高壓電纜的製作方法

2023-09-20 10:02:25 1

專利名稱：高壓電纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種擠出型高壓電纜，其包括導體，具有至少三 個螺旋纏繞金屬線同心層；圍繞該導體的擠出型內部半導體層，以 及擠出型電絕緣體。本發明還涉及一種用於製造高壓電纜的方法。
背景技術：
擠出型高壓電纜通常包括導體、布置於導體周圍的第一導電 層、包括同心地布置於第一導電層周圍的聚合物的絕緣層、以及布 置於絕緣層周圍的第二導電層。通常還存在同心地布置於第二導電 層周圍的保護層。絕緣層中的聚合物通常是交聯聚合物，例如，聚 乙烯，乙烯-丙烯橡膠(EPM, EPDM)或矽橡膠。導電層通常由上 述聚合物之一和炭黑製成。有時在導體和第一導電層之間布置縱向 的半導體條帶，以防止第一導電層的材料被推入導體中臨近導線之 間的縫隙。縱向條帶，例如，由聚酯和炭黑製成，並具有大於導體 周長的寬度。
擠出型高壓電纜的導體通常通過布置多個成段金屬導線(也稱 作分段導體)來製作，或將在同心層中的多個金屬導線(也稱為同 心層絞(lay)導體)絞合在一起來製作。
同心層絞導體的幾何形狀可以例如^^艮據以下加以布置在第一 層中將六根導線穩固地布置於單獨的中心導線周圍。第二層包括12 根導線，並被同心地布置於第一層周圍。第三層包括18根導線，並 被同心地布置於第二層周圍，等等。每層比下面的層多六根導線。 相對於電纜所需電流來決定同心層絞導體中層的數目。關於在不同 層中導線的數目存在某些標準。通常第二、第三以及每個連續層的 導線在前一層周圍螺旋纏繞。可以例如使用實心導體或空心導體來
5代替第 一層中具有六根圍繞導線的中心導線。
在同心層中布置導線帶來了導體中的空隙，導體因此被壓緊以 增大導體橫截面中的金屬部分並減小導體的直徑。此壓緊通常通過 拉絲型模或通過輥針對每個導線層來完成。可以在最外層已經層絞 後，針對完整的導體完成壓緊。
針對擠出型高壓電纜的製造，導體已製成之後的下 一 步驟是在 導體周圍同心地擠出導電層和絕緣層。壓緊的導體通常纏繞在電纜 巻筒上並被傳輸至擠出生產線。在擠出之前的步驟中，可以將縱向 的半導體條帶包覆在導體周圍以防止來自內部導電層的材料被推入 導體外部層中臨近導線之間的縫隙。在擠出生產線中完成擠出，在 該生產線中導體被饋送進入擠出頭，其中通常在相同的操作步驟將 內部導電層、絕緣層、以及外部導電層擠出於導體周圍。
在擠出內部導電層期間，導體的外部層緻密是很重要的，即外 部層中臨近導線之間沒有縫隙。對於具有大橫截面的導體的情況，
例如橫截面在800-3000mn^之間，尤其如此。如果稀+>導體，即其 外部層不緻密，被饋送至擠出生產線的十字頭(crosshead),當對 於十字頭而言直徑變得過大時，則可能通過十字頭將導體的外部層 向後推送，外部層將被卡住並將在短時間內形成稱為"鳥籠"的結構。 如果是這樣的情況則必須馬上停止擠出生產線。當導體從拉絲機傳 輸時，以及當電纜纏繞在電纜巻筒上時進行擠出後，導體暴露於彎 曲。
有時候稀鬆導體能夠穿過擠出生產線而不立刻出現問題，並且 不會被發覺。由於導體的外部層中臨近導線之間的縫隙，內部導電 層的內部接觸面可能變為不規則。這可能引起接觸面處電場增大並 可能因此導致在電纜的高壓測試中電擊穿。
為了最小化稀鬆導體在擠出模中卡住的風險，通常在擠出之前 以半導體條帶螺旋纏繞導體的外部表面，或允許擠出生產線中的十
字頭具有的公差比如果具有稀鬆導體的風險非常低時的所需公差更 大。十字頭的大公差可能給出這樣的電纜，其中電纜中導體的中心
6定位無法與沒有由於稀鬆導體的風險而增大十字頭公差時 一 樣良好。

發明內容
本發明的目的在於提供改進的擠出型高壓電纜以及用於生產 擠出型高壓電纜的方法。
根據本發明的第一方面，提供了一種根據獨立權利要求1的特 徵部分中的技術特徵的擠出型高壓電纜。根據下文描述以及從屬權 利要求，本發明的優選實施方式將變得清楚。
根據本發明一個實施方式，擠出型高壓電纜包括具有至少三個 螺旋纏繞金屬線同心層的導體。擠出型內部導電層圍繞導體以及擠 出型電絕緣體被布置於內部導電層之外。導體的兩個最外層具有相 同的層絞方向。
"層絞方向，，是指在每層中纏繞金屬線的螺旋方向。層絞方向可 以是右手向層絞或左手向層絞。
擠出型高壓電纜包括在兩個最外層具有相同的層絞方向的導 體，這提供了緻密並光滑的導體表面，以便提供良好條件的擠出型 內部導電層以及電絕緣體層。這使導體可以進入擠出生產線的十字 頭而不需要在最外層巻覆導體條帶，這帶來了具有成本效益的電纜 製造。進一步地，其最小化了導體外部表面和電絕緣體之間的接觸 面上電場增大的風險。
根據本發明一個實施方式，最外層的絞距短於第二最外層的絞 距。這進一步地改進了導體和電纜絕緣體之間接觸面和導體表面的 特性。
繞導體軸轉一周的距離。
根據本發明一個實施方式，最外層的絞距短於第二最外層的絞 距，以及最外層的絞距與第二最外層的絞距之間的差大於或等於導 體外徑的兩倍。已發現這給出了具有進一步改進的表面特性的導體
7外部表面。這還避免了當製造導體時來自最外層的導線落入第二最 外層中的問題。
根據本發明一個實施方式，其中導體中位於兩個最外層之內的 至少一個層被布置為具有與兩個最外層的層絞方向反向的層絞方 向。當將在兩個外部層下面的層之一布置為與兩個最外層反向時， 扭轉性質在軸向加載期間得到改進。
根據本發明一個實施方式，導體包括至少五個螺旋纏繞金屬線
的同心層，以及導體具有大於700mm2的橫截面面積。對於大於 700mn^的導體，將導體兩個最外層布置為相同方向提供了相當可觀
具有充足的表面特性，即對於擠出過程，導體具有緻密的最外層。
根據一個實施方式，導體具有800mm2與3000mm2之間的橫截面。
根據本發明一個實施方式，內部半導體層被直接布置並接觸導
體最外層。
根據本發明一個實施方式，內部半導體層被直接布置在縱向的 半導體條帶上，該半導體條帶被布置為接觸導體最外層並在導體最 外層的周圍。相比於使用導體條帶的螺旋巻覆以在導體上擠出絕緣 系統之前保持導線聚攏並獲得光滑的導體外部表面，這提供了相當 可觀的成本節約。
導體的材料為例如銅或鋁。絕緣體的材料包括例如交聯聚乙 烯，交聯乙烯-丙烯橡膠(EPM, EPDM)或矽橡膠。
根據本發明的第二方面，提供了 一種根據權利要求9用於製造 高壓電纜的方法。根據對從屬權利要求10-17的描述，本方法的優選 實施方式將變得清楚。
根據本發明一個實施方式，製造擠出型高壓電纜包括通過在 中心導體周圍螺旋纏繞至少三層金屬線來製造導體，纏繞金屬線層
使得兩個最外層以相同的層絞方向纏繞。在導體的外部表面周圍擠 出內部導電層，使得其圍繞導體，以及將絕緣層布置於內部導電層
8之外並在內部導電層周圍。
根據本發明的實施方式，該方法包括壓緊導體使得導體直徑減 小。壓緊帶來了導體橫截面中金屬部分增大的密集導體。
根據本發明的實施方式，該方法包括螺旋纏繞導體的兩個最外 層使得最外層的絞距短於第二最外層的絞距。
根據本發明的實施方式，該方法包括纏繞導體的兩個最外層使
得最外層的絞距短於第二最外層的絞距以及最外層(3 )的絞距(L2 ) 與第二最外層(4)的絞距(Ll )之間的差大於或等於導體外徑(D)
的兩倍。
根據本發明的實施方式，該方法包括相比於兩個最外層以反向 纏繞位於所述兩個最外層之下的至少一個層。
根據本發明的實施方式，該方法包括纏繞在中心導線周圍具有
至少六層的導體。
根據本發明的實施方式，該方法包括擠出被直接布置在縱向的 半導體條帶上的內部半導體層，該條帶被布置為接觸導體最外層並 在導體最外層的周圍。
擠出型高壓電纜，這帶來了電纜製造中相當可觀的成本節約以及在 生產之後電纜測試時電纜絕緣體中電擊穿的風險降低。


將通過對實施方式的描述並參考附圖更詳細地描述本發明，其
中
圖1示出了根據本發明一個實施方式的擠出型高壓電纜，其具 有的兩個導體外部層被布置為相同的層絞方向，
圖2示出了根據本發明一個實施方式的擠出型高壓電纜，其中 兩個最外層下面的導體層之一被布置為與兩個最外層不同方向，
圖3是圖1中擠出型高壓電纜的剖面圖，以及
圖4示出了根據本發明一個實施方式的兩個最外層的絞距的
9差。
具體實施例方式
圖1示出了包括同心層絞導體2的高壓電纜1。基本上筆直的導 線的第一層8圍繞單獨的中心導線14。在第一層8周圍，布置有螺 旋纏繞金屬線ll、 12的五個層3、 4、 5、 6、 7。導體的兩個最外層 3、 4被布置為相同的層絞方向。在圖2中，兩個最外層3、 4下面的 三層5、 6、 7被布置為與兩個最外層相同的層絞方向。兩個最外層3、 4按右手層絞方向來層絞。五個螺旋纏繞導線層3、 4、 5、 6、 7穿過 電纜l的長度延伸；不過，為了示出每個後續層的層絞方向，圖l 中的每個層在末端已切掉了一段距離。擠出型內部導電層9被布置 為同心地位於縱向的半導體條帶(未示出)的周圍，並接觸該縱向 的半導體條帶，該條帶被布置為接觸導體最外層並同心地位於導體 最外層的周圍。絕緣層10和外部導電層13被同心地布置於內部導 電層的周圍。可以使用實心導體或空心中心導體，來替代第一層中 的具有六根圍繞導線的中心導線。
在根據圖1的同心層絞導體2的製造期間，金屬線的第一層8 穩固地被布置於單獨的中心導線14周圍。金屬線的第二層7同心地 螺旋纏繞於第一層8周圍。金屬線的第三層6同心地螺旋纏繞於第 二層周圍，以此類推直至製造了具有五個螺旋纏繞金屬線層3、 4、 5、 6、 7的同心層絞導體。
通過拉絲型模或多對輥針對每個導線層來壓緊導體2,以避免導 體2中的空隙。當導體2已被壓緊，其被饋送通過擠出模和內部導 電層9、絕緣層10,同心擠出型導電層13被擠出在導體2周圍，使 得內部導電層9緊緊地固定於導體2的最外層。
圖2示出了根據上述示例性實施方式的擠出型高壓電纜1,相對 於圖1存在以下不同，兩個最外層3、 4下面的層5、 6、 7之一相比 於兩個最外層3、 4的層絞方向以相反的層絞方向布置。
圖3示出了圖1的擠出型高壓電纜1的剖面圖。該電纜包括導
10體2,其中該導體是具有在第一層8周圍的五個螺旋纏繞金屬線11、 12層3、 4、 5、 6、 7的同心層絞導體，該第一層8是被布置於中心 導線14周圍的基本上筆直的導線。六個螺旋纏繞導線ll、 12層延 伸經過電纜1的長度。擠出型內部導電層9被同心地布置於縱向的 半導體條帶(未示出)的周圍並接觸該縱向的半導體條帶，該條帶 被布置為接觸導體最外層，並同心地位於導體最外層的周圍。絕緣 層IO被同心地布置於內部導電層9的周圍，外部導電層13被同心 地布置於絕緣層10的周圍。通常還存在保護層(未示出)，其被同 心地布置於外部導電層13的周圍。所有的導電、絕緣以及保護層延 伸經過電纜的長度。
圖4示出了本發明的一個示例性實施方式，其中最外層3的絞 距L2短於第二最外層4的絞距Ll。最外層3的絞距L2與第二最外 層4的絞距L1之間的差(Ll-L2)大於或等於導體外徑D的兩倍。 例如，如果外徑D為50mm，最外層3的絞距L2與第二最外層的絞 距Ll之間的差應為100mm,或大於100mm,以提供導體外部表面 的所需性質。在圖4中僅示出兩個最外層中的導線11、 12中其一。 圖4中的層3、 4具有右手向層絞。圖4中未示出導體三個最外層3、 4、 5層下面的層。
儘管僅描述了本發明的若干優選實施方式，但在不脫離本發明 範圍的情況下，許多修改與變化對於本領域技術人員將是明顯的， 本發明的範圍是在說明書與附圖的支持下由所附權利要求書所限定 的。
例如，在說明書中僅描述了具有六個導線層的擠出型電纜的示 例，但層的數目可以取決於所需要的導體大小。並且，兩個最外層 下面的層的層絞方向可以被布置為與根據上文所述的兩個示例不同
的層絞方向。
ii
權利要求
1. 一種擠出型高壓電纜(1)，包括具有至少三個螺旋纏繞金屬線同心層(3，4，5，6，7)的導體(2)，圍繞所述導體(2)的擠出型內部導電層(9)，以及被布置於所述內部導電層(9)外部的擠出型電絕緣體(10)，其特徵在於，所述導體(2)的兩個最外層(3，4)具有相同的層絞方向。
2. 根據權利要求1所述的擠出型高壓電纜(1)，其中所述最 外層(3)的絞距(L2)短於所述第二最外層(4)的絞距(Ll)。
3. 根據權利要求2所述的擠出型高壓電纜(1)，其中所述最 外層(3)的所述絞距(L2)與所述第二最外層(4)的所述絞距(Ll ) 之間的差大於或等於所述導體的外徑(D)的兩倍。
4. 根據前述任一項權利要求所述的擠出型高壓電纜(1)，其 中所述導體(2)包括至少五個螺旋纏繞金屬線(11， 12)層(3， 4, 5, 6, 7)。
5. 根據前述任一項權利要求所述的擠出型高壓電纜(1 )，其 中在所述導體(2)中位於所述兩個最外層(3, 4)之內的層(5, 6, 7)其中至少之一被布置為具有與所述兩個最外層(3， 4)的層絞方 向反向的層絞方向。
6. 根據前述任一項權利要求所述的擠出型高壓電纜，其中所述 螺旋纏繞金屬線層(3, 4, 5, 6, 7)纏繞於中心導體(14)的周圍， 以及在所述中心導體(14)和所述最內部螺旋纏繞層(7)之間是基 本上筆直的導線(8)的層。
7. 根據前述任一項權利要求所述的擠出型高壓電纜(1)，其 中所述導體(2)具有大於700mn^的橫截面。
8. 根據前述任一項權利要求所述的擠出型高壓電纜(1),其 中在所述導體(2)上直接擠出所述內部導電層(9)使得所述內部 導電層(9)接觸所述導體(2)的所述最外層(3)。
9. 根據權利要求1-7中任一項所述的擠出型高壓電纜(1 ),其中所述內部導電層(9)在縱向的半導體條帶上被直接擠出，該半導 體條帶被布置於所述導體(2)的所述最外層(3)周圍並與之接觸。
10. —種用於製造擠出型高壓電纜(1 )的方法，包括-螺旋纏繞具有至少三個金屬線層(3， 4, 5, 6， 7, 8)的導體 (2),-纏繞所述導體(2)使得金屬線的兩個最外層(3， 4)以相同 的層絞方向纏繞，-在所述導體(2)的外部表面上擠出內部導電層(9)，使得其 圍繞所述導體，以及-擠出絕緣層，使得其被布置於所述內部導電層(9)之外並環 繞所述內部導電層(9)。
11. 根據權利要求10所述的方法，包括壓緊所述導體(2)使 得所述導體的直徑減小。
12. 根據權利要求10或11所述的方法，包括螺旋纏繞所述導 體的所述兩個最外層(3, 4)使得所述最外層(3)的絞距(L2)短 於所述第二最外層(4)的絞距(Ll)。
13. 根據權利要求12所述的方法，包括纏繞所述導體(2)的 所述兩個最外層(3， 4)使得所述最外層(3)的所述絞距(L2)與 所述第二最外層(4)的所述絞距(Ll )之間的差大於或等於所述導 體的外徑(D)的兩倍。
14. 根據權利要求10-13中任一項所述的方法，包括通過以下來 製造所述導體(2):將所述螺旋纏繞金屬線層(3, 4, 5, 6, 7) 纏繞於中心導體(14)的周圍，以及在所述中心導體(14)和所述 最內部的螺旋纏繞層(7)之間布置基本上筆直的導線的層。
15. 根據權利要求10-14中任一項所述的方法，包括相比於所述 兩個最外層，以反向纏繞位於所述兩個最外層(3, 4)之下的所述 層(5， 6, 7)中的至少一個。
16. 根據權利要求10-15中任一項所述的方法，包括在所述導體 (2)的所述最外層(3)上直接擠出所述內部導電層(9)。
17.根據權利要求10-15中任一項所述的方法，包括直接在縱向的半導體條帶上擠出所述內部導電層(9),所述半導體條帶被布置 於所述導體(2)的所述最外層(3)周圍並與之接觸。
全文摘要
一種擠出型高壓電纜(1)包括具有至少三個螺旋纏繞金屬線(11，12)同心層(3，4，5，6，7)的導體(2)；圍繞導體(2)的擠出型內部導電層(9)；以及被布置於內部導電層(9)外部的擠出型電絕緣體(10)。導體(2)的兩個最外層(3，4)具有相同的層絞方向。
文檔編號H01B9/04GK101536118SQ200780040742
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月18日 優先權日2006年11月3日
發明者B·卡爾斯特蘭德, C-O·奧爾森, E·斯特蘭德莫, M·查馳, P·帕特爾, T·約翰森, U·奧貝格 申請人:Abb研究有限公司