相變控溫式高壓電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種相變控溫式高壓電纜，涉及電力電纜【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，所述電纜內(nèi)芯從內(nèi)到外依次為線芯、絕緣層、屏蔽層，所述電纜外層從內(nèi)到外依次為繞包層、內(nèi)護層、鎧裝層和外護層，在所述電纜內(nèi)芯和電纜外層之間為填充層，所述填充層為復(fù)合相變材料。該電纜節(jié)能、環(huán)保、自動溫控，通過相變材料改善高壓電纜散熱情況，提高電纜載流、過載能力和熱穩(wěn)定性，延長電纜使用壽命。
【專利說明】相變控溫式高壓電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓電纜【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓電纜的傳輸容量取決于熱平衡狀態(tài)下電纜內(nèi)外絕緣材料的溫升。對于常規(guī)結(jié)構(gòu)的電纜，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量經(jīng)由內(nèi)外屏蔽層、絕緣層、填充層、內(nèi)護套、鋼帶鎧裝層、PVC護套，最后散發(fā)到空氣中或土壤中。目前高壓電纜采用的填充材料有玻璃纖維、聚酯纖維、聚丙烯(PP)與聚乙烯混合料、棉紗、聚丙烯(PP)繩等。其主要作用是保持電纜圓整，減少膠料用量，降低成本，增加電纜強度。上述填充材料的熱阻較高且分布不均，在一定程度上影響熱量傳輸?shù)男?，不利于電纜導(dǎo)體的散熱和冷卻。嚴重時，可引起電纜局部溫升過高，甚至導(dǎo)致熱擊穿。
[0003]相變材料(PCM-Phase Change Material)是一類特殊的功能性材料,是指隨著溫度變化而改變物理性質(zhì)并能提供潛熱的物質(zhì)。轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程稱為相變過程，其能在等溫或近似等溫的情況下發(fā)生相變(多數(shù)為固液相變或氣液相變)，同時伴隨有較大能量(一般稱為相變潛熱)吸收或釋放，這個特點是該類材料具有廣泛應(yīng)用的原因和基礎(chǔ)。相變材料的分類相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復(fù)合PCM三類，有機復(fù)合相變材料克服了傳統(tǒng)相變材料在使用過程中的許多問題，具有許多優(yōu)異的性能:(I)儲存熱能量大，溫度可調(diào)控。(2)可直接成型加工，對容器要求不高甚至無需容器盛裝直接作為骨架材料使用，大大減少了生產(chǎn)成本。(3)材料相變過程中體積變化較小，形狀穩(wěn)定，是一種環(huán)境友好型材料。
[4]性能穩(wěn)定，無過冷現(xiàn)象和相分離現(xiàn)象，使用壽命長。因此有機復(fù)合相變材料日益受到研究者的重視，被視為最有發(fā)展前途的相變材料之一。
[0004]有機復(fù)合相變材料已在包括太陽能、工業(yè)余熱回收、建筑材料、空調(diào)蓄冷、電子器件、電池散熱、化妝品、調(diào)溫纖維等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相變材料的研究正成為世界范圍內(nèi)的研究熱點，具有各種不同性能(如不同的相變溫度、不同的相變焓值，不同的形狀，不同穩(wěn)定性等)的PCM正在快速地被開發(fā)出來，并不斷地為這些材料的應(yīng)用拓展新的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種相變控溫式高壓電纜，該電纜能自動降溫，通過相變材料改善高壓電纜散熱情況，提高電纜載流、過載能力和熱穩(wěn)定性，延長電纜使用壽命。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種相變控溫式高壓電纜，包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，在所述電纜內(nèi)芯和電纜外層之間為填充層，所述填充層中包括復(fù)合相變材料。
[0007]進一步的，所述復(fù)合相變材料為有機復(fù)合相變材料。
[0008]進一步的，所述有機復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變儲能材料。
[0009]進一步的，所述填充層全部為復(fù)合相變材料。[0010]進一步的，所述高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
[0011]進一步的，所述復(fù)合相變材料為圓繩狀，或含空隙單元的立方體；所述的含空隙單元的立方體的中間為填充的復(fù)合相變材料，四周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強材料骨架。
[0012]進一步的，所述導(dǎo)熱增強材料骨架為膨脹石墨材料。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:該電纜創(chuàng)新性地將導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變材料應(yīng)用于電力電纜的散熱冷卻，通過革新電纜填充層的材料實現(xiàn)三芯電纜強導(dǎo)熱自冷卻功能，從而提聞電力電纜的熱穩(wěn)定性能；
該電纜是基于有機復(fù)合相變材料，對高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的填充材料進行優(yōu)化，提出一種強導(dǎo)熱自冷卻填充材料。在增加導(dǎo)熱性能、降低填充層熱阻的同時，利用相變冷卻熱容量大的優(yōu)點，可以有效降低高壓電纜的暫態(tài)溫升。從而，防止高壓電纜長期循環(huán)局部過熱造成的熱擊穿，有效延長高壓電纜使用壽命。不僅如此，采用導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變材料，還能夠大幅度提升填充層的熱傳導(dǎo)效率，結(jié)合相變冷卻技術(shù)，能夠有效降低三芯電纜的穩(wěn)態(tài)溫升，達到大幅度提升電纜載流量和電纜的過載能力；
該電纜節(jié)能環(huán)保，能夠利用相變自動調(diào)控溫度，能夠滿足電纜在不同環(huán)境下的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是復(fù)合相變填充材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1、外護層；2、鎧裝層；3、內(nèi)護層；4、線芯；5、屏蔽層；6、絕緣層；7、填充層；8、繞包層。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0016]本發(fā)明是基于有機復(fù)合相變材料，對高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的填充材料進行優(yōu)化，提出一種強導(dǎo)熱自冷卻填充材料。在增加導(dǎo)熱性能、降低填充層熱阻的同時，利用相變冷卻熱容量大的優(yōu)點，可以有效降低高壓電纜的暫態(tài)溫升。從而，防止高壓電纜長期循環(huán)局部過熱造成的熱擊穿，有效延長高壓電纜使用壽命。不僅如此，采用導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變材料，還能夠大幅度提升填充層的熱傳導(dǎo)效率，結(jié)合相變冷卻技術(shù)，能夠有效降低三芯電纜的穩(wěn)態(tài)溫升，達到大幅度提升電纜載流量的目標。
[0017]本發(fā)明包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，所述電纜內(nèi)芯從內(nèi)到外依次為線芯4、絕緣層
6、屏蔽層5，所述電纜外層從內(nèi)到外依次為繞包層8、內(nèi)護層3、鎧裝層2和外護層1，在所述電纜內(nèi)芯和電纜外層之間為填充層7，所述填充層7為復(fù)合相變材料，所述復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變儲能材料；所述復(fù)合相變材料優(yōu)選為復(fù)合定型相變材料。
[0018]相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固一液相變?yōu)槔诩訜岬饺刍瘻囟葧r，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。
[0019]相變材料的分類相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物；復(fù)合相變儲熱材料的應(yīng)運而生，它既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲熱材料已成為儲熱材料領(lǐng)域的熱點研究課題。石蠟類有機物用做相變儲能材料具有相變焓高、相變溫度范圍廣、價格低等優(yōu)點，但其較低的導(dǎo)熱系數(shù)限制了吸/放能效率的提升。添加高導(dǎo)熱物質(zhì)合成復(fù)合相變材料，用以強化石蠟類有機相變材料傳熱能力是非常有前景的研究方向。
[0020]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果在于:
(1)提升電纜載流量
XLPE即交聯(lián)聚乙烯電纜的允許載流量是有導(dǎo)電線芯的最高允許溫度、電纜周圍的環(huán)境和電纜周圍的熱傳導(dǎo)等因素決定的。電纜導(dǎo)體運行過程中會產(chǎn)生熱量向周圍散發(fā)，電纜本體的導(dǎo)熱性能不僅影響其允許載流量，而且對絕緣材料的耐熱性及老化性也起作用。絕緣材料的溫度升高時會逐漸老化，失去固有的絕緣水平和機械強度。強導(dǎo)熱自冷卻填充材料采用高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱增強型材料，可成倍提升填充材料的導(dǎo)熱性能，同時結(jié)合相變吸熱，能夠有效降低正常運行時高壓電纜的穩(wěn)態(tài)溫升，從而提高電纜系統(tǒng)的載流量；
(2)提高電纜過載能力
高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜相較于油紙絕緣等其他電纜有許多明顯的優(yōu)點，因而在配網(wǎng)系統(tǒng)居于統(tǒng)治地位。然而，就過載能力而言，交聯(lián)聚乙烯電纜卻略為遜色。如下表1所示:
【權(quán)利要求】
1.一種相變控溫式高壓電纜，包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，其特征在于:在所述電纜內(nèi)芯和電纜外層之間為填充層(7)，所述填充層中包括復(fù)合相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述復(fù)合相變材料為有機復(fù)合相變材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述有機復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強型復(fù)合相變儲能材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述填充層全部為復(fù)合相變材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述復(fù)合相變材料為圓繩狀，或含空隙單元的立方體；所述的含空隙單元的立方體的中間為填充的復(fù)合相變材料，四周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強材料骨架。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于:所述導(dǎo)熱增強材料骨架為膨脹石墨材料。
【文檔編號】H01B9/02GK104036866SQ201410296586
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】郭剛, 郜志, 郝春生, 李雪松, 姚孟, 陳恒 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司邯鄲供電分公司