一种改性聚丙烯绝缘线芯的制作方法

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充当绝缘层的电力电缆的结构。


背景技术：

2.目前，在世界范围内，固定敷设的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.如何提高电缆服役寿命，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，是中、高压电缆制造过程中急待解决的问题。


技术实现要素：

10.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线芯。其采用改性聚丙烯构成电缆线芯导体的绝缘层，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，使得中、高压电缆的生产制造、回收过程更加环保。
11.本实用新型的技术方案是：提供一种改性聚丙烯绝缘线芯，其特征是：
12.在导体的外周，设置一层绝缘层；所述的绝缘层为改性聚丙烯绝缘层；所述的改性聚丙烯绝缘层通过挤包附着在所述导体的外周，与所述导体热塑固结为一体；在导体的外周，设置至少一层半导电屏蔽层；所述的半导电屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层。
13.具体的，在所述导体的外周，设置有第一半导电屏蔽层；所述的第一半导电屏蔽层设置在导体与绝缘层之间。
14.进一步的，在所述绝缘层的外周，设置有第二半导电屏蔽层。
15.其所述第一半导电屏蔽层的厚度为0.50～0.90mm。
16.其所述第二半导电屏蔽层的厚度为0.50～0.90mm。
17.具体的，对于标称工作电压为0.6/1kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度为0.7～3.0mm。
18.进一步的，对于标称工作电压为0.6/1kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的优选厚度为1.8mm。
19.具体的，对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度范围为3.38～11.0mm，所述改性聚丙烯绝缘层的偏心度不超过6％。
20.进一步的，对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的优选厚度为3.6mm。
21.与现有技术比较，本实用新型的优点是：
22.1.采用改性聚丙烯绝缘材料的电缆线芯，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，生产效率比交联线芯提高10％以上；与交联聚乙烯绝缘线芯相比，采用本技术方案生产的电缆线芯在生产过程中碳排放减少40％左右；绝缘层的断裂伸长率增大20％以上，击穿场强增大10％以上，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；
23.2.本产品具体体现在产品的外部性能上，与交联聚乙烯绝缘线芯相比，其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；对于相同线芯截面的电缆，其整体电缆的外径更小，允许通过的工作电流更大；采用本技术方案所生产的线芯具有绿色环保的特点，可以回收再利用
24.3.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
25.图1是本实用新型的产品结构示意图；
26.图2是本实用新型实施例的产品结构示意图。
27.图中1为导体芯线，2为内半导电屏蔽层，3为聚丙烯绝缘层，4为外半导电屏蔽层。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
29.绝缘线芯就是指在电缆金属导体表面挤包绝缘层而形成的一种产品。
30.本实用新型的技术方案，提供了一种改性聚丙烯绝缘线芯，其发明点在于：
31.在导体1的外周，设置一层绝缘层；其绝缘层为改性聚丙烯绝缘层3；该改性聚丙烯绝缘层通过挤包附着在导体的外周，与导体热塑固结为一体；在导体的外周，设置有至少一层半导电屏蔽层；该半导电屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层。
32.具体的，在导体的外周，设置有第一半导电屏蔽层2；第一半导电屏蔽层设置在导体与绝缘层之间。
33.进一步的，在绝缘层的外周，还设置有第二半导电屏蔽层4。
34.其第一半导电屏蔽层或第二半导电屏蔽层的厚度为0.50～0.90mm。
35.对于标称工作电压为0.6/1kv的电力电缆，其改性聚丙烯绝缘层的厚度为0.7～3.0mm，其改性聚丙烯绝缘层的优选厚度为1.8mm。
36.具体的，对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度范围为3.38～11.0mm，所述改性聚丙烯绝缘层的偏心度不超过6％，其改性聚丙烯绝缘层的优选厚度为3.6mm。
37.在本技术方案中，在改性聚丙烯绝缘线芯的制备过程中，由于采用改性聚丙烯构成绝缘线芯的绝缘层，省略了交联聚乙烯电缆生产工艺中的“高温硫化交联”工序，能够避免挤塑过程中产生预交联焦料粒子的缺陷，可以大长度生产，提高生产效率10％以上，生产过程中碳排放减少40％。
38.具体的，本技术方案所述的改性聚丙烯绝缘线芯，采用下列步骤进行生产：
39.1)导体绞合：
40.2)绝缘挤出。
41.进一步的，对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，在进行绝缘挤出工序时，同时挤包内、外半导电聚丙烯屏蔽料，构成内、外半导电屏蔽层。
42.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，本技术方案所述产品的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。
43.此外，采用本技术方案，在电缆服役结束后，电缆的绝缘材料以及金属导体均能够回收再利用(采用本技术方案的聚丙烯绝缘层材料具有热塑性，而采用交联聚乙烯作为绝缘材料的交联电缆，其绝缘层经过加热交联工艺后被加热固化，不再具有热塑性，因此无法将交联聚乙烯绝缘材料再回收和重复使用)。
44.实施例：
45.实施例1：
46.以额定电压8.7/10kv，1
╳
400mm2规格为例，其线芯结构如图1中所示。
47.生产工艺流程：
48.1.导体绞合：
49.电缆导体采用符合gb/t 3956-2008规定的2类铜导体，紧压系不小于0.9。
50.导体表面要求光滑、圆整。
51.2.绝缘挤出：
52.绝缘层采用改性聚丙烯绝缘料，内、外屏蔽层均采用半导电聚丙烯屏蔽料。
53.绝缘层的厚度范围为3.38～11.0mm，标称厚度3.6mm，绝缘层的偏心度不超过6％。
54.内、外屏蔽层厚度范围0.50～0.90m，内、外屏蔽层最小厚度不小于0.50mm。
55.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。
56.在本技术方案中，要制造出合格的改性聚丙烯绝缘电缆线芯，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。
57.本实用新型的具体改造技术方案如下：
58.第一步：对原有交联聚乙烯挤出机设备的加热系统进行改造，增加高温保温结构，使交联聚乙烯挤出机的机身和机头的耐温达到230℃以上。
59.第二步：对交联聚乙烯挤出机的螺杆进行改造，增加螺杆的压缩比至2.8以上，挤出压力增大30％以上。
60.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％。
61.第四步：在金属导体表面挤包改性聚丙烯绝缘层，如果是额定电压6-35kv的线芯，同时挤包内、外半导电聚丙烯屏蔽料。
62.实施例2：
63.以额定电压0.6/1kv，1
╳
120mm2规格为例，其线芯结构如图2中所示。
64.生产工艺流程：
65.1、导体绞合：
66.电缆导体采用符合gb/t 3956-2008规定的2类铜导体，导体表面要求光滑、圆整。
67.2、绝缘挤出：
68.绝缘材料采用改性聚丙烯绝缘料，绝缘层挤包在导体上，表面应光滑，无杂质、焦粒、气孔等缺陷。
69.绝缘的标称厚度1.8mm，厚度范围0.7～3.0mm，最薄点不小于标称厚度的90％，绝缘厚度平均值不小于标称厚度。
70.采用本发明技术方案制造的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)，在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)。
71.授权公告日为2021年3月9日，授权公告号为cn 106543563 b的中国实用新型专利，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。
72.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。
73.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。
74.改性聚丙烯属于热塑性环保材料，额定温度能达到105℃以上，机械性能和电气性能优异，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。
75.本实用新型的技术方案，采用改性聚丙烯构成电缆线芯导体的绝缘层，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，使得中、高压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。
76.本实用新型可广泛用于中、高压电缆的设计及制造领域。

技术特征：
1.一种改性聚丙烯绝缘线芯，其特征是：在导体的外周，设置一层绝缘层；所述的绝缘层为改性聚丙烯绝缘层；所述的改性聚丙烯绝缘层通过挤包附着在所述导体的外周，与所述导体热塑固结为一体；在导体与绝缘层之间，设置有第一半导电屏蔽层；所述第一半导电屏蔽层的厚度为0.50～0.90mm；在所述绝缘层的外周，设置有第二半导电屏蔽层；所述第二半导电屏蔽层的厚度为0.50～0.90mm；所述的第一半导电屏蔽层和第二半导电屏蔽层为半导电聚丙烯屏蔽层；对于标称工作电压为0.6/1kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度为0.7～3.0mm；对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度范围为3.38～11.0mm；所述改性聚丙烯绝缘层的偏心度不超过6％。2.按照权利要求1所述的改性聚丙烯绝缘线芯，其特征是对于标称工作电压为0.6/1kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度为1.8mm。3.按照权利要求1所述的改性聚丙烯绝缘线芯，其特征是对于标称工作电压为6-35kv的电力电缆，所述改性聚丙烯绝缘层的厚度为3.6mm。

技术总结
一种改性聚丙烯绝缘线芯，属电力电缆领域。在导体外周设置一层改性聚丙烯绝缘层；在导体外周设置有第一半导电屏蔽层；在绝缘层外周设置有第二半导电屏蔽层。其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，简化了电缆生产工艺，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，能够提高直流电缆的运行电压并降低输电损耗；在相同电压等级下其绝缘层更薄，利于解决电缆绝缘散热温度分布不均的问题，提高电缆服役寿命，在电缆服役结束后绝缘材料能够回收再利用，使得中、高压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。可广泛用于中、高压电缆的设计及制造领域。计及制造领域。计及制造领域。


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