CN110718322B - 风机桥架电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机桥架电缆，包括缆芯、EPCV绝缘层和阻燃CPE护套层，绝缘层通过挤橡机将绝缘料挤包在缆芯外侧形成，绝缘料的配料成份中包含有硫化剂，挤橡机包括低速挤出和高速挤出，低速挤出的工艺条件为：加料口温度为70～75℃、螺杆温度为80～85℃、机身第一段温度为85～90℃、机身第二段温度为90～95℃、机头温度为95～100℃；高速挤出的工艺条件为：加料口温度为65～70℃、螺杆温度为75～80℃、机身第一段温度为80～90℃、机身第二段温度为85～95℃、机头温度为75～85℃；挤橡机的速度为9～20m/min，挤橡机硫化管道中的蒸汽压力为15～20bar。本发明的风机桥架电缆，绝缘抗张强度达到12.3MPa，满足UL1277中PRI耐油性能，兼具电力信号传输和控制信号传输的能力，同时满足阻燃、高机械性能、耐寒和耐油性能。

Description

风机桥架电缆
技术领域
本发明涉及电力电缆制造技术领域，具体涉及一种风机桥架电缆。
背景技术
自上世纪七十年代发生全球石油危机以来，为寻求替代石油、煤炭等化石燃料的能源，美国、西欧等主要发达国家开始制定可再生能源的发展规划，并投入大量经费研究可再生能源的利用途径。经过多年的研究和实践，风能、水能、太阳能等可再生能源的相关技术逐步成熟并得到大规模的应用。其中，风能成为除水能之外最接近商业化的可再生能源之一，风力发电已成为新能源中技术成熟度、规模开发条件最高和商业化发展前景最好的发电方式，全球风电产业规模化发展速度令人瞩目。国际可再生能源署发布的研究报告认为，在利好政策刺激下，随着技术创新和成本下降的持续，全球风电在2030年将实现100GW的累计装机，甚至有望达到280GW。作为风力发电的配套产品-风力发电用电缆正在成为有巨大市场潜力的电缆新产品。
美国线缆市场目前可谓是世界最大的区域性市场，目前美国风电装机容量为96.4GW，排名仅次中国，位居世界第二，全球知名能源咨询顾问公司伍德麦肯兹预测美国未来十年新增容量环比增长16％，仅在2021年就上调3.8GW新增容量预测。另外加拿大的风电装机容量也达到12.8GW，排名世界第9位，欧美、北美及世界范围内的其他一些国家和地区的风力发电用电缆多选用美国UL标准，美标电线电缆的要求几乎可以说是全球电线电缆行业产品的顶尖要求，这些国家和地区的行业准入体系中，通常执行美国UL认证，因此大大提高了技术准入门槛。
现国内的常规美标低压风机桥架电缆通常使用乙丙橡胶绝缘和CPE橡胶护套。阻燃性能只能通过UL 1685中规定的阻燃CT试验；绝缘材料的抗拉强度较低(4.2Mpa)，且乙丙绝缘的阻燃性能较差；护套耐油指标(100℃，24h，抗张强度和断裂伸长率的变化率±40％)较低；阻燃、高机械性能、耐寒和耐油等性能未能同时满足。
发明内容
本发明提供一种高阻燃风机桥架电缆，绝缘抗张强度达到12.3MPa，满足UL1277中PRI耐油性能，兼具电力信号传输和控制信号传输的能力，同时满足阻燃、高机械性能、耐寒和耐油性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风机桥架电缆，包括缆芯、包覆在缆芯外侧的绝缘层和包覆在绝缘层外侧的护套层，所述绝缘层通过挤橡机将绝缘料挤包在缆芯外侧形成，所述绝缘料的配料成份中包含有硫化剂，所述绝缘层为EPCV绝缘层，所述护套层为阻燃CPE护套层；所述挤橡机包括低速挤出和高速挤出，
所述低速挤出的工艺条件为：加料口温度为70～75℃、螺杆温度为80～85℃、机身第一段温度为85～90℃、机身第二段温度为90～95℃、机头温度为95～100℃；
所述高速挤出的工艺条件为：加料口温度为65～70℃、螺杆温度为75～80℃、机身第一段温度为80～90℃、机身第二段温度为85～95℃、机头温度为75～85℃；
所述挤橡机的速度为9～20m/min，所述挤橡机硫化管道中的蒸汽压力为15～20bar。
根据本发明的技术方案可以看出，本发明的电缆采用EPVC绝缘层包覆缆芯，EPVC是乙丙橡胶和PVC的混合料，具有橡胶优异的弹性和高填充性，以及塑料出色的力学性能和加工性能，由EPVC挤出的绝缘层不仅具有优异的力学性能和电气性能，而且具有极佳的阻燃性能，绝缘抗涨强度达到12.3MPa，超过普通乙丙橡胶材料(4.2MPa)近2倍，使得绝缘缆芯就可达到VW-1阻燃等级。采用CPE护套具有优异的耐老化、耐低温性能，同时具有高强度、耐油、高氧指数性能；EPVC绝缘层和CPE护套层的使用使得电缆成品可以通过UL1685中阻燃FT4试验。
根据本发明的技术方案可以看出，EPVC绝缘料的硬度大，挤出温度高，易摩擦生热，根据这一实际情况，挤橡机的挤出工艺采用低速挤出工艺和高速挤出工艺配合，转速小于10r/min的低速工艺的工艺温度比转速大于10r/min的高速工艺的工艺温度，其中，低速工艺的生产速度慢，外界的高温辅助绝缘料塑化；高速工艺的生产速度快，绝缘料的摩擦热增加，通过降低外界温度来解决因绝缘料预硫化产生的硬块导致的绝缘线芯火花击穿问题，确保连续生产。
根据本发明的技术方案可以看出，通过控制挤橡机的速度为9～20m/min、硫化管道中蒸汽压力为15～20ba，确保绝缘橡胶硫化充分，硫化后的绝缘层强度高于13MPa，以此确保挤塑护套后绝缘层不会变形。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述护套层由护套料制成，所述护套料包括按重量份数计的以下各组份，
氯化聚乙烯橡胶 95～105份；
POE弹性体 8～12份；
填充补强剂 36～45份；
白炭黑 18～22份；
耐磨炭黑 3.6～4.4份；
氧化镁 15～20份；
钙锌稳定剂 6～10份；
耐水剂 1.5～2.5份；
氢氧化铝 18～22份；
石蜡 8～12份；
癸二酸二辛酯 7～15份；
三氯乙基磷酸酯 7～15份；
2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体 1.2～1.6份；
偶联剂 1.0～1.4份；
过氧化二异丙苯 4～5份；
三烯丙基异氰脲酸酯 1.5～2.5份。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述护套料的制备方法包括以下步骤，
(1)取全部份数的氯化聚乙烯橡胶、POE弹性体在45℃～55℃密炼机中混炼均匀；
(2)取全部份数的填充补强剂、白炭黑、耐磨炭黑、氧化镁、钙锌稳定剂、耐水剂、氢氧化铝、石蜡、癸二酸二辛酯、三氯乙基磷酸酯、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体加入步骤(1)中的密炼机中再次混炼均匀；
(3)取全部份数的偶联剂、过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰脲酸酯加入步骤(2)中的密炼机中三次混炼均匀，获得制成所述护套材料的混炼胶料；
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2～3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，制备获得所述护套材料。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述挤橡机和机头通过法兰连接，所述法兰上设有与其同轴安装的过滤板，所述过滤板用于增加挤橡机内绝缘料的压力。
根据本发明的技术方案可以看出，通过在挤橡机与机头连接的法兰上加装过滤板，增加螺筒内绝缘料的压力，使材料塑化保证绝缘层的挤包紧密型和匀称性。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述挤橡机挤出模具的模芯和模套之间的距离为3～5mm。
根据本发明的技术方案可以看出，挤出模具的模型和模套之间的间距相较于传统的2～4mm增加1mm，在确保生产过程中不出现倒料现象的前提下，充分增加绝缘橡胶料挤出时的压力，使得绝缘层更加紧密的包覆在缆芯表面，避免电缆绝缘层的鼓包问题。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述挤出模具的表面通过镀层工艺加工镀铬层。
根据本发明的技术方案可以看出，挤出模具的表面进行镀铬处理，增加模具表面的光洁度，防止焦料在模口堆积而引起护套表面出现划痕，镀铬处理的挤出模具挤出的护套表面光滑，无焦烧、无鼓包气泡现象。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述缆芯具有彼此绞合的多组导体，所述导体为绞合导体，所述绞合导体由多股铜丝绞合制成，绞线制成所述绞合导体时，最外层单丝绞线方向为左向，相邻层单丝绞线方向相反，绞线的最外层节径比为6～8倍。
根据本发明的技术方案可以看出，本发明电缆的缆芯采用绞合缆芯，能增加缆芯的柔软性，通过控制绞线的方向和节径使得电缆在使用时有更小的弯曲半径，节省机舱内空间。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述多组导体之间填充有未经硫化的CPE橡胶。
根据本发明的技术方案可以看出，电缆缆芯内部填充未经硫化的CPE橡胶，能够保证绝缘缆芯不受挤压，在受热时可根据实际成缆结构改变形状，防止挤压绝缘而导致绝缘线芯变形。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电缆成缆的最外层节径比为8～10倍，内层节径比逐渐增大，且成缆方向层层相反。以37芯成缆为例，最外层(18根层)节径比8～10倍，成缆方向为右向；次外层(12根层)节径比10～12倍，内层(6根层)节径比12～14倍。
根据本发明的技术方案可以看出，通过控制成缆参数来保证电缆柔软程度。
本发明的有益效果：
本发明实施例的风机桥架电缆应用于风机的机舱柜、主控柜、变流柜等设备，间距传输电力信号和控制信号的能力，绝缘抗张强度达到12.3MPa，满足UL1277中PRI耐油性能，满足FT4阻燃等级，因其高阻燃性能提高电缆的使用安全性，因其高绝缘性提高电缆的电气安全性，在一定程度上延长电缆的使用寿命，降低后期维护成本。
电缆成品可以通过UL1685中阻燃FT4试验，满足UL1277中PRI的耐油性能(100℃，96小时，抗张强度和断裂伸长率的保留率大于等于50％)，远远高于常规风能电缆的耐油指标(100℃，24小时，抗张强度和断裂伸长率的变化率±40％)。
附图说明
图1是本发明优选实施例中风机桥架电缆的结构示意图。
图中标号说明：2-导体，4-缆芯，6-绝缘层，8-填充，10-包带，12-护套。
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
本实施例公开一种风机桥架电缆，参照图1所示，该电缆包括缆芯4、EPCV绝缘层6和CPE护套层12，缆芯4具有彼此绞合的多组导体2，多组导体2之间填充有未经硫化的CPE橡胶(即填料8)，上述导体2为绞合导体，上述绞合导体由多股铜丝绞合制成，绞线制成上述绞合导体时，最外层单丝绞线方向为左向，相邻层单丝绞线方向相反，绞线的最外层节径比为6～8倍。
每个导体2的外侧均包覆绝缘层6，多个导体2的外部绕包包带10后在外侧包覆护套层12。
上述EPCV绝缘层6通过挤橡机将绝缘料挤包在导体2外侧形成，其中，挤橡机和机头通过法兰连接，上述法兰上设有与其同轴安装的过滤板，上述挤橡机挤出模具的模芯和模套之间的距离为3～5mm，上述挤出模具的表面通过镀层工艺加工镀铬层。
EPCV绝缘层6的绝缘料中至少具有乙丙橡胶和PVC混合料，以及硫化剂。
上述挤橡机的速度为9～20m/min，上述挤橡机硫化管道中的蒸汽压力为15～20bar；上述挤橡机包括低速挤出和高速挤出：
其中，上述低速挤出的工艺条件为：加料口温度为70～75℃、螺杆温度为80～85℃、机身第一段温度为85～90℃、机身第二段温度为90～95℃、机头温度为95～100℃；
上述高速挤出的工艺条件为：加料口温度为65～70℃、螺杆温度为75～80℃、机身第一段温度为80～90℃、机身第二段温度为85～95℃、机头温度为75～85℃；
上述电缆成缆的最外层节径比为8～10倍，内层节径比逐渐增大，且成缆方向层层相反。
本实施例技术方案中，以主料为氯化聚乙烯橡胶的护套料挤塑成型护套层12，护套料的具体组份如下表1：
表1
Figure BDA0002239452580000081
Figure BDA0002239452580000091
护套料的制备方法包含以下步骤：
(1)取全部份数的氯化聚乙烯橡胶、POE弹性体在45℃～55℃密炼机中混炼均匀；
(2)取全部份数的填充补强剂、白炭黑、耐磨炭黑、氧化镁、钙锌稳定剂、耐水剂、氢氧化铝、石蜡、癸二酸二辛酯、三氯乙基磷酸酯、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体加入步骤(1)中的密炼机中再次混炼均匀；
(3)取全部份数的偶联剂、过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰脲酸酯加入步骤(2)中的密炼机中三次混炼均匀，获得制成上述护套材料的混炼胶料；
(4)取上述混炼胶料在开炼机上薄通2～3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，制备获得上述护套材料。
取实施例二中各组份制成的护套料制成护套层的电缆，其各项测试性能如下表2所示：
表2
Figure BDA0002239452580000101
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 (8)

1.一种风机桥架电缆，包括缆芯、包覆在导体外侧的绝缘层和包覆在绝缘层外侧的护套层，所述绝缘层通过挤橡机将绝缘料挤包在缆芯外侧形成，其特征在于：所述绝缘料的配料成份中包含有硫化剂，所述绝缘层为EPCV绝缘层，EPVC为乙丙橡胶和PVC的混合料；
所述护套层为阻燃CPE护套层；所述挤橡机包括低速挤出和高速挤出，
所述低速挤出的工艺条件为：加料口温度为70~75℃、螺杆温度为80~85℃、机身第一段温度为85~90℃、机身第二段温度为90~95℃、机头温度为95~100℃；
所述高速挤出的工艺条件为：加料口温度为65~70℃、螺杆温度为75~80℃、机身第一段温度为80~90℃、机身第二段温度为85~95℃、机头温度为75~85℃；
所述挤橡机的速度为9~20m/min，所述挤橡机硫化管道中的蒸汽压力为15~20bar；
所述挤橡机挤出模具的模芯和模套之间的距离为3~5mm；
所述护套层由护套料制成，所述护套料包括按重量份数计的以下各组份，
氯化聚乙烯橡胶 95~105份；
POE弹性体 8~12份；
填充补强剂 36~45份；
白炭黑 18~22份；
耐磨炭黑 3.6~4.4份；
氧化镁 15~20份；
钙锌稳定剂 6~10份；
耐水剂 1.5~2.5份；
氢氧化铝 18~22份；
石蜡 8~12份；
癸二酸二辛酯 7~15份；
三氯乙基磷酸酯 7~15份；
2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体 1.2~1.6份；
偶联剂 1.0~1.4份；
过氧化二异丙苯 4~5份；
三烯丙基异氰脲酸酯 1.5~2.5份。
2.如权利要求1所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述护套料的制备方法包括以下步骤，
（1）取全部份数的氯化聚乙烯橡胶、POE弹性体在45℃~55℃密炼机中混炼均匀；
（2）取全部份数的填充补强剂、白炭黑、耐磨炭黑、氧化镁、钙锌稳定剂、耐水剂、氢氧化铝、石蜡、癸二酸二辛酯、三氯乙基磷酸酯、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体加入步骤（1）中的密炼机中再次混炼均匀；
（3）取全部份数的偶联剂、过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰脲酸酯加入步骤（2）中的密炼机中三次混炼均匀，获得制成所述护套材料的混炼胶料。
3.如权利要求2所述的风机桥架电缆，其特征在于：取所述混炼胶料在开炼机上薄通2~3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，制备获得所述护套材料。
4.如权利要求1所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述挤橡机和机头通过法兰连接，所述法兰上设有与其同轴安装的过滤板，所述过滤板用于增加挤橡机内绝缘料的压力。
5.如权利要求1所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述挤出模具的表面通过镀层工艺加工镀铬层。
6.如权利要求1所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述缆芯具有彼此绞合的多组导体，所述导体为绞合导体，所述绞合导体由多股铜丝绞合制成，绞线制成所述绞合导体时，最外层单丝绞线方向为左向，相邻层单丝绞线方向相反，绞线的最外层节径比为6~8倍。
7.如权利要求6所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述多组导体之间填充有未经硫化的CPE橡胶。
8.如权利要求1所述的风机桥架电缆，其特征在于：所述电缆成缆的最外层节径比为8~10倍，内层节径比逐渐增大，且成缆方向层层相反。
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