相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管的製作方法
2023-09-24 12:58:10
相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，涉及高壓電纜連接【技術領域】。本發明包括管體，所述管體分為內管和外管，在內管和外管之間填充有填充物，所述填充物包括複合相變材料。該連接管利用有機複合相變材料的相變控溫功能，降低電纜接頭的溫度，控制電纜接頭熱老化進程，避免衝擊負荷等造成的電纜接頭過熱故障，延長電纜的使用壽命。
【專利說明】相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓電纜【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著國家對電力行業投入的進一步加大和城網改造工作的進一步深入，電力電纜得到了越來越廣泛的應用。但是，隨著電纜使用量的增加，電纜的中間接頭劇增，接頭處的故障和由此而引發的事故就越來越顯露出來。中間接頭是高壓電纜的薄弱環節，原因在於電纜中間頭的製作過程中，電纜末端絕緣被切斷，從而引起該處電場發生畸變。畸變的場強在導線連接管以及外護套上將產生相當大的附加損耗，從而加速電纜中間接頭的熱老化過程，嚴重時引發電纜接頭熱故障。
[0003]電纜接頭熱故障可分為外部熱故障和內部熱故障兩類。電纜接頭的外部熱故障主要指裸露接頭由於壓接不良等原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環而造成重大故障隱患。電纜接頭內部熱故障的特點是故障點密封在絕緣材料或金屬外殼中。內部熱故障一般都表現為發熱時間長而且較穩定，與故障點周圍導體或絕緣材料發生熱量傳遞，使局部溫度升高而引發熱擊穿。
[0004]另外，電介質在高溫作用下，短時間內就能發生明顯的損壞。即使溫度比短時允許溫度低，但作用時間很長時，絕緣性能也常會發生不可逆的變化，這就是電介質的熱老化。電纜接頭熱老化使得絕緣材料的電氣和機械性能同時產生劣化，絕緣壽命減少。特別地，熱老化還使得材料的伸長率、拉伸強度等機械特性變差。例如，XLPE材料的拉伸率被認為從初始的400%?600%降低到100%時壽命終止。
[0005]高壓電纜接頭熱老化的原因一方面由於其深埋地下，工作環境本身處於密封環境中，其散熱困難，造成電纜接頭溫度居高不下。但其主要原因還是在於高壓電纜接頭處本身產生的比較大的熱量所致，如電能損耗、局部放電引起較大的溫升。當電纜在正常負荷運行時，接頭內部的溫度可達100°c，當電纜滿負荷時，電纜芯線溫度達到90°C，接頭溫度會達140°C左右，當溫度再升高時，接頭處的氧化膜加厚，接觸電阻隨之加大，在一定通電時間的作用下，接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物，導致故障發生。
[0006]電纜過熱故障可引起火災導致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時間內無法恢復生產，造成重大經濟損失。通過對事故的分析，電纜接頭過熱是引起電纜火災的直接原因，電纜接頭過熱是因為接頭壓接頭不緊、接頭氧化等導致接觸電阻過大，長期的高溫運行使絕緣下降並擊穿，最後導致電纜火災的發生。因此有必要採取相應措施控制高壓電纜熱老化進程，防止電纜接頭過熱，延長高壓電纜及接頭使用壽命。溫度是電纜接頭安全運行的一個十分重要的參數，也是影響其熱老化最為重要的因素。實驗研究和實際運行經驗都表明，降低電纜運行時的導體溫度可以延緩電纜接頭的熱老化速率。綜上，改善電纜接頭導體連接管的結構、增強電纜接頭自冷卻能力，是防止電纜接頭過熱、延長電纜使用壽命的有效方法。
[0007]國標GB14315《電力電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》對接頭連接管做了相關規定。常規連接管均按照該標準設計，分為GT(J)S、GT(J)、GL(J)、GLM(J)四類八種。按國標GB14315設計的常規連接管，考慮了壓接後連接管的機械強度、電氣性能以及壓接工藝等要求，通常可以滿足電纜接頭熱穩定的要求。然而，由於現場操作人員技能水平參差不齊以及實際接頭製作千差萬別，致使常規設計的連接管及電纜接頭很難滿足相關電氣性能等要求。從而，加速電纜接頭熱老化，引起接頭過熱甚至故障等。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，該連接管利用複合相變材料的相變控溫功能，降低電纜接頭的溫度，控制電纜接頭熱老化進程，避免衝擊負荷等造成的電纜接頭過熱故障，延長電纜的使用壽命。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:一種相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，包括管體，所述管體分為內管和外管，在內管和外管之間填充有填充物，所述填充物包括複合相變材料。
[0010]進一步的，所述複合相變材料為有機複合相變材料。
[0011]進一步的，所述有機複合相變材料為金屬基導熱增強型複合相變儲能材料。
[0012]進一步的，所述填充物全部為複合相變材料。
[0013]進一步的，所述內管和外管之間設有加強筋。
[0014]進一步的，所述加強筋沿圓周方向均布有3條以上，內管和外管的間隙互相連通。
[0015]進一步的，所述加強筋、內管和外管均為金屬材料。
[0016]進一步的，所述加強筋為四條。
[0017]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:本發明是將複合相變材料填充在連接管內，利用複合相變材料的相變控溫功能，降低電纜接頭的運行溫度，控制電纜接頭熱老化進程，避免衝擊負荷等造成的電纜接頭過熱故障，延長電纜的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1中A-A剖視圖；
圖3是本發明具體實施狀態的結構示意圖
圖中:1、管體；2、外管；3、加強筋；4、內管；5、填充物；6、應力控制管；7、連接管；8、夕卜
半導電管；9、內絕緣管；10外絕緣管。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0020]相變材料(簡稱PCM)是一類特殊的功能性材料，其能在等溫或近似等溫的情況下發生相變(多數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用的原因和基礎。複合相變材料克服了傳統相變材料在使用過程中的許多問題，具有許多優異的性能:(I)儲存熱能量大，溫度可調控。(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，大大減少了生產成本。(3)材料相變過程中體積變化較小,形狀穩定,是一種環境友好型材料。(4)性能穩定，無過冷現象和相分離現象，使用壽命長。因此有機複合相變材料日益受到研究者的重視，被視為最有發展前途的相變材料之一。
[0021]目前該材料的主要被應用於如下領域:(I)用作控溫材料，用有機複合相變材料製成了自動控溫的外殼、蓋板、散熱板，大功率電子元件的吸熱池等產品。(2)儲熱節能家用電器。儲熱節能的電飯鍋、電燜鍋、電熨鬥等產品。(3)大功率電子元件的熱調控。如用於電腦處理器、大功率輸出電子元件的吸熱池和界面傳熱材料。(4)空調系統的中間熱介質。將有機相變材料用於空調設備系統的中間熱介質，可以有效地降低壓縮系統的溫度和壓力，提高設備的熱效率。(5)用作調溫材料，如現在已經流通於市場的自動調溫房屋建築材料，自動調溫服裝、被褥等，自動調溫的泡沫塑料材料。此外，在化妝品、太陽能利用、調溫纖維等多個領域也得到廣泛應用。
[0022]本發明包括管體1，所述管體I分為內管4和外管2,在內管4和外管2之間填充有填充物5，所述填充物5包括複合相變材料；所述複合相變材料優選為有機複合相變材料；所述有機複合相變材料優選為金屬基導熱增強型複合相變儲能材料；所述複合相變材料優選為複合定型相變材料，定型相變優選為固-固相變。
[0023]所述填充物5可全部為複合相變材料。
[0024]所述內管4和外管2之間設有加強筋3 ;所述加強筋3沿圓周方向均布有3條以上，優選為4條，對管體I起支撐加強的作用，內管4和外管2的間隙互相連通，填充物5填入內管4和外管2的間隙，並使之密實。
[0025]所述加強筋3、內管4和外管2均為同種金屬材料。
[0026]本發明基於有機複合相變材料，對電纜連接管的結構進行優化，設計了一種具有自冷卻功能的相變控溫連接管。該發明旨在革新電纜連接管的結構，利用有機複合相變材料的相變控溫功能，降低電纜接頭的運行溫度，控制電纜接頭熱老化進程，避免衝擊負荷等造成的電纜接頭過熱故障，延長電纜的使用壽命。
[0027]以下是對本發明的詳細描述:
一、本發明能夠解決的技術問題為:
(I)控制電纜接頭熱老化進程
電介質在高溫作用下，短時間內就能發生明顯的損壞。即使溫度比短時允許溫度低，但作用時間很長時，絕緣性能也常會發生不可逆的變化，這就是電介質的熱老化。熱老化使得電纜接頭絕緣材料的電氣和機械性能同時產生劣化，絕緣壽命減少，但是最顯著的表現還是材料的伸長率、拉伸強度等機械特性的變化。例如，XLPE材料的拉伸率被認為從初始的400%?600%降低到100%時壽命終止。
[0028]高壓電纜接頭熱老化的原因一方面由於其深埋地下，工作環境本身處於密封環境中，其散熱困難，造成電纜接頭溫度居高不下。但其主要原因還是在與高壓電纜接頭處本身產生的比較大的熱量所致，如電能損耗、局部放電引起較大的溫升。當電纜在正常負荷運行時，接頭內部的溫度可達100°c，當電纜滿負荷時，電纜芯線溫度達到90°C，接頭溫度會達140°C左右，當溫度再升高時，接頭處的氧化膜加厚，接觸電阻隨之加大，在一定通電時間的作用下，接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物，導致故障發生。
[0029]該連接管通過採用有機複合相變材料，吸收長期運行時電纜導體的熱量，可精確控制電纜導體溫度於最大長期工作溫度以內，其誤差不超過IV。該相變控溫連接管通過降低最大長期工作溫度至合理的範圍(一般不超過90°C )，從而實現了對電纜接頭熱老化進程的控制。
[0030](2)防止電纜接頭過熱故障
電纜接頭熱故障可分為外部熱故障和內部熱故障兩類。電纜接頭的外部熱故障主要指裸露接頭由於壓接不良等原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環而造成重大故障隱患。電纜接頭內部熱故障的特點是故障點密封在絕緣材料或金屬外殼中。內部熱故障一般都表現為發熱時間長而且較穩定，與故障點周圍導體或絕緣材料發生熱量傳遞，使局部溫度升高而引發熱擊穿。
[0031]電纜過熱故障可引起火災導致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時間內無法恢復生產，造成重大經濟損失。通過理論研究和對事故的分析，電纜接頭過熱是引起電纜火災的直接原因，電纜接頭過熱是因為接頭壓接頭不緊、接頭氧化等導致接觸電阻過大，長期的高溫運行使絕緣下降並擊穿，最後導致電纜火災的發生。
[0032]該連接管通過革新其結構設計，不僅可以有效防止電纜接頭外部熱故障，對其內部熱故障也有很好的抑制能力，對由壓接不良導致的接觸電阻過大、接頭局部過熱由很好的魯棒性。通過主動吸收運行導體產生的熱量，避免其傳導至接頭絕緣層引發絕緣失效，從而有效防止接頭過熱引發的電纜故障。
[0033](3)延長電纜接頭的使用壽命
電纜絕緣的使用壽命(單位為年)和長期運行溫度的關係可用下式表示，即
【權利要求】
1.一種相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，包括管體(1)，其特徵在於:所述管體(I)分為內管(4)和外管(2),在內管(4)和外管(2)之間填充有填充物(5),所述填充物(5)包括複合相變材料。
2.根據權利要求1所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述複合相變材料為有機複合相變材料。
3.根據權利要求2所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述有機複合相變材料為金屬基導熱增強型複合相變儲能材料。
4.根據權利要求1所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述填充物(5)全部為複合相變材料。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述內管(4)和外管(2)之間設有加強筋(3)。
6.根據權利要求5所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述加強筋(3)沿圓周方向設有3條以上，內管(4)和外管(2)的間隙互相連通。
7.根據權利要求5所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述加強筋(3)、內管(4)和外管(2)均為金屬材料。
8.根據權利要求5所述的相變控溫式高壓電纜中間接頭連接管，其特徵在於:所述加強筋(3)為四條。
【文檔編號】H02G15/18GK104037717SQ201410296647
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】郭剛, 郝春生, 郜志, 李雪松, 韓衛星, 張金彪 申請人:國家電網公司, 國網河北省電力公司邯鄲供電分公司