CN112951491B - 一种高压电缆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高压电缆，包括线芯和绝缘层，在绝缘层靠近线芯的区域设置有纳孔结构层，纳孔结构的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。本申请提供的高压电缆，不设置内半导电屏蔽层，在绝缘层靠近线芯的区域具有纳米级孔径的纳孔结构，能够有效阻止放电的发生，从而大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。

Description

一种高压电缆

技术领域

本申请属于高压输电技术领域，尤其涉及一种高压电缆。

背景技术

XLPE高压电缆的安全运行对整个电力***的稳定至关重要，但随着电压等级的提升，电缆耐击穿强度亟需提高。如图1所示，现有技术中，XLPE高压电缆结构由内到外，依次是线芯1、内半导电屏蔽层4、绝缘层2、外半导电屏蔽层3。电缆耐击穿强度很大程度上由绝缘层2及与内半导电屏蔽层4的匹配决定。内半导电屏蔽层作为连接金属线芯与外半导电屏蔽层的中间部分，填充了两部分之间的间隙，但因存在界面缺陷，容易发生放电，从而降低电缆运行等级。通过材料的改变提升绝缘层耐击穿场强，提升幅度有限，而且批量生产的产业化周期较长。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提出一种高压电缆。

本申请的技术方案如下：

一种高压电缆，包括线芯和绝缘层，所述线芯和所述绝缘层之间不设置内半导电屏蔽层，在所述绝缘层靠近所述线芯的区域设有纳孔结构层，所述纳孔结构的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。

在本申请一些实施例中，所述纳孔的轴向方向与线芯表面大致垂直。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层所述纳孔结构沿着所述纳孔的轴向方向依次排列。

在本申请一些实施例中，多层所述纳孔结构的纳孔错位排布。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层包括第一纳孔结构和第二纳孔结构，并且沿着垂直于电缆延伸方向依次排列，即所述第一纳孔结构包裹所述线芯，所述第二纳孔结构围绕所述第一纳孔结构外圈，并且所述第一纳孔结构的纳孔与所述第二纳孔结构的纳孔错位排布。

在本申请一些实施例中，所述的高压电缆，还包括第三纳孔结构，所述第三纳孔结构围绕在所述第二纳孔结构外圈，并且所述第三纳孔结构的纳孔与所述第二纳孔结构的纳孔错位排布。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且所述纳孔孔径d1最大值为200 nm。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为液体，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致。

在本申请一些实施例中，所述纳孔结构层的纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2为50-500 nm。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的高压电缆，不设置内半导电屏蔽层，在绝缘层靠近线芯的区域具有纳米级孔径的纳孔结构，能够有效阻止放电的发生，从而大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。另外，本申请提供的高压电缆可以避免内半导电屏蔽层与绝缘层的界面缺陷带来的界面放电，从而提高放电电压，降低生产成本，还可以避免高温时内半导电屏蔽层出现PTC效应，可实现电缆的高温运行，拓宽高压电缆可应用场景的温度范围。

附图说明

图1是现有技术中的高压电缆的横截面结构示意图；

图2是本申请一种实施方式的高压电缆的横截面结构示意图；

图3是本申请另一种实施方式的高压电缆的横截面结构示意图；

图4是本申请一种实施方式的纳孔结构层的结构示意图；

图5是沿图4中剖面线A-A的剖视图；

图6是图5的透视图；

图7是本申请一种实施方式的高压电缆的结构示意图；

图8是沿图7中剖面线B-B的剖视图；

图中编号：1、线芯；2、外半导电屏蔽层；3、绝缘层；4、内半导电屏蔽层；5、纳孔结构层；501、纳孔；51、第一纳孔结构；52、第二纳孔结构；53、第三纳孔结构。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

本申请一种实施方式提供了一种高压电缆，包括线芯和绝缘层，线芯和绝缘层之间不设置内半导电屏蔽层，在绝缘层靠近线芯的区域设置有纳孔结构层，纳孔结构的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向。

线芯和绝缘层之间如不设置内半导电屏蔽层，线芯和绝缘层直接接触不可避免的存在空隙，提高电压等级时易发生放电。本申请提供的高压电缆，不设置内半导电屏蔽层，在绝缘层靠近线芯的区域具有纳米级孔径的纳孔结构，能够有效阻止放电的发生，从而大幅度提高电缆的耐击穿场强，提升电缆的电压等级。另外，本申请提供的高压电缆可以避免内半导电屏蔽层与绝缘层的界面缺陷带来的界面放电，从而提高放电电压，降低生产成本，还可以避免高温时内半导电屏蔽层出现PTC效应，可实现电缆的高温运行，拓宽高压电缆可应用场景的温度范围。

作为一种优选实施方式，纳孔的轴向方向与线芯表面大致垂直，来自线芯的电子更容易进入纳孔结构中，进而被束缚，以阻止线芯表面放电。

作为一种优选实施方式，纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层纳孔结构沿着纳孔的轴向方向依次排列。多层纳孔结构可便于调控耐击穿场强的提高幅值。一般来说，层数越多，耐击穿场强越高。

作为一种优选实施方式，各层纳孔结构的纳孔错位排布。由于各层纳孔结构的孔不对齐，因此使得多层纳孔结构形成的孔通道不贯通，或者使得贯通的孔通道变窄。多层纳孔结构的错位排布，可以实现多层纳孔结构的纳孔依次阻挡电子放电路径的作用，可以较大程度提高耐击穿强度。根据提高耐击穿场强的幅度，可以设置不同的纳孔结构层数，而错位排布的纳孔结构，不仅可以极大地提升高压电缆的电压等级，更是为加工工艺的实现提供了便利。

可选地，纳孔结构为两层纳孔结构，即，第一纳孔结构和第二纳孔结构，并且沿着垂直于电缆延伸方向依次排列，即第一纳孔结构包裹线芯，第二纳孔结构围绕第一纳孔结构外圈，并且第一纳孔结构的纳孔与第二纳孔结构的纳孔错位排布。

可选地，纳孔结构层还包括第三纳孔结构，第三纳孔结构围绕在第二纳孔结构外圈，并且第三纳孔结构的纳孔与第二纳孔结构的纳孔错位排布。

可选地，纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且纳孔孔径d1最大值为200 nm。纳孔孔径d1还可以为190 nm、180 nm、170 nm、160 nm、150 nm、140 nm、100 nm、90 nm、80 nm或制造工艺允许的、小于等于200 nm的任意一点值。在空气介质中，电子碰撞的最小行程是200 nm，纳孔的孔径小于电子碰撞的最小行程，因此能够有效阻止放电的发生，可大幅度提高电缆的耐击穿场强。纳孔孔径大小不一致，一方面更便于生产制造，另一方面有利于将放电粒子束缚在纳孔中，阻止放电。当然，纳孔孔径的最大值取决于纳孔中填充的介质类型。

可选地，纳孔结构的纳孔中容纳的介质还可以是液体，例如：矿物质油，纳孔孔径大小一致或者大小不一致。由于在不同介质中，电子碰撞的最小行程不同，可根据电子在不同介质中的运动特性，设计不同孔径的纳孔的纳孔结构，使得纳孔的孔径小于电子碰撞的最小行程，从而能够有效阻止放电的发生，大幅度提高电缆的耐击穿场强。

可选的，纳孔结构层其每层纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2为50-500 nm。纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2还可以为100 nm、150 nm、200 nm、250 nm、300 nm、350nm、400 nm、450 nm、500 nm或50-500 nm范围内的任一点值。

作为一种优选实施方式，绝缘层外还包裹外导电屏蔽层。

以下结合实施例对本申请进行详细的阐述，值得理解的是，这些实施例仅仅是本申请的优选的一些实施例，并不能理解为对本申请的保护范围进行限制。

对比例1

如图1所示，一种高压电缆，包括线芯1、绝缘层2和外导电屏蔽层3，在绝缘层2和线芯1之间设置有内半导电屏蔽层4。

实施例1

如图2所示，一种高压电缆，包括线芯1、绝缘层2和外导电屏蔽层3，在绝缘层2靠近线芯1一侧设置有纳孔结构层5，纳孔结构层5的纳孔501延伸方向垂直于电缆延伸方向。本实施例中，纳孔结构层5包括一层纳孔结构。

实施例2

如图3所示，一种高压电缆，包括线芯1、绝缘层2和外导电屏蔽层3，在绝缘层2靠近线芯1一侧设置有纳孔结构层5，纳孔结构层的纳孔501延伸方向垂直于电缆延伸方向，纳孔501的轴向方向与线芯1表面大致垂直，纳孔结构层5包括三层纳孔结构，即第一纳孔结构51、第二纳孔结构52和第三纳孔结构53。三层纳孔结构沿着纳孔501的轴向方向依次排列。本实施例中，纳孔结构的层数为三层，但是可以理解的是，本申请对高压电缆的纳孔结构的层数并不限制为三层，例如，还可为一层、二层、四层、五层等等。图4为高压电缆的纳孔结构层的结构示意图，图5为沿图4中A-A剖面线的剖视图，如5图所示，第一纳孔结构51的纳孔中容纳的介质为空气，纳孔501孔径大小不一致，且纳孔501孔径d1最大值为200 nm。第二纳孔结构52和第三纳孔结构53的纳孔501中容纳的介质为空气，纳孔501孔径大小不一致，且纳孔501孔径d1最大值为200 nm。纳孔结构层5的各层纳孔结构的纳孔错位排布，从而形成如图6所示的透视图。如图7所示，为本实施例的高压电缆的纳孔结构层5的另一视角的结构示意图，图8为沿图7中B-B剖面线的剖视图，从图8中可以看出，实际上，有的纳孔501可以从第一纳孔结构51一直贯穿至第三纳孔结构53，而有的纳孔501则被中途阻断，无法贯穿；通过这样的方式形成多层纳孔结构，多层纳孔结构其每层纳孔结构在纳孔轴向方向的长度为500 nm。

实施例3

本实施例提供的高压电缆，其结构同实施例2，区别在于，第一纳孔结构51、第二纳孔结构52和第三纳孔结构53的纳孔501中容纳的介质为矿物质油，纳孔501孔径大小不一致，且纳孔501孔径d1最大值为300 nm。

实施例4

耐击穿场强测试

按照GB/T3048.8-2007《电线电缆电性能试验方法》或IEC60243-1:1998《固体绝缘材料电气强度试验方法》对实施例1和实施例2提供的高压电缆进行耐击穿场强测试。

测试过程：首先对所述被测电缆施加一个基础电压，基础电压在预计的击穿电压以下，然后逐级增加施加的电压，直到所述被测电缆发生击穿，记录对应的击穿电压，进而计算得出耐击穿场强。

实施例2和实施例3提供的高压电缆，其耐击穿场强为对比例1提供的电缆的250-300倍。实际应用时，可通过改变纳孔结构层的参数，例如层数、纳孔孔径、容纳介质、纳孔轴向方向的长度，获得耐击穿场强不同的高压电缆。

Claims (6)

1.一种高压电缆，包括线芯和绝缘层，其特征在于，所述线芯和所述绝缘层之间不设置内半导电屏蔽层，在所述绝缘层靠近所述线芯的区域设有纳孔结构层，所述纳孔结构层的纳孔延伸方向垂直于电缆延伸方向；

所述纳孔的轴向方向与线芯表面大致垂直；

所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为空气，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致，且所述纳孔孔径d1最大值为200 nm；

或者，所述纳孔结构的纳孔中容纳的介质为液体，所述纳孔孔径大小一致或者大小不一致，所述纳孔的孔径小于所述介质中电子碰撞的最小行程。

2.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层包括一层或多层纳孔结构，多层所述纳孔结构沿着所述纳孔的轴向方向依次排列。

3.根据权利要求2所述的高压电缆，其特征在于，多层所述纳孔结构的纳孔错位排布。

4.根据权利要求3所述的高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层包括第一纳孔结构和第二纳孔结构，并且沿着垂直于电缆延伸方向依次排列，即所述第一纳孔结构包裹所述线芯，所述第二纳孔结构围绕所述第一纳孔结构外圈，并且所述第一纳孔结构的纳孔与所述第二纳孔结构的纳孔错位排布。

5.根据权利要求4所述的高压电缆，其特征在于，还包括第三纳孔结构，所述第三纳孔结构围绕在所述第二纳孔结构外圈，并且所述第三纳孔结构的纳孔与所述第二纳孔结构的纳孔错位排布。

6.根据权利要求1所述的高压电缆，其特征在于，所述纳孔结构层的纳孔结构在纳孔的轴向方向的长度d2为50-500 nm。

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