CN110628138A - 风力发电机组用中压抗扭动力电缆及其绝缘材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组用中压抗扭动力电缆及其绝缘材料，该绝缘材料按照重量份数计，包括，三元乙丙橡胶40～50份；微晶蜡1～3份；石蜡油3～6份；三氧化二锑5～12份；钛白粉1.3～3.7份；纳米氧化锌1.6～3.4份；煅烧高岭土40～50份；偶联剂0.6～1.4份；防老剂1～2份；硫化剂1.6～2.5份；硫化助剂0.8～1.6份。本发明最高耐受105℃的高耐温乙丙橡胶绝缘材料，用作8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆的绝缘，满足海上风力发电机组高载流量抗扭电缆在正常工作环境下(工作温度‑40℃～+105℃)的各项电力传输和使用性能，解决8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆长期高载流量、弯曲疲劳、老化等导致使用寿命下降的问题。

Description

风力发电机组用中压抗扭动力电缆及其绝缘材料
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，以及使用该绝缘材料的风力发电机组用中压抗扭动力电缆。
背景技术
海上风场相对于陆地风电场，风场风机所处的海洋环境十分复杂和恶劣，承受着多种随时间和空间变化的随机荷载，包括风、海浪、海流、海冰和潮汐等作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在如此恶劣的环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤、疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素都将导致海上风机结构构件和整体抗力的衰减，影响风机结构的运行安全度和耐久性。大功率海上风力发电机组高载流量抗扭动力电缆作为海上风力发电机组传输电力的重要构件，也承受大部分风机所处恶劣环境的影响，严重影响产品的使用寿命。
目前的风能抗扭动力电缆采用乙丙橡皮绝缘，乙丙橡皮绝缘电缆的导体最高使用温度是90℃，对于电力电缆来说不同的使用温度会影响到电缆的载流量。8MW海上风机使用的抗扭动力电缆，相较于同等截面的动力电缆要求更高的载流量，使得现有乙丙橡皮绝缘的动力电缆用在8MW海上风机上因过载而影响使用寿命，同时加快绝缘老化，造成局部放电。
发明内容
本发明实施例提供一种最高耐受105℃的高耐温乙丙橡胶绝缘材料，用作8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆的绝缘，满足海上风力发电机组高载流量抗扭电缆在正常工作环境下(工作温度-40℃～+105℃)的各项电力传输和使用性能，解决8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆长期高载流量、弯曲疲劳、老化等导致使用寿命下降的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，按照重量份数计，包括，
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述硫化助剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括该绝缘材料的制备方法包括以下步骤，
(1)取全部份数的三元乙丙橡胶放入密炼机中混炼均匀；
(2)取全部份数的三氧化二锑、钛白粉、纳米氧化锌、微晶蜡、防老剂和一半份数的煅烧高岭土加入密炼机中混炼，混炼2～3分钟后，加入全部份数的石蜡油继续混炼至均匀；
(3)取全部份数的偶联剂和一半份数的煅烧高岭土加入密炼机中混炼均匀；
(4)取全部份数的硫化剂和硫化助剂加入密炼机中混炼均匀，获得制成所述绝缘材料的混炼胶料。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括取所述混炼胶料在开炼机上薄通1～2次、摆胶2～3次，随后在压延机上开条出片，输出的橡页冷却后过滑石粉箱，制备获得所述绝缘材料。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述密炼机的混炼温度为100℃～120℃。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种风力发电机用中压抗扭动力电缆，包括至少一根动力线芯、与所述动力线芯相绞合的至少一根接地线芯、包绕在所述动力线芯、接地线芯外部的外护套，所述动力线芯包括导体、包覆在所述导体外部的绝缘层，所述绝缘层为以上所述绝缘材料制成的绝缘层。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述动力线芯还包括导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，所述导体屏蔽层包覆在导体的外部，所述绝缘层包覆在导体屏蔽层外部，所述绝缘屏蔽层包覆在绝缘层外部。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括该动力电缆还包括编织屏蔽层，所述编织屏蔽层包绕在动力线芯、接地线芯外部，所述外护套包绕在编织屏蔽层外部，所述编织屏蔽层为纤维丝和镀锡铜丝混合编织的屏蔽层。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述动力线芯、接地线芯绞合后通过填充层填充，所述填充层为半导电橡胶。
本发明的有益效果：
本发明使用主料为三元乙丙橡胶的绝缘料制成乙丙橡胶绝缘取代现有的乙丙橡皮绝缘用作抗扭动力电缆的动力线芯绝缘层，最高耐受105℃，满足海上风力发电机组高载流量抗扭电缆在正常工作环境下(工作温度-40℃～+105℃)的各项电力传输和使用性能，解决8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆长期高载流量、弯曲疲劳、老化等导致使用寿命下降的问题。
其中，绝缘材料配方中含有一定比例的三氧化二锑，能够增强耐热性能，提高三元乙丙橡胶在高温下吸收热氧自由原子性能，避免热氧自由原子和橡胶主链接触而发生反应，相对于现有乙丙橡皮绝缘料能够极大提高耐热性能。
绝缘材料配方中含有一定比例的煅烧高岭土，易于分散，颗粒容量较小，达到纳米级，悬浮性能好；通过纳米级刚性颗粒进行填充，补充橡胶分子链间的空隙，增加补强效果，提高配方材料的抗张强度。
附图说明
图1是本发明实施例中抗扭动力电缆的剖面示意图；
图2是抗扭动力电缆成缆工艺流程图。
图中标号说明：2-动力线芯，21-导体，22-导体屏蔽层，23-绝缘层，24-绝缘屏蔽层；
4-接地线芯，6-编织屏蔽层，8-填充层，10-护套层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
参照如图1所示的一种风力发电机组用中压抗扭动力电缆，该电缆包括三根动力线芯2、三根接地线芯4以及填充层8绞合成缆芯，缆芯外部包绕编织屏蔽层6，编织屏蔽层6外部挤塑护套层10。
本实施例优选技术方案中，上述填充层8为半导电橡胶。上述编织屏蔽层为纤维丝和镀锡铜丝混合编织的屏蔽层。
具体的，动力线芯2包括导体21、包覆在导体1外部的导体屏蔽层22、包覆在导体屏蔽层22外部的绝缘层23、包覆在绝缘层23外部的绝缘屏蔽层。
参照图2所示，制成动力线芯2时，铜丝束绞后绕包半导电带，随后三层共挤，挤出半导电导体屏蔽料+105℃乙丙橡胶绝缘料+半导电绝缘屏蔽料；105℃乙丙橡胶绝缘料的具体组份如下表1：
表1
该105℃乙丙橡胶绝缘料的制备方法包含以下步骤：
(1)取全部份数的三元乙丙橡胶Kep510放入100℃～120℃密炼机中混炼均匀；
(2)取全部份数的三氧化二锑、钛白粉、纳米氧化锌、微晶蜡、防老剂XH-3和一半份数的煅烧高岭土B7加入密炼机中混炼，混炼2～3分钟后，加入全部份数的石蜡油2280继续混炼至均匀；
(3)取全部份数的偶联剂KH550和一半份数的煅烧高岭土B7加入密炼机中混炼均匀；
(4)取全部份数的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯加入密炼机中混炼均匀，获得制成105℃乙丙橡胶绝缘料的混炼胶料；
(5)取混炼胶料在开炼机上薄通1～2次、摆胶2～3次，随后在压延机上开条出片，输出的橡页冷却后过滑石粉箱，制备获得105℃乙丙橡胶绝缘料。
取实施例二中各组份制成的105℃乙丙橡胶绝缘料，其各项测试性能如下表2所示：
表2
以下具体阐述抗扭动力缆的工艺流程：
参照图2所示，(1)型号电压规格：FDEH(105)26/35kV 3x95，
电缆名称及具体说明：105℃乙丙橡胶绝缘8MW海上风力发电机组抗扭动力电缆，动力线芯3芯95mm2标称截面，电压等级26/35kV。
(2)具体方案：如上图1所示，
动力线芯：先用铜丝束绞后，绕包半导电带，挤出半导电导体屏蔽料+特种105℃乙丙橡胶绝缘料+半导电绝缘屏蔽料；
地线芯：先用铜丝束绞后，绕包半导电带，再挤出半导电橡皮；
编织屏蔽层：采用纤维丝+镀锡铜丝混合编织屏蔽层；
总成缆：将金属屏蔽动力线芯、地线芯结构按照合适的节径比一起成缆，在中心填充半导电橡胶；
外护套：在缆芯外挤包护套料作为外护套。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：按照重量份数计，包括，
2.如权利要求1所述的风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
3.如权利要求1所述的风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：所述硫化助剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
4.如权利要求1所述的风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：该绝缘材料的制备方法包括以下步骤，
(1)取全部份数的三元乙丙橡胶放入密炼机中混炼均匀；
(2)取全部份数的三氧化二锑、钛白粉、纳米氧化锌、微晶蜡、防老剂和一半份数的煅烧高岭土加入密炼机中混炼，混炼2～3分钟后，加入全部份数的石蜡油继续混炼至均匀；
(3)取全部份数的偶联剂和一半份数的煅烧高岭土加入密炼机中混炼均匀；
(4)取全部份数的硫化剂和硫化助剂加入密炼机中混炼均匀，获得制成所述绝缘材料的混炼胶料。
5.如权利要求4所述的风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：取所述混炼胶料在开炼机上薄通1～2次、摆胶2～3次，随后在压延机上开条出片，输出的橡页冷却后过滑石粉箱，制备获得所述绝缘材料。
6.如权利要求4所述的风力发电机组用中压抗扭动力电缆绝缘材料，其特征在于：所述密炼机的混炼温度为100℃～120℃。
7.一种风力发电机用中压抗扭动力电缆，其特征在于：包括至少一根动力线芯、与所述动力线芯相绞合的至少一根接地线芯、包绕在所述动力线芯、接地线芯外部的外护套，所述动力线芯包括导体、包覆在所述导体外部的绝缘层，所述绝缘层为如权利要求1-6任一项所述绝缘材料制成的绝缘层。
8.如权利要求7所述的风力发电机用中压抗扭动力电缆，其特征在于：所述动力线芯还包括导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，所述导体屏蔽层包覆在导体的外部，所述绝缘层包覆在导体屏蔽层外部，所述绝缘屏蔽层包覆在绝缘层外部。
9.如权利要求7所述的风力发电机用中压抗扭动力电缆，其特征在于：该动力电缆还包括编织屏蔽层，所述编织屏蔽层包绕在动力线芯、接地线芯外部，所述外护套包绕在编织屏蔽层外部，所述编织屏蔽层为纤维丝和镀锡铜丝混合编织的屏蔽层。
10.如权利要求7所述的风力发电机用中压抗扭动力电缆，其特征在于：所述动力线芯、接地线芯绞合后通过填充层填充，所述填充层为半导电橡胶。
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