CN103123826B

CN103123826B - 高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆

Info

Publication number: CN103123826B
Application number: CN201310094300.6A
Authority: CN
Inventors: 杨黎明; 朱智恩; 杨荣凯; 杨迎建; 杜忠东; 徐林华
Original assignee: Nanjing NARI Group Corp; State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: STATE GRID WUHAN HIGH VOLTAGE Research Institute; NARI Group Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN103123826A

Abstract

本发明公开了一种高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，该电缆的中心为阻水导体，阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、非金属挤出外护套和挤出导电层；在缓冲阻水层之间放置有光纤。本发明的绝缘层使用添加空间电荷抑制剂的超净料且最大工作温度允许到90℃，克服了传统电缆绝缘料由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿；采用铜套从而避免使用沥青防腐，解决了生产和安装中的清洁环保问题，还克服了电化学腐蚀问题；并且通过在外护套上挤压导电层作为试验电极，防止了传统电缆外护套表面通过涂覆石墨导电层作为试验电极而造成的环境污染。

Description

高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆

技术领域

本发明涉及一种直流电缆，尤其是一种柔性直流输电用光纤复合挤出绝缘电力电缆。

背景技术

1997年，世界上第一条柔性直流电缆投入运行，供应商为ABB公司。随着技术的进步，运行的电压等级不断提高，目前国外已商业运行柔性直流电缆的电压等级为200 kV，ABB公司已在实验室完成320 kV电缆的型式试验。中国输电电缆多为交流挤出绝缘电缆，仅在上海运行了一回低压（30 kV及以下）柔性直流挤出绝缘电缆，而中压（30 kV以上到150 kV）、高压（150 kV以上到250 kV）和超高压（250 kV以上到500 kV）的柔性直流挤出绝缘电缆还未曾使用。

在中国，中压及以上的电缆导体最常用的材料为铜。铜导电性能优良，达到100 IACS%。另外，其化学性能稳定，耐氧化性能，防腐性能优异，机械强度大。但铜的价格较为昂贵，一般为铝价格的3~4倍。

传统的直流电缆，其绝缘部分多采用油纸绝缘结构，即在导体的半导电纸外面绕包长条的电缆纸，绕包纸之间的空气隙采用绝缘油填充。填充形式有两种，一种为粘性绝缘油浸渍，叫直流油浸纸绝缘电缆，另一种为低粘度绝缘油通入中空导体，施加一定的油压，叫直流充油电缆。油纸绝缘结构的直流电缆，其绝缘电阻不是特别高，故在绝缘中不存在空间电荷。但绝缘油泄漏后，不容易分解，污染环境，而且电缆纸为上等木材制成，需要消耗森林资源。

由于油纸绝缘电缆存在不绿色、不环保的缺点，因此，开发了挤出交联聚乙烯绝缘电缆。挤出绝缘电缆克服了油纸绝缘电缆在绿色和环保方面存在的问题，已经大量使用在交流电网中。

挤出绝缘电缆的绝缘电阻特别高，绝缘体中的空间电荷不易泄放，如果直接使用到直流电网中，空间电荷畸变电缆绝缘中的电场分布，引起电场集中，容易造成电缆绝缘击穿。目前，世界上已有商品化供应的直流交联料，其工作温度较低为70 ℃，低于现有交流挤出绝缘电缆工作温度90 ℃。因此，相同电压相同导体截面情况下，其载流量比工作温度为90 ℃的电缆要小得多，这样造成输电容量小很多。

在直流电缆运行中，半导体屏蔽层与绝缘层界面的接触有否突起，极大地影响了电缆绝缘水平，乃至整个电缆的绝缘寿命。已有的知识表明，绝缘层与半导体屏蔽层之间由于突起而引起电场集中产生电树枝老化，半导电突起还容易产生空间电荷注入绝缘。

金属套是电缆可靠性保障的一道有力屏障，传统交联电缆多采用铝套，铝的还原电势为-1.66 V，在电缆金属套材料中是最低的，因此埋在地下容易造成电化学腐蚀，这不适合使用在滨海或盐碱地区。现有电缆的铝套，为了防腐，在铝套外表面涂覆了一层沥青。这就造成生产车间环境的污染，将来在安装终端和接头时，造成沥青不容易清洁并污染现场环境。

另外，传统电缆的非金属外护套，为了利用直流耐压检查其完好性，需要在外护套表面设置电极，现通常在表面涂覆石墨作为试验电极，但石墨颗粒容易污染环境。

发明内容

针对现有技术中电缆存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高压和超高压的柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，可以降低电缆成本，能够提高电缆绝缘层的击穿强度和工作温度，避免传统电缆金属套的电化学腐蚀和现场清洁问题，防止传统电缆由于涂覆石墨层作为试验电极而造成的环境污染。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，该电缆的中心为阻水导体，所述阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、非金属挤出外护套和挤出导电层；在所述第一缓冲阻水层和第二缓冲阻水层之间还放置有不锈钢管保护的光纤。

所述半导电绕包带的厚度为（0.10～0.36）mm；所述挤出内屏蔽层厚度为（1.0～2.0）mm；所述挤出绝缘层厚度为（10.6～30.0）mm；所述挤出外屏蔽层厚度为（0.6～1.5）mm；所述第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层的厚度各为（1～3）mm；所述金属套厚度为（0.5～3.8）mm；所述非金属挤出外护套厚度为（4～6）mm；所述挤出导电层厚度为（0.4～1.2）mm。

进一步地，阻水导体由多根导线组成，排列成圆柱状，在导线的间隙中填充有阻水材料，导线材料为纯铝或者电缆导体专用铝合金或者铜；金属套采用皱纹铜套或者不锈钢套或者铝套；挤出绝缘层采用经超净处理的聚乙烯基料、交联剂和空间电荷抑制剂的混合物，工作温度达90℃；挤出内屏蔽层和挤出外屏蔽层均使用超光滑半导电交联料；非金属挤出外护套材料为PVC或者PE或者阻燃PE。在挤出导电层外表还设有印字。光纤采用多模或单模，或者两者的组合，用于电缆状态监测、保护信息传送和通讯。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：（1）通过选用纯铝或电缆导体专用铝合金作为导体，添加阻水材料，能减轻电缆重量，较大地降低了电缆造价；（2）绝缘层使用添加空间电荷抑制剂的超净料，直流击穿场强大于45 kV/mm，且最大工作温度达到90℃，克服了传统电缆绝缘料由于空间电荷积聚而导致的电场畸变甚至击穿，且载流量比70℃直流电缆料大；（3）通过使用超光滑半导电料，有效地防止了绝缘层与半导体屏蔽层间由于突起而引起电场集中产生电树枝老化，还抑制了半导电突起产生空间电荷注入绝缘的情况；（4）采用铜套从而避免使用沥青防腐，解决了生产和安装中的清洁环保问题，还克服了铝套电化学腐蚀问题；（5）通过在外护套上挤压导电层作为试验电极，进行直流耐压检查，防止了传统电缆外护套表面通过涂覆石墨导电层作为试验电极而造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明电力电缆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和实施例对本发明做进一步详细地说明。

如图1所示，柔性直流输电用光纤复合挤出绝缘电力电缆的结构由内到外，依次为：阻水导体1、半导电特多龙绕包带2、半导电内屏蔽3、挤出绝缘层4、半导电外屏蔽5、第一缓冲阻水层6、不锈钢管光纤7、第二缓冲阻水层8、皱纹金属套9、非金属外护套10、挤出导电层11、印字12。本发明的绝缘材料将PE基料添加空间电荷抑制剂等，PE基料超净化处理除去杂质，能有效地抑制绝缘中空间电荷的积聚，提高电缆绝缘寿命。柔性直流电缆的挤出内屏蔽及外屏蔽均使用超光滑半导电交联料，防止了由于突起而引起的电场集中和空间电荷注入绝缘。金属套选用还原电势为0.3402 V的不活泼金属铜制成的铜套，保证了其在各种环境条件下特别是在滨海及盐碱地区不被电化学腐蚀。铜套外表面不需要涂覆一层沥青防腐蚀，这就使生产车间环境没有沥青的污染，将来在安装终端和接头时，无沥青污染现场环境。为了用直流耐压检查柔性直流电缆外护套的完好，在电缆的外护套上挤压导电层作为试验电极，防止了传统电缆通过涂覆石墨层作为试验电极而造成的环境污染。

实施例1

本实施例为额定电压±320 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆。

（1）阻水导体1，材料为纯铝，截面积为1400 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构或者分割导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电特多龙绕包带2，厚度0.18 mm；

（3）半导电内屏蔽3，厚度1.5 mm；

（4）挤出绝缘层4为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（22～24）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽5，厚度1.2 mm；

（6）第一缓冲阻水层6，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（2～3）mm；

（7）不锈钢管光纤7，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层8，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（2～3）mm；

（9）皱纹金属套9，材料为铜，厚度为0.8 mm；

（10）非金属外护套10，材料为红色PVC，厚度5 mm；

（11）挤出导电层11，厚度约为0.6 mm；

（12）印字12，采用白色喷墨印字或者凸印。

实施例2

本实施例为额定电压±200 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆。

（1）阻水导体1，材料为电缆导体专用铝合金或者铜，截面积为1000 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电特多龙绕包带2，厚度0.18 mm；

（3）半导电内屏蔽3，厚度1.5 mm；

（4）挤出绝缘层4为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（12～14）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽5，厚度1 mm；

（6）第一缓冲阻水层6，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1.5～2.5）mm；

（7）不锈钢管光纤7，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层8，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1.5～2.5）mm；

（9）皱纹金属套9，材料为铜，厚度为0.7 mm；

（10）非金属外护套10，材料为红色PE，厚度4.5 mm；

（11）挤出导电层11，厚度约为0.6 mm；

（12）印字12，采用白色喷墨印字或者凸印。

实施例3

本实施例为额定电压±160 kV柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆。

（1）阻水导体1，材料为铜，截面积为500 mm²，采用绞合圆形紧压导体结构，导线间隙填充阻水材料；

（2）半导电尼龙绕包带2，厚度0.1 mm；

（3）半导电内屏蔽3，厚度（1.2～1.5）mm；

（4）挤出绝缘层4为添加空间电荷抑制剂的超净PE交联料，工作温度90℃，介电常数为2.3，直流击穿场强大于45 kV/mm，绝缘层厚度（11～13）mm；超净PE交联料与空间电荷抑制剂的混合物通过熔融混合方法制成；

（5）半导电外屏蔽5，厚度1 mm；

（6）第一缓冲阻水层6，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1～2）mm；

（7）不锈钢管光纤7，光纤根数适量；

（8）第二缓冲阻水层8，材料为半导电缓冲阻水带，厚度（1～2）mm；

（9）皱纹金属套9，材料为铜，厚度为0.6 mm；

（10）非金属外护套10，材料为阻燃PE，厚度4 mm；

（11）挤出导电层11，厚度约为0.6 mm；

（12）印字12，采用白色喷墨印字或者凸印。

Claims

1.高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，其特征在于，该电缆的中心为阻水导体，所述阻水导体外依次包覆有半导电绕包带、挤出内屏蔽层、挤出绝缘层、挤出外屏蔽层、第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层、金属套、非金属挤出外护套和挤出导电层；在所述第一缓冲阻水层和第二缓冲阻水层之间还放置有不锈钢管保护的光纤；所述挤出绝缘层厚度为10.6～30.0mm。

2.根据权利要求1所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，其特征在于，所述半导电绕包带的厚度为0.10～0.36mm；所述挤出内屏蔽层厚度为1.0～2.0mm；所述挤出外屏蔽层厚度为0.6～1.5mm；所述第一缓冲阻水层、第二缓冲阻水层的厚度各为1～3mm；所述金属套厚度为0.5～3.8mm；所述非金属挤出外护套厚度为4～6mm；所述挤出导电层厚度为0.4～1.2mm。

3.根据权利要求1或2所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，其特征在于，所述阻水导体由多根导线组成，排列成圆柱状，在导线的间隙中填充有阻水材料，导线材料为纯铝或者电缆导体专用铝合金或者铜；所述金属套采用皱纹铜套或者不锈钢套或者铝套；所述挤出绝缘层采用经超净处理过的聚乙烯基料、交联剂和空间电荷抑制剂的混合物，工作温度达90℃；所述挤出内屏蔽层和挤出外屏蔽层均使用超光滑半导电交联料；所述非金属挤出外护套材料为PVC或者PE。

4.根据权利要求1所述的高压和超高压柔性直流输电光纤复合挤出绝缘电力电缆，其特征在于，所述光纤为多模和/或单模。