一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆的制作方法

1.本实用新型属于电力电缆领域，尤其涉及一种采用改性聚丙烯绝缘的轨道交通用电缆。


背景技术：

2.目前，在世界范围内，固定敷设的轨道交通电力电缆绝大部分均采用交联聚乙烯绝缘电缆(就是常说的“交联电缆”)，也就是在金属导体表面包覆交联聚乙烯绝缘层生产的电缆。交联聚乙烯以其优异的电性能和机械性能，被广泛应用于中、高压电缆的绝缘。
3.在实际电缆的生产和制造过程中，交联电缆(亦称xlpe电缆)是利用加热的方法，使构成电缆主绝缘层的聚乙烯分子由线性分子结构转变为主体网状分子结构，即热塑性的聚乙烯转变为热固性的交联聚乙烯，从而提高它的耐热性和机械性能，减少它的收缩性，使其受热以后不再熔化。
4.尽管交联聚乙烯作为绝缘材料有很多突出的优点，经过多年的努力也开发出了一些优秀的产品，但是由于交联电缆选用交联聚乙烯绝缘材料，而交联聚乙烯绝缘材料由于其自身的热固性特点，导致交联电缆存在多方面缺陷：
5.1)电缆服役结束后，交联聚乙烯绝缘材料难以回收利用，造成很大环境压力，不利于环保；
6.2)因为交联电缆的生产过程中存在使聚乙烯材料的“交联”工艺步骤(通过加热工艺使聚乙烯材料产生交联)，所以整个电缆的生产过程中能耗高；
7.3)交联副产物在直流电场下容易造成空间电荷集聚，严重影响电缆的使用寿命，使得常规交联聚乙烯绝缘轨道交通电力电缆无法在高压直流输电场合使用；
8.4)在电缆生产过程中需要进行脱气工艺，工艺复杂且生产环境恶劣。
9.城市轨道交通属于人员密集场所，通常需要更加安全环保产品。
10.如何提高轨道交通用电缆(简称轨道交通电缆)的服役寿命，减少在制造过程中对环境的污染，使电缆服役结束后绝缘材料能够回收再利用，简化电缆生产工艺，是轨道交通电缆制造过程中急待解决的问题。


技术实现要素：

11.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆。其采用改性聚丙烯构成轨道交通用电缆导体的绝缘层，另外再配以挤出无卤低烟阻燃聚烯烃护套；由于改性聚丙烯绝缘挤出生产工艺中不需要高温硫化交联，挤塑过程中不会产生预交联焦料粒子缺陷，可以大长度生产，生产效率比交联电缆提高10％以上。与交联电缆相比，采用改性聚丙烯绝缘生产的轨道交通用电缆，生产过程中碳排放减少40％。此外，其长期工作温度可提高到90℃至100℃，使得直流电缆的输送容量大大提高，可提高直流电缆的运行电压并降低输电损耗；在相同电压等级下可使绝缘层更薄，有利于解决电缆绝缘散热温度分布不均的问题，提高电缆的服役寿命，在电缆服役结束后绝缘材料能够回收再利用，
简化了电缆生产工艺，使得轨道交通用电缆的生产制造、回收过程更加环保。
12.本实用新型的技术方案是：提供一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，包括构成线芯的导体和位于导体外周的绝缘层，其特征是：
13.在导体与绝缘层之间，设置内屏蔽层；
14.在绝缘层的外周，设置外屏蔽层；在外屏蔽层的外周，依次设置金属屏蔽层、第一隔离层，综合护套层、第二隔离层、铠装层和外护套层；
15.所述的绝缘层为聚丙烯绝缘层；
16.所述聚丙烯绝缘层的厚度范围为7.60～11.0mm；
17.所述聚丙烯绝缘层的偏心度不超过5％；
18.所述的内屏蔽层和外屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层；所述内、外屏蔽层的厚度范围为0.50～0.90mm；
19.所述的金属屏蔽层为重叠绕包的铜带层；所述金属屏蔽层的厚度范围为0.12～ 0.15mm；
20.在金属屏蔽外重叠绕包一层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，构成第一隔离层；所述的综合护套层由纵包一层标称厚度为0.25mm连续的铝塑复合带和隔氧层组成，其隔氧层厚度范围为1.5～2.5mm；
21.在综合护套层外重叠绕包两层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，构成第二隔离层；
22.所述的铠装层为黄铜带；
23.所述的外护套层为低烟无卤阻燃聚烯烃护套层。
24.其所述的铠装层由在第二隔离层表面绕包的一层标称厚度为0.12mm的黄铜带构成。
25.其所述外护套的厚度范围为2.08～3.50mm。
26.其所述低烟无卤阻燃带的重叠率不小于30％。
27.与现有技术比较，本实用新型的优点是：
28.1.采用改性聚丙烯绝缘材料的轨道交通电缆，制造过程中不需要高温硫化交联工序，挤塑过程中不会产生预交联焦料粒子缺陷，可以大长度(1千米以上)生产，生产效率比交联电缆提高10％以上；
29.2.与采用交联聚乙烯绝缘的电缆相比，采用本技术方案生产的轨道交通电缆在生产过程中碳排放减少40％左右；
30.3.与交联聚乙烯绝缘的电缆相比，本产品的绝缘断裂伸长率增大20％以上，击穿场强增大10％以上，具体体现在产品的外部性能上，就是同线径截面的电缆挠性更好，更加柔软，允许弯曲半径更小，便于现场敷设，工作耐压等级更高；
31.4、采用本技术方案后，与交联聚乙烯绝缘电缆相比，轨道交通电缆的外径比传统的交联电缆外径可减小4mm以上，电缆总重下降2％；同样规格的导线线径，其线芯绝缘层的厚度比交联线芯可减小10％以上，同截面线芯的载流量提升7％以上；
32.5、采用本技术方案生产的轨道交通电缆的所有材料全部可以回收再利用，绿色环保；
33.6.在导体的外周设置有两层半导电屏蔽层，其第一半导电屏蔽层(亦称内半导电
屏蔽层)可以均匀线芯外表面电场，避免因导体表面不光滑以及线芯绞合产生的气隙而造成导体和绝缘发生局部放电；其第二半导电屏蔽层(亦称外半导电屏蔽层) 与绝缘层外表面接触很好，且与金属护套等电位，能够避免因电缆绝缘表面裂纹等缺陷而与金属护套发生局部放电。
附图说明
34.图1是本实用新型的产品结构示意图。
35.图中1为导体，2为内屏蔽层，3为聚丙烯绝缘层，4为外屏蔽层，5为金属屏蔽层，6为第一隔离层，7为综合护套层，8为第二隔离层，9为铠装层，10为外护层。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
37.从材料性质上，聚丙烯的熔点可达160℃以上，长期工作温度可达100-120℃，因此相对于采用交联聚乙烯作为绝缘材料的交联电缆，其长期工作温度可提高到90℃至100℃，这使得直流电缆的输送容量大大提高。同时聚丙烯具有更高的击穿场强和体积电阻率，可提高直流电缆的运行电压并降低输电损耗。在相同电压等级下可使绝缘层更薄，有利于解决电缆绝缘散热温度分布不均的问题。由于聚丙烯具有较高机械强度，因此不需进行交联处理，也可避免相应的脱气过程，从而可以大大简化电缆的生产工艺缩短生产周期，同时可保持热塑性特性。
38.改性聚丙烯属于热塑性环保材料，额定工作温度能达到105℃以上，机械性能和电气性能优异，电缆具有优异的耐日光老化、防水、防鼠咬、低烟无卤阻燃等综合性能，电缆寿命终止时，改性聚丙烯材料可以回收再利用，随着人们对环保要求的提高，国家也越来越重视环境保护，环保型产品已成为产品制造趋势和方向。
39.如图1中所示，本实用新型的技术方案，提供了一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，包括构成线芯的导体和位于导体外周的绝缘层，其特征发明点在于：
40.在导体1与绝缘层3之间，设置内屏蔽层2；在绝缘层的外周，设置外屏蔽层 4；在外屏蔽层的外周，依次设置金属屏蔽层5、第一隔离层6，综合护套层7、第二隔离层8、铠装层9和外护套层10。
41.其中，绝缘层为聚丙烯绝缘层；内屏蔽层和外屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层；金属屏蔽层为重叠绕包的铜带层；第一隔离层和第二隔离层为低烟无卤阻燃带；综合护套层由纵包的铝塑复合带构成；铠装层为黄铜带；外护套层为低烟无卤阻燃聚烯烃护套层。
42.采用本实用新型的技术方案，在生产出合格的改性聚丙烯绝缘轨道交通电缆时，不需要添加新的挤出设备，只需要对原来的交联聚乙烯挤出机进行适当改造，就可以生产出合格的产品。
43.其具体生产工艺方案如下：
44.第一步：对原有的交联设备加热系统进行改造，增加高温模温机，使交联设备的机身和机头的耐温达到230℃以上。
45.第二步：对交联设备的螺杆进行改造，增加螺杆的压缩比至2.8以上，挤出压力增大30％以上。
46.第三步：对模套的尺寸适当放大10％，因为聚丙烯的热收缩比交联聚乙烯大10％。
47.第四步：在金属导体表面挤包改性聚丙烯绝缘层，同时挤包内、外半导电聚丙烯屏蔽料。
48.第五步：在绝缘线芯表面绕包一层金属屏蔽层，同时要绕包一层隔离层。
49.第六步：加工综合护套层，有效防水。
50.第七步：再绕包一层隔离层，提升产品的综合阻燃性能。
51.第八步：绕包一层金属铠装层，有效防护绝缘线芯和防鼠啃咬性能。
52.第九步：挤出一层外护层，有效防护电缆遭受破坏，并有较强的阻燃效果。
53.其中，前述的将模套的尺寸放大10％，包括将模套的内径加大至原有内径的 110％，以适应聚丙烯的热收缩比交联聚乙烯大10％的情况。
54.其余生产工艺步骤与原交联聚乙烯轨道交通用电缆生产工艺步骤相同，不再叙述。
55.实施例：
56.实施例1：
57.以额定电压26/35kv，1
╳
400mm2规格为例，其产品的横截面剖视结构如图1 中所示，本实用新型的生产工艺流程如下：
58.1.导体：
59.电缆导体采用符合gb/t 3956-2008规定的2类铜导体，紧压系数不小于0.9。导体表面要求光滑、圆整。
60.2.内屏蔽层：
61.内屏蔽层均采用半导电聚丙烯屏蔽料，厚度范围0.50～0.90mm，最薄点不小于0.50mm，内屏蔽层应紧密地挤包在导体表面上。
62.3.绝缘层(包含内屏蔽、绝缘层、外屏蔽层)：
63.绝缘层采用改性聚丙烯绝缘料，绝缘的标称厚度8.4mm，厚度范围7.60～ 11.0mm，绝缘层偏心度不超过5％。绝缘层应挤包在导体上，表面应光滑，无杂质、焦粒、气孔等缺陷。
64.4.外屏蔽层：
65.外屏蔽层均采用半导电聚丙烯屏蔽料，厚度范围0.50～0.90mm，最薄点不小于 0.50mm，外屏蔽层应紧密地挤包在绝缘表面上，表面应光滑，无杂质、焦粒、气孔等缺陷。
66.5.金属屏蔽层：
67.聚丙烯绝缘线芯外需重叠绕包一层标称厚度为0.12mm铜带作为金属屏蔽，铜带厚度范围0.12～0.15mm，最薄点不小于0.11mm，保证产品良好的电气性能，重叠率不小于10％，铜带应平整、紧实、连续，不准有松动、漏包、脱节现象。
68.6.第一隔离层：
69.金属屏蔽外需重叠绕包一层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，重叠率不小于30％，包带应平整、紧实、连续，不准有松动、漏包、脱节现象。
70.7.综合护套层(包含铝塑带和隔氧层)：
71.综合护套由纵包一层标称厚度为0.25mm连续的铝塑复合带和隔氧层组成，复合带应紧密平复，不能有断头。
72.隔氧层厚度范围1.5～2.5mm，采用无卤低烟高阻燃隔氧料，颜色为黑色，氧指数不
小于45。隔氧层挤包应紧密，其断面不得有肉眼可见的焦粒、气孔等缺陷。
73.8.第二隔离层：
74.综合护套外需重叠绕包两层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，重叠率不小于30％，包带应平整、紧实、连续，不准有松动、漏包、脱节现象。
75.9.铠装层：
76.在第二隔离层表面左向绕包一层标称厚度为0.12mm的mm级黄铜带作为铠装层，平均搭盖率不小于15％，绕包应平复紧密。
77.10.外护层：
78.外护套采用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，氧指数不小于35，颜色为黑色。外护套的标称厚度2.8mm，厚度范围2.08～3.50mm。护套挤制应紧密均匀，表面平整，断面无肉眼可见的焦粒、气孔等缺陷。
79.采用本实用新型技术方案制造的26/35kv环保型聚丙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，经电力工业电气设备质量检验测试中心，根据gb/t 12706.3—2020和 q31/0112000476c015—2020-01标准对送检样品进行型式试验，在绝缘平均厚度仅为8.8mm的情况下，绝缘老化后(150℃，168h)的抗张强度变化率仅为+8％(标准为最大
±
25)，断裂伸长率变化率仅为-15％(标准为最大
±
25)，45kv下未检测到超出背景(2.0pc)的局部放电(在1.73u0下)，绝缘的热稳定时间大于100min，所有检测的试验项目均符合要求(检测报告编号：cepri-eetc08-2020-1035，签发日期： 2021年2月4日)。
80.授权公告日为2021年3月9日，授权公告号为cn 106543563 b的中国发明专利，公开了一种“热塑性高压电缆绝缘材料及其制备方法”，所述绝缘材料包括：聚烯烃树脂100份，多巴胺改性的纳米粒子0.1-6份，抗氧剂0.1-0.5份；其所述多巴胺为改性多巴胺；所述纳米粒子为无机纳米粒子。
81.该发明的技术方案，将纳米颗粒先采用具有长链结构的多巴胺进行接枝改性，所述具有长链结构的多巴胺既可以改善纳米颗粒的分散性，也可以提高热塑性电缆绝缘材料的热稳定性，还可以显著抑制空间电荷的注入。
82.本实用新型技术方案中所述的改性聚丙烯，即可以采用该发明技术方案中的“热塑性高压电缆绝缘材料”或与之类似的热塑性绝缘材料。
83.本实用新型的技术方案，采用改性聚丙烯构成轨道交通用电缆的绝缘层，制造过程中无需高温硫化交联工序，挤塑过程中不会产生预交联焦料粒子缺陷，生产效率比交联线芯提高10％以上，在生产过程中碳排放减少40％左右；直流电缆的输送容量大大提高，能够提高直流电缆的运行电压并降低输电损耗；提高了电缆的服役寿命，简化了电缆生产工艺，使得轨道交通用电缆的生产制造过程更加环保，在电缆服役结束后绝缘材料能够回收再利用，更加环保。
84.本实用新型可广泛用于轨道交通用电缆的设计及制造领域。

技术特征：
1.一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，包括构成线芯的导体和位于导体外周的绝缘层，其特征是：在导体与绝缘层之间，设置内屏蔽层；在绝缘层的外周，设置外屏蔽层；在外屏蔽层的外周，依次设置金属屏蔽层、第一隔离层，综合护套层、第二隔离层、铠装层和外护套层；所述的绝缘层为聚丙烯绝缘层；所述聚丙烯绝缘层的厚度范围为7.60～11.0mm；所述聚丙烯绝缘层的偏心度不超过5％；所述的内屏蔽层和外屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层；所述内、外屏蔽层的厚度范围为0.50～0.90mm；所述的金属屏蔽层为重叠绕包的铜带层；所述金属屏蔽层的厚度范围为0.12～0.15mm；在金属屏蔽外重叠绕包一层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，构成第一隔离层；所述的综合护套层由纵包一层标称厚度为0.25mm连续的铝塑复合带和隔氧层组成，其隔氧层厚度范围为1.5～2.5mm；在综合护套层外重叠绕包两层标称厚度为0.2mm的低烟无卤阻燃带，构成第二隔离层；所述的铠装层为黄铜带；所述的外护套层为低烟无卤阻燃聚烯烃护套层。2.按照权利要求1所述的改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，其特征是所述的铠装层由在第二隔离层表面绕包的一层标称厚度为0.12mm的黄铜带构成。3.按照权利要求1所述的改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，其特征是所述外护套的厚度范围为2.08～3.50mm。4.按照权利要求1所述的改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，其特征是所述低烟无卤阻燃带的重叠率不小于30％。

技术总结
一种改性聚丙烯绝缘轨道交通用电缆，属电缆领域。在导体与绝缘层之间设置内屏蔽层；在绝缘层外周设置外屏蔽层；在外屏蔽层外周依次设置金属屏蔽层、第一隔离层，综合护层、第二隔离层、铠装层和外护套层；绝缘层为聚丙烯绝缘层；内屏蔽层和外屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层；金属屏蔽层为重叠绕包的铜带；第一、第二隔离层为低烟无卤阻燃带；综合护套层由铝塑复合带构成；铠装层为黄铜带；外护套层为低烟无卤阻燃聚烯烃护套层。其采用改性聚丙烯构成绝缘层，配合无卤低烟阻燃聚烯烃护套；生产中不需高温硫化交联，不会产生预交联焦料粒子缺陷，在电缆服役结束后绝缘材料能够回收再利用，使得轨道交通用电缆的生产制造、回收过程更环保。保。保。


技术研发人员：周雁 计初喜
受保护的技术使用者：上海华普电缆有限公司
技术研发日：2021.08.25
技术公布日：2022/5/25