專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可降低損耗的繞組電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電纜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可降低損耗的繞組電纜。
背景技術(shù)：
對(duì)于傳統(tǒng)的電力變壓器中，一般采用矩形截面導(dǎo)線，這種導(dǎo)線的形狀使電場(chǎng)分布不均勻，在其棱角處場(chǎng)強(qiáng)較集中，易存在電氣隱患。同時(shí)為了使繞組中的渦流損耗減小，沿著繞組高度方向的導(dǎo)線必須采用換位的方式，以使導(dǎo)線所收磁場(chǎng)均勻，因此這種變壓器結(jié)構(gòu)就會(huì)趨于復(fù)雜。此外，在繞組端部還需采取措施來(lái)改善電場(chǎng)分布和防止局部放電，同時(shí)，進(jìn)一步消除傳統(tǒng)電力變壓器的控制電場(chǎng)對(duì)接地部件的影響，也是設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵的問(wèn)題之一。
常規(guī)的電纜導(dǎo)體多采用多芯導(dǎo)體絞合而成，其導(dǎo)體因?yàn)樾枰葘㈩A(yù)制銅桿經(jīng)過(guò)銅大拉機(jī)加工成細(xì)絲，然后經(jīng)絞合工藝，導(dǎo)體制造就完成。但是采用該導(dǎo)體的繞組電纜作為變壓器、電抗器等的繞組時(shí)，其損耗很大，同時(shí)由于導(dǎo)體產(chǎn)生的大量熱量，加速了絕緣的老化，從而減少繞組電纜的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)技術(shù)問(wèn)題是要提供一種可降低損耗的繞組電纜，該繞組電纜可以降低由于外界磁場(chǎng)的影響而使繞組電纜產(chǎn)生的很大的熱量，且該繞組電纜可以進(jìn)行有效的接地，可作為變壓器、電抗器等的繞組使用替代傳統(tǒng)的油紙絕緣的油浸變壓器和環(huán)氧樹(shù)脂澆注的干式變壓器的繞組，同時(shí)采用電纜繞組繞制的變壓器不需要象傳統(tǒng)的油浸變壓器進(jìn)行定期維護(hù)，相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂澆注的干式變壓器而言其高壓輸出可以達(dá)到500kV級(jí)，而采用現(xiàn)有的環(huán)氧樹(shù)脂澆注工藝很難實(shí)現(xiàn)。
解決本實(shí)用新型技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該可降低損耗的繞組電纜包括導(dǎo)體(1)、內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)電層(4)，導(dǎo)體層與導(dǎo)體層之間采用導(dǎo)體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導(dǎo)電層(4)外加裝了的導(dǎo)電帶(5)，導(dǎo)電帶(5)直接接地。本發(fā)明在繞組電纜的導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，對(duì)導(dǎo)體采用分層處理，在導(dǎo)體層間加裝了層間絕緣，根據(jù)截面積要求再經(jīng)絞合、加裝絕緣等工藝將其制成由絞和多芯導(dǎo)體和層間絕緣交替的導(dǎo)電線芯，然后擠上內(nèi)外半導(dǎo)電層和絕緣層構(gòu)成電纜繞組用電纜。


以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明可降低損耗的繞組電纜徑向2為本發(fā)明可降低損耗的繞組電纜軸向中1-導(dǎo)體、2-內(nèi)半導(dǎo)電層、3-絕緣層、4-外半導(dǎo)電層，5-導(dǎo)電帶 6-導(dǎo)體層間絕緣具體實(shí)施方式
本發(fā)明同傳統(tǒng)的產(chǎn)品相比，導(dǎo)線也是起到傳輸電流作用。導(dǎo)體(1)由多根銅或鋁線單導(dǎo)線采用正規(guī)絞合而成。導(dǎo)體通常呈同心層式，有一根中央導(dǎo)線，在其周?chē)卸鄬油膶?，通常?、12、18、24、30、36及42根線。導(dǎo)體采用分層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體層與導(dǎo)體層之間含有導(dǎo)體層間絕緣(6)，導(dǎo)體層間絕緣(6)的作用使相鄰的導(dǎo)體層與導(dǎo)體層相互絕緣。導(dǎo)體層間絕緣使導(dǎo)體層與導(dǎo)體層間相互分隔，導(dǎo)體層間絕緣(6)至少能夠承受10伏以上的交流電壓，并且在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，導(dǎo)體層與層之間不能相互導(dǎo)通。這種結(jié)構(gòu)作為變壓器、電抗器就可降低由于外界磁場(chǎng)的影響而使繞組電纜的導(dǎo)電線芯形成更少的渦流，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低渦流損耗的作用。導(dǎo)體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，在150～200℃的溫度，時(shí)間持續(xù)5～10分鐘的條件下，其物理性能如熱延伸、收縮性、熱老化、斷裂伸長(zhǎng)率等不會(huì)發(fā)生很大的變化，同時(shí)，在該溫度條件下，絕緣材料也不發(fā)生化學(xué)變化，且該繞組電纜在長(zhǎng)期工作溫度為70～90℃的溫度，其性能也不會(huì)發(fā)生變化。
對(duì)于導(dǎo)電線芯絕緣的生產(chǎn)，可以采用目前的“三層共擠”工藝，即使內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層、外半導(dǎo)電層一次性擠出。隨不同的電壓等級(jí)、導(dǎo)體的截面大小選擇不同的可以選擇現(xiàn)有的生產(chǎn)線立塔生產(chǎn)線或懸鏈?zhǔn)缴a(chǎn)線來(lái)提高產(chǎn)品的可靠性。
導(dǎo)體(1)可以由多股導(dǎo)線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線至少有一根單絲與外半導(dǎo)電層(4)緊密接觸，從而避免形成懸浮電位，加速聚合物的老化。內(nèi)半導(dǎo)電層(2)包覆在導(dǎo)體(1)外，其作用是減小或消除導(dǎo)體的金屬毛刺或尖角對(duì)絕緣的損傷，同時(shí)，內(nèi)半導(dǎo)電層表面應(yīng)光滑，無(wú)明顯紋線和凸紋。對(duì)于小截面導(dǎo)體直接采用擠包的內(nèi)半導(dǎo)電層。標(biāo)稱(chēng)截面500mm2及以上的電纜可采用半導(dǎo)電帶繞包和擠包導(dǎo)電層的聯(lián)合組成方式；內(nèi)半導(dǎo)電層和導(dǎo)電線芯是等位的，故它們之間的氣隙不受電場(chǎng)的作用，內(nèi)半導(dǎo)電層的物理性能介于導(dǎo)體和絕緣層之間，可以使三者緊密地結(jié)合在一起，降低了氣隙產(chǎn)生放電的可能。外半導(dǎo)電層(4)包覆在絕緣層(3)外，起到保護(hù)絕緣免受外界損傷。對(duì)于半導(dǎo)電層同時(shí)具有均化電場(chǎng)，使偶然形成的凸紋突起屏蔽于半導(dǎo)電層屏蔽內(nèi)，防止電場(chǎng)集中；外半導(dǎo)電層的物理性能介于導(dǎo)體和絕緣層之間，二者緊密地結(jié)合在一起，降低了氣隙放電的可能。內(nèi)半導(dǎo)電層、外半導(dǎo)電層材料是以LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交聯(lián)聚乙烯)、EPR(乙丙橡膠)或硅橡膠等基底材料，在其中加入少量的碳黑和金屬粉末或微小顆粒的形式均勻混合加入。
內(nèi)半導(dǎo)電層、外半導(dǎo)電層的擠出厚度在0.5～1.0mm。繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)的電阻率應(yīng)該在10-1～106Ω.cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半導(dǎo)電層(4)的電阻率應(yīng)該在10-1～106Ω.cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為1～500Ω.cm，優(yōu)選為10～100Ω.cm。對(duì)于內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)還具有一定的隔熱作用，可以防止由于運(yùn)行時(shí)損耗產(chǎn)生的過(guò)熱使絕緣加速老化。
絕緣層(3)由LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交聯(lián)聚乙烯)、EPR(乙丙橡膠)或硅橡膠等和相關(guān)的添加擠配合而成。
導(dǎo)電帶(5)繞包在外半導(dǎo)電層外，繞組繞制以后其接地使其電位為零，同時(shí)具有消除切向分量，防止絕緣表面產(chǎn)生滑閃放電，同時(shí)解決了變壓器、電抗器等繞組在通常存在的復(fù)雜接地問(wèn)題，在最外層加裝了稀疏繞制的薄導(dǎo)電帶，導(dǎo)電帶就可用于直接接地。
導(dǎo)體(1)的截面積處于25～3000mm2的范圍內(nèi)，繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)、絕緣層(3)由聚合物制成，其具有相同的彈性模量E，E小于500MPa，最好E小于200Mpa。導(dǎo)體(1)、內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)、絕緣層(3)、導(dǎo)電帶(5)必須具有一定的彎曲性，繞組電纜的彎曲半徑為繞組電纜半徑的8～12倍。
對(duì)于傳統(tǒng)的電力變壓器中，一般采用矩形截面導(dǎo)線，這種導(dǎo)線的形狀使電場(chǎng)分布不均勻，在其四角處場(chǎng)強(qiáng)很高。為了使繞組中的渦流損耗減到最小，沿著繞組的高度方向?qū)Ь€必須換位，所以其使結(jié)構(gòu)就趨于復(fù)雜。另外，在繞組端部還應(yīng)采取一些措施來(lái)改善電場(chǎng)分布和防止局部放電，同時(shí)，為進(jìn)一步消除傳統(tǒng)變壓器設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，就是需要考慮控制電場(chǎng)對(duì)接地部件影響的各種措施。
由于繞組電纜內(nèi)導(dǎo)體采用了圓形截面，按照Maxwell方程，繞組電纜的圓形導(dǎo)體建立的電場(chǎng)是均勻分布的。對(duì)于這種圓筒式繞組，其電場(chǎng)被完全局限在繞組內(nèi)部，因此與傳統(tǒng)的干式變壓器及油浸式變壓器都不同，不需要控制繞組端部區(qū)域的電場(chǎng)。圓形繞組的電纜導(dǎo)體不存在像扁導(dǎo)線那樣的小圓角限制著最大的局部場(chǎng)強(qiáng)，克服了現(xiàn)在傳統(tǒng)的電力變壓器設(shè)計(jì)中電場(chǎng)分布方面的許多方面的限制。
由于電纜外面有外半導(dǎo)電層使其保持地電位，于是電場(chǎng)就完全局限于在電纜的內(nèi)部，這就為變壓器制造廠家提供了一種全新的電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于傳統(tǒng)的變壓器，即要考慮電磁的電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可能性，又要考慮電磁場(chǎng)、溫度和機(jī)械力，并且還要考慮它們之間的相互影響，所以傳統(tǒng)電力變壓器的電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是比較復(fù)雜，但是當(dāng)電場(chǎng)完全局限于電纜的內(nèi)部時(shí)，繞組之間以及繞組對(duì)地等距離可以分別處理，設(shè)計(jì)時(shí)只需要考慮如何保證有較充分的冷卻所需的空間。
該繞組電纜制造的變壓器等電磁裝置將被應(yīng)用于現(xiàn)行電網(wǎng)中，其功率可從幾個(gè)VA到10000MVA，額定電壓從3-4kV到500kV級(jí)及以上更高的電壓。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的繞組電纜，在設(shè)計(jì)中我們采用聚酯帶作為導(dǎo)體層間絕緣，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)選擇37/2.15。在實(shí)際生產(chǎn)中，第一層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.3mm，第二層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.5mm，第三層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.5mm，采用分層緊壓結(jié)構(gòu)。
絕緣材料采用YJ-10可交聯(lián)聚乙烯。
內(nèi)半導(dǎo)電層、外半導(dǎo)電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為成分 含量(重量百分比)2-丙烯酸乙酯和乙烯的聚合物 60-79.5％碳黑 20-40％雙[(叔-丁基過(guò)氧)異丙基]苯0.2-2.0％1，2-二氫-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％
丙烯酸乙酯0.0001-0.0010％繞組電纜的外半導(dǎo)電層外疏繞氧化鍍銀銅帶。
通過(guò)導(dǎo)體層間絕緣耐壓試驗(yàn)，其各層都可達(dá)到層間耐壓10V以上的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)該繞組電纜的局部放電量在1Pc以下，其他性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的繞組電纜，在設(shè)計(jì)中我們采用聚酰亞胺帶作為導(dǎo)體層間絕緣，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)選擇37/2.15。在實(shí)際生產(chǎn)中，第一層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.3mm，第二層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.5mm，第三層導(dǎo)體層間絕緣厚度設(shè)計(jì)為0.5mm，采用分層緊壓結(jié)構(gòu)。絕緣材料采用YJ-10可交聯(lián)聚乙烯，內(nèi)半導(dǎo)電層材料、外半導(dǎo)電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為內(nèi)半導(dǎo)電層、外半導(dǎo)電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為成分 含量(重量百分比)2-丙烯酸乙酯和乙烯的聚合物 60-79.5％碳黑 20-40％雙[(叔-丁基過(guò)氧)異丙基]苯 0.2-2.0％1，2-二氫-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％丙烯酸乙酯 0.0001-0.0010％繞組電纜的外半導(dǎo)電層外疏繞氧化鍍銀銅帶。
通過(guò)導(dǎo)體層間絕緣耐壓試驗(yàn)，其各層都可達(dá)到層間耐壓10V以上的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)該繞組電纜的局部放電量在1Pc以下，其他性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
1.一種可降低損耗的繞組電纜，包括導(dǎo)體(1)、內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)電層(4)，其特征在于由導(dǎo)體(1)絞合形成的導(dǎo)體層與導(dǎo)體層之間采用導(dǎo)體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導(dǎo)電層(4)外加裝了導(dǎo)電帶(5)，導(dǎo)電帶(5)用于直接接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于導(dǎo)體(1)由多根銅或鋁線或合金導(dǎo)線單導(dǎo)線采用正規(guī)絞合而成，導(dǎo)體(1)可以由多股導(dǎo)線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線可至少有一根單絲與外半導(dǎo)電層(4)緊密接觸。導(dǎo)體(1)通常呈同心層式排列，有一根中央導(dǎo)體，在其周?chē)卸鄬油膶樱瑥膬?nèi)層向外層，每層通常比內(nèi)層遞增6根導(dǎo)體，依次可為6、12、18、24、30、36及42根導(dǎo)體；包覆在導(dǎo)體(1)外的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)表面應(yīng)光滑，對(duì)于小截面導(dǎo)體可直接采用擠包的半導(dǎo)電層，標(biāo)稱(chēng)截面500mm2及以上的電纜其內(nèi)半導(dǎo)電屏層可采用半導(dǎo)電包帶和擠包導(dǎo)電層的聯(lián)合組成方式，內(nèi)半導(dǎo)電層和導(dǎo)電線芯是等位的，它們之間的氣隙不受電場(chǎng)的作用，內(nèi)半導(dǎo)電層(2)的物理性能介于導(dǎo)體(1)和絕緣層(3)之間，三者緊密地結(jié)合在一起，降低由于氣隙產(chǎn)生放電；包覆在絕緣層(3)外的外半導(dǎo)電層(4)的物理性能介于導(dǎo)體和絕緣層之間，絕緣層(3)與外半導(dǎo)電層(4)二者緊密地結(jié)合在一起，降低由于氣隙產(chǎn)生放電；導(dǎo)電帶(5)繞包在外半導(dǎo)電層(4)外，是在繞組繞制過(guò)程中在最外層稀疏繞制的薄導(dǎo)電帶，導(dǎo)電帶就可用于直接接地，導(dǎo)電帶(5)可分為若干段，來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分別接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于導(dǎo)體層間絕緣(6)為導(dǎo)電線芯的一部分，采用擠包聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，導(dǎo)體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，在150～200℃的溫度，持續(xù)時(shí)間5～10分鐘的條件下，其物理性能如熱延伸、收縮性、熱老化、斷裂伸長(zhǎng)率不會(huì)發(fā)生很大的變化，同時(shí)，在該溫度條件下，絕緣材料不發(fā)生化學(xué)變化，在長(zhǎng)期工作溫度為70～90℃的溫度，導(dǎo)體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙的性能不會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)體層間絕緣(6)至少能夠承受10伏以上的交流電壓，并且在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，導(dǎo)體層與層之間不能相互導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)采用具有一定的隔熱作用，可以防止由于運(yùn)行時(shí)損耗產(chǎn)生的過(guò)熱使絕緣加速老化的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)材料是以LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或硅橡膠為基底材料，在其中加入少量的碳黑和金屬粉末或微小顆粒的形式均勻混合加入，內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)的擠出厚度在0.5～1.0mm，絕緣層(3)采用LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或硅橡膠和相關(guān)的添加劑配合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)電層(4)具有相同或相近的熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)電帶(5)可以采用銅帶或鋁帶或鉑帶或基材為銅箔、鋁箔或半導(dǎo)電材料和銅箔、鋁箔復(fù)合帶材。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于導(dǎo)體(1)的截面積處于20～3000mm2的范圍內(nèi)，而電纜的外徑在20～250mm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層的擠出厚度在0.5～1.0mm，繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)的電阻率應(yīng)該在10-1～106Ω.cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半導(dǎo)電層(4)的電阻率應(yīng)該在10-1～106Ω.cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為10～100Ω.cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于繞組電纜的內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)、絕緣層(3)由聚合物制成，其具有相同的彈性模量E，E小于500MPa，最好E小于200Mpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特征在于導(dǎo)體(1)、內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、外半導(dǎo)電層(4)、絕緣層(3)、導(dǎo)電帶(5)具有一定的彎曲性，繞組電纜的彎曲半徑為繞組電纜半徑的8～12倍。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力電纜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可降低損耗的繞組電纜。本發(fā)明包括導(dǎo)體(1)、內(nèi)半導(dǎo)電層(2)、絕緣層(3)、外半導(dǎo)電層(4)，其特征在于由導(dǎo)體(1)絞合形成的導(dǎo)體層與導(dǎo)體層之間采用導(dǎo)體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導(dǎo)電層(4)外加裝了導(dǎo)電帶(5)，導(dǎo)電帶(5)用于直接接地。繞組電纜的特殊地方在于可以降低由于外界磁場(chǎng)的影響而使繞組電纜產(chǎn)生的很大的熱量，且該繞組電纜可以進(jìn)行有效的接地。本發(fā)明的產(chǎn)品可以作為變壓器、電抗器等的繞組使用，能替代傳統(tǒng)的油紙絕緣的油浸變壓器和環(huán)氧樹(shù)脂澆注的干式變壓器，同時(shí)采用電纜繞組繞制的變壓器不需要象傳統(tǒng)的油浸變壓器進(jìn)行定期維護(hù)。
文檔編號(hào)H01F27/28GK1542877SQ0311833
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者劉堅(jiān)棟, 杜新梅, 劉軍 申請(qǐng)人:新疆特變電工股份有限公司