一种高铁牵引机车用高压直流电缆及其制备方法技术

一种高铁牵引机车用高压直流电缆，包括由内而外依序设置的导体芯(10)、绝缘填料层(20)、功能屏蔽层(30)和功能护套层(40)；功能屏蔽层(30)和功能护套层(40)之间设有所述冷却层(50)；泡沫金属螺旋带(60)，所述泡沫金属螺旋带(60)底面低热阻地接触功能屏蔽层(30)的任一层且同轴线螺旋设置于该层之外，共挤工艺挤包时，冷却层的熔融材料填充到泡沫金属螺旋带(60)下部与所述层结合，功能护套层(40)的熔融材料填充泡沫金属螺旋带的上部并使得所述泡沫金属螺旋带(60)顶面与功能护套层(40)外曲面重合。所述高铁牵引机车用高压直流电缆，使得散失热量的能力大为增加。使得散失热量的能力大为增加。使得散失热量的能力大为增加。

【技术实现步骤摘要】
一种高铁牵引机车用高压直流电缆及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电力电缆的
，具体涉及一种高铁牵引机车用高压直流电缆及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁路、地铁和高铁电用电缆，按用途分为四大类：牵引机车用电缆、通信设备用电缆、车辆电器部件用电缆和车站站台电器用电缆。技术要求高的是高铁牵引机车用电缆，机车车辆用30kV单相电力电缆主要用于牵引机车车辆内外部连接受电弓、主断路器、牵引变压器等高压设备，为牵引机车供电设备传输电能。该电缆的使用环境恶劣，故应具有环保、安全性高、耐油、耐酸碱腐蚀、耐臭氧、耐湿、耐日光、耐冲击、耐高温等特性。
[0003]现有技术的高铁高压直流电缆，主要存在温度梯度效应的问题。在工况运行过程中，直流高压电缆内导体将会产生较大热量，由于绝缘层对内导体的包覆作用和绝缘层自身导热性能等问题，导致绝缘层由内及外存在较大的温度差异，在电缆绝缘材料内部形成非均一温度场。如果绝缘材料的直流电导率受温度的影响较大，则非均一温度场将导致绝缘材料内部电导率的空间分布差异高达约3个数量级，从而引起电场畸变，甚至电场极性发生反转。XLPE绝缘高压绝缘电缆的绝缘层内电场分布与绝缘层温度梯度有关，绝缘层温度梯度将直接影响电缆绝缘状态和使用寿命。因此，电缆不仅要关注导体温度，还应关注绝缘层温度梯度。
[0004]解决绝缘层温度梯度效应的关键在于提高绝缘材料的导热性能，目前国内外研究学者应用最多的方法是在绝缘材料中掺杂高热导率的纳米颗粒(如SiC、MgO等)，该类方式既可提高现有绝缘材料的导热性能，又可以保证材料的物理机械性能满足实际生产应用。
[0005]芜湖航天特种电缆厂股份有限公司公开的电缆用绝缘填料及其制备方法(
CN108623841 A20181009
)将活性炭、壳聚糖与氟化氢混合后、干燥并进行煅烧得到氟掺杂碳；2)将云母粉、所述氟掺杂碳、白炭黑、陶瓷纤维、氮化硼和氮化铝进行混合、研磨后进行热处理。该电缆用绝缘填料作为点电缆绝缘护套的制备原料，能够提高制得的电缆护套的绝缘性能、导热性能和机械性能。将制得的电缆用绝缘填料A1
‑
A3仅给出老化后的拉伸强度，未给出导热率提高的相对数据。
[0006]如何在不降低绝缘填料的介电特性的同时，使得导体和电缆绝缘填料有改良的导热能力和较好的柔软度，是高压直流电缆领域的关键技术难题。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高铁牵引机车用高压直流电缆及其制备方法，解决导体和绝缘填料的导热问题。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的，一种高铁牵引机车用高压直流电缆，包括由内而外依序设置的导体芯、绝缘填料层、功能屏蔽层和功能护套层；
[0009]冷却层，所述冷却层设置在功能屏蔽层和功能护套层之间，所述冷却层用于吸收
导体芯和绝缘填料层的热量；冷却层和功能护套层采用多层共挤工艺挤包成型；
[0010]泡沫金属螺旋带，所述泡沫金属螺旋带底面低热阻地接触功能屏蔽层的任一层且同轴线螺旋设置于该层之外，共挤工艺挤包时，冷却层的熔融材料填充到泡沫金属螺旋带下部与所述层结合，功能护套层的熔融材料填充泡沫金属螺旋带的上部并使得所述泡沫金属螺旋带顶面与功能护套层外曲面重合。
[0011]进一步地，所述绝缘填料层为XLPE绝缘填料混入非金属络段,所述非金属络段表面喷涂纳米非金属导热颗粒。
[0012]进一步地，所功能屏蔽层由内而外依序包括金属屏蔽层、绕包阻水带、铝塑复合带、高阻燃包带和可选择的铜带铠装，功能屏蔽层采用绕包工艺成型；泡沫金属螺旋带底面通过导热聚合物粘结于功能屏蔽层的任一层时，后续需绕包的层与泡沫金属螺旋带搭接并同时绕包成型，冷却层和功能护套层采用多层共挤工艺挤包成型，冷却层和功能护套层先后填充所述泡沫金属螺旋带。
[0013]进一步地，所述泡沫金属螺旋带包括多段首尾间隔排列的泡沫金属螺旋段，所述泡沫金属螺旋段底面分别粘结于浸渍导热胶的基底织物。
[0014]进一步地，所述非金属络段(21)为丝瓜络纤维段，所述丝瓜络纤维段从晾干的丝瓜囊中抽取，切断成3
‑
5mm长的短纤维段；所述非金属络段混入绝缘填料层，所述非金属络段的混入比例为5
‑
10wt％。
[0015]进一步地，所述冷却层为高导热聚合物基复合材料,所述高导热聚合物基复合材料的热导率λ>2.5W/(m
·
K)。
[0016]进一步地，泡沫金属螺旋带为开孔型泡沫铜、铝，孔密度为80
‑
10PPI；所述泡沫金属螺旋带宽度在3
‑
15mm，绕包节距为15
‑
65mm。
[0017]进一步地，还包括位于功能护套层之外的第二冷却层，所述第二冷却层与功能护套层、冷却层共挤出，第二冷却层与所述泡沫金属螺旋带顶曲面结合。
[0018]一种所述高铁牵引机车用高压直流电缆的制作方法，
[0019]包括如下步骤：
[0020]1)导体瓣绕包制得导体芯
[0021]a导体瓣，多根铜导体绞合机绞合为一股并通过一定横截面形状的紧压模具，挤包半导电复合层,成型为导体瓣；
[0022]b绕包制成导体芯，至少3个导体瓣中心夹内芯体绞合并绕包合成云母带束紧为一定外径的圆形截面；
[0023]2)挤包绝缘填料层
[0024]a准备导热纤维，
[0025]抽取植物纤维并切断成非金属络段，喷涂纳米导电颗粒，干燥；
[0026]b准备导热绝缘填料，将5
‑
10wt％的非金属络段混入XLPE绝缘填料，混匀制得导热绝缘填料；
[0027]c挤包绝缘填料层，挤压式模芯中穿设导体芯，将导热绝缘填料进料至挤出机，熔融后连续压缩挤出到模套和模芯之间的环形腔中成型为绝缘填料层；
[0028]3)绕包功能屏蔽层
[0029]将功能屏蔽层各层依序绕包至绝缘填料层外；
[0030]4)绕包泡沫金属螺旋带
[0031]将所述泡沫金属螺旋带绕包至所述功能屏蔽层外，制得共挤缆芯；
[0032]5)冷却层、功能护套层共挤出
[0033]将挤压式模具的模芯中心穿设所示共挤缆芯，冷却层、功能护套层先后挤包于共挤缆芯外；
[0034]6)脱气，将整段电缆放入70℃恒温烘箱170
‑
200h制得所述高铁牵引机车用高压直流电缆。
[0035]进一步地，内芯体为绝缘绳，所述绝缘绳为吸水聚氨酯泡沫挤出成型为圆柱状并120℃后固化1h制得。
[0036]所述高铁牵引机车用高压直流电缆，在设置冷却层和泡沫金属螺旋带构成的散热结构的同时绝缘填料层混入导热纤维，使得散失热量的能力大为增加，相比没有设置上述结构的同型号商用高压直流XLPE绝缘线缆，24h连续输电试验中，导体和绝缘填料层的温度分别降低27％和35％，大大增加了高压直流电缆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，包括由内而外依序设置的导体芯(10)、绝缘填料层(20)、功能屏蔽层(30)和功能护套层(40)；冷却层(50)，所述冷却层(50)设置在功能屏蔽层(30)和功能护套层(40)之间，所述冷却层(50)用于吸收导体芯和绝缘填料层(20)的热量；冷却层(50)和功能护套层(40)采用多层共挤工艺挤包成型；泡沫金属螺旋带(60)，所述泡沫金属螺旋带(60)底面低热阻地接触功能屏蔽层(30)的任一层且同轴线螺旋设置于该层之外，共挤工艺挤包时，冷却层的熔融材料填充到泡沫金属螺旋带(60)下部与所述层结合，功能护套层(40)的熔融材料填充泡沫金属螺旋带的上部并使得所述泡沫金属螺旋带(60)顶面与功能护套层(40)外曲面重合。2.如权利要求1所述高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，所述绝缘填料层(20)为XLPE绝缘填料混入非金属络段(21),所述非金属络段(21)表面喷涂纳米非金属导热颗粒。3.如权利要求1或2所述高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，功能屏蔽层(30)由内而外依序包括金属屏蔽层(31)、绕包阻水带(32)、铝塑复合带(33)、高阻燃包带(35)和可选择的铜带铠装(34)，功能屏蔽层(30)采用绕包工艺成型；泡沫金属螺旋带(60)底面通过导热聚合物粘结于功能屏蔽层(30)的任一层时，后续需绕包的层与泡沫金属螺旋带(60)搭接并同时绕包成型，冷却层(50)和功能护套层(40)采用多层共挤工艺挤包成型，冷却层(50)和功能护套层(40)先后填充所述泡沫金属螺旋带(60)。4.如权利要求1所述高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，所述泡沫金属螺旋带(60)包括多段首尾间隔排列的泡沫金属螺旋段，所述泡沫金属螺旋段底面分别粘结于浸渍导热胶的基底织物。5.如权利要求2所述高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，所述非金属络段(21)为丝瓜络纤维段，所述丝瓜络纤维段从晾干的丝瓜囊中抽取，切断成3
‑
5mm长的短纤维段；所述非金属络段(21)混入绝缘填料层(20)，所述非金属络段(21)的混入比例为5
‑
10wt％。6.如权利要求1所述高铁牵引机车用高压直流电缆，其特征在于，所述冷却层(50)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁嘉敏，丁忠海，
申请(专利权)人：飞洲集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：