相變控溫式高壓電纜的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種相變控溫式高壓電纜，涉及電力電纜【技術(shù)領(lǐng)域】。包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，電纜內(nèi)芯從內(nèi)到外依次為線芯、絕緣層、屏蔽層，電纜外層從內(nèi)到外依次為繞包層、內(nèi)護(hù)層、鎧裝層和外護(hù)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)合相變材料或全部為復(fù)合相變材料，高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。該電纜節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)溫控，通過(guò)相變材料改善高壓電纜散熱情況，提高電纜載流、過(guò)載能力和熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電纜使用壽命。
【專利說(shuō)明】相變控溫式高壓電纜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及高壓電纜【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(duì)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(hù)套、鋼帶鎧裝層、PVC護(hù) 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(qiáng)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剩焕陔娎|導(dǎo)體的散熱和冷卻。嚴(yán)重時(shí)，可引起電纜局部溫升過(guò)高， 甚至導(dǎo)致熱擊穿。
[0003] 相變材料（PCM-PhaseChangeMaterial)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(guò)程稱為相變過(guò)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(shí)伴隨有較大能量 (一般稱為相變潛熱）吸收或釋放，這個(gè)特點(diǎn)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(wú)機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類，有機(jī)復(fù)合相變材料克服 了傳統(tǒng)相變材料在使用過(guò)程中的許多問(wèn)題，具有許多優(yōu)異的性能：（1)儲(chǔ)存熱能量大，溫度 可調(diào)控。（2)可直接成型加工，對(duì)容器要求不高甚至無(wú)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(guò)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(wú)過(guò)冷現(xiàn)象和相分離現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)。因此有機(jī)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(jī)復(fù)合相變材料已在包括太陽(yáng)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(gè)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(diǎn)，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(kāi)發(fā)出來(lái)，并不斷地為這些材料的應(yīng)用拓展新的領(lǐng)域。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種相變控溫式高壓電纜，該電纜能自動(dòng) 降溫，通過(guò)相變材料改善高壓電纜散熱情況，提高電纜載流、過(guò)載能力和熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電 纜使用壽命。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(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，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(hù)層、鎧裝層和外護(hù)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，所述高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
[0007] 進(jìn)一步的，所述復(fù)合相變材料為有機(jī)復(fù)合相變材料。
[0008] 進(jìn)一步的，所述有機(jī)復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
[0009] 進(jìn)一步的，所述填充層為圓繩狀。
[0010] 進(jìn)一步的，所述填充層包括含空隙單元的立方體。
[0011] 進(jìn)一步的，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，立方體四 周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強(qiáng)材料骨架。
[0012] 進(jìn)一步的，所述導(dǎo)熱增強(qiáng)材料骨架為膨脹石墨材料。
[0013] 一種相變控溫式高壓電纜，包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，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(hù)層、鎧裝層和外護(hù)層，在 所述電纜內(nèi)芯和電纜外層之間為填充層，所述填充層全部為復(fù)合相變材料，所述高壓電纜 為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
[0014] 進(jìn)一步的，所述復(fù)合相變材料為有機(jī)復(fù)合相變材料。
[0015] 進(jìn)一步的，所述有機(jī)復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
[0016] 進(jìn)一步的，所述填充層為圓繩狀。
[0017] 進(jìn)一步的，所述填充層包括含空隙單元的立方體。
[0018] 進(jìn)一步的，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，立方體四 周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強(qiáng)材料骨架。
[0019] 進(jìn)一步的，所述導(dǎo)熱增強(qiáng)材料骨架為膨脹石墨材料。
[0020] 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(qiáng)型復(fù)合相 變材料應(yīng)用于電力電纜的散熱冷卻，通過(guò)革新電纜填充層的材料實(shí)現(xiàn)三芯電纜強(qiáng)導(dǎo)熱自冷 卻功能，從而提1?電力電纜的熱穩(wěn)定性能；
[0021] 該電纜是基于有機(jī)復(fù)合相變材料，對(duì)高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的填充材料進(jìn)行優(yōu)化， 提出一種強(qiáng)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(shí)，利用相變冷卻 熱容量大的優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)期循環(huán)局部過(guò) 熱造成的熱擊穿，有效延長(zhǎng)高壓電纜使用壽命。不僅如此，采用導(dǎo)熱增強(qiáng)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(dá)到大幅度提升電纜載流量和電纜的過(guò)載能力；
[0022] 該電纜節(jié)能環(huán)保，能夠利用相變自動(dòng)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(shuō)明】
[0023] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是復(fù)合相變填充材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖中：1、外護(hù)層；2、鎧裝層；3、內(nèi)護(hù)層；4、線芯；5、屏蔽層；6、絕緣層；7、填充層； 8、繞包層。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0027] 本實(shí)用新型是基于有機(jī)復(fù)合相變材料，對(duì)高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的填充材料進(jìn)行優(yōu) 化，提出一種強(qiáng)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(shí)，利用相變 冷卻熱容量大的優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)期循環(huán)局 部過(guò)熱造成的熱擊穿，有效延長(zhǎng)高壓電纜使用壽命。不僅如此，采用導(dǎo)熱增強(qiáng)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(dá)到大幅度提升電纜載流量的目標(biāo)。
[0028] 本實(shí)用新型包括電纜內(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(hù)層3、鎧裝層2和外護(hù)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中包括復(fù)合相變材料，或是填充層7 全部為復(fù)合相變材料，所述復(fù)合相變材料為石蠟基導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)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。
[0029] 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?，?加熱到熔化溫度時(shí)，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過(guò)程中，相變材料吸收并儲(chǔ)存大量 的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時(shí)，儲(chǔ)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(jìn)行從液 態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過(guò)程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài) 發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫 度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。
[0030] 相變材料的分類相變材料主要包括無(wú)機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無(wú) 機(jī)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(jī)類PCM主要包括石蠟、醋酸 和其他有機(jī)物；復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)運(yùn)而生，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物相 變儲(chǔ)熱材料存在的缺點(diǎn)，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(chǔ)熱材料已成為儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。石蠟類有機(jī)物用做相變儲(chǔ)能材料 具有相變焓高、相變溫度范圍廣、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)化石蠟類有機(jī)相變材料傳熱能力是非 常有前景的研究方向。
[0031] 本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0032] (1)提升電纜載流量
[0033] 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(yùn)行過(guò)程中會(huì)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(duì)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(shí)會(huì)逐漸老化，失去固有的絕緣水平和機(jī)械強(qiáng)度。強(qiáng)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(qiáng)型材料，可成倍提升填充材料的導(dǎo)熱性能，同時(shí)結(jié)合相變 吸熱，能夠有效降低正常運(yùn)行時(shí)高壓電纜的穩(wěn)態(tài)溫升，從而提高電纜系統(tǒng)的載流量；
[0034] ( 2 )提高電纜過(guò)載能力
[0035] 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(diǎn)，因而在 配網(wǎng)系統(tǒng)居于統(tǒng)治地位。然而，就過(guò)載能力而言，交聯(lián)聚乙烯電纜卻略為遜色。如下表1所 示：
[0036]

【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，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(hù)層（3)、鎧裝 層（2)和外護(hù)層（1)，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（7)中包括復(fù)合相變材料，所述高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
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(jī)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(jī)復(fù)合相變材料 為石蠟基導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述填充層（7)為圓繩 狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述填充層（7)包括含空 隙單元的立方體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：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，立方體四周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強(qiáng)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(qiáng)材料骨架 為膨脹石墨材料。
8. -種相變控溫式高壓電纜，包括電纜內(nèi)芯和電纜外層，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(hù)層（3)、鎧裝 層（2)和外護(hù)層（1)，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（7)全部為復(fù)合相變材料，所述高壓電纜為高壓交聯(lián)聚乙烯電纜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8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(jī)復(fù)合相變材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述有機(jī)復(fù)合相變材料 為石蠟基導(dǎo)熱增強(qiáng)型復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述填充層（7)為圓繩 狀。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述填充層（7)包括含 空隙單元的立方體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：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，立方體四周為由正方形直棱柱組成的導(dǎo)熱增強(qiáng)材料 骨架。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的相變控溫式高壓電纜，其特征在于：所述導(dǎo)熱增強(qiáng)材料骨 架為膨脹石墨材料。
【文檔編號(hào)】H01B7/42GK204178800SQ201420349373
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司邯鄲供電分公司