相变控温式高压电缆中间接头连接管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种相变控温式高压电缆中间接头连接管，涉及高压电缆连接【技术领域】。本发明包括管体，所述管体分为内管和外管，在内管和外管之间填充有填充物，所述填充物包括复合相变材料。该连接管利用有机复合相变材料的相变控温功能，降低电缆接头的温度，控制电缆接头热老化进程，避免冲击负荷等造成的电缆接头过热故障，延长电缆的使用寿命。
【专利说明】相变控温式高压电缆中间接头连接管
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压电缆【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着国家对电力行业投入的进一步加大和城网改造工作的进一步深入，电力电缆得到了越来越广泛的应用。但是，随着电缆使用量的增加，电缆的中间接头剧增，接头处的故障和由此而引发的事故就越来越显露出来。中间接头是高压电缆的薄弱环节，原因在于电缆中间头的制作过程中，电缆末端绝缘被切断，从而引起该处电场发生畸变。畸变的场强在导线连接管以及外护套上将产生相当大的附加损耗，从而加速电缆中间接头的热老化过程，严重时引发电缆接头热故障。
[0003]电缆接头热故障可分为外部热故障和内部热故障两类。电缆接头的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环而造成重大故障隐患。电缆接头内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中。内部热故障一般都表现为发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高而引发热击穿。
[0004]另外，电介质在高温作用下，短时间内就能发生明显的损坏。即使温度比短时允许温度低，但作用时间很长时，绝缘性能也常会发生不可逆的变化，这就是电介质的热老化。电缆接头热老化使得绝缘材料的电气和机械性能同时产生劣化，绝缘寿命减少。特别地，热老化还使得材料的伸长率、拉伸强度等机械特性变差。例如，XLPE材料的拉伸率被认为从初始的400%?600%降低到100%时寿命终止。
[0005]高压电缆接头热老化的原因一方面由于其深埋地下，工作环境本身处于密封环境中，其散热困难，造成电缆接头温度居高不下。但其主要原因还是在于高压电缆接头处本身产生的比较大的热量所致，如电能损耗、局部放电引起较大的温升。当电缆在正常负荷运行时，接头内部的温度可达100°c，当电缆满负荷时，电缆芯线温度达到90°C，接头温度会达140°C左右，当温度再升高时，接头处的氧化膜加厚，接触电阻随之加大，在一定通电时间的作用下，接头的绝缘材料碳化为非绝缘物，导致故障发生。
[0006]电缆过热故障可引起火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。通过对事故的分析，电缆接头过热是引起电缆火灾的直接原因，电缆接头过热是因为接头压接头不紧、接头氧化等导致接触电阻过大，长期的高温运行使绝缘下降并击穿，最后导致电缆火灾的发生。因此有必要采取相应措施控制高压电缆热老化进程，防止电缆接头过热，延长高压电缆及接头使用寿命。温度是电缆接头安全运行的一个十分重要的参数，也是影响其热老化最为重要的因素。实验研究和实际运行经验都表明，降低电缆运行时的导体温度可以延缓电缆接头的热老化速率。综上，改善电缆接头导体连接管的结构、增强电缆接头自冷却能力，是防止电缆接头过热、延长电缆使用寿命的有效方法。
[0007]国标GB14315《电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》对接头连接管做了相关规定。常规连接管均按照该标准设计，分为GT(J)S、GT(J)、GL(J)、GLM(J)四类八种。按国标GB14315设计的常规连接管，考虑了压接后连接管的机械强度、电气性能以及压接工艺等要求，通常可以满足电缆接头热稳定的要求。然而，由于现场操作人员技能水平参差不齐以及实际接头制作千差万别，致使常规设计的连接管及电缆接头很难满足相关电气性能等要求。从而，加速电缆接头热老化，引起接头过热甚至故障等。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种相变控温式高压电缆中间接头连接管，该连接管利用复合相变材料的相变控温功能，降低电缆接头的温度，控制电缆接头热老化进程，避免冲击负荷等造成的电缆接头过热故障，延长电缆的使用寿命。
[0009]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种相变控温式高压电缆中间接头连接管，包括管体，所述管体分为内管和外管，在内管和外管之间填充有填充物，所述填充物包括复合相变材料。
[0010]进一步的，所述复合相变材料为有机复合相变材料。
[0011]进一步的，所述有机复合相变材料为金属基导热增强型复合相变储能材料。
[0012]进一步的，所述填充物全部为复合相变材料。
[0013]进一步的，所述内管和外管之间设有加强筋。
[0014]进一步的，所述加强筋沿圆周方向均布有3条以上，内管和外管的间隙互相连通。
[0015]进一步的，所述加强筋、内管和外管均为金属材料。
[0016]进一步的，所述加强筋为四条。
[0017]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明是将复合相变材料填充在连接管内，利用复合相变材料的相变控温功能，降低电缆接头的运行温度，控制电缆接头热老化进程，避免冲击负荷等造成的电缆接头过热故障，延长电缆的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是本发明具体实施状态的结构示意图
图中:1、管体；2、外管；3、加强筋；4、内管；5、填充物；6、应力控制管；7、连接管；8、夕卜
半导电管；9、内绝缘管；10外绝缘管。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020]相变材料(简称PCM)是一类特殊的功能性材料，其能在等温或近似等温的情况下发生相变(多数为固液相变或气液相变)，同时伴随有较大能量(一般称为相变潜热)吸收或释放，这个特点是该类材料具有广泛应用的原因和基础。复合相变材料克服了传统相变材料在使用过程中的许多问题，具有许多优异的性能:(I)储存热能量大，温度可调控。(2)可直接成型加工，对容器要求不高甚至无需容器盛装直接作为骨架材料使用，大大减少了生产成本。(3)材料相变过程中体积变化较小,形状稳定,是一种环境友好型材料。(4)性能稳定，无过冷现象和相分离现象，使用寿命长。因此有机复合相变材料日益受到研究者的重视，被视为最有发展前途的相变材料之一。
[0021]目前该材料的主要被应用于如下领域:(I)用作控温材料，用有机复合相变材料制成了自动控温的外壳、盖板、散热板，大功率电子元件的吸热池等产品。(2)储热节能家用电器。储热节能的电饭锅、电焖锅、电熨斗等产品。(3)大功率电子元件的热调控。如用于电脑处理器、大功率输出电子元件的吸热池和界面传热材料。(4)空调系统的中间热介质。将有机相变材料用于空调设备系统的中间热介质，可以有效地降低压缩系统的温度和压力，提高设备的热效率。(5)用作调温材料，如现在已经流通于市场的自动调温房屋建筑材料，自动调温服装、被褥等，自动调温的泡沫塑料材料。此外，在化妆品、太阳能利用、调温纤维等多个领域也得到广泛应用。
[0022]本发明包括管体1，所述管体I分为内管4和外管2,在内管4和外管2之间填充有填充物5，所述填充物5包括复合相变材料；所述复合相变材料优选为有机复合相变材料；所述有机复合相变材料优选为金属基导热增强型复合相变储能材料；所述复合相变材料优选为复合定型相变材料，定型相变优选为固-固相变。
[0023]所述填充物5可全部为复合相变材料。
[0024]所述内管4和外管2之间设有加强筋3 ;所述加强筋3沿圆周方向均布有3条以上，优选为4条，对管体I起支撑加强的作用，内管4和外管2的间隙互相连通，填充物5填入内管4和外管2的间隙，并使之密实。
[0025]所述加强筋3、内管4和外管2均为同种金属材料。
[0026]本发明基于有机复合相变材料，对电缆连接管的结构进行优化，设计了一种具有自冷却功能的相变控温连接管。该发明旨在革新电缆连接管的结构，利用有机复合相变材料的相变控温功能，降低电缆接头的运行温度，控制电缆接头热老化进程，避免冲击负荷等造成的电缆接头过热故障，延长电缆的使用寿命。
[0027]以下是对本发明的详细描述:
一、本发明能够解决的技术问题为:
(I)控制电缆接头热老化进程
电介质在高温作用下，短时间内就能发生明显的损坏。即使温度比短时允许温度低，但作用时间很长时，绝缘性能也常会发生不可逆的变化，这就是电介质的热老化。热老化使得电缆接头绝缘材料的电气和机械性能同时产生劣化，绝缘寿命减少，但是最显著的表现还是材料的伸长率、拉伸强度等机械特性的变化。例如，XLPE材料的拉伸率被认为从初始的400%?600%降低到100%时寿命终止。
[0028]高压电缆接头热老化的原因一方面由于其深埋地下，工作环境本身处于密封环境中，其散热困难，造成电缆接头温度居高不下。但其主要原因还是在与高压电缆接头处本身产生的比较大的热量所致，如电能损耗、局部放电引起较大的温升。当电缆在正常负荷运行时，接头内部的温度可达100°c，当电缆满负荷时，电缆芯线温度达到90°C，接头温度会达140°C左右，当温度再升高时，接头处的氧化膜加厚，接触电阻随之加大，在一定通电时间的作用下，接头的绝缘材料碳化为非绝缘物，导致故障发生。
[0029]该连接管通过采用有机复合相变材料，吸收长期运行时电缆导体的热量，可精确控制电缆导体温度于最大长期工作温度以内，其误差不超过IV。该相变控温连接管通过降低最大长期工作温度至合理的范围(一般不超过90°C )，从而实现了对电缆接头热老化进程的控制。
[0030](2)防止电缆接头过热故障
电缆接头热故障可分为外部热故障和内部热故障两类。电缆接头的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环而造成重大故障隐患。电缆接头内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中。内部热故障一般都表现为发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高而引发热击穿。
[0031]电缆过热故障可引起火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。通过理论研究和对事故的分析，电缆接头过热是引起电缆火灾的直接原因，电缆接头过热是因为接头压接头不紧、接头氧化等导致接触电阻过大，长期的高温运行使绝缘下降并击穿，最后导致电缆火灾的发生。
[0032]该连接管通过革新其结构设计，不仅可以有效防止电缆接头外部热故障，对其内部热故障也有很好的抑制能力，对由压接不良导致的接触电阻过大、接头局部过热由很好的鲁棒性。通过主动吸收运行导体产生的热量，避免其传导至接头绝缘层引发绝缘失效，从而有效防止接头过热引发的电缆故障。
[0033](3)延长电缆接头的使用寿命
电缆绝缘的使用寿命(单位为年)和长期运行温度的关系可用下式表示，即
【权利要求】
1.一种相变控温式高压电缆中间接头连接管，包括管体(1)，其特征在于:所述管体(I)分为内管(4)和外管(2),在内管(4)和外管(2)之间填充有填充物(5),所述填充物(5)包括复合相变材料。
2.根据权利要求1所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述复合相变材料为有机复合相变材料。
3.根据权利要求2所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述有机复合相变材料为金属基导热增强型复合相变储能材料。
4.根据权利要求1所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述填充物(5)全部为复合相变材料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述内管(4)和外管(2)之间设有加强筋(3)。
6.根据权利要求5所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述加强筋(3)沿圆周方向设有3条以上，内管(4)和外管(2)的间隙互相连通。
7.根据权利要求5所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述加强筋(3)、内管(4)和外管(2)均为金属材料。
8.根据权利要求5所述的相变控温式高压电缆中间接头连接管，其特征在于:所述加强筋(3)为四条。
【文档编号】H02G15/18GK104037717SQ201410296647
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】郭刚, 郝春生, 郜志, 李雪松, 韩卫星, 张金彪 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司邯郸供电分公司