CN109767863A - 丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，包括：导体、导体屏蔽层、内绝缘层和阻燃外绝缘层，所述导体屏蔽层、内绝缘层和阻燃外绝缘层通过CCV生产线一次完成三层共挤和交联，以及，所述阻燃外绝缘层由如下重量比分的物质混合而成：75‑85％的基料，所述基料包括低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯MDPE或高密度聚乙烯HDPE；1.5‑3％的交联剂，所述交联剂包括过氧化二异丙苯DCP；0.8‑2％的抗氧剂，所述抗氧剂包括抗氧剂300#和1076#；8‑15％阻燃剂，所述阻燃剂包括氢氧化镁Mg(OH)₂、氢氧化铝Al(OH)₃和十溴二苯乙烷；5‑8％耐电痕助剂，所述耐电痕助剂包括三水合氧化铝和硼酸锌；2.5‑4.2％的光稳定剂，所述光稳定剂包括CAS光稳定剂770、TH‑944及其它适用于聚烯烃的光屏蔽剂；以及1.5‑3％的色母料。

Description

丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及电力电缆领域，尤其涉及一种丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆及其制造方法。

背景技术

用于树林密集地区电力传输用架空电缆，最常用的是钢芯铝绞线(ACSR)等裸电线或绝缘架空电缆。因树林中敷设空间有限，且受风力等影响，电缆会不定时与树丛发生接触和摩擦，鉴于裸电线容易发生闪络和电弧等原因，大大增加了丛林起火的概率，新建的输配电网络更趋向于采用绝缘架空电缆。

目前，15kV及以上的丛林中敷设用绝缘架空电缆，最常用的有热塑性塑料绝缘和热固性塑料绝缘两种，工作温度分别为75℃和90℃。电缆的主要结构包括导体、导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层。导体可为铜(CU)、铝(AL)、铝合金(AL Alloy 6201-T81)及钢芯铝绞线(ACSR)等，导体屏蔽层为热塑性或热固性半导电聚烯烃，内绝缘层为热塑性PE(聚乙烯)或热固性XLPE(交联聚乙烯)，外绝缘层为耐候、耐电痕PE或XLPE。这些绝缘架空电缆的电气和机械性能符合相关产品标准(例如ICEA S-121-733要求)，但均没有阻燃性能。一旦丛林中有火源，电缆绝缘层很容易被引燃，且火势迅速蔓延，后果不堪设想。

森林大火的频繁发生，给自然资源、财产设施和人生安全都造成了极大的损失和危害，而电缆是火灾的起因之一。所以，研发一种阻燃的绝缘架空电缆具有极大的社会意义和经济价值。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，提出了一种丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，该电缆具有突出的阻燃性能，单根阻燃等级达到VW-1，垂直托架燃烧达到FT4。

本发明的一个方面为一种丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，由内到外依次包括：导体、导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层，其中，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层通过三层共挤一次完成挤出和交联，以及，所述外绝缘层为阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚烯烃外绝缘料，所述外绝缘料由如下重量比分的物质混合而成：

75-85％的基料，所述基料包括低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯MDPE或高密度聚乙烯HDPE；

1.5-3％的交联剂，所述交联剂包括过氧化二异丙苯DCP；

0.8-2％的抗氧剂，所述抗氧剂包括抗氧剂300#和1076#；

8-15％阻燃剂，所述阻燃剂包括氢氧化镁Mg(OH)₂、氢氧化铝Al(OH)₃和十溴二苯乙烷；

5-8％耐电痕助剂，所述耐电痕助剂包括三水合氧化铝和硼酸锌；

2.5-4.2％的光稳定剂，所述光稳定剂包括CAS光稳定剂770、TH-944及其它适用于聚烯烃的光屏蔽剂，其中所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯及EVA；以及

1.5-3％的色母料。

优选地，所述导体为绞合的铜CU、铝AL、铝合金AL Alloy 6201-T81或钢芯铝绞线ACSR，绞线为紧压、压缩或非紧压。

优选地，所述导体屏蔽层为半导电交联聚烯烃，最薄点厚度不小于0.3mm。

优选地，所述内绝缘层为化学交联聚乙烯绝缘料，厚度为1.91mm～2.54mm。

优选地，所述外绝缘层为阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚乙烯绝缘料，厚度为1.27mm～1.91mm。

本发明的另一方面为一种丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆的制造方法，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层采用三层共挤悬链式连续硫化CCV生产线，一次完成三层的挤出、交联和冷却，包括如下步骤：

步骤a：将所述导体形成为紧压、压缩或非紧压绞合导体；

步骤b：通过三层共挤挤出机，对所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层三层挤出共用同一共挤机头，实现三层共挤，从而实现三层挤出层紧密粘合；

步骤c：挤出后的绝缘线芯即进入密封的硫化管，硫化管加热段以高温高压的氮气作为传热媒介和保护气体，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层在此条件下，同时完成交联反应，其分子结构由线性变为网状结构；以及

步骤d：上述步骤c形成的电缆随即进入预冷段、水冷却段和室温冷却段以对所述电缆进行冷却。

优选地，所述导体屏蔽层采用φ65挤出机，所述内绝缘层采用φ90挤出机，所述外绝缘层采用φ90挤出机。

优选地，所述导体屏蔽层采用的φ65挤出机和所述内绝缘层采用的φ90挤出机为BM螺杆即分离型螺杆，所述外绝缘层采用的φ90挤出机为等距不等深单螺纹螺杆。

优选地，所述挤出机的共挤机头中，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层均采用挤压式模具挤出。

优选地，所述室温冷却的过程中，所述电缆在线经受15kV工频火花检测。

本发明具有如下有益效果：本发明的丛林用阻燃绝缘架空电力电缆具有优良的电气和机械物理性能，电缆通过720小时耐日光和2500V 1000min耐电痕性能测试，室温下电缆表面电阻率≥200000MΩ，15.6℃下的绝缘电阻常数≥6100MΩ.km；电缆又具有突出的阻燃性能，单根燃烧达到VW-1，垂直托架燃烧FT4等级。本发明的电缆有效抑制了由电缆原因引起的丛林火灾，抵御了起始火源引燃绝缘，更有效阻止了明火状态下火焰沿电缆的蔓延和传播，为及时扑灭火源赢得了宝贵的时间，具有卓越的社会意义和经济价值。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的丛林中敷设用阻燃绝缘架空电缆的结构示意图。

图2是本发明的一个实施例的丛林中敷设用阻燃绝缘架空电缆的制造方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。

下面结合附图详细说明本发明的较佳实施例的丛林中敷设用阻燃绝缘架空电缆的结构。

如图1所示，本发明的丛林敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，由导体(导电线芯)1，包覆于导电线芯1之上的导体屏蔽层2、内绝缘层3和阻燃外绝缘层4构成。

导电线芯1例如为ACSR钢芯铝绞线，由镀锌钢丝或镀锌钢绞线与1350硬铝丝绞合而成。

ACSR导体绞合时，采用纳米模具，对导体进行3％正规绞合导体外径值的压缩，从而使ACSR绞线结构更稳定，缓解导体屏蔽层在绞线中的嵌入，使导体屏蔽外的电场更均匀。

导体屏蔽层2、内绝缘层3和阻燃外绝缘层4采用三层共挤连续硫化生产线(简称CCV生产线)，同一工序完成三层的挤出、交联和冷却。

导体屏蔽层2为黑色半导电交联聚烯烃，最薄点厚度不小于0.3mm。

内绝缘层3为本色化学交联聚乙烯绝缘料，较佳的内绝缘层厚度例如为1.91mm，同心度不小于85％。

外绝缘层4为阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚烯烃绝缘料，颜色例如为灰色，较佳厚度例如为1.91mm，同心度不小于85％。

内绝缘层3和外绝缘层4的总厚度的较佳值为3.82mm。

外绝缘层4具有电缆标志，该电缆标志为激光永久打印，清晰、易辨、持久。

在一个较佳的实施例中，在所述阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚烯烃外绝缘料4，由如下重量比分的物质混合塑化造粒而成：

重量比为78％的HDPE(高密度聚乙烯)，重量比为2.5％的DCP(过氧化二异丙苯)交联剂，重量比为0.8％的抗氧剂300#，重量比为的8.5％的氢氧化镁阻燃剂，重量比为5％的耐电痕助剂，重量比为3％的CAS光稳定剂和重量比为2.2％的灰色色母料。

下面结合图2详细说明本发明的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆的制造方法。本发明的制造方法中，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层采用三层共挤悬链式连续硫化生产线(CCV)，一次完成三层的挤出、交联和冷却，包括如下步骤a～d。

步骤a：将导体形成为紧压、压缩或非紧压绞合导体。

步骤b：通过三层共挤挤出机，对所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层三层挤出共用同一共挤机头，实现三层共挤，从而实现三层挤出层紧密粘合。

其中，所述导体屏蔽层采用φ65挤出机，所述内绝缘层采用φ90挤出机，所述外绝缘层采用φ90挤出机。所述导体屏蔽层采用的φ65挤出机和所述内绝缘层采用的φ90挤出机为BM螺杆即分离型螺杆，所述外绝缘层采用的φ90挤出机为等距不等深单螺纹螺杆。本领域中通用的CCV生产线的三台挤出机配置为φ65、φ150和φ90，螺杆均为BM螺杆。为了能和本发明实施例电缆内绝缘层挤出量小于外绝缘层的挤出工艺匹配，特别把φ150挤出机更换为φ90挤出机；另外，因外绝缘料为阻燃绝缘料，挤出时产生的摩擦热较大，本发明把BM螺杆更换为等距不等深单螺纹螺杆。

并且，所述挤出机的共挤机头中，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层均采用挤压式模具挤出。配模尺寸为模芯内径等于导体外径+1mm，内模孔径等于导体直径+2*导体屏蔽层标称厚度，中模孔径等于导体屏蔽层线径+2*内绝缘层标称厚度，外模孔径等于导体屏蔽层线径+2*外绝缘层标称厚度。模具一般有挤压、挤管和半挤管三种，挤压式配模能使挤层更紧密，这样的配模尺寸使各层挤出厚度符合工艺要求。

步骤c：挤出后的绝缘线芯即进入密封的硫化管，硫化管加热段以高温高压的氮气作为传热媒介和保护气体，硫化管加热段共6节，每节长度为6m，共36m，加热温度依次为330℃±10℃、310℃±10℃、290℃±10℃、270℃±10℃、260℃±10℃和250℃±10℃，氮气压力为1.2Mpa±0.5Mpa，在此条件下，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层同时完成交联反应，其分子结构由线性变为网状结构，从而使电缆能够承受90℃的长期工作温度。

步骤d：上述步骤c形成的电缆随即进入5.5m的预冷段，预冷段充满同样压力的氮气，但不加热；所述电缆再进入长度为60m的冷却段进行冷却，冷却媒介为水，水压为10kgf±1kgf；所述电缆出冷却水密封圈后，经过约50m的室温自然冷却。室温自然冷却的过程中，电缆100％经受15kV工频火花在线检测；从而电缆完成制造。

采用本发明方法制成的丛林敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电力电缆不仅具有良好的电气和物理性能，而且具有耐日光、耐电痕等特性，更具有突出的阻燃性能。

经测试，本发明的丛林用三层共挤阻燃绝缘架空电缆达到如下性能：

电缆在干燥和潮湿环境下的工作温度为90℃；

电缆的额定工作电压为15kV及以上；

导体屏蔽的体积电阻率，90℃和130℃下均不大于1000Ω.M；

导体屏蔽圆片经煮沸试验后，导体屏蔽层成连续环状，符合ICEA S-121-133要求；

内外绝缘层结合处(厚度分别占50％)取样，其机械物理性能：老化前，抗张强度≥12.5Mpa，伸长率≥250％；121℃168h强通风烘箱老化后，抗张强度和伸长率的保留率≥75％；

内绝缘的热延伸性能为175℃烘箱温度下，最大伸长率为175％，最大永久变形率为10％；外绝缘的热延伸性能为175℃烘箱温度下，最大伸长率为100％，最大永久变形率为5％；

电缆外绝缘通过ICEA S-121-133的耐气候试验，经过720h氙弧或碳弧照射后，外绝缘的抗张强度和伸率不小于照射前的80％；

电缆外绝缘通过ASTM D-2303 2500V电压1000min耐电痕试验；

电缆室温下表面绝缘电阻率≥200000MΩ；

电缆15.6℃下的绝缘电阻常数≥6100MΩ.km；

电缆通过UL1072规定的干燥或潮湿环境下的U-Bending试验；

电缆阻燃性能通过UL2556规定的VW-1和FT4试验；

电缆的颜色为黑色、灰色或其他颜色；

电缆的打印标志为激光或喷墨打印，标志清晰、易辨、耐擦、持久。

显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围。

Claims (10)

1.丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，其特征在于，由内到外依次包括：导体、导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层，其中，

所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层通过三层共挤一次完成挤出和交联，以及，所述外绝缘层为阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚烯烃外绝缘料，所述外绝缘料由如下重量比分的物质混合而成：

75-85％的基料，所述基料包括低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯MDPE或高密度聚乙烯HDPE；

1.5-3％的交联剂，所述交联剂包括过氧化二异丙苯DCP；

0.8-2％的抗氧剂，所述抗氧剂包括抗氧剂300#和1076#；

8-15％阻燃剂，所述阻燃剂包括氢氧化镁Mg(OH)₂、氢氧化铝Al(OH)₃和十溴二苯乙烷；

5-8％耐电痕助剂，所述耐电痕助剂包括三水合氧化铝和硼酸锌；

2.5-4.2％的光稳定剂，所述光稳定剂包括CAS光稳定剂770、TH-944及其它适用于聚烯烃的光屏蔽剂，其中所述聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯及EVA；以及

1.5-3％的色母料。

2.根据权利要求1所述的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，其特征在于，所述导体为绞合的铜CU、铝AL、铝合金AL Alloy 6201-T81或钢芯铝绞线ACSR，绞线为紧压、压缩或非紧压。

3.根据权利要求2所述的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层为半导电交联聚烯烃，最薄点厚度不小于0.3mm。

4.根据权利要求1所述的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，其特征在于，所述内绝缘层为化学交联聚乙烯绝缘料，厚度为1.91mm～2.54mm。

5.根据权利要求1所述的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆，其特征在于，所述外绝缘层为阻燃、耐日光、耐电痕化学交联聚乙烯绝缘料，厚度为1.27mm～1.91mm。

6.一种根据权利要求1～5中任一项所述的丛林中敷设用三层共挤阻燃绝缘架空电缆的制造方法，其特征在于，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层采用三层共挤悬链式连续硫化CCV生产线，一次完成三层的挤出、交联和冷却，包括如下步骤：

步骤a：将所述导体形成为紧压、压缩或非紧压绞合导体；

步骤b：通过三层共挤挤出机，对所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层三层挤出共用同一共挤机头，实现三层共挤，从而实现三层挤出层紧密粘合；

步骤c：挤出后的绝缘线芯即进入密封的硫化管，硫化管加热段以高温高压的氮气作为传热媒介和保护气体，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层在此条件下，同时完成交联反应，其分子结构由线性变为网状结构；以及

步骤d：上述步骤c形成的电缆随即进入预冷段、水冷却段和室温冷却段以对所述电缆进行冷却。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导体屏蔽层采用φ65挤出机，所述内绝缘层采用φ90挤出机，所述外绝缘层采用φ90挤出机。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述导体屏蔽层采用的φ65挤出机和所述内绝缘层采用的φ90挤出机为BM螺杆即分离型螺杆，所述外绝缘层采用的φ90挤出机为等距不等深单螺纹螺杆。

9.根据权利要求6所述的，其特征在于，所述挤出机的共挤机头中，所述导体屏蔽层、内绝缘层和外绝缘层均采用挤压式模具挤出。

10.根据权利要求6所述的，其特征在于，所述室温冷却的过程中，所述电缆在线经受15kV工频火花检测。