專利名稱：纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能夠方便測(cè)溫的電力電纜的結(jié)構(gòu)，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電力電纜種類很多，一般由導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、銅帶屏蔽、阻燃層和外護(hù)層等組成。例如專利號(hào)為02264084.3的一種新型阻燃電力電纜，有很好的阻燃防火性能。但是，隨著機(jī)組容量的增大，自動(dòng)化水平相應(yīng)提高，電纜用量越來(lái)越多。一臺(tái)200MW發(fā)電機(jī)組，各類電纜長(zhǎng)達(dá)200～300km。某電廠一期工程2臺(tái)500MW超臨界參數(shù)發(fā)電機(jī)組，電纜用量達(dá)3000km。由于電纜長(zhǎng)度增加，其火災(zāi)事故的發(fā)生幾率也相應(yīng)增加。
火力發(fā)電廠一旦發(fā)生電纜火災(zāi)，將造成嚴(yán)重?fù)p失。目前在建和運(yùn)行中的火力發(fā)電廠，大多仍采用易燃電纜，電纜防火問(wèn)題尤為突出。
美國(guó)在1965～1975年統(tǒng)計(jì)的3285次電氣火災(zāi)事故中，電線電纜火災(zāi)事故就占30.5％，直接損失約4000萬(wàn)美元。
日本曾對(duì)電力、鋼鐵、石油化學(xué)、造紙等工廠企業(yè)調(diào)查，有78％的單位發(fā)生過(guò)電纜著火，其中危害程度較大的事故占40％。
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)，我國(guó)火電廠發(fā)生電纜火災(zāi)140多次，其中1986～1992年7年間竟達(dá)75次。有24個(gè)電廠發(fā)生過(guò)2次及以上電纜火災(zāi)事故，個(gè)別電廠達(dá)4～6次。70％以上的電纜火災(zāi)所造成的損失非常嚴(yán)重，其中40％的火災(zāi)事故造成特大損失。1975～1985年間，因電纜著火延燃造成的重大事故發(fā)生60起，造成直接和間接損失達(dá)50多億元。
由電纜故障引起的火災(zāi)導(dǎo)致大面積的電纜燒損而被迫停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)生產(chǎn)，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)事故的分析，引起電纜溝內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的直接原因是電纜中間接頭制作質(zhì)量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過(guò)大，長(zhǎng)期運(yùn)行造成的電纜頭過(guò)熱燒穿絕緣等。
通過(guò)多次事故分析發(fā)現(xiàn)，電纜溝內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生主要原因是由于動(dòng)力電纜中間接頭制作質(zhì)量不良所造成的，而從電纜頭過(guò)熱到事故的發(fā)生，其發(fā)展速度比較緩慢、時(shí)間較長(zhǎng)，通過(guò)電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完全可以防止、杜絕此類事故的發(fā)生。
電纜中間接頭的壓接質(zhì)量好壞，只能在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)越容易發(fā)生過(guò)熱燒穿事故，統(tǒng)計(jì)表明建廠10年后的發(fā)電廠，基建時(shí)制作的電纜頭90％以上均因質(zhì)量不良引發(fā)故障而更換。
目前常用的電纜溫度監(jiān)測(cè)方法有感溫電纜式測(cè)溫系統(tǒng)將感溫電纜與電力電纜平行安放，當(dāng)電力電纜溫度超過(guò)固定溫度值時(shí)，感溫電纜被短路。系統(tǒng)僅能一次性使用，不能測(cè)出電纜的實(shí)際溫度值；由于電纜數(shù)量多，系統(tǒng)安裝及維護(hù)工作不夠方便，設(shè)備易損壞；不能進(jìn)行早期故障預(yù)測(cè)，不能實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，無(wú)溫度趨勢(shì)分析。
熱敏電阻式測(cè)溫系統(tǒng)可以顯示溫度值，但由于每個(gè)熱敏電阻都需要獨(dú)立的接線、布線復(fù)雜且熱敏電阻易損壞、維護(hù)量大；傳感器不具備自檢功能，需要經(jīng)常校驗(yàn)，因此也不常采用。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)上述情況，研制開發(fā)出一種便于對(duì)電纜溫度進(jìn)行在線檢測(cè)和了解電纜的溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜故障的纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一、纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，包括導(dǎo)體、絕緣、內(nèi)外屏蔽和外護(hù)套，其特征是電纜設(shè)有在銅內(nèi)導(dǎo)體外表面依次設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層、銅鎳合金外導(dǎo)體和聚四氟乙烯絕緣層構(gòu)成的測(cè)溫元件和三根分別在緊壓絞合銅線導(dǎo)體外表面依次設(shè)置交聯(lián)半導(dǎo)電內(nèi)屏蔽層、交聯(lián)聚乙烯絕緣層、交聯(lián)半導(dǎo)電外屏蔽層、銅帶繞包金屬屏蔽層構(gòu)成的電力電纜，測(cè)溫元件被包裹絞合在電力電纜三相線芯的中間，聚氯乙烯外護(hù)套設(shè)置在測(cè)溫元件和電力電纜構(gòu)成的纜芯的外表面。所述的緊壓絞合銅線導(dǎo)體的斷面為大于20mm2圓形。
二、纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，包括導(dǎo)體、絕緣、內(nèi)外屏蔽和外護(hù)套，其特征是電纜設(shè)有在銅內(nèi)導(dǎo)體外表面依次設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層、銅鎳外導(dǎo)體和聚四氟乙烯絕緣層構(gòu)成的測(cè)溫元件和三根分別在緊壓絞合銅線導(dǎo)體外表面依次設(shè)置交聯(lián)聚乙烯絕緣層、銅帶繞包金屬屏蔽層構(gòu)成的電力纜，測(cè)溫元件被包裹絞合在電力電纜三相線芯的中間，聚氯乙烯外護(hù)套設(shè)置在測(cè)溫元件和電力電纜構(gòu)成的纜芯的外表面。
本實(shí)用新型的電力纜與測(cè)溫元件的設(shè)計(jì)，必須保證成纜時(shí)，測(cè)溫元件的尺寸與電力電纜能很好地進(jìn)行同心絞合，電力電纜制造都必須符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)尺寸只依據(jù)規(guī)格而變化，不可作尺寸調(diào)整，所以測(cè)溫元件的設(shè)計(jì)就成了技術(shù)關(guān)鍵，一方面，如其設(shè)計(jì)尺寸偏大，成纜時(shí)它們之間就會(huì)互相擠壓甚至于造成損壞，而且無(wú)法保證它們之間配合穩(wěn)定；另一方面，如果測(cè)溫元件結(jié)構(gòu)尺寸偏小，同樣會(huì)引起它們之間的不穩(wěn)定配合，特別是測(cè)溫元件會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)。
測(cè)溫元件的材料選擇和粉末灌裝、拉拔生產(chǎn)工藝，與一般的礦物絕緣電纜的絕緣層不同，本發(fā)明的測(cè)溫元件內(nèi)外導(dǎo)體之間采用NTC金屬氧化物，其性能是在一定溫度范圍內(nèi)，材料電阻與溫度的升高成反比，這樣就可以在電纜過(guò)載，溫度升高時(shí)，內(nèi)外導(dǎo)體產(chǎn)生的電流能很好的導(dǎo)通。一般情況下，NTC材料在300℃以下都能穩(wěn)定的工作，為了保證內(nèi)外導(dǎo)體與NTC工作溫度相適應(yīng)，選用“T”型熱電偶作熱電導(dǎo)體，當(dāng)電纜出現(xiàn)局部過(guò)熱時(shí)，它會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，從而達(dá)到感應(yīng)高溫的目的。當(dāng)材料選定后，其生產(chǎn)工藝就成了關(guān)鍵技術(shù)，一般情況下，與礦物絕緣電纜生產(chǎn)一樣，可以采用瓷柱裝配，但由于市場(chǎng)上購(gòu)買的NTC瓷柱密度特別大，硬度也特別大，裝配后難以實(shí)現(xiàn)拉拔，所以，先把NTC瓷柱碾成粉末，再進(jìn)行灌裝，在灌裝生產(chǎn)中控制偏差在3％以內(nèi)，從而很好地滿足了設(shè)計(jì)要求。
纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，電力傳輸是其主要功能，所以該電纜的主要部分為電力電纜部分，為了保證電力的有效、安全的傳輸，電力電纜應(yīng)完全按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，其中包括電纜的導(dǎo)體、絕緣、內(nèi)外屏蔽、護(hù)層等結(jié)構(gòu)、尺寸嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，但同時(shí)，為了保證把測(cè)溫元件能絞入進(jìn)去，電力電纜的導(dǎo)體采用25mm2以上的緊壓絞合銅線圓形導(dǎo)體，而且，為了保證電纜在運(yùn)行過(guò)程中電纜相導(dǎo)體的電磁平衡，我們采用同心絞合，并在每根相導(dǎo)體上繞包金屬銅帶作為屏蔽層，以防止運(yùn)行過(guò)程中對(duì)測(cè)溫元件的電磁干擾。
測(cè)溫元件報(bào)警功能，由于電纜在運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱，最終導(dǎo)致電纜故障或喪失電力傳輸功能，因此，及時(shí)預(yù)報(bào)過(guò)熱就顯得尤為重要，為了解決這一技術(shù)問(wèn)題，采用熱電偶來(lái)做為測(cè)溫元件。所謂熱電偶就是采用熱電效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的測(cè)溫元件，如圖4所示，將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)處的溫度不同(T0≠T)，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。根據(jù)上述原理，我們采用銅作內(nèi)導(dǎo)體，康銅作為外導(dǎo)體，它之間構(gòu)成“T”熱電偶，同時(shí)為了保證在溫度升高后，內(nèi)外導(dǎo)體之間能NTC金屬氧化物做為其連接部分，NTC的工作原理是在溫度升高時(shí)，其電阻降低，這樣，就能有效地保證感應(yīng)點(diǎn)的電流傳輸。
本實(shí)用新型構(gòu)思新穎，選材科學(xué)，結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制作容易，成本低，產(chǎn)品使用操作性能好。測(cè)溫元件采用銅作內(nèi)導(dǎo)體，銅鎳合金作外導(dǎo)體，采用NTC(負(fù)電阻溫度系數(shù))金屬氧化物作半導(dǎo)電層，測(cè)量溫度達(dá)300℃，內(nèi)、外導(dǎo)體構(gòu)成T型熱電偶。在一定溫度范圍內(nèi)，NTC材料電阻與溫度的升高成反比，這樣就可以在電纜過(guò)載，溫度升高時(shí)，內(nèi)外導(dǎo)體產(chǎn)生的電流能很好的導(dǎo)通。一般情況下，NTC材料在300℃以下都能穩(wěn)定的工作，為了保證內(nèi)外導(dǎo)體與NTC工作溫度相適應(yīng)，選用“T”型熱電偶作熱電導(dǎo)體，當(dāng)電纜出現(xiàn)局部過(guò)熱時(shí)，它會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，從而達(dá)到感應(yīng)高溫的目的。測(cè)溫元件被包裹在電力電纜三相線芯中間進(jìn)行同心式絞合，有利于對(duì)電纜溫度進(jìn)行在線檢測(cè)，隨時(shí)了解電纜的溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜故障并進(jìn)行報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行維護(hù)，避免事故發(fā)生。


圖1所示為本實(shí)用新型的纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為本實(shí)用新型的測(cè)溫元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1導(dǎo)體、2內(nèi)屏蔽層、3絕緣層、4外屏蔽層、5金屬屏蔽層、6測(cè)溫元件、7外護(hù)套、8內(nèi)導(dǎo)體、9NTC半導(dǎo)電層、10外導(dǎo)體、11護(hù)層。
具體實(shí)施方式
由銅內(nèi)導(dǎo)體8、銅鎳外導(dǎo)體10、NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層9和聚四氟乙烯絕緣護(hù)層11構(gòu)成測(cè)溫元件6。銅內(nèi)導(dǎo)體8為線狀，銅鎳合金外導(dǎo)體10為管狀，銅內(nèi)導(dǎo)體8串套在銅鎳合金外導(dǎo)體10內(nèi)，銅內(nèi)導(dǎo)體8與銅鎳外導(dǎo)體10內(nèi)之間設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層9。在銅鎳合金外導(dǎo)體10外表面擠包聚四氟乙烯絕緣護(hù)層11。在斷面為25mm2的圓形緊壓絞合銅線導(dǎo)體1外表面擠包交聯(lián)半導(dǎo)電內(nèi)屏蔽層2、交聯(lián)聚乙烯絕緣層3和交聯(lián)半導(dǎo)電外屏蔽層4，在外屏蔽層4上再繞包銅帶金屬屏蔽層5構(gòu)成6kV以上的電力電纜。在緊壓絞合銅線導(dǎo)體1外表面僅擠包交聯(lián)聚乙烯絕緣層3和繞包銅帶金屬屏蔽層5構(gòu)成6kV以下的電力電纜。將測(cè)溫元件包裹絞合在三根6kV以上電力電纜的中間同心絞合成纜芯，在纜芯上擠包聚氯乙烯外護(hù)套7構(gòu)成6kV以上等級(jí)的纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜。將測(cè)溫元件包裹絞合在三根6kV以下電力電纜三相線芯的中間同心絞合成纜芯，在纜芯上擠包聚氯乙烯外護(hù)套7構(gòu)成6kV以下等級(jí)的纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜。
纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜的制作，涉及到電力纜和測(cè)溫元件，根據(jù)電力纜的組合尺寸，來(lái)確定測(cè)溫元件的最大外徑，并且讓電力纜繞著測(cè)溫元件進(jìn)行成纜，這樣，就可以(1)保證相線芯間的電磁平衡，防止電纜運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)某相導(dǎo)體過(guò)載現(xiàn)象，并能有效防止對(duì)測(cè)溫元件的電磁干擾；(2)保證結(jié)構(gòu)緊湊，不會(huì)增加電纜外徑，使得電纜從外觀上看來(lái)與普通電力電纜沒有什么兩樣，有利于節(jié)支降耗；(3)有效實(shí)現(xiàn)了電纜運(yùn)行時(shí)高溫報(bào)警，由于測(cè)溫元件與所有電力電纜相互接觸，所以可以監(jiān)測(cè)整根電纜每相線芯運(yùn)行情況。
纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜采用纜式熱電偶做測(cè)溫元件，使得電纜具有了(1)無(wú)需外加檢測(cè)電源，由于熱電偶是利用熱電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行工作，當(dāng)其一端溫度高于其它部分時(shí)，它會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，只需把感應(yīng)電流通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線接到相應(yīng)的測(cè)試儀器，就可通過(guò)電流變化情況而觀察到電纜的運(yùn)行情況；(2)由于采用纜式結(jié)構(gòu)，可以有效地連續(xù)監(jiān)測(cè)整根電纜的溫度變化情況，當(dāng)整根電纜溫度各點(diǎn)變化不一樣時(shí)，能捕捉到溫度變化最大的一點(diǎn)；(3)如果在電纜的兩端都進(jìn)行接收，就可以根據(jù)捕捉到的兩端間電流差異進(jìn)行精確定位。
纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜的測(cè)溫元件，采用NTC金屬氧化物半導(dǎo)電材料，使纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜成為一種火災(zāi)報(bào)警傳感器，使電纜具備了1)可以任意設(shè)計(jì)報(bào)警溫度，在電纜允許的工作溫度內(nèi)，可以任意更改報(bào)警溫度，使電纜適用性增強(qiáng)；2)可重復(fù)利用強(qiáng)，由于電纜工作原理不是熔化，而是根據(jù)半導(dǎo)電層的電阻溫度變化來(lái)工作，所以，在一次報(bào)警工作后，無(wú)需維護(hù)，即可重新使用；3)由于NTC本身是一種感溫材料，所以電纜除了可作火災(zāi)報(bào)警用外，還可應(yīng)用需要溫度測(cè)量的地方，增加電纜的應(yīng)用范圍，使得電纜不但可以作為火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器來(lái)使用，還可作為溫度傳感器來(lái)使用。
為了保證電纜工作能真正的重復(fù)利用，采用聚四氟乙烯耐高溫材料做絕緣層和護(hù)層，聚四氟乙烯其最高長(zhǎng)期工作溫度為260℃，且不燃燒，使得電纜具有1)良好的阻燃性能，增強(qiáng)了電纜在火災(zāi)環(huán)境下的使用壽命；2)良好的耐熱性能，提高了電纜在長(zhǎng)期高溫下的工作壽命和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，包括導(dǎo)體、絕緣、內(nèi)外屏蔽和外護(hù)套，其特征是電纜設(shè)有在銅導(dǎo)體外表面依次設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層、銅鎳合金外導(dǎo)體和聚四氟乙烯絕緣層構(gòu)成的測(cè)溫元件和三根分別在緊壓絞合銅線導(dǎo)體外表面依次設(shè)置交聯(lián)半導(dǎo)電內(nèi)屏蔽層、交聯(lián)聚乙烯絕緣層、交聯(lián)半導(dǎo)電外屏蔽層、銅帶繞包金屬屏蔽層構(gòu)成的電力電纜，測(cè)溫元件被包裹絞合在電力電纜三相線芯的中間，聚氯乙烯外護(hù)套設(shè)置在測(cè)溫元件和電力纜構(gòu)成的纜芯的外表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，其特征是所述的緊壓絞合銅線導(dǎo)體的斷面為大于20mm2圓形。
3.一種纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，包括導(dǎo)體、絕緣、內(nèi)外屏蔽和外護(hù)套，其特征是電纜設(shè)有在銅導(dǎo)體外表面依次設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層、銅鎳合金外導(dǎo)體和聚四氟乙烯絕緣層構(gòu)成的測(cè)溫元件和三根分別在緊壓絞合銅線導(dǎo)體外表面依次設(shè)置交聯(lián)聚乙烯絕緣層、銅帶繞包金屬屏蔽層構(gòu)成的電力電纜，測(cè)溫元件被包裹絞合在電力電纜三相線芯的中間，聚氯乙烯外護(hù)套設(shè)置在測(cè)溫元件和電力電纜構(gòu)成的纜芯的外表面。
專利摘要纜式熱電偶測(cè)溫電力電纜，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。該電纜設(shè)有在銅內(nèi)導(dǎo)體外表面依次設(shè)置NTC金屬氧化物半導(dǎo)電層、銅鎳合金外導(dǎo)體和聚四氟乙烯絕緣層構(gòu)成的測(cè)溫元件和三根分別在緊壓絞合銅線導(dǎo)體外表面依次設(shè)置交聯(lián)半導(dǎo)電內(nèi)屏蔽層、交聯(lián)聚乙烯絕緣層、交聯(lián)半導(dǎo)電外屏蔽層、銅帶繞包金屬屏蔽層構(gòu)成的電力電纜，測(cè)溫元件被包裹絞合在電力電纜三相線芯的中間。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制作容易，成本低，產(chǎn)品使用操作性能好。測(cè)溫元件可以在電纜過(guò)載，溫度升高時(shí)，達(dá)到感應(yīng)高溫的目的。有利于對(duì)電纜溫度進(jìn)行在線檢測(cè)，隨時(shí)了解電纜的溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜故障并進(jìn)行報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行維護(hù)，避免事故發(fā)生。有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01K7/02GK2720578SQ20042007911
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
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