一种矿物绝缘电缆及其制备方法与流程

本发明涉及电缆制造技术领域，尤其涉及一种矿物绝缘电缆及其制备方法。

背景技术：

传统的矿物绝缘电缆生产工艺是在铜管和铜棒之间装配氧化镁瓷柱或填充氧化镁粉，经过多次循环拉制和退火直至成品。由于其生产工艺及加工设备的制约，传统的矿物绝缘电缆生产周期长，同时多次退火工艺也增加了能耗和生产成本。而且，传统的无机矿物绝缘电缆采用了铜管作为护套，导致其整体价格高昂，而且由铜材质制得的护套耐腐性能不足，特别在化工场所中使用，防腐效果更差，也更容易氧化。

在大型发电机组或核工业发电机组进行大电流传输时，传统的矿物绝缘电缆的耐压性(一般为2500v-3500v)或大电流通过能力已不能满足使用要求。如果对传统的矿物绝缘电缆进行结构改进或材料更换，虽然能够提高矿物绝缘电缆的大电流通过能力，但是不同材料的性能差别很大(如材质、密度、断面收缩率等)，使用现有的加工设备及拉制工艺同时对其进行加工，难以保证其加工精度和/或加工质量能够达到使用要求。

因此，亟需一种矿物绝缘电缆及其制备方法来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿物绝缘电缆，避免矿物绝缘电缆发生腐蚀和氧化，提高其传输大电流的导电性能。

本发明的另一个目的在于提供一种矿物绝缘电缆的制备方法，以解决拉制工艺无法兼顾矿物绝缘电缆中不同材料的加工要求，实现矿物绝缘电缆传输大电流的导电性能。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种矿物绝缘电缆，包括：

不锈钢护套；

铜导体，所述铜导体设置于所述不锈钢护套内，所述铜导体沿其轴向设置有冷却通道；以及

矿物绝缘层，所述不锈钢护套和所述铜导体之间填充矿物绝缘材料以形成矿物绝缘层。

进一步地，还包括金属波纹管，所述金属波纹管设置于所述冷却通道内，所述金属波纹管的外壁抵接于所述冷却通道的内壁。

进一步地，所述矿物绝缘材料为氧化镁，所述矿物绝缘层的密度不小于2.5g/cm³。

进一步地，所述铜导体的内径为5mm，外径为15mm，所述不锈钢护套的内径为25mm，外径为29mm。

一种矿物绝缘电缆的制备方法，用于制备上述的矿物绝缘电缆，包括如下步骤：

s1：将所述铜导体设置于所述不锈钢护套内，在所述铜导体与所述不锈钢护套之间填充矿物绝缘材料，以形成电缆本体；

s2：所述电缆本体进行拉制，以使所述不锈钢护套、所述矿物绝缘材料和所述铜导体结合为一体；

s3：所述电缆本体进行第一次退火；

s4：所述电缆本体进行变径轧制；

s5：所述电缆本体进行第二次退火；

s6：所述电缆本体进行整型拉制，以使所述电缆本体整型为矿物绝缘电缆。

进一步地，步骤s2包括：

s21：所述电缆本体进行头道拉制，并压实所述矿物绝缘材料；

s22：经过所述头道拉制的所述电缆本体再进行压紧拉制。

进一步地，在步骤s4中，所述变径轧制包括至少两次轧制，每次所述轧制均比前一次所述轧制的断面收缩率大。

进一步地，所述变径轧制包括第一次轧制、第二次轧制和第三次轧制，所述第一次轧制、所述第二次轧制和所述第三次轧制的断面收缩率依次为8％-10％、10％-12％、12％-14％。

进一步地，步骤s6之后还包括步骤s7：在所述冷却通道内通入高压气体，以清洁所述冷却通道。

进一步地，在步骤s7之后还包括步骤：

s8：对所述矿物绝缘电缆进行电压为6000v，通电时间为5min的耐压检验；

s9：将通过所述耐压检验的所述矿物绝缘电缆成卷，并包装。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种矿物绝缘电缆，包括不锈钢护套、铜导体和矿物绝缘材料。由于铜导体沿其轴向设置有冷却通道，冷却介质循环进入冷却通道，并带走矿物绝缘电缆在传输大电流时产生的热量，降低了矿物绝缘电缆中铜导体的温度，提高了其传输大电流的导电性能和安全性。矿物绝缘电缆的护套为不锈钢护套，相对于传统的铜护套，一方面能够提高矿物绝缘电缆的刚度，使其具备一定的抗冲击、振动的能力。另一方面避免了铜护套表面容易出现腐蚀或氧化等情况，提高了矿物绝缘电缆的使用寿命。

本发明提出的一种上述矿物绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤s1：将铜导体设置于不锈钢护套内，在铜导体与不锈钢护套之间填充矿物绝缘材料，以形成电缆本体，s2：电缆本体进行拉制，以使不锈钢护套、矿物绝缘材料和铜导体结合为一体，s3：电缆本体进行第一次退火，s4：电缆本体进行变径轧制，s5：电缆本体进行第二次退火，s6：电缆本体进行整型拉制，以使电缆本体整型为矿物绝缘电缆。由于不锈钢护套和铜导体的材质不同，且铜导体内设置有冷却通道，通过拉制工艺和轧制工艺相结合，实现了对不锈钢和铜两种不同材质进行拉制加工和轧制加工，通过该制备方法制得的矿物绝缘电缆能够通过导电性能的检验，并能够保证冷却通道的内壁的光洁度。相对于现有的拉制工艺，增加了变径轧制工艺，减少了拉制工艺对冷却通道的内壁的光洁度的影响，并且避免了在拉制过程中的多次退火，降低了矿物绝缘电缆的制造成本和生产周期。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的矿物绝缘电缆的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的矿物绝缘电缆的制备方法的主要流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的矿物绝缘电缆的制备方法的详细流程示意图。

图中：

1、不锈钢护套；2、矿物绝缘层；3、铜导体；31、冷却通道。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1所示，本实施例提出了一种矿物绝缘电缆，其包括不锈钢护套1、铜导体3和矿物绝缘层2，铜导体3设置于不锈钢护套1内，铜导体3沿其轴向设置有冷却通道31，不锈钢护套1和铜导体3之间填充矿物绝缘材料以形成矿物绝缘层2。

在本实施例中，铜导体3沿其轴向设置有冷却通道31，冷却介质可以循环进入冷却通道31，并带走矿物绝缘电缆在传输大电流时产生的热量，降低了矿物绝缘电缆中铜导体3的温度，提高了其传输大电流的导电性能和安全性。矿物绝缘电缆的护套为不锈钢护套1，相对于传统的铜护套，一方面能够提高矿物绝缘电缆的刚度，使其具备一定的抗冲击、振动的能力。另一方面避免了铜护套表面容易出现腐蚀或氧化等情况，提高了矿物绝缘电缆的使用寿命。

具体而言，在矿物绝缘电缆中，不锈钢护套1和铜导体3均为圆形套筒。不锈钢护套1的材质优选为316l，使不锈钢护套1具有耐腐蚀和耐高温等特性。铜导体3中的冷却通道31的径向横截面积为圆形，且冷却通道31与铜导体3同轴设置，有利于铜导体3的均匀散热。能够通入冷却通道31的冷却介质优选为水，使矿物绝缘电缆具备水冷功能。当然，冷却介质还可以为氢气等。冷却介质的流速和初始温度需要根据实际的矿物绝缘电缆的设计需求而定，在此不作具体限定。

需要说明的是，本实施例提出的矿物绝缘电缆需要满足传输大电流的导电性能。在实际的工程检验中，一般通过检验矿物绝缘电缆是否耐高压，来判定矿物绝缘电缆是否能够传输大电流，避免直接在矿物绝缘电缆中通入大电流而发生矿物绝缘电缆损毁的情况发生。其具体的耐压检验过程为：在矿物绝缘电缆的两端施加6000v高压，保持通电5min，冷却通道31内通入冷却水，矿物绝缘电缆没有出现局部高温或损伤，即可满足设计要求。

在本实施例中，矿物绝缘电缆还包括金属波纹管，金属波纹管设置于冷却通道31内，金属波纹管的外壁抵接于冷却通道31的内壁。冷却介质，尤其是冷却水能够在金属波纹管中流动，提高了冷却水与铜导体3的接触时间，便于带走更多的热量。同时，金属波纹管增加了冷却水在流动过程的扰动，可以将冷却水受热产生气体快速排出冷却通道31，提高了冷却水的冷却效果。

在本实施例中，矿物绝缘材料优选为氧化镁粉或氧化镁瓷柱，由氧化镁构成的矿物绝缘层2的密度不小于2.5g/cm³，以保证矿物绝缘电缆能够通过耐压检验。当矿物绝缘层2的密度不小于2.5g/cm³时，矿物绝缘电缆在检验过程中可能出现局部发热、高压击穿等安全隐患。在其他实施例中，矿物绝缘材料还可以为煅烧高岭土或白云母等其他矿物材料，由煅烧高岭土或白云母等其他矿物材料构成的矿物绝缘层2的具体密度需要根据矿物绝缘电缆的设计需求而定，在此不再进行赘述。

进一步地，本实施例中的矿物绝缘电缆中的铜导体3的内径优选为5mm，外径优选为15mm，不锈钢护套1的内径优选为25mm，外径优选为29mm。该规格的矿物绝缘电缆能够通过上述耐压检验，具有冷水功能和传输大电流的性能。

需要说明的是，由于矿物绝缘电缆中包括不锈钢护套1、矿物绝缘层2以及铜导体3，其具体的制备方法对不锈钢和铜两种不同材质进行加工时，需要兼顾其各自机械性能和加工性能。同时，矿物绝缘电缆传输大电流的导电性能与铜导体3的径向横截面积成正比。因此，铜导体3具有大壁厚，小孔径的结构特点，即铜导体3的径向横截面积远大于其内部冷却通道31的径向横截面积，以使矿物绝缘电缆具备传输大电流的导电性能。在制备矿物绝缘电缆的过程中，还需保证冷却通道31的加工质量，尤其是其内壁的光洁度，进一步增加了制备工艺的难度。

为解决上述问题，如图2所示，本实施例还提出了一种矿物绝缘电缆的制备方法，其包括如下步骤s1：将铜导体3设置于不锈钢护套1内，铜导体3与不锈钢护套1之间填充矿物绝缘材料，以形成电缆本体，s2：电缆本体进行拉制，以使不锈钢护套1、矿物绝缘材料和铜导体3结合为一体，s3：电缆本体经过第一次退火，s4：电缆本体进行变径轧制，s5：电缆本体进行第二次退火，s6：电缆本体进行整型拉制，以使电缆本体整型为矿物绝缘电缆。

由于不锈钢护套1和铜导体3的材质不同，且铜导体3内设置有冷却通道31，通过拉制工艺和轧制工艺相结合，实现了对不锈钢和铜两种不同材质进行拉制加工和轧制加工，通过该制备方法制得的矿物绝缘电缆能够通过导电性能的检验，并能够保证冷却通道31的内壁的光洁度。相对于现有的拉制工艺，增加了变径轧制工艺，减少了拉制工艺对冷却通道31的内壁的光洁度的影响，并且避免了在拉制过程中的多次退火，降低了矿物绝缘电缆的制造成本和生产周期。

需要说明的是，不锈钢护套1、铜导体3以及矿物绝缘材料组装成电缆本体的工艺过程为电缆制造领域内的成熟技术，在此，对其具体的组装流程及使用的设备不再进行赘述。

在本实施例中，矿物绝缘电缆的制备方法对电缆本体的总体断面收缩率优选为85％-90％，相对于传统的铜护套矿物绝缘电缆(其断面收缩率为250％-400％之间)，降低了加工难度，提高加工效率。上述总体断面收缩率能够保证由氧化镁构成的矿物绝缘层2经过拉制加工和轧制加工，其密度不小于2.5g/cm³，以保证矿物绝缘电缆能够通过导电性能的检验，同时也不会对铜导体3内的冷却通道31的质量造成较大影响，避免了总体断面收缩率过大时，破坏冷区通道31的内壁的光洁度，从而降低矿物绝缘电缆的导电性能和质量。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一中的矿物绝缘电缆的制备方法相同，并对实施例一中的矿物绝缘电缆的制备方法进行了详细说明，其具体为：

s1：将铜导体3设置于不锈钢护套1内，铜导体3与不锈钢护套1之间填充矿物绝缘材料，以形成电缆本体；

s21：电缆本体进行头道拉制，并压实矿物绝缘材料；

s22：经过头道拉制的电缆本体再进行压紧拉制；

s3：电缆本体进行第一次退火；

s4：电缆本体进行变径轧制；

s5：电缆本体进行第二次退火；

s6：电缆本体进行整型拉制，以使电缆本体整型为矿物绝缘电缆；

s7：在冷却通道31内通入高压气体，以清洁冷却通道31；

s8：对矿物绝缘电缆进行电压为6000v，通电时间为5min的耐压检验；

s9：通过耐压检验的矿物绝缘电缆成卷，并包装。

在本实施例中，通过拉制工艺和轧制工艺相结合，实现了对不锈钢和铜两种不同的材质进行拉制加工和轧制加工，并能够保证冷却通道31的内壁的光洁度，使得通过该制备方法制得的矿物绝缘电缆能够满足传输大电流的导电性能。

为了避免不锈钢护套1、矿物绝缘层2以及铜导体3在后续加工过程中发生明显的相对移动，对电缆本体进行拉制，以使铜导体3、矿物绝缘层2和不锈钢护套1结合为一体。具体地，步骤s2包括步骤s21：电缆本体进行头道拉制，并压实矿物绝缘材料，s22：经过头道拉制的电缆本体再进行压紧拉制。

电缆本体经过步骤s21中的头道拉制，通过不锈钢护套1和铜导体3共同挤压并压实矿物绝缘材料，以排除矿物绝缘材料之间的空气，最终形成矿物绝缘层2。需要注意的是，本实施例中矿物绝缘材料与实施例一相同，均优选为氧化镁粉或氧化镁瓷柱。经过头道拉制后，氧化镁粉或氧化镁瓷柱被压实形成了矿物绝缘层2。然后再对电缆本体进行压紧拉制，将铜导体3、矿物绝缘层2和不锈钢护套1压紧并结合为一体，以确保后续的变径轧制以及整型拉直过程中，不锈钢护套1、矿物绝缘层2以及铜导体3之间不会发生明显的相对移动，避免破坏电缆本体的内部结构的稳定性。

在本实施例中，经过步骤s1的组装工艺形成的电缆本体，其不锈钢护套1的外径为40mm，壁厚为2.1mm，铜导体3的外径为16.6mm，内径为4.6mm(即冷却通道31的直径为4.6mm)，以下均以此规格的电缆本体为例，对拉制加工和轧制加工的断面收缩率进行设定。电缆本体经过拉制加工，其中不锈钢护套1的断面收缩率为35％，矿物绝缘层2的断面收缩率为90％，铜导体3的断面收缩率为5％，以实现铜导体3、矿物绝缘层2和不锈钢护套1结合为一体。

由于不锈钢护套1和铜导体3的退火温度差异较大，增加了电缆本体退火工艺的难度，也降低了绝缘矿物电缆的生产效率。

为解决上述问题，在拉制工艺中增加轧制工艺，以减少退火次数。同时，不锈钢护套1的刚度较大，为避免轧制工艺对电缆本体造成损伤，在步骤s3中，变径轧制包括至少两次轧制，每次轧制均比前一次的轧制的断面收缩率大，即在变径轧制的过程中，其断面收缩率逐渐变大。

具体的，变径轧制包括第一次轧制、第二次轧制和第三次轧制，第一次轧制、第二次轧制和第三次轧制的断面收缩率依次优选为8％-10％、10％-12％、12％-14％，且第一次轧制、第二次轧制和第三次轧制的断面收缩率进一步优选为9％、11％和13％。通过上述合理设置变径轧制的断面收缩率，降低了不锈钢护套1的轧制难度。同时，相对于拉制工艺，轧制工艺对电缆本体的结构稳定性影响较小，有利于提高冷却通道31的内壁的光洁度，以及铜导体3的加工质量。

为了使电缆本体达到矿物绝缘电缆的生产标准，当电缆本体经过变径轧制后需要进行第二次退火以及整型拉制。在整形拉制过程中，电缆本体的断面收缩率为5％-6％，冷却通道31的断面收缩率为2％-3％。在此，需要使用固定芯头对电缆本体进行整型拉制，以提高冷却通道31的内壁的光洁度。

需要说明的是，在步骤s3中和步骤s5中，电缆本体需要分别进行第一次退火和第二次退火，且第一次退火和第二次退火均为光亮退火，并且均在光亮退火炉中进行。第一次退火和第二退火均可以改善不锈钢护套1和铜导体3的组织成分及细化晶粒，提高其力学性能，减少残余应力，降低硬度，提高塑性和韧性，以便于对电缆本体分别进行变径轧制和整型拉制。由于不锈钢护套1和铜导体3的退火温度差异较大，在第一次退火中，其退火温度为900℃-950℃,退火时间为60min。在第二次退火中，其不锈钢护套1的厚度为2mm，因此，其退火温度为750℃-850℃，退火时间为90min。其中退火温度进一步优选为750℃。750℃的退火温度既可以降低不锈钢护套1中的残余应力，提高其塑性，同时避免了对铜导体3内部的晶粒和力学性能产生较大的影响。

在铜导体3的拉制和变径轧制过程中，冷却通道31的表面涂布有润滑油，以改善冷却通道31的内壁的加工质量，减少其内壁上振纹的产生，提高内壁的光洁度。当矿物绝缘电缆加工完成后，需要将冷却通道31的内壁上的润滑油清除，以便于矿物绝缘电缆后续的耐压检验和使用。如图3所示，步骤s6之后还包括步骤s7：在冷却通道31内通入高压气体，以清洁冷却通道31。

具体而言，采用多个酒精棉球堵塞冷却通道31，并通入8mpa-10mpa的高压气体进行吹扫，将清洁棉球从冷却通道31的一端吹入，并从另一端吹出，以完成润滑油的清除。进一步地，还可以继续将多个干燥的棉球堵塞冷却通道31，通入相同的高压气体进行吹扫。对于冷却通道31的内壁上的润滑油的清洁为本领域技术人员的常规技术手段，在此不再进行赘述。

如图3所示，在步骤s7之后还包括步骤s8：对矿物绝缘电缆进行电压为6000v，通电时间为5min的耐压检验，s9：通过耐压检验的矿物绝缘电缆成卷，并包装。

具体地，实施例一已对耐压检验过程进行了详细说明，而且矿物绝缘电缆成卷和包装过程为包装领域的成熟技术手段，在此不再进行赘述。可以理解的是，在步骤s6中还可以包括对矿物绝缘电缆的探伤、测径等质量检验，以确保矿物绝缘电缆的加工质量能够满足生产标准。在本实施例中，使用超声波扫描仪进行矿物绝缘电缆的探伤检测，使用激光测径仪检测矿物绝缘电缆的各部分直径是否满足生产标准。超声波检测仪和激光测径仪均为本领域内较为成熟的检测设备，对其具体结构和工作过程不再进行赘述。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。