电力电缆，其电缆的缆芯由于通过较大的电流会在自身电阻的作用下发热，时间越久、温度越高，电阻越大、越容易发热，这不仅会引起电力传输损耗，更会导致绝缘材料退化，毁损电缆，甚至造成火灾等安全事故，故而电缆的运行温度是表征电力电缆运行状态的一个极其重要的参数，当电缆发生故障时，故障点附近的温度值也随之上升或下降。由于电力电缆往往处于埋设状态具有极大的隐蔽性，给故障的检测以及距离的准确定位带来较大的难度。重视电力电缆的故障检测和诊断，运用先进检测技术准确定位电力电缆的故障点，及时维修，做好安全保护措施，对电力系统的整体运行极其重要。而且电子信息科技的高速发展，电力电缆诊断检测技术也必然向数字化、智能化、自动化的方向发展。为此电力电缆应当具有通信光纤与电力电缆复合在一起的智能型电缆，使得供电线路与信息通信网络线路的同步敷设，实现供电、通信和在线监测同步进行，以达到一缆多用的目标。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能感知光电复合电缆，不仅能实现电能的安全传输，而且能够实现测温光纤单元和通信光纤单元的可靠运行，以保证光纤传输性能不受电力传输的影响，实现电缆电力负荷运行情况的实时智能监测，保证供电、通信和在线监测的同步，且具有结构合理，使用可靠。

为了解决上述技术问题，本发明的智能感知光电复合电缆，包括导体缆芯，该导体缆芯由若干金属导体单丝绞合而成，在导体缆芯外依次设置有导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，所述绝缘屏蔽层外周设置有屏蔽结构，该屏蔽结构包括位于内层的金属丝屏蔽层和位于外层的金属带屏蔽层，金属丝屏蔽层由若干金属丝相互间隔地排列于绝缘屏蔽层的外周面上而构成，在金属丝屏蔽层的金属丝之间至少插排有一通信光纤；在屏蔽结构上设置有隔离套，在隔离套的外周设置有钢丝铠装层，钢丝铠装层由若干根钢丝排列于隔离套的外周面上而构成，在钢丝铠装层的钢丝之间至少插排有一测温光纤；在钢丝铠装层上设置有绕包带层，在绕包带层上设置有内护套，该内护套上设置有外护套；所述通信光纤包括通信纤芯，以及包覆于通信纤芯外的通信包层，通信包层上有间隔地套设有金属波纹管，在通信包层和金属波纹管之间填充有填充油膏，在金属波纹管外有间隔地套设有内套管，在金属波纹管和内套管之间填充有硅胶，在硅胶中埋设有铠装钢丝，该铠装钢丝沿通信纤芯的长度方向布置，在所述内套管外设置有隔热涂层，在该隔热涂层上套设有外套管；所述测温光纤包括有测温纤芯，以及包覆于测温纤芯外的测温包层，在测温包层上包覆有导热层，在导热层外周有间隔地套装有金属外管，在导热层与金属外管之间填充有导热填充膏；所述导热填充膏的重量百分比组份为：胶凝剂18%—20%，分油抑制剂3%—5%，抗氧化剂1%—2%，吸水剂2%—2.5%，消泡剂0.0015%—0.002%，其余为导热油；所述绝缘层的厚度与额定电压之比为0.4mm/kv—0.45mm/kv；所述屏蔽结构的截面面积为45mm²—55mm²。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下显著优点：

首先本发明在电缆的金属丝屏蔽层中插排有通信光纤，通过该通信光纤既可实现电力信息向安全可靠的方向发展，有利于电网的自动化控制和电力传输信息远程采集等功能，满足电网的智能化建设需要，该通信光纤也可实现供电线路与信息通信网络的同步运行，降低电缆的制造、维护和敷设成本。同时通信光纤外层采用了光纤姿态稳定结构和多层隔热保护结构，该通信光纤结构单元中，内层设有金属波纹管保护光纤，金属波纹管周围的铠装钢丝和填充的硅胶用于维护稳定的光纤姿态，当通信光纤随电缆弯曲时光纤线路结构单元会以金属波纹管为弯曲中心而保持足够的弯曲率和稳定的光纤姿态，从而避免产生偏振光；填充的硅胶又提供了良好的减振效果、支撑效果，确保金属波纹管和铠装钢丝的位置稳定性；内外护套及其间的隔热层不仅对光纤形成良好的阻热隔热效果，而且提高了光纤单元抗拉、抗挤压等机械性能。

本发明在钢丝铠装层中插排有测温光纤，该测温光纤能准确地监测到电缆运行温度，实现大范围、多点的温度测量，精准度较高，能够实现自动测量和在线温度监测，有利于电缆的智能化管理；本发明中测温光纤单元的外护层采用了导热结构和护套结构，护套结构有效地增强了光纤的抗拉抗压等机械性能，形成了可靠稳定的保护功能，尤其是导热结构中的导热层和导热填充膏提高了光纤护层的导热效果，增强光纤的热敏感性和监测灵敏度，其导热油不仅具有良好的导热性能，也使得光纤受热均匀，测温数据更加准确，而且有效地阻止了水和潮气渗入到内部，有效地避免光纤传输损耗，确保光纤的温度监测质量和使用寿命。导热填充膏在满足良好导热性的同时，又构成了对光纤良好的减振、抗弯曲、抗拉伸等机械性能，具有导热和保护的双重技术效果。

本发明在电缆绕包带层上采用内外两层的双层护套结构，该双层护套结构电缆外护套能够采用具有不同性能的护套材料，不仅使得电缆具有多种保护功能，而且也使得电缆能够适应于各种恶劣的使用环境。采用低烟无卤阻燃聚烯烃材料作为内护套，既具有较高的绝缘机械强度和优良的热稳定性，又具有极佳的阻燃、防火和环保性能；采用尼龙作外护套使电缆具有防鼠防蚊防水性能，还具有耐磨、耐腐、耐油等性能，因此采用多层护套结构，大大增强电缆的综合性能，使电缆能够适用于多种恶劣的应用环境。

本发明将缆芯导体的绝缘厚度与额定电压之比控制在0.4mm/kv—0.45mm/kv之间，过薄的绝缘厚度容易造成电缆绝缘击穿，使电缆绝缘作用丧失，造成电力传输事故，而过厚的绝缘层厚度不仅会增加电缆的敷设难度和电缆成本，也不利于电缆运行热量的散发，降低电能传输效率，还增加了电缆的敷设空间。将电缆绝缘厚度依据电缆额定电压而合理地控制在一定的数值范围内，则使电缆兼具较佳的绝缘安全性、电能传输效率和电缆成本。

本发明将电缆屏蔽结构的截面面积控制在45mm²—55mm²内，电力电缆在传输电能时，在交变电场作用下导体电流产生的磁场与金属屏蔽层相连而在屏蔽层产生感应电动势，并在金属屏蔽层形成环路电流，这部分环流造成屏蔽层损耗的产生，而且金属屏蔽层电阻的增加，其金属屏蔽层损耗也随之增加，并引起电缆发热量的增加和电流载流量的降低，因此合理控制金属屏蔽层电阻值可以有效地降低屏蔽层损耗。虽然屏蔽层截面积的增加可以有效降低屏蔽电阻，但不合理的截面积又会增加电缆的重量和成本，也使电缆难以敷设安装，因此必须将屏蔽截面积控制在恰当的范围内，才能达到降低损耗和发热热量，提高电缆载流量的技术效果。

本发明的优选实施方式，构成所述金属丝屏蔽层的若干金属丝之间插排有两根通信光纤；构成所述钢丝铠装层的若干钢丝之间插排有两根测温光纤。所述钢丝铠装层的钢丝相邻地依次排列，测温光纤位于相邻的两根钢丝之间。所述金属丝屏蔽层的金属丝相互有间隔地绕于绝缘屏蔽层上，金属带屏蔽层的金属箔带有间隙地绕扎于金属丝屏蔽层上。结构合理，能够确保通信光纤单元和测温光纤的可靠稳定运行。

本发明的进一步实施方式，所述屏蔽结构的截面面积为同一截面上金属丝屏蔽层和金属带屏蔽层的截面之积，该截面垂直于电缆轴线。准确控制屏蔽层的电阻值。

本发明的优选实施方式，所述导热填充膏的重量百比组份为：导热油72%，胶凝剂20%，分油抑制剂4%，抗氧化剂1.5%，消泡剂0.0018%，其余为吸水剂。所述导热油为合成导热油，所述胶凝剂为气相二氧化硅，所述抗氧化剂为为烷基酚抗氧化剂，所述分油抑制剂为乙丙橡胶或双嵌段高聚物，所述吸水剂为硅胶，所述消泡剂为乳化硅油。具有良好的传热性能和导热效果。

本发明的进一步实施方式，所述金属波纹管为不锈钢波纹管，铠装钢丝相互间隔地排布于金属波纹管的外周面，该铠装钢丝为低碳钢钢丝。所述内套管和外套管由聚烯烃材料构成，所述隔热层由玻纤布绕包而成。该结构既能保证光纤单元的位置稳定性，又具有良好的阻热隔热性能。

本发明的进一步实施方式，所述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层均由过氧化物交联型半导电屏蔽料挤包而成，所述绝缘层由过氧化物交联聚乙烯绝缘料挤包而成。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明智能感知光电复合电缆作进一步详细说明。

图1是本发明智能感知光电复合电缆一种具体实施方式的截面结构示意图；

图2是图1所示结构中通信光纤的截面结构示意图；

图3是图1所示结构中测温光纤的截面结构示意图。

图中，1—导体缆芯，2—导体屏蔽层，3—绝缘层，4—绝缘屏蔽层，5—屏蔽结构，51—金属丝屏蔽层、52—金属带屏蔽层，6—通信光纤、61—通信纤芯、62—通信包层、63—填充油膏、4—金属波纹管、65—铠装钢丝、66—硅胶、67—内套管、68—隔热层、69—外套管，7—隔离套，8—钢丝铠装层，9—测温光纤、91—测温纤芯、92—测温包层、93—导热层、94—导热填充膏、95—金属外管，10—绕包带层，11—内护套，12—外护套。

具体实施方式

如图1所示的智能感知光电复合电缆，该复合电缆的导体缆芯1由多根纯铜质的金属导体单丝绞合而成，如导体缆芯1由14根、19根或60根铜质单丝绞合而成，单丝导体的直径2.6mm或2.93mm，铜质单丝分别多层绞合，相邻两层的单丝导体的绞合方向和节径比不相同。在导体缆芯1的外周从里向外依次包覆有导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4，该导体屏蔽层2和绝缘屏蔽层4均由过氧化物交联型半导电屏蔽料挤包而成，绝缘层3则由过氧化物交联聚乙烯绝缘料挤包而成，导体屏蔽层2、绝缘层3和绝缘屏蔽层4采用三层共挤包工艺实现。导体屏蔽层2和绝缘屏蔽层4具有均化电场、稳定电缆性能的作用。为了保持电缆具有安全合理的电缆绝缘强度，绝缘层3的厚度b与电缆的额定电压（kv）相关联，本实施例中绝缘层3的厚度b=11mm，电缆的额定电压为27.5kv，绝缘层3的厚度与额定电压之比为0.44mm/kv。

在绝缘屏蔽层4上的设置有屏蔽结构5，该屏蔽结构5包括有位于内层的金属丝屏蔽层51和位于外层的金属带屏蔽层52，金属丝屏蔽层51和金属带屏蔽层52构成双层屏蔽结构。金属丝屏蔽层51由多根铜丝相互间隔地疏绕排列于绝缘屏蔽层4的外周而构成，该铜丝导体直径为0.95mm，相邻两根铜丝导体间的间隔距离为4mm；以铜质箔带有间隙地绕扎于金属丝屏蔽层51上而构成金属带屏蔽层52。在电缆同一截面上金属丝屏蔽层51和金属带屏蔽层52的截面积之和为屏蔽结构5的截面面积，该截面垂直于电缆轴线，屏蔽结构5的截面积为50mm²。在金属丝屏蔽层51的相邻铜丝之间插排有两根通信光纤6，该两根通信光纤6大体位于电缆的同一直径上，通信光纤6的直径与金属屏蔽层51铜丝的直径相当。

在屏蔽结构5的外周上设置有隔离套7，隔离套7由低烟无卤阻燃聚烯烃材料挤包而成，具有阻燃防水的作用，在隔离套7的外周设置有钢丝铠装层8，钢丝铠装层8由若干根直径为3.5mm的碳素钢丝无间隔相邻地排列于隔离套7的外周而构成。在钢丝铠装层8的碳素钢钢丝间插排有两根测温光纤9，该两根测温光纤9大体位于电缆截面的同一直径上。

在钢丝铠装层8上设置有绕包带层10，该绕包带层10由半导电阻水带绕包而成，具有阻水、隔离和屏蔽效果。在绕包带层10上设置有内护套11，在内护套11上设置有外护套12；内护套11由低烟无卤阻燃聚烯烃材料挤包而成，外护套12由尼龙材料挤包而成。

如图2所示的通信光纤，该通信光纤6包括通信纤芯61，在通信纤芯61上包覆有通信包层62，在通信包层62的外周上有间隔地套设有金属波纹管64，金属波纹管64为不锈钢波纹管，在通信包层62和金属波纹管64之间填充有填充油膏63，填充油膏63采用常用的光纤填充油膏。在金属波纹管64外周有间隔地套设有内套管67，在金属波纹管64和内套管67之间填充有硅胶66，在硅胶66中埋设有铠装钢丝65，铠装钢丝65相互间隔地排布于金属波纹管64的外周面，铠装钢丝65为低碳钢钢丝。该铠装钢丝65沿通信纤芯61的长度方向布置，在内套管67外设置有隔热涂层68，在该隔热涂层68上套设有外套管69，所述内套管67和外套管69均由取烯烃材料挤包而成，位于内套管67和外套管69之间的隔热层68为由玻纤布绕包而成。

如图3所示的测温光纤，该测温光纤9包括有测温纤芯91，在测温纤芯91外包覆有测温包层92，在测温包层92上包覆有导热层93，该导热层93由导热硅胶涂覆而成，在导热层93外周有间隔地套装有金属外管95，该金属外管95为铜质波纹管，在金属外管95与导热层93之间填充有导热填充膏94。

所述的导热填充膏94由以下的组份配制而成，其实施例如下：

实施例一：导热填充膏94的重量百分比组份为：导热油72%，胶凝剂20%，分油抑制剂4%，抗氧化剂1.5%，消泡剂0.0018%，其余为吸水剂。上述的导热油为合成导热油，胶凝剂为气相二氧化硅，抗氧化剂为烷基酚抗氧化剂，分油抑制剂为乙丙橡胶或，吸水剂为硅胶，消泡剂为乳化硅油。

实施例二：导热填充膏94的重量百分比组份为：导热油72.5%，胶凝剂18%，分油抑制剂5%，抗氧化剂2%，消泡剂0.002%，其余为吸水剂。上述导热油为合成导热油，胶凝剂为气相二氧化硅，抗氧化剂为烷基酚抗氧化剂，分油抑制剂为双嵌段高聚物，吸水剂为硅胶，消泡剂为乳化硅油。

以上举出了本发明的一些优选实施方式，但本发明并不限于上述实施例，在不违背本发明基本原理的前提下还可以作出许多的改进和变换。如插排于金属丝屏蔽层中的通信光纤不限于两根，也可以是一根或三根、四根等，插排于钢丝铠装层中的测温光纤9同样也不限于两根，也可以是一根、三根或四根等；通信光纤也可插排于钢丝铠装层中，测温光纤也可插排于金属丝屏蔽层中，或者通信光纤和测温光纤均插排于金属丝屏蔽层中或钢丝铠装层中；导体缆芯1外的包覆层也不限于上述实施例，还可以根据电缆的使用要求和环境，可以在层与层之间插包其它的功能包覆层，等等。这些改进和变换均落入本发明的保护范围内。