一種可降低損耗的繞組電纜的製作方法

2023-10-16 22:06:09 3

專利名稱：一種可降低損耗的繞組電纜的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力電纜技術領域，涉及一種可降低損耗的繞組電纜。
背景技術：
對於傳統的電力變壓器中，一般採用矩形截面導線，這種導線的形狀使電場分布不均勻，在其稜角處場強較集中，易存在電氣隱患。同時為了使繞組中的渦流損耗減小，沿著繞組高度方向的導線必須採用換位的方式，以使導線所收磁場均勻，因此這種變壓器結構就會趨於複雜。此外，在繞組端部還需採取措施來改善電場分布和防止局部放電，同時，進一步消除傳統電力變壓器的控制電場對接地部件的影響，也是設計時的關鍵的問題之一。
常規的電纜導體多採用多芯導體絞合而成，其導體因為需要先將預製銅杆經過銅大拉機加工成細絲，然後經絞合工藝，導體製造就完成。但是採用該導體的繞組電纜作為變壓器、電抗器等的繞組時，其損耗很大，同時由於導體產生的大量熱量，加速了絕緣的老化，從而減少繞組電纜的壽命。

發明內容
本發明所要解決的技術技術問題是要提供一種可降低損耗的繞組電纜，該繞組電纜可以降低由於外界磁場的影響而使繞組電纜產生的很大的熱量，且該繞組電纜可以進行有效的接地，可作為變壓器、電抗器等的繞組使用替代傳統的油紙絕緣的油浸變壓器和環氧樹脂澆注的乾式變壓器的繞組，同時採用電纜繞組繞制的變壓器不需要象傳統的油浸變壓器進行定期維護，相對於環氧樹脂澆注的乾式變壓器而言其高壓輸出可以達到500kV級，而採用現有的環氧樹脂澆注工藝很難實現。
解決本實用新型技術問題所採用的技術方案是該可降低損耗的繞組電纜包括導體(1)、內半導電層(2)、絕緣層(3)、外半導電層(4)，導體層與導體層之間採用導體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導電層(4)外加裝了的導電帶(5)，導電帶(5)直接接地。本發明在繞組電纜的導體設計中，對導體採用分層處理，在導體層間加裝了層間絕緣，根據截面積要求再經絞合、加裝絕緣等工藝將其製成由絞和多芯導體和層間絕緣交替的導電線芯，然後擠上內外半導電層和絕緣層構成電纜繞組用電纜。


以下結合實施例附圖對本發明作進一步的詳細描述。
圖1為本發明可降低損耗的繞組電纜徑向2為本發明可降低損耗的繞組電纜軸向中1-導體、2-內半導電層、3-絕緣層、4-外半導電層，5-導電帶 6-導體層間絕緣具體實施方式
本發明同傳統的產品相比，導線也是起到傳輸電流作用。導體(1)由多根銅或鋁線單導線採用正規絞合而成。導體通常呈同心層式，有一根中央導線，在其周圍有多層同心層，通常有6、12、18、24、30、36及42根線。導體採用分層結構，導體層與導體層之間含有導體層間絕緣(6)，導體層間絕緣(6)的作用使相鄰的導體層與導體層相互絕緣。導體層間絕緣使導體層與導體層間相互分隔，導體層間絕緣(6)至少能夠承受10伏以上的交流電壓，並且在一定的長度範圍內，導體層與層之間不能相互導通。這種結構作為變壓器、電抗器就可降低由於外界磁場的影響而使繞組電纜的導電線芯形成更少的渦流，來實現降低渦流損耗的作用。導體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，在150～200℃的溫度，時間持續5～10分鐘的條件下，其物理性能如熱延伸、收縮性、熱老化、斷裂伸長率等不會發生很大的變化，同時，在該溫度條件下，絕緣材料也不發生化學變化，且該繞組電纜在長期工作溫度為70～90℃的溫度，其性能也不會發生變化。
對於導電線芯絕緣的生產，可以採用目前的「三層共擠」工藝，即使內半導電層、絕緣層、外半導電層一次性擠出。隨不同的電壓等級、導體的截面大小選擇不同的可以選擇現有的生產線立塔生產線或懸鏈式生產線來提高產品的可靠性。
導體(1)可以由多股導線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線至少有一根單絲與外半導電層(4)緊密接觸，從而避免形成懸浮電位，加速聚合物的老化。內半導電層(2)包覆在導體(1)外，其作用是減小或消除導體的金屬毛刺或尖角對絕緣的損傷，同時，內半導電層表面應光滑，無明顯紋線和凸紋。對於小截面導體直接採用擠包的內半導電層。標稱截面500mm2及以上的電纜可採用半導電帶繞包和擠包導電層的聯合組成方式；內半導電層和導電線芯是等位的，故它們之間的氣隙不受電場的作用，內半導電層的物理性能介於導體和絕緣層之間，可以使三者緊密地結合在一起，降低了氣隙產生放電的可能。外半導電層(4)包覆在絕緣層(3)外，起到保護絕緣免受外界損傷。對於半導電層同時具有均化電場，使偶然形成的凸紋突起屏蔽於半導電層屏蔽內，防止電場集中；外半導電層的物理性能介於導體和絕緣層之間，二者緊密地結合在一起，降低了氣隙放電的可能。內半導電層、外半導電層材料是以LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交聯聚乙烯)、EPR(乙丙橡膠)或矽橡膠等基底材料，在其中加入少量的碳黑和金屬粉末或微小顆粒的形式均勻混合加入。
內半導電層、外半導電層的擠出厚度在0.5～1.0mm。繞組電纜的內半導電層(2)的電阻率應該在10-1～106Ω.cm的範圍內，優選為1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半導電層(4)的電阻率應該在10-1～106Ω.cm的範圍內，優選為1～500Ω.cm，優選為10～100Ω.cm。對於內半導電層(2)、外半導電層(4)還具有一定的隔熱作用，可以防止由於運行時損耗產生的過熱使絕緣加速老化。
絕緣層(3)由LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交聯聚乙烯)、EPR(乙丙橡膠)或矽橡膠等和相關的添加擠配合而成。
導電帶(5)繞包在外半導電層外，繞組繞制以後其接地使其電位為零，同時具有消除切向分量，防止絕緣表面產生滑閃放電，同時解決了變壓器、電抗器等繞組在通常存在的複雜接地問題，在最外層加裝了稀疏繞制的薄導電帶，導電帶就可用於直接接地。
導體(1)的截面積處於25～3000mm2的範圍內，繞組電纜的內半導電層(2)、外半導電層(4)、絕緣層(3)由聚合物製成，其具有相同的彈性模量E，E小於500MPa，最好E小於200Mpa。導體(1)、內半導電層(2)、外半導電層(4)、絕緣層(3)、導電帶(5)必須具有一定的彎曲性，繞組電纜的彎曲半徑為繞組電纜半徑的8～12倍。
對於傳統的電力變壓器中，一般採用矩形截面導線，這種導線的形狀使電場分布不均勻，在其四角處場強很高。為了使繞組中的渦流損耗減到最小，沿著繞組的高度方向導線必須換位，所以其使結構就趨於複雜。另外，在繞組端部還應採取一些措施來改善電場分布和防止局部放電，同時，為進一步消除傳統變壓器設計時的一個很關鍵的問題，就是需要考慮控制電場對接地部件影響的各種措施。
由於繞組電纜內導體採用了圓形截面，按照Maxwell方程，繞組電纜的圓形導體建立的電場是均勻分布的。對於這種圓筒式繞組，其電場被完全局限在繞組內部，因此與傳統的乾式變壓器及油浸式變壓器都不同，不需要控制繞組端部區域的電場。圓形繞組的電纜導體不存在像扁導線那樣的小圓角限制著最大的局部場強，克服了現在傳統的電力變壓器設計中電場分布方面的許多方面的限制。
由於電纜外面有外半導電層使其保持地電位，於是電場就完全局限於在電纜的內部，這就為變壓器製造廠家提供了一種全新的電氣設計和結構設計，對於傳統的變壓器，即要考慮電磁的電氣設計和結構設計的可能性，又要考慮電磁場、溫度和機械力，並且還要考慮它們之間的相互影響，所以傳統電力變壓器的電氣設計和結構設計一般是比較複雜，但是當電場完全局限於電纜的內部時，繞組之間以及繞組對地等距離可以分別處理，設計時只需要考慮如何保證有較充分的冷卻所需的空間。
該繞組電纜製造的變壓器等電磁裝置將被應用於現行電網中，其功率可從幾個VA到10000MVA，額定電壓從3-4kV到500kV級及以上更高的電壓。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的繞組電纜，在設計中我們採用聚酯帶作為導體層間絕緣，導體結構選擇37/2.15。在實際生產中，第一層導體層間絕緣厚度設計為0.3mm，第二層導體層間絕緣厚度設計為0.5mm，第三層導體層間絕緣厚度設計為0.5mm，採用分層緊壓結構。
絕緣材料採用YJ-10可交聯聚乙烯。
內半導電層、外半導電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為成分 含量(重量百分比)2-丙烯酸乙酯和乙烯的聚合物 60-79.5％碳黑 20-40％雙[(叔-丁基過氧)異丙基]苯0.2-2.0％1，2-二氫-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％
丙烯酸乙酯0.0001-0.0010％繞組電纜的外半導電層外疏繞氧化鍍銀銅帶。
通過導體層間絕緣耐壓試驗，其各層都可達到層間耐壓10V以上的設計要求。同時該繞組電纜的局部放電量在1Pc以下，其他性能指標達到了設計要求。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的繞組電纜，在設計中我們採用聚醯亞胺帶作為導體層間絕緣，導體結構選擇37/2.15。在實際生產中，第一層導體層間絕緣厚度設計為0.3mm，第二層導體層間絕緣厚度設計為0.5mm，第三層導體層間絕緣厚度設計為0.5mm，採用分層緊壓結構。絕緣材料採用YJ-10可交聯聚乙烯，內半導電層材料、外半導電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為內半導電層、外半導電層材料選用體積電阻率在常溫下接近10Ω.cm的材料，該材料的成分為成分 含量(重量百分比)2-丙烯酸乙酯和乙烯的聚合物 60-79.5％碳黑 20-40％雙[(叔-丁基過氧)異丙基]苯 0.2-2.0％1，2-二氫-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％丙烯酸乙酯 0.0001-0.0010％繞組電纜的外半導電層外疏繞氧化鍍銀銅帶。
通過導體層間絕緣耐壓試驗，其各層都可達到層間耐壓10V以上的設計要求。同時該繞組電纜的局部放電量在1Pc以下，其他性能指標達到了設計要求。
權利要求
1.一種可降低損耗的繞組電纜，包括導體(1)、內半導電層(2)、絕緣層(3)、外半導電層(4)，其特徵在於由導體(1)絞合形成的導體層與導體層之間採用導體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導電層(4)外加裝了導電帶(5)，導電帶(5)用於直接接地。
2.根據權利要求1所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於導體(1)由多根銅或鋁線或合金導線單導線採用正規絞合而成，導體(1)可以由多股導線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線可至少有一根單絲與外半導電層(4)緊密接觸。導體(1)通常呈同心層式排列，有一根中央導體，在其周圍有多層同心層，從內層向外層，每層通常比內層遞增6根導體，依次可為6、12、18、24、30、36及42根導體；包覆在導體(1)外的內半導電層(2)表面應光滑，對於小截面導體可直接採用擠包的半導電層，標稱截面500mm2及以上的電纜其內半導電屏層可採用半導電包帶和擠包導電層的聯合組成方式，內半導電層和導電線芯是等位的，它們之間的氣隙不受電場的作用，內半導電層(2)的物理性能介於導體(1)和絕緣層(3)之間，三者緊密地結合在一起，降低由於氣隙產生放電；包覆在絕緣層(3)外的外半導電層(4)的物理性能介於導體和絕緣層之間，絕緣層(3)與外半導電層(4)二者緊密地結合在一起，降低由於氣隙產生放電；導電帶(5)繞包在外半導電層(4)外，是在繞組繞制過程中在最外層稀疏繞制的薄導電帶，導電帶就可用於直接接地，導電帶(5)可分為若干段，來實現多點分別接地。
3.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於導體層間絕緣(6)為導電線芯的一部分，採用擠包聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，導體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙，在150～200℃的溫度，持續時間5～10分鐘的條件下，其物理性能如熱延伸、收縮性、熱老化、斷裂伸長率不會發生很大的變化，同時，在該溫度條件下，絕緣材料不發生化學變化，在長期工作溫度為70～90℃的溫度，導體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙的性能不會發生變化，導體層間絕緣(6)至少能夠承受10伏以上的交流電壓，並且在一定的長度範圍內，導體層與層之間不能相互導通。
4.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於內半導電層(2)、外半導電層(4)採用具有一定的隔熱作用，可以防止由於運行時損耗產生的過熱使絕緣加速老化的材料。
5.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於內半導電層(2)、外半導電層(4)材料是以LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或矽橡膠為基底材料，在其中加入少量的碳黑和金屬粉末或微小顆粒的形式均勻混合加入，內半導電層(2)、外半導電層(4)的擠出厚度在0.5～1.0mm，絕緣層(3)採用LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或矽橡膠和相關的添加劑配合而成。
6.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於繞組電纜的內半導電層(2)、絕緣層(3)、外半導電層(4)具有相同或相近的熱膨脹係數，導電帶(5)可以採用銅帶或鋁帶或鉑帶或基材為銅箔、鋁箔或半導電材料和銅箔、鋁箔複合帶材。
7.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於導體(1)的截面積處於20～3000mm2的範圍內，而電纜的外徑在20～250mm之間。
8.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於繞組電纜的內半導電層(2)、外半導電層的擠出厚度在0.5～1.0mm，繞組電纜的內半導電層(2)的電阻率應該在10-1～106Ω.cm的範圍內，優選為1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半導電層(4)的電阻率應該在10-1～106Ω.cm的範圍內，優選為10～100Ω.cm。
9.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於繞組電纜的內半導電層(2)、外半導電層(4)、絕緣層(3)由聚合物製成，其具有相同的彈性模量E，E小於500MPa，最好E小於200Mpa。
10.根據權利要求1或2所述的可降低損耗的繞組電纜，其特徵在於導體(1)、內半導電層(2)、外半導電層(4)、絕緣層(3)、導電帶(5)具有一定的彎曲性，繞組電纜的彎曲半徑為繞組電纜半徑的8～12倍。
全文摘要
本發明屬於電力電纜技術領域，涉及一種可降低損耗的繞組電纜。本發明包括導體(1)、內半導電層(2)、絕緣層(3)、外半導電層(4)，其特徵在於由導體(1)絞合形成的導體層與導體層之間採用導體層間絕緣(6)隔離，在電纜外半導電層(4)外加裝了導電帶(5)，導電帶(5)用於直接接地。繞組電纜的特殊地方在於可以降低由於外界磁場的影響而使繞組電纜產生的很大的熱量，且該繞組電纜可以進行有效的接地。本發明的產品可以作為變壓器、電抗器等的繞組使用，能替代傳統的油紙絕緣的油浸變壓器和環氧樹脂澆注的乾式變壓器，同時採用電纜繞組繞制的變壓器不需要象傳統的油浸變壓器進行定期維護。
文檔編號H01F27/28GK1542877SQ0311833
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月29日 優先權日2003年4月29日
發明者劉堅棟, 杜新梅, 劉軍 申請人:新疆特變電工股份有限公司