一种低损耗电力电缆及其制造方法和应用与流程

[0001]
本发明涉及一种低损耗电力电缆及其制造方法和应用，属于电力电缆技术领域。


背景技术：

[0002]
电力电缆在运行中必然会产生损耗，从而引起发热，电缆温度升高，因此电缆的敷设需要考虑到电缆的散热问题，保证电缆在运行中不会因超温导致绝缘老化加速，电缆寿命缩短，甚至电缆立刻破坏。且影响电缆温度场的因素复杂多变，电缆的载流量也很难准确地确定。
[0003]
特别是高速铁路电缆和海底电缆，由于其大长度的制造、长距离和宽间距的敷设方式以及金属护层无法实现分段或交叉互联接地，给电缆金属护层造成了极大的环流损耗，而铁磁性材料制造的恺装层结构又使其产生了极大的涡流损耗，如此巨大的损耗，尽管在敷设于散热良好的自然环境中，其导体温度仍然较高，严重制约电缆的载流量。因此，对于长距离传输电力电缆来说，如何降低其传输损耗成为高速铁路电缆和海底电缆发展的一个难题。
[0004]
综上所述，亟需研究一种具有低损耗、能适用于长距离传输的电力电缆，以应用于高速铁路和海底电缆领域。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种低损耗电力电缆，该电缆具有低电阻损耗、低介质损耗和低护套损耗等特性。
[0006]
同时，本发明提供一种低损耗电力电缆的制造方法，该法制造的电缆可解决在长距离传输过程中电缆损耗高的问题。
[0007]
同时，本发明提供一种低损耗电力电缆在高速铁路电缆和/或海底电缆中的应用。
[0008]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0009]
一种低损耗电力电缆，包括由内向外依次设置的导体材料层、xlpe绝缘层、金属屏蔽层、绕包内衬层和阻燃外护套层。
[0010]
所述导体材料层由高强低损导体材料丝正反绞合制成。
[0011]
所述xlpe绝缘层由微孔改性交联聚乙烯制成。
[0012]
所述绕包内衬层由改性聚四氟丙烯制成。
[0013]
一种低损耗电力电缆的制造方法，包括以下步骤：
[0014]
s1.采用高强低损导体材料丝正反绞合作为电力电缆的导体材料层；
[0015]
s2.在所述导体材料层表面用挤出设备拉出微孔改性交联聚乙烯作为xlpe绝缘层；
[0016]
s3.在所述xlpe绝缘层外面缠绕al-si合金扁带作为金属屏蔽层；
[0017]
s4.在所述金属屏蔽层外围挤出一层改性聚四氟丙烯作为绕包内衬层；
[0018]
s5.在所述绕包内衬层外围挤出一层聚四氟丙烯作为阻燃外护套层，形成最终产
品。
[0019]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：
[0020][0021]
所述高强低损导体材料丝的制备方法包括如下步骤：
[0022]
s1.合金熔炼：将原料按照配比，对cu、ag和cuce中间合金进行配料并加热到1580～1620℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入cucr、cuti中间合金和单质w，升温到1960～2010℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
[0023]
s2.连铸连轧：控制浇铸温度为1890～1920℃，拉速为4.1～4.8m/min，将s1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1250～1280℃，进精轧温度控制在1080～1130℃，同时保证精轧总减面率≥60％，获得合金线；
[0024]
s3.压力加工：将s2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为60～75％，拉丝温度为410～450℃，获得合金丝。
[0025]
s4.性能热处理：将s3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度880～960℃，时间50～70min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损导体材料丝。
[0026]
所述淬火槽快速冷却的速度为5～8℃/s。
[0027]
所述高强低损导体材料丝的丝表晶界处形成连续分布的cu
51
ag
14
ce7合金相，所述高强低损导体材料丝的晶界周围弥散分布大量cr2tiw合金相。
[0028]
所述xlpe绝缘层用微孔改性交联聚乙烯的制备方法包括如下步骤：
[0029]
s1，将聚乙烯单体以气相引入聚合釜，聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为180～190ml/min，加入的时间为8～14min，调节釜内温度至32～38℃，然后加入5～10g/l的硫代硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0030]
s2，聚合反应过程中，不断补加聚乙烯单体和纳米硫化锰，补加的聚乙烯单体为气相，补加的聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为55～67ml/min；补加的纳米硫化锰为固相，补加的纳米硫化锰是持续加入，加入的流量为5～11mg/min，保持聚合反应的压力为0.79～0.88mpa，保持聚合反应的时间为3～4h，随后用机械搅拌凝聚，再经水洗、干燥，即得孔径为50～80微米的微孔改性交联聚乙烯。
[0031]
所述绕包内衬层用改性聚四氟丙烯的制备方法包括如下步骤：
[0032]
s1.将四氟乙烯单体和六氟丙烯单体以体积比4.5:1.2的混合气相引入聚合釜，四氟乙烯单体和六氟丙烯单体均是持续加入，四氟乙烯单体加入的流量为180～220ml/min，加入的时间为12～18min，调节釜内温度至33～38℃，然后加入8～10g/l的偏重亚硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0033]
s2.聚合反应过程中不断持续补加气相的四氟乙烯单体、气相的六氟丙烯单体和
固相的碳酸镁晶须，补加的四氟乙烯单体的流量为60～70ml/min；补加的六氟丙烯单体的流量为100～108ml/min；补加的固相的碳酸镁晶须为1.2～1.8mg/min，晶须长度为10～30nm；保持聚合反应的压力为0.77～0.82mpa，保持聚合反应的时间为90～100min，聚合后所得到的分散液用水稀释至浓度为440～460g/l，并调节温度到25～35℃，用机械搅拌凝聚后，经水洗、干燥，即得改性聚四氟丙烯。
[0034]
一种低损耗电力电缆在高速铁路电缆和/或海底电缆中的应用。
[0035]
本发明具有如下有益效果：
[0036]
1.低电阻损耗：本发明电力电缆的导体材料在制备过程中通过ag、ce和w的成分设计，在熔炼及后继的连铸连轧过程中，与cu不产生作用的w优先在晶界处凝固，造成晶界处缺陷能增加，促进晶界处析出大块cu
51
ag
14
ce7合金相。该相在随后的压力加工过程中，被拉拔力沿拉拔方向拉长并彼此贯通，形成连续分布状态。由于cu
51
ag
14
ce7合金相属于多电子层相，具有较多的自由电子，其连续分布于合金晶界处对导体材料的导电性能有着大幅度增强效果，大幅度降低体系的电阻，使得导体材料在电力输送过程中因电阻而引起的损耗显著降低，大大降低了电力电缆的整体电力传输损耗。
[0037]
2.低介质损耗：本发明电力电缆的xlpe绝缘层是由微孔改性交联聚乙烯构成。交联聚乙烯经过改性处理后形成微孔复合纳米硫化锰的结构，其介电常数大幅度降低，显著改善了由绝缘材料介电常数高而引起的介质损耗。
[0038]
3.低护套损耗：本发明电力电缆的绝缘层外面缠绕al-si合金扁带作为金属屏蔽层。金属屏蔽层中si的存在使得金属屏蔽层的导电性能大幅度降低，在以导体材料为中心所产生的交变磁场中，al-si合金扁带中所形成的感应电流明显减弱，进而对导体材料的影响减弱，大幅降低因感应电流所形成的输电损耗。
附图说明
[0039]
图1为本发明中低损耗电力电缆的结构示意图；
[0040]
图2为本发明中高强低损导体材料丝的结构示意图；
[0041]
图3为本发明中高强低损导体材料丝的微观组织图。
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
实施例1：
[0044]
如图1所示，一种低损耗电力电缆，包括由内向外依次设置的导体材料层1、xlpe绝缘层2、金属屏蔽层3、绕包内衬层4和阻燃外护套层5。
[0045]
如图2所示，所述导体材料层1由高强低损导体材料丝正反绞合制成。
[0046]
所述xlpe绝缘层2由微孔改性交联聚乙烯制成。
[0047]
所述绕包内衬层4由改性聚四氟丙烯制成。
[0048]
所述金属屏蔽层3由al-si合金扁带缠绕而成。
[0049]
所述阻燃外护套层5由聚四氟丙烯制成。
[0050]
一种低损耗电力电缆的制造方法，包括以下步骤：
[0051]
s1.采用高强低损导体材料丝正反绞合作为电力电缆的导体材料层1；
[0052]
s2.在所述导体材料层1表面用挤出设备拉出微孔改性交联聚乙烯作为xlpe绝缘层2；
[0053]
s3.在所述xlpe绝缘层2外面缠绕al-si合金扁带作为金属屏蔽层3；
[0054]
s4.在所述金属屏蔽层3外围挤出一层改性聚四氟丙烯作为绕包内衬层4；
[0055]
s5.在所述绕包内衬层4外围挤出一层聚四氟丙烯作为阻燃外护套层5，形成最终产品。
[0056]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：ag：1.46％；w：2.9％；cuce：2.8％；cucr：5.7％；cuti：2.9％；cu：余量；
[0057]
所述高强低损导体材料丝的制备方法包括如下步骤：
[0058]
s1.合金熔炼：将上述原料按照配比，对cu、ag和cuce中间合金进行配料并加热到1580℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入cucr、cuti中间合金和单质w，升温到1960℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
[0059]
s2.连铸连轧：控制浇铸温度为18900℃，拉速为4.1m/min，将s1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1250℃，进精轧温度控制在1080℃，同时保证精轧总减面率为60％，获得合金线；
[0060]
s3.压力加工：将s2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为60％，拉丝温度为410℃，获得合金丝。
[0061]
s4.性能热处理：将s3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度880℃，时间50min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损导体材料丝。
[0062]
如图3所示，所述高强低损导体材料丝的丝表晶界处形成连续分布的cu
51
ag
14
ce7合金相，所述高强低损导体材料丝的晶界周围弥散分布大量cr2tiw合金相。
[0063]
所述xlpe绝缘层2用微孔改性交联聚乙烯的制备方法包括如下步骤：
[0064]
s1，将聚乙烯单体以气相引入聚合釜，聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为180ml/min，加入的时间为8min，调节釜内温度至32℃，然后加入5g/l的硫代硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0065]
s2，聚合反应过程中，不断补加聚乙烯单体和纳米硫化锰，补加的聚乙烯单体为气相，补加的聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为55ml/min；补加的纳米硫化锰为固相，补加的纳米硫化锰是持续加入，加入的流量为5mg/min，保持聚合反应的压力为0.79mpa，保持聚合反应的时间为3h，随后用机械搅拌凝聚，再经水洗、干燥，即得孔径为50～55微米的微孔改性交联聚乙烯。
[0066]
所述绕包内衬层4用改性聚四氟丙烯的制备方法包括如下步骤：
[0067]
s1.将四氟乙烯单体和六氟丙烯单体以体积比4.5:1.2的混合气相引入聚合釜，四氟乙烯单体和六氟丙烯单体均是持续加入，四氟乙烯单体加入的流量为180ml/min，加入的时间为12min，调节釜内温度至33℃，然后加入8g/l的偏重亚硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0068]
s2.聚合反应过程中不断持续补加气相的四氟乙烯单体、气相的六氟丙烯单体和固相的碳酸镁晶须，补加的四氟乙烯单体的流量为60ml/min；补加的六氟丙烯单体的流量
为100ml/min；补加的固相的碳酸镁晶须为1.2mg/min，晶须长度为10～15nm；保持聚合反应的压力为0.77mpa，保持聚合反应的时间为90min，聚合后所得到的分散液用水稀释至浓度为440g/l，并调节温度到25℃，用机械搅拌凝聚后，经水洗、干燥，即得改性聚四氟丙烯。
[0069]
一种低损耗电力电缆在高速铁路电缆和/或海底电缆中的应用。
[0070]
对本实施例的电力电缆进行性能测试，结果见下表1：
[0071]
表1本实施例的电力电缆性能
[0072][0073]
由此可见，本实施例制备的电力电缆可用于长距离传输，具有低电阻损耗、低介质损耗和低护套损耗等特性。
[0074]
实施例2：
[0075]
本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0076]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：ag：3.77％；w：4.3％；cuce：4.7％；cucr：9.6％；cuti：4.3％；cu：余量；
[0077]
所述高强低损导体材料丝的制备方法包括如下步骤：
[0078]
s1.合金熔炼：将原料按照配比，对cu、ag和cuce中间合金进行配料并加热到1620℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入cucr、cuti中间合金和单质w，升温到2010℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
[0079]
s2.连铸连轧：控制浇铸温度为1920℃，拉速为4.8m/min，将s1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1280℃，进精轧温度控制在1130℃，同时保证精轧总减面率为65％，获得合金线；
[0080]
s3.压力加工：将s2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为75％，拉丝温度为450℃，获得合金丝。
[0081]
s4.性能热处理：将s3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度960℃，时间70min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损导体材料丝。
[0082]
所述xlpe绝缘层2用微孔改性交联聚乙烯的制备方法包括如下步骤：
[0083]
s1，将聚乙烯单体以气相引入聚合釜，聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为190ml/min，加入的时间为14min，调节釜内温度至38℃，然后加入10g/l的硫代硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0084]
s2，聚合反应过程中，不断补加聚乙烯单体和纳米硫化锰，补加的聚乙烯单体为气相，补加的聚乙烯单体是持续加入，加入的流量为67ml/min；补加的纳米硫化锰为固相，补加的纳米硫化锰是持续加入，加入的流量为11mg/min，保持聚合反应的压力为0.88mpa，保持聚合反应的时间为4h，随后用机械搅拌凝聚，再经水洗、干燥，即得孔径为70～80微米的微孔改性交联聚乙烯。
[0085]
所述绕包内衬层4用改性聚四氟丙烯的制备方法包括如下步骤：
[0086]
s1.将四氟乙烯单体和六氟丙烯单体以体积比4.5:1.2的混合气相引入聚合釜，四氟乙烯单体和六氟丙烯单体均是持续加入，四氟乙烯单体加入的流量为220ml/min，加入的时间为18min，调节釜内温度至38℃，然后加入10g/l的偏重亚硫酸钠，开始进行聚合反应；
[0087]
s2.聚合反应过程中不断持续补加气相的四氟乙烯单体、气相的六氟丙烯单体和固相的碳酸镁晶须，补加的四氟乙烯单体的流量为70ml/min；补加的六氟丙烯单体的流量为108ml/min；补加的固相的碳酸镁晶须为1.8mg/min，晶须长度为25～30nm；保持聚合反应的压力为0.82mpa，保持聚合反应的时间为100min，聚合后所得到的分散液用水稀释至浓度为460g/l，并调节温度到35℃，用机械搅拌凝聚后，经水洗、干燥，即得改性聚四氟丙烯。
[0088]
对本实施例的电力电缆进行性能测试，结果见下表2：
[0089]
表2本实施例的电力电缆性能
[0090][0091]
由此可见，本实施例制备的电力电缆可用于长距离传输，具有低电阻损耗、低介质损耗和低护套损耗等特性。
[0092]
实施例3：
[0093]
本实施例与实施例1的区别仅在于：
[0094]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：ag：2.56％；w：3.4％；cuce：4.5％；cucr：6.8％；cuti：3.4％；cu：余量；
[0095]
所述高强低损导体材料丝的制备方法包括如下步骤：
[0096]
s1.合金熔炼：将原料按照配比，对cu、ag和cuce中间合金进行配料并加热到1600℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入cucr、cuti中间合金和单质w，升温到2000℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
[0097]
s2.连铸连轧：控制浇铸温度为1900℃，拉速为4.5m/min，将s1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1265℃，进精轧温度控制在1100℃，同时保证精轧总减面率为70％，获得合金线；
[0098]
s3.压力加工：将s2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为70％，拉丝温度为430℃，获得合金丝。
[0099]
s4.性能热处理：将s3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度920℃，时间60min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损导体材料丝。
[0100]
实施例4：
[0101]
本实施例与实施例3的区别仅在于：
[0102]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：ag：1.92％；w：4.0％；cuce：3.1％；cucr：8.0％；cuti：4.0％；cu：余量。
[0103]
实施例5：
[0104]
本实施例与实施例3的区别仅在于：
[0105]
一种低损耗电力电缆的制造方法，以质量百分比计，所述高强低损导体材料丝包括以下原料：ag：3.59％；w：3.15％；cuce：4.58％；cucr：6.30％；cuti：3.15％；cu：余量。
[0106]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进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。