基于高分子材料的低毒环保纵向防水中压电力电缆的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于高分子材料的低毒环保纵向防水中压电力电缆，适用于额定电压3.6/6kv至26/35kv的塑料类电力电缆，属于电缆技术领域。


背景技术：

2.随着科学技术和经济的不断发展，在满足电气性能的基础上，新的使用场景对电缆提出了更高要求。同时，新材料发展也日新月异，如何把新材料应用于特殊使用场景下的电缆，并且确保电缆的电性能、机械性能、安全性能、环保等符合要求是目前需要解决的技术难点。
3.以具有防水环境的应用为例，虽然电力电缆新版国家标准已添加防水试验，但行业用户对于防水性能熟悉程度尚有不足，缺少相关生产和试验经验。需要从电缆选型和设计角度，在满足电缆电气性能的基础上提供要通过防水试验考核要求，提高电缆的填充、护套的防水和低毒以及热稳定性能。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.电缆需要在多种使用环境下满足防水和低毒性的要求。
6.为解决上述技术问题而采用的技术方案
7.一种基于高分子材料的低毒环保纵向防水中压电力电缆，其结构为：
8.由缆芯外自内而外依次绕包第二绕包层7、第三绕包层8、金属护套层9、高分子阻燃层10、第四绕包层11和外护套12构成；
9.所述缆芯是由三根阻水线芯以及阻燃防水填充6绞合构成，成缆节径比范围为21～38倍；
10.所述第二绕包层7是由一层双面绝缘阻水带重叠绕包构成，搭盖率不小于25％；
11.所述第三绕包层8是由一层环保型低烟无卤阻燃带重叠绕包构成，平均搭盖率不小于15％，最小搭盖率不小于10％；
12.所述金属护套层9是由铜带包裹构成，铜带的厚度是0.10～0.15mm；
13.所述高分子阻燃层10是由聚醚酰亚胺材料挤包构成，所述高分子阻燃层的标称厚度为2.0mm～4.5mm，最薄点厚度不小于标称值的80％
‑
0.2mm；
14.所述第四绕包层11是由一层半导电阻水带重叠绕包构成，平均搭盖率不小于20％，最小搭盖率不小于15％；
15.所述外护套12是由环保型热塑性聚氨酯护套料挤包构成，标称厚度不小于2.5mm，最薄点厚度不小于标称值的80％
‑
0.2mm；
16.单根阻水线芯的结构为：由内而外依次为纵向阻水导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4和第一绕包层5；
17.阻水导体是第二类导体绞合紧压构成的圆形结构，阻水导体是金属单丝绞合构
成；金属单丝是铜单丝或铝单丝；阻水导体的金属单丝自内而外分为多层，相邻绞合层之间由阻水带隔开，导体外重叠绕包无接头半导电阻水带；
18.所述第一绕包层5是重叠绕包一层铜带构成，搭盖率的标称值不小于15％，最小搭盖不小于5％。
19.进一步的：
20.相邻绞合层之间的绝缘阻水带是纵包结构，1 6绞合层之间纵包一层标称厚度为0.2mm的单面绝缘阻水带，6 12、12 18绞合层之间纵包1层标称厚度0.2mm的双面绝缘阻水带，18 24、24 30绞合层之间各纵包1层标称厚度0.35mm的双面绝缘阻水带，阻水带应搭盖重叠，不允许出现漏包情况；
21.导体外重叠绕包1层标称厚度0.3mm
×
45mm的无接头半导电阻水带，右向绕包，搭盖率45％～50％之间，最小搭盖宽度不小于5mm，绕包应平整、紧密，无破损等缺陷。对于生产过程中已开封但未使用完的半导电阻水带应及时进行密封保存，在使用前应烘干，烘干温度(50～60)℃，烘干时间不少于24h，同时烘干过的半导电阻水带应在12h使用完。
22.生产注意事项：
23.(1)半导电阻水带接头方法：半导电阻水带两端头各剪成约45
°
角，两尖角重叠对接，重叠长度约(30～50)mm，用半导电胶带绕(1～2)圈将半导电阻水带接头固定，半导电胶带绕包不得重叠，不得使用双面胶带、半导电胶水、医用胶带等。接头处应平服、紧密，以免影响化交工序生产。
24.(2)半导电阻水带有断带需手动绕包修补时，绕包前端按照接头方法进行；后端修补时，先用刀片去除已绕包半导电阻水带一圈(不得割到铜导体，避免毛刺)，将修补半导电阻水带手动绕包至后端去除位置，不得漏包，再用半导电胶带绕(1～2)圈将半导电阻水带接头固定，半导电胶带绕包不得重叠。接头处应平服、紧密，以免影响化交工序生产。(3)、注意防潮防湿，换带、做接头时应佩戴干躁手套，避免汗水等因素影响。(4)、半导电阻水带绕包后至聚酯带绕包中间的模具必须使用钢模，不得使用尼龙模，避免出现半导电阻水带摩擦发热积块现象。
25.(3)半导电阻水带外应重叠绕包一层标称厚度0.10mm的聚酯带，在绝缘线芯挤包前拆除。生产后导体用自黏膜包覆，两边必须包到，以防吸湿造成导体氧化，并妥善放置、转运，避免磕碰。
26.转序要求：导体生产完成后72h内进入化交工序，避免半导电阻水带吸水造成导体氧化。如未及时进入化交工序，需进行内部评审是否转序。化交生产时，应安排专人检查导体外半导电阻水带吸湿、毛絮积块等不良情况，如半导电阻水带吸湿严重不得转序生产，有碳黑毛絮积块及时处理，避免出现阻水粉吸湿堆积造成线芯竹节、凹凸等缺陷。
27.阻水导体是由裸铜单丝绞合构成，裸铜单丝直径范围是2.22mm～3.85mm；阻水导体的直径范围6.1mm～37.8mm；裸铜单丝的绞合方向为左向；
28.或者，阻水导体是由裸铝单丝绞合构成，裸铝单丝直径范围是2.16mm～4.70mm；阻水导体的直径范围6.0mm～37.8m；裸铝单丝的绞合方向为左向。
29.对于缆芯的成缆节径比为21～27倍，则导体是标称截面积不超过35mm2的铝导体；或者对于缆芯的成缆节径比为28～38倍，则导体是铜导体，或导体是标称截面积大于35mm2的铝导体。
30.所述阻燃防水填充6是由改性聚丙烯闭孔泡沫条(mpp)构成。现有技术中，聚丙烯闭孔泡沫条材料采用超临界二氧化碳技术制备，通过在高温高压下将二氧化碳气体导入聚丙烯材料基体，并诱导其成核、发泡，形成含有大量微米尺度炮孔的微孔发泡材料，改性后能够自然适应吸水膨胀，强度高。
31.所述导体屏蔽层2和绝缘屏蔽层4都是由环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料(例如，型号/牌号为hfda
‑
0587bk或hfda
‑
0693bk)挤包构成；导体屏蔽层2的厚度范围是0.50～1.10mm；绝缘屏蔽层4的厚度范围是0.60～1.10mm；
32.所述绝缘层3是由交联聚乙烯环保型绝缘料(例如，型号/牌号为hfdb
‑
4202ec或hfdc
‑
4202ec)挤包构成，绝缘层的厚度范围是3.2～10.5mm。
33.第一绕包层的铜带的标称厚度为0.10mm；
34.第二绕包层的双面绝缘阻水带的标称厚度为0.35mm；
35.第三绕包层的环保型低烟无卤阻燃带的标称厚度为0.20mm；
36.第四绕包层的半导电阻水带的标称厚度为0.25mm；
37.外护套的标称厚度为2.5mm～5.5mm。
38.金属护套层9的是铜带纵包结构，铜带的接缝是(氩弧)焊接结构。
39.防水填充的材料采用聚丙烯闭孔泡沫条材料(mpp)相对于传统填充材料的结构性能优点如下：
40.线芯成缆采用防水填充材料填充，填充密实、圆整，防水填充材料为聚丙烯闭孔泡沫条，在成缆过程中能够紧密填充于缆芯中间，消除缝隙，起到提高电缆圆整度和增加强度的作用。聚丙烯本色是无毒材料，清洁卫生的mpp特别适用于对于卫生等级要求较高的领域，可代替由ac发泡剂制造的交联pe泡沫、eva泡沫等。采用超临界二氧化碳技术制备聚丙烯闭孔泡沫条材料(mpp)，发泡过程清洁无污染，发泡制品卫生环保。由于发泡过程中聚丙烯未发生交联，由此可回收循环使用，不会造成过程浪费和污染。
41.高分子阻燃层采用聚醚酰亚胺挤包结构相对于采用传统材料的结构优点如下：
42.聚醚酰亚胺(pei)相当于传统高分子材料，加工工艺更加简单，设备要求更低，力学性能更强；挤包而成的聚醚酰亚胺阻燃层具备更加优异的热稳定性、阻燃性、流变性能和力学强度，在电缆的装盘、移动、敷设时，护套不易磨损、开裂；聚醚酰亚胺阻燃层耐低温效果高，可在零下50摄氏度的温度下正常使用，护套抗收缩能力强，在零下50摄氏度条件下，正常敷设，收缩率小于0.2％。聚醚酰亚胺护套抗老化性能好，燃烧时几乎无发烟量和毒性气体释放。
43.采用了新材料后，本电缆以合理结构使电缆的电性能和机械性能得以保证。
44.采用上述技术方案后，本电缆具有以下有益效果：
45.(1)电缆结构设计简单合理：三根线芯呈三角形排列绞合成缆符合国家标准。填充材料采用泡沫，生产工序简单，无需长时间停放释放应力，能够较大提高生产效率。聚丙烯闭孔泡沫条材料(mpp)填充几乎无缝隙，成缆圆整度高，强度大，具有较强的防水性能，阻燃性能好，环保无毒，热稳定性好。
46.(2)导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层可构成三层共挤结构，该结构经干式化学交联后的极大地提高了电缆的耐低温性能、物理机械性能，具有一定的抗水树性，使得电缆在实际使用环境中具有更高的机械安全性和耐温等级。
47.(3)挤包聚醚酰亚胺(pei)的高分子阻燃层，在满足阻燃性能的基础上，具备一定的防水性。聚醚酰亚胺(pei)属于环保材料，固化后无毒无味，无环境污染，成品电缆可在大型建筑，轨道交通，医药等领域，满足耐
‑
50℃低温使用；内护套能够耐化学腐蚀，抗老化性能好。
48.(4)挤包环保型热塑性聚氨酯(tpu)外护套，在满足传统意义上的防外界应力冲击的前提下，有较好的隔热性能，聚氨酯(tpu)可满足在火焰温度1300℃条件下，不产生自燃，无有害气体释放，本体结构不发生崩坏，因此可使用在人员密度大的例如商城、办公楼等场所。
49.(5)基于新材料、新结构的引入，本电缆的特定结构亦保证了电缆的电性能和机械性能等的要求。
50.本电缆可以通过gb/t18380.33
‑
2008中的阻燃a类成束燃烧试验，并能够满足gb/t 19666
‑
2019中的低毒性能的合格指标，通过gb/t 12706
‑
2020中透水试验要求。
51.本实用新型电缆同时使用了环保的填充和阻燃层及特定结构以达到提高阻燃、低毒和防水性能的效果，并且能适用源、建筑、轨道交通、化工等对于阻燃和环保性能要求较高的环境下选择使用。
附图说明
52.图1为本实用新型的结构示意图。
53.图中：防水导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4、第一绕包层5、阻燃防水填充6、第二绕包层7、第三绕包层8、金属护套层9、高分子阻燃层10、第四绕包层11、外护套12。
具体实施方式
54.下面结合附图与具体实施方式对本案进一步说明：
55.如图1所示，一种基于高分子材料的低毒环保纵向防水中压电力电缆，其结构为：
56.由缆芯外自内而外依次绕包第二绕包层7、第三绕包层8、金属护套层9、高分子阻燃层10、第四绕包层11和外护套12构成；
57.所述缆芯是由多根(本例是三根)阻水线芯以及阻燃防水填充6绞合构成，成缆节径比范围为21～38倍；
58.所述第二绕包层7是由一层双面绝缘阻水带重叠绕包构成，搭盖率不小于25％；
59.所述第三绕包层8是由一层环保型低烟无卤阻燃带重叠绕包构成，平均搭盖率不小于15％，最小搭盖率不小于10％；
60.所述金属护套层9是由铜带包裹构成，铜带的厚度是0.10～0.15mm；
61.所述高分子阻燃层10是由聚醚酰亚胺材料挤包构成，所述高分子阻燃层的标称厚度为2.0mm～4.5mm，最薄点厚度不小于标称值的80％
‑
0.2mm；
62.所述第四绕包层11是由一层半导电阻水带重叠绕包构成，平均搭盖率不小于20％，最小搭盖率不小于15％；
63.所述外护套12是由环保型热塑性聚氨酯护套料挤包构成，标称厚度不小于2.5mm，最薄点厚度不小于标称值的80％
‑
0.2mm；
64.单根阻水线芯的结构为：由内而外依次为阻水导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘
屏蔽层4和第一绕包层5；
65.阻水导体是第二类导体绞合紧压构成的圆形结构，阻水导体是金属单丝绞合构成；金属单丝是铜单丝或铝单丝；阻水导体的金属单丝自内而外分为多层，相邻绞合层之间由绝缘阻水带隔开；
66.所述第一绕包层5是重叠绕包一层铜带构成，搭盖率的标称值不小于15％，最小搭盖不小于5％。
67.本例中：
68.相邻绞合层之间的绝缘阻水带是纵包结构，绝缘阻水带是搭盖重叠；
69.自内而外的第1、2绞合层之间的纵包一层标称厚度为0.2mm的单面绝缘阻水带；第2、3
……
n绞合层中，相邻绞合层之间纵包一层标称厚度0.2mm的双面绝缘阻水带,n是不小于3的自然数。
70.导体是标称截面积不超过35mm2的铝导体，缆芯相应的成缆节径比为21～27倍；导体是铜导体，或导体是标称截面积大于35mm2的铝导体，缆芯相应的成缆节径比为28～38倍。
71.阻水导体是由裸铜单丝绞合构成，裸铜单丝直径范围是2.22mm～3.85mm；阻水导体的直径范围6.1mm～37.8mm；裸铜单丝的绞合方向为左向；
72.或者，
73.阻水导体是由裸铝单丝绞合构成，裸铝单丝直径范围是2.16mm～4.70mm；阻水导体的直径范围6.0mm～37.8m；裸铝单丝的绞合方向为左向。
74.所述阻燃防水填充6是由改性聚丙烯闭孔泡沫条。
75.所述导体屏蔽层2和绝缘屏蔽层4都是由环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料(本例的型号/牌号为hfda
‑
0587bk或hfda
‑
0693bk)挤包构成；导体屏蔽层2的厚度范围是0.50～1.10mm；绝缘屏蔽层4的厚度范围是0.60～1.10mm；
76.所述绝缘层3是由交联聚乙烯环保型绝缘料(本例的型号/牌号为hfdb
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4202ec或hfdc
‑
4202ec)挤包构成，绝缘层的厚度范围是3.2～10.5mm。
77.第一绕包层的铜带的标称厚度为0.10mm；
78.第二绕包层的双面绝缘阻水带的标称厚度为0.35mm；
79.第三绕包层的环保型低烟无卤阻燃带的标称厚度为0.20mm；
80.第四绕包层的半导电阻水带的标称厚度为0.25mm；
81.外护套的标称厚度为2.5mm～5.5mm。
82.金属护套层9的是铜带纵包结构，铜带的接缝是(氩弧)焊接结构。
83.本例的线芯和填充材料绞合方向一致，采用退扭式成缆。
84.本例在材料选用时，防水填充材料是采用超临界二氧化碳技术制备聚丙烯闭孔泡沫条材料(mpp)。高分子阻燃层是由端基为溴化四苯磷的聚醚酰亚胺挤包得到。导体屏蔽层和绝缘屏蔽层采用的材料都是环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料，其主要成分为聚烯烃基料、导电炭黑、抗氧化物以及抗铜剂等。绝缘层的绝缘料是以环保型低密度聚乙烯为基料、过氧化物为交联剂的35kv及以下交联聚乙烯绝缘料。
85.本例电缆的检测结果如下，试验结果为合格：
86.87.88.