相變控溫式高壓電纜的製作方法
2023-08-04 12:35:46 1
相變控溫式高壓電纜的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種相變控溫式高壓電纜，涉及電力電纜【技術領域】。本發明包括電纜內芯和電纜外層，所述電纜內芯從內到外依次為線芯、絕緣層、屏蔽層，所述電纜外層從內到外依次為繞包層、內護層、鎧裝層和外護層，在所述電纜內芯和電纜外層之間為填充層，所述填充層為複合相變材料。該電纜節能、環保、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
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓電纜【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高壓電纜的傳輸容量取決於熱平衡狀態下電纜內外絕緣材料的溫升。對於常規結構的電纜，導體產生的熱量經由內外屏蔽層、絕緣層、填充層、內護套、鋼帶鎧裝層、PVC護套，最後散發到空氣中或土壤中。目前高壓電纜採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的效率，不利於電纜導體的散熱和冷卻。嚴重時，可引起電纜局部溫升過高，甚至導致熱擊穿。
[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並能提供潛熱的物質。轉變物理性質的過程稱為相變過程，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。相變材料的分類相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和複合PCM三類，有機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。
[0004]有機複合相變材料已在包括太陽能、工業餘熱回收、建築材料、空調蓄冷、電子器件、電池散熱、化妝品、調溫纖維等多個領域得到廣泛應用。相變材料的研究正成為世界範圍內的研究熱點，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，不同穩定性等)的PCM正在快速地被開發出來，並不斷地為這些材料的應用拓展新的領域。
【發明內容】
[0005]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，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、過載能力和熱穩定性，延長電纜使用壽命。
[0006]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，包括電纜內芯和電纜外層，在所述電纜內芯和電纜外層之間為填充層，所述填充層中包括複合相變材料。
[0007]進一步的，所述複合相變材料為有機複合相變材料。
[0008]進一步的，所述有機複合相變材料為石蠟基導熱增強型複合相變儲能材料。
[0009]進一步的，所述填充層全部為複合相變材料。[0010]進一步的，所述高壓電纜為高壓交聯聚乙烯電纜。
[0011]進一步的，所述複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複合相變材料，四周為由正方形直稜柱組成的導熱增強材料骨架。
[0012]進一步的，所述導熱增強材料骨架為膨脹石墨材料。
[0013]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:該電纜創新性地將導熱增強型複合相變材料應用於電力電纜的散熱冷卻，通過革新電纜填充層的材料實現三芯電纜強導熱自冷卻功能，從而提聞電力電纜的熱穩定性能；
該電纜是基於有機複合相變材料，對高壓交聯聚乙烯電纜的填充材料進行優化，提出一種強導熱自冷卻填充材料。在增加導熱性能、降低填充層熱阻的同時，利用相變冷卻熱容量大的優點，可以有效降低高壓電纜的暫態溫升。從而，防止高壓電纜長期循環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，採用導熱增強型複合相變材料，還能夠大幅度提升填充層的熱傳導效率，結合相變冷卻技術，能夠有效降低三芯電纜的穩態溫升，達到大幅度提升電纜載流量和電纜的過載能力；
該電纜節能環保，能夠利用相變自動調控溫度，能夠滿足電纜在不同環境下的需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是複合相變填充材料的微觀結構示意圖；
圖中:1、外護層；2、鎧裝層；3、內護層；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]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0016]本發明是基於有機複合相變材料，對高壓交聯聚乙烯電纜的填充材料進行優化，提出一種強導熱自冷卻填充材料。在增加導熱性能、降低填充層熱阻的同時，利用相變冷卻熱容量大的優點，可以有效降低高壓電纜的暫態溫升。從而，防止高壓電纜長期循環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，採用導熱增強型複合相變材料，還能夠大幅度提升填充層的熱傳導效率，結合相變冷卻技術，能夠有效降低三芯電纜的穩態溫升，達到大幅度提升電纜載流量的目標。
[0017]本發明包括電纜內芯和電纜外層，所述電纜內芯從內到外依次為線芯4、絕緣層
6、屏蔽層5，所述電纜外層從內到外依次為繞包層8、內護層3、鎧裝層2和外護層1，在所述電纜內芯和電纜外層之間為填充層7，所述填充層7為複合相變材料，所述複合相變材料為石蠟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。
[0018]相變材料具有在一定溫度範圍內改變其物理狀態的能力。以固一液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收並儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度範圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態發生變化時，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和複合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結晶水合鹽類、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；複合相變儲熱材料的應運而生，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用效果以及拓展其應用範圍。因此，研製複合相變儲熱材料已成為儲熱材料領域的熱點研究課題。石蠟類有機物用做相變儲能材料具有相變焓高、相變溫度範圍廣、價格低等優點，但其較低的導熱係數限制了吸/放能效率的提升。添加高導熱物質合成複合相變材料，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]本發明所產生的有益效果在於:
(1)提升電纜載流量
XLPE即交聯聚乙烯電纜的允許載流量是有導電線芯的最高允許溫度、電纜周圍的環境和電纜周圍的熱傳導等因素決定的。電纜導體運行過程中會產生熱量向周圍散發，電纜本體的導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。強導熱自冷卻填充材料採用高導熱係數的導熱增強型材料，可成倍提升填充材料的導熱性能，同時結合相變吸熱，能夠有效降低正常運行時高壓電纜的穩態溫升，從而提高電纜系統的載流量；
(2)提高電纜過載能力
高壓交聯聚乙烯絕緣電纜相較於油紙絕緣等其他電纜有許多明顯的優點，因而在配網系統居於統治地位。然而，就過載能力而言，交聯聚乙烯電纜卻略為遜色。如下表1所示:
【權利要求】
1.一種相變控溫式高壓電纜，包括電纜內芯和電纜外層，其特徵在於:在所述電纜內芯和電纜外層之間為填充層(7)，所述填充層中包括複合相變材料。
2.根據權利要求1所述的相變控溫式高壓電纜，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，其特徵在於:所述有機複合相變材料為石蠟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，其特徵在於:所述填充層全部為複合相變材料。
5.根據權利要求1所述的相變控溫式高壓電纜，其特徵在於:所述高壓電纜為高壓交聯聚乙烯電纜。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的相變控溫式高壓電纜，其特徵在於:所述複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複合相變材料，四周為由正方形直稜柱組成的導熱增強材料骨架。
7.根據權利要求6所述的相變控溫式高壓電纜，其特徵在於:所述導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 優先權日:2014年6月27日
【發明者】郭剛, 郜志, 郝春生, 李雪松, 姚孟, 陳恆 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