耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜及其製造方法和模具的製作方法

2023-05-16 01:32:51

專利名稱：耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜及其製造方法和模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐高溫、耐輻射無機絕緣中空電纜及其製造方法和模具，屬於輸 電電纜及高溫繞組線技術領域。
背景技術：
電纜作為輸送電力的介質要求損耗低，但是電纜當溫度升高時，電力損耗就很變 得嚴重。因此如何控制電纜的溫度是從事研究電力輸送電纜技術領域人員的主要課題。申 請號為2009100687 . 7的中國發明專利，公開了一種中空自冷電纜，該電纜是在金屬螺旋 軟管外層纏繞電纜導體製成的中空電纜。該電纜的導體上擠包有塑料絕緣層和護套層。施 工時將電纜的一端安裝在高層建築內電纜井的頂部，然後將電纜固定在電纜井內，將電纜 的另一端與電纜井下端的分電箱或地下室的配電櫃連接，由於該電纜導體是由金屬螺旋軟 管支撐的空心導體，就好像煙囪一樣，當電纜溫度升高時導體內的空氣溫度隨之升高變輕 上升，冷空氣從底部進入電纜導體內使電纜導體溫度降低，周而復始形成自身的冷卻系統， 從而達到電纜的自身冷卻，提高電纜的單位面積載流量。對於長度遠遠大於直徑的電纜來 說，實際上通過冷熱空氣的密度差來實現空氣對流，來使得導體降溫，這樣的作用是微乎其 微的，因此，該發明的控溫效果並不好，可承受的環境溫度不高。該發明顯然無法用於溫度 高達1000°C以上並存在強輻射的核電站、核聚變裝置、航空航天等領域。

發明內容
本發明的目的是為解決上述技術問題，提供一種可在導體中通入冷媒的耐高溫耐 輻射無機絕緣中空電纜。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的
耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，包括導體、包覆在導體外的絕緣層以及包覆在絕 緣層外的金屬護套層，所述導體為單層中空金屬管，所述絕緣層由純度為99%以上粒度為 180 μ m以下的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽中的一種或多種的混合物製成。本發明上述技術方案中，中空金屬管導體區別於申請號為200910068728. 7的中 國發明專利公開的一種中空自冷電纜的導體。它是在金屬螺旋軟管外層纏繞電纜導體制 成，而本發明的中空導體是自身中空的一個單層的無縫金屬管。結構上不同，因此製造方法 上差異很大。本發明是先將外模、護套、氧化鎂或氧化鋁或二氧化矽瓷柱、中空導體以及內 模裝配成坯料後，然後通過多次拉拔及退火工藝後製成。由於結構的不同，因此使用方法以 及用途上也有不同，背景技術所述的中空自冷電纜，在使用時將其豎起通過空氣對流實現 降溫；而本發明在使用時，可以通入冷卻液體，通過熱傳導的方式實現對電纜的降溫，再加 上材料的特殊性使得本法明明可用在環境溫度高達1000°c以上的場所長時間使用。本發明 中對絕緣層的材料要求很高，氧化鎂、氧化鋁或者二氧化矽的純度要求達到99%以上，粒度 要求在180 μ m以下。作為上述技術方案的優選，所述導體為單層中空無縫銅管。
作為上述技術方案的優選，所述單層中空金屬管內裝配有導熱陶瓷管。當本發明的中空金屬管內裝配有導熱陶瓷管時，所配合使用的冷卻液體可以是一 般的液體。本發明的另一個目的是提供一種中空電纜的製造方法，該方法包括以下步驟
①將純度為99%以上粒度180μ m以下的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽粉末除鐵處理後， 進行造粒；
②將造粒好的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽送入乾粉壓機壓製成導熱絕緣瓷柱，經 1200°C的溫度加熱後冷卻至100°C，完成燒結；
③將燒結後的絕緣瓷柱置入金屬護套管內，然後將單層中空金屬管導體穿入氧化鎂、 氧化鋁或二氧化矽的瓷柱預製孔中裝配成中空電纜坯料；
④在所述中空電纜坯料的單層中空金屬管導體內塗上潤滑油，並在單層中空金屬管導 體內置入內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行拉拔；
⑤拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量5PPM、壓強0.3MPa的 氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫4%的氮氫混合氣置 換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑥再在經過上次熱處理的中空電纜坯料的單層中空金屬管導體內塗上潤滑油，並在單 層中空金屬管導體內置入直徑更小的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行再 次的拉拔；
⑦拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量<5PPM、壓強 ^ 0. 3MPa的氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫2 4% 的氮氫混合氣置換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑧重複步驟⑥⑦直至所述中空電纜檢測合格。本發明的再一個目的是提供一種用於製造上述電纜的模具，它包括圓環形外模 (4)和圓柱形內模(5)，所述外模的入口處內邊緣為一斜面，該斜面與外模緣口平面(41)的 夾角為108 112°，並且該斜面與外模緣口平面(41)以弧面圓滑過渡連接；所述內模(5) 與外模(4)相配合併游離於所述外模(4)，所述內模(5)圓柱形兩端直徑不等且呈6 7° 的坡面平滑過渡。由於模具的特殊結構才能實現對上述中空電纜的製造。特別是內模與外模相配合 並游離於所述外模，所述內模柱形兩端直徑不等且呈6 7°的坡面平滑過渡。模具的這一 技術特徵不僅實現了對中空電纜的拉拔加工方式，而且製造出來的中空電纜在物理性能上 達到強度高內應力基本被消除，另外在電氣性能上遠勝於背景技術的電纜。使用本發明方法和模具製得的中空電纜，具有以下電氣性能 絕緣阻值室溫下不小於10000 M Ω ；
常溫耐壓試驗3500Vac/5min，無擊穿；
高溫耐壓試驗500°C條件下，2500Vac/5min，無擊穿；
長期工作溫度不低於1000°C。綜上所述，本發明具有以下有益效果
本發明耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，具有良好的電氣性能，能在超過1000°c的溫 度下長期工作，適用於核電站、核聚變裝置、航空航天等領域。


圖1是本發明的結構示意圖2是本發明的模具結構示意圖。圖中，1-導體，2-絕緣層，3-護套層，4-外模，5-內模，41-外模緣口平面。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人 員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本 發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。實施例一
如圖1所示，耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，由內到外依次由導體1、絕緣層2和護套 層3構成。所述導體1為單層中空無縫銅管，絕緣層2為氧化鎂絕緣層，護套層3為不鏽鋼管。如圖2所示，一種用於製造上述電纜的模具，它包括圓環形外模4和圓柱形內模5， 所述外模的入口處內邊緣為一斜面，該斜面與外模緣口平面41的夾角為108°，並且該斜 面與外模緣口平面41以弧面圓滑過渡連接；所述內模5與外模4相配合併游離於所述外模 4，所述內模5圓柱形兩端直徑不等且呈6°的坡面平滑過渡。上述中空電纜是通過以下方法製造的
①將純度為99%以上粒度180μ m以下的氧化鎂粉末除鐵處理後，進行造粒；
②將造粒好的氧化鎂送入乾粉壓機壓製成導熱絕緣瓷柱，然後經1200°C的溫度加熱後 冷卻至100°C，完成燒結；
③將燒結後的氧化鎂絕緣瓷柱置入外徑為65mm壁厚度為2.2mm的不鏽鋼管內，再將外 徑為50mm壁厚度為8. 3mm的單層中空無縫銅管導體穿入氧化鎂瓷柱的預製孔中裝配成中 空電纜坯料；
④在所述中空電纜坯料的單層中空無縫銅管導體內塗上潤滑油，並在所述銅管導體內 置入直徑為33. 3mm的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行拉拔；
⑤拉拔完成並脫模後，對所述銅管導體內部用含氧量5PPM、壓強0.3MPa的氮氣進行衝 洗置換，衝洗置換完成後再向所述銅管導體內注入含氫4%的氮氫混合氣置換，然後在所述 銅管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑥再在經過上次熱處理的中空電纜坯料的單層中空無縫銅管導體內塗上潤滑油，並在 所述銅管導體內置入直徑為31. 7mm的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行再 次的拉拔；
⑦拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量5PPM、壓強0.3MPa的 氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫4%的氮氫混合氣置 換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑧重複步驟⑥⑦直至所述中空電纜檢測合格。通過上述方法製得的中空電纜的電氣性能如下絕緣阻值室溫下15000 M Ω ； 常溫耐壓試驗3500Vac/5min，無擊穿； 高溫耐壓試驗500°C條件下，2500Vac/5min，無擊穿； 長期工作溫度不超過2000°C。上述中空電纜，在使用時配合使用冷卻液體。該電纜可用於核電站、核聚變裝置、 航空航天等領域。實施例二
如圖1所示，耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，由內到外依次由導體1、絕緣層2和護套 層3構成。所述導體1為純鎳管，絕緣層2為氧化鋁絕緣層，護套層3為不鏽鋼管。如圖2所示，一種用於製造上述電纜的模具，它包括圓環形外模4和圓柱形內模5， 所述外模的入口處內邊緣為一斜面，該斜面與外模緣口平面41的夾角為112°，並且該斜 面與外模緣口平面41以弧面圓滑過渡連接；所述內模5與外模4相配合併游離於所述外模 4，所述內模5柱形兩端直徑不等且呈7°的坡面平滑過渡。上述中空電纜是通過以下方法製造的
①將純度為99%以上粒度180μ m以下的氧化鋁粉末除鐵處理後，進行造粒；
②將造粒好的氧化鋁送入乾粉壓機壓製成導熱絕緣瓷柱，然後經1300°C的溫度加熱後 冷卻至120°C，完成燒結；
③將燒結後的氧化鋁絕緣瓷柱置入外徑為65mm壁厚度為2.2mm的不鏽鋼管內，再將外 徑為50mm壁厚度為8. 3mm的單層中空無縫純鎳管導體穿入氧化鋁瓷柱的預製孔中裝配成 中空電纜坯料；
④在所述中空電纜坯料的單層中空無縫純鎳管導體內塗上潤滑油，並在所述純鎳管導 體內置入直徑為33. 3mm的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行拉拔；
⑤拉拔完成並脫模後，對所述純鎳管導體內部用含氧量4PPM、壓強0.5MPa的氮氣進行 衝洗置換，衝洗置換完成後再向所述銅管導體內注入含氫2、的氮氫混合氣置換，然後在所 述純鎳管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑥再在經過上次熱處理的中空電纜坯料的單層中空無縫純鎳管導體內塗上潤滑油，並 在所述純鎳管導體內置入直徑為31. 7mm的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進 行再次的拉拔；
⑦拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量4PPM、壓強0.5MPa的 氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫2、的氮氫混合氣置 換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；
⑧重複步驟⑥⑦直至所述中空電纜檢測合格。通過上述方法製得的中空電纜的電氣性能如下 絕緣阻值室溫下10000 M Ω ；
常溫耐壓試驗3500Vac/5min，無擊穿；
高溫耐壓試驗500°C條件下，2500Vac/5min，無擊穿；
長期工作溫度不超過1500°C。通過上述方法製得的電纜再在其內壁裝配一個導熱陶瓷管，則所使用的冷媒可以 是一般的液體。
權利要求
1.耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，包括導體(1)、包覆在導體(1)外的絕緣層(2)以 及包覆在絕緣層外的金屬護套層(3)，其特徵在於所述導體(1)為單層中空金屬管，所述 絕緣層由純度為99%以上粒度為180 μ m以下的氧化鎂、氧化鋁、二氧化矽中的一種或多種 的混合物製成。
2.根據權利要求1所述的耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，其特徵在於所述導體(1) 為單層中空無縫銅管。
3.根據權利要求1所述的耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，其特徵在於所述單層中 空金屬管內裝配有導熱陶瓷管。
4.如權利要求1或2所述的耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜的製造方法，包括以下步驟①將純度為99%以上粒度180μ m以下的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽粉末除鐵處理後， 進行造粒；②將造粒好的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽送入乾粉壓機壓製成導熱絕緣瓷柱，經 1200 1300°C的溫度加熱後冷卻至100 120°C，完成燒結；③將燒結後的絕緣瓷柱置入金屬護套管內，然後將單層中空金屬管導體穿入氧化鎂、 氧化鋁或二氧化矽瓷柱的預製孔中裝配成中空電纜坯料；④在所述中空電纜坯料的單層中空金屬管導體內塗上潤滑油，並在單層中空金屬管導 體內置入內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行拉拔；⑤拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量<5PPM、壓強 ^ 0. 3MPa的氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫2 4% 的氮氫混合氣置換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；⑥再在經過上次熱處理的中空電纜坯料的單層中空金屬管導體內塗上潤滑油，並在單 層中空金屬管導體內置入直徑更小的內模，再將所述中空電纜坯料置入外模，然後進行再 次的拉拔；⑦拉拔完成並脫模後，對所述單層中空金屬管導體內部用含氧量<5PPM、壓強 ^ 0. 3MPa的氮氣進行衝洗置換，衝洗置換完成後再向中空金屬管導體內注入含氫2 4% 的氮氫混合氣置換，然後在中空金屬管導體兩端封堵，進行熱處理；⑧重複步驟⑥⑦直至所述中空電纜檢測合格。
5.一種用於製造上述中空電纜的模具，其特徵在於它包括圓環形外模(4)和圓柱形 內模(5)，所述外模的入口處內邊緣為一斜面，該斜面與外模緣口平面(41)的夾角為108 112°，並且該斜面與外模緣口平面(41)以弧面圓滑過渡連接；所述內模(5)與外模(4)相 配合併游離於所述外模(4)，所述內模(5)圓柱形兩端直徑不等且呈6 7°的坡面平滑過渡。
全文摘要
本發明涉及一種耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜及其製造方法和模具，屬於輸電電纜及高溫繞組線技術領域。耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，包括導體、包覆在導體外的絕緣層以及包覆在絕緣層外的護套層，所述導體為中空金屬管，所述絕緣層由純度為99%以上粒度為180μm以下的氧化鎂、氧化鋁或二氧化矽中的一種或多種的混合物製成。本發明耐高溫耐輻射無機絕緣中空電纜，具有良好的電氣性能，導體內可通入冷媒，能在超過1000℃的溫度下長期工作，適用於核電站、核聚變裝置、航空航天等領域。
文檔編號H01B7/42GK102110495SQ20101058257
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者姚坤方, 張建華, 張水榮, 羅才謨 申請人:久盛電氣股份有限公司