专利名称：一种可降低损耗的绕组电缆的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电缆技术领域，涉及一种可降低损耗的绕组电缆。
背景技术：
对于传统的电力变压器中，一般采用矩形截面导线，这种导线的形状使电场分布不均匀，在其棱角处场强较集中，易存在电气隐患。同时为了使绕组中的涡流损耗减小，沿着绕组高度方向的导线必须采用换位的方式，以使导线所收磁场均匀，因此这种变压器结构就会趋于复杂。此外，在绕组端部还需采取措施来改善电场分布和防止局部放电，同时，进一步消除传统电力变压器的控制电场对接地部件的影响，也是设计时的关键的问题之一。
常规的电缆导体多采用多芯导体绞合而成，其导体因为需要先将预制铜杆经过铜大拉机加工成细丝，然后经绞合工艺，导体制造就完成。但是采用该导体的绕组电缆作为变压器、电抗器等的绕组时，其损耗很大，同时由于导体产生的大量热量，加速了绝缘的老化，从而减少绕组电缆的寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术技术问题是要提供一种可降低损耗的绕组电缆，该绕组电缆可以降低由于外界磁场的影响而使绕组电缆产生的很大的热量，且该绕组电缆可以进行有效的接地，可作为变压器、电抗器等的绕组使用替代传统的油纸绝缘的油浸变压器和环氧树脂浇注的干式变压器的绕组，同时采用电缆绕组绕制的变压器不需要象传统的油浸变压器进行定期维护，相对于环氧树脂浇注的干式变压器而言其高压输出可以达到500kV级，而采用现有的环氧树脂浇注工艺很难实现。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该可降低损耗的绕组电缆包括导体(1)、内半导电层(2)、绝缘层(3)、外半导电层(4)，导体层与导体层之间采用导体层间绝缘(6)隔离，在电缆外半导电层(4)外加装了的导电带(5)，导电带(5)直接接地。本发明在绕组电缆的导体设计中，对导体采用分层处理，在导体层间加装了层间绝缘，根据截面积要求再经绞合、加装绝缘等工艺将其制成由绞和多芯导体和层间绝缘交替的导电线芯，然后挤上内外半导电层和绝缘层构成电缆绕组用电缆。
以下结合实施例附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明可降低损耗的绕组电缆径向2为本发明可降低损耗的绕组电缆轴向中1-导体、2-内半导电层、3-绝缘层、4-外半导电层，5-导电带 6-导体层间绝缘具体实施方式
本发明同传统的产品相比，导线也是起到传输电流作用。导体(1)由多根铜或铝线单导线采用正规绞合而成。导体通常呈同心层式，有一根中央导线，在其周围有多层同心层，通常有6、12、18、24、30、36及42根线。导体采用分层结构，导体层与导体层之间含有导体层间绝缘(6)，导体层间绝缘(6)的作用使相邻的导体层与导体层相互绝缘。导体层间绝缘使导体层与导体层间相互分隔，导体层间绝缘(6)至少能够承受10伏以上的交流电压，并且在一定的长度范围内，导体层与层之间不能相互导通。这种结构作为变压器、电抗器就可降低由于外界磁场的影响而使绕组电缆的导电线芯形成更少的涡流，来实现降低涡流损耗的作用。导体层间挤包的聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸，在150～200℃的温度，时间持续5～10分钟的条件下，其物理性能如热延伸、收缩性、热老化、断裂伸长率等不会发生很大的变化，同时，在该温度条件下，绝缘材料也不发生化学变化，且该绕组电缆在长期工作温度为70～90℃的温度，其性能也不会发生变化。
对于导电线芯绝缘的生产，可以采用目前的“三层共挤”工艺，即使内半导电层、绝缘层、外半导电层一次性挤出。随不同的电压等级、导体的截面大小选择不同的可以选择现有的生产线立塔生产线或悬链式生产线来提高产品的可靠性。
导体(1)可以由多股导线绞合而成，多股绞线中的最外层绞线至少有一根单丝与外半导电层(4)紧密接触，从而避免形成悬浮电位，加速聚合物的老化。内半导电层(2)包覆在导体(1)外，其作用是减小或消除导体的金属毛刺或尖角对绝缘的损伤，同时，内半导电层表面应光滑，无明显纹线和凸纹。对于小截面导体直接采用挤包的内半导电层。标称截面500mm2及以上的电缆可采用半导电带绕包和挤包导电层的联合组成方式；内半导电层和导电线芯是等位的，故它们之间的气隙不受电场的作用，内半导电层的物理性能介于导体和绝缘层之间，可以使三者紧密地结合在一起，降低了气隙产生放电的可能。外半导电层(4)包覆在绝缘层(3)外，起到保护绝缘免受外界损伤。对于半导电层同时具有均化电场，使偶然形成的凸纹突起屏蔽于半导电层屏蔽内，防止电场集中；外半导电层的物理性能介于导体和绝缘层之间，二者紧密地结合在一起，降低了气隙放电的可能。内半导电层、外半导电层材料是以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(交联聚乙烯)、EPR(乙丙橡胶)或硅橡胶等基底材料，在其中加入少量的碳黑和金属粉末或微小颗粒的形式均匀混合加入。
内半导电层、外半导电层的挤出厚度在0.5～1.0mm。绕组电缆的内半导电层(2)的电阻率应该在10-1～106Ω.cm的范围内，优选为1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半导电层(4)的电阻率应该在10-1～106Ω.cm的范围内，优选为1～500Ω.cm，优选为10～100Ω.cm。对于内半导电层(2)、外半导电层(4)还具有一定的隔热作用，可以防止由于运行时损耗产生的过热使绝缘加速老化。
绝缘层(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(交联聚乙烯)、EPR(乙丙橡胶)或硅橡胶等和相关的添加挤配合而成。
导电带(5)绕包在外半导电层外，绕组绕制以后其接地使其电位为零，同时具有消除切向分量，防止绝缘表面产生滑闪放电，同时解决了变压器、电抗器等绕组在通常存在的复杂接地问题，在最外层加装了稀疏绕制的薄导电带，导电带就可用于直接接地。
导体(1)的截面积处于25～3000mm2的范围内，绕组电缆的内半导电层(2)、外半导电层(4)、绝缘层(3)由聚合物制成，其具有相同的弹性模量E，E小于500MPa，最好E小于200Mpa。导体(1)、内半导电层(2)、外半导电层(4)、绝缘层(3)、导电带(5)必须具有一定的弯曲性，绕组电缆的弯曲半径为绕组电缆半径的8～12倍。
对于传统的电力变压器中，一般采用矩形截面导线，这种导线的形状使电场分布不均匀，在其四角处场强很高。为了使绕组中的涡流损耗减到最小，沿着绕组的高度方向导线必须换位，所以其使结构就趋于复杂。另外，在绕组端部还应采取一些措施来改善电场分布和防止局部放电，同时，为进一步消除传统变压器设计时的一个很关键的问题，就是需要考虑控制电场对接地部件影响的各种措施。
由于绕组电缆内导体采用了圆形截面，按照Maxwell方程，绕组电缆的圆形导体建立的电场是均匀分布的。对于这种圆筒式绕组，其电场被完全局限在绕组内部，因此与传统的干式变压器及油浸式变压器都不同，不需要控制绕组端部区域的电场。圆形绕组的电缆导体不存在像扁导线那样的小圆角限制着最大的局部场强，克服了现在传统的电力变压器设计中电场分布方面的许多方面的限制。
由于电缆外面有外半导电层使其保持地电位，于是电场就完全局限于在电缆的内部，这就为变压器制造厂家提供了一种全新的电气设计和结构设计，对于传统的变压器，即要考虑电磁的电气设计和结构设计的可能性，又要考虑电磁场、温度和机械力，并且还要考虑它们之间的相互影响，所以传统电力变压器的电气设计和结构设计一般是比较复杂，但是当电场完全局限于电缆的内部时，绕组之间以及绕组对地等距离可以分别处理，设计时只需要考虑如何保证有较充分的冷却所需的空间。
该绕组电缆制造的变压器等电磁装置将被应用于现行电网中，其功率可从几个VA到10000MVA，额定电压从3-4kV到500kV级及以上更高的电压。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的绕组电缆，在设计中我们采用聚酯带作为导体层间绝缘，导体结构选择37/2.15。在实际生产中，第一层导体层间绝缘厚度设计为0.3mm，第二层导体层间绝缘厚度设计为0.5mm，第三层导体层间绝缘厚度设计为0.5mm，采用分层紧压结构。
绝缘材料采用YJ-10可交联聚乙烯。
内半导电层、外半导电层材料选用体积电阻率在常温下接近10Ω.cm的材料，该材料的成分为成分 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％双[(叔-丁基过氧)异丙基]苯0.2-2.0％1，2-二氢-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％
丙烯酸乙酯0.0001-0.0010％绕组电缆的外半导电层外疏绕氧化镀银铜带。
通过导体层间绝缘耐压试验，其各层都可达到层间耐压10V以上的设计要求。同时该绕组电缆的局部放电量在1Pc以下，其他性能指标达到了设计要求。
RZYJ-8.7/10kV 1*120的绕组电缆，在设计中我们采用聚酰亚胺带作为导体层间绝缘，导体结构选择37/2.15。在实际生产中，第一层导体层间绝缘厚度设计为0.3mm，第二层导体层间绝缘厚度设计为0.5mm，第三层导体层间绝缘厚度设计为0.5mm，采用分层紧压结构。绝缘材料采用YJ-10可交联聚乙烯，内半导电层材料、外半导电层材料选用体积电阻率在常温下接近10Ω.cm的材料，该材料的成分为内半导电层、外半导电层材料选用体积电阻率在常温下接近10Ω.cm的材料，该材料的成分为成分 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％双[(叔-丁基过氧)异丙基]苯 0.2-2.0％1，2-二氢-2，2，4-三甲基啉聚合物 0.2-2.0％丙烯酸乙酯 0.0001-0.0010％绕组电缆的外半导电层外疏绕氧化镀银铜带。
通过导体层间绝缘耐压试验，其各层都可达到层间耐压10V以上的设计要求。同时该绕组电缆的局部放电量在1Pc以下，其他性能指标达到了设计要求。
权利要求
1.一种可降低损耗的绕组电缆，包括导体(1)、内半导电层(2)、绝缘层(3)、外半导电层(4)，其特征在于由导体(1)绞合形成的导体层与导体层之间采用导体层间绝缘(6)隔离，在电缆外半导电层(4)外加装了导电带(5)，导电带(5)用于直接接地。
2.根据权利要求1所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于导体(1)由多根铜或铝线或合金导线单导线采用正规绞合而成，导体(1)可以由多股导线绞合而成，多股绞线中的最外层绞线可至少有一根单丝与外半导电层(4)紧密接触。导体(1)通常呈同心层式排列，有一根中央导体，在其周围有多层同心层，从内层向外层，每层通常比内层递增6根导体，依次可为6、12、18、24、30、36及42根导体；包覆在导体(1)外的内半导电层(2)表面应光滑，对于小截面导体可直接采用挤包的半导电层，标称截面500mm2及以上的电缆其内半导电屏层可采用半导电包带和挤包导电层的联合组成方式，内半导电层和导电线芯是等位的，它们之间的气隙不受电场的作用，内半导电层(2)的物理性能介于导体(1)和绝缘层(3)之间，三者紧密地结合在一起，降低由于气隙产生放电；包覆在绝缘层(3)外的外半导电层(4)的物理性能介于导体和绝缘层之间，绝缘层(3)与外半导电层(4)二者紧密地结合在一起，降低由于气隙产生放电；导电带(5)绕包在外半导电层(4)外，是在绕组绕制过程中在最外层稀疏绕制的薄导电带，导电带就可用于直接接地，导电带(5)可分为若干段，来实现多点分别接地。
3.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于导体层间绝缘(6)为导电线芯的一部分，采用挤包聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸，导体层间挤包的聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸，在150～200℃的温度，持续时间5～10分钟的条件下，其物理性能如热延伸、收缩性、热老化、断裂伸长率不会发生很大的变化，同时，在该温度条件下，绝缘材料不发生化学变化，在长期工作温度为70～90℃的温度，导体层间挤包的聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸的性能不会发生变化，导体层间绝缘(6)至少能够承受10伏以上的交流电压，并且在一定的长度范围内，导体层与层之间不能相互导通。
4.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于内半导电层(2)、外半导电层(4)采用具有一定的隔热作用，可以防止由于运行时损耗产生的过热使绝缘加速老化的材料。
5.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于内半导电层(2)、外半导电层(4)材料是以LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或硅橡胶为基底材料，在其中加入少量的碳黑和金属粉末或微小颗粒的形式均匀混合加入，内半导电层(2)、外半导电层(4)的挤出厚度在0.5～1.0mm，绝缘层(3)采用LDPE或HDPE或PP或PB或或PMP或XLPE或或EPR或硅橡胶和相关的添加剂配合而成。
6.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于绕组电缆的内半导电层(2)、绝缘层(3)、外半导电层(4)具有相同或相近的热膨胀系数，导电带(5)可以采用铜带或铝带或铂带或基材为铜箔、铝箔或半导电材料和铜箔、铝箔复合带材。
7.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于导体(1)的截面积处于20～3000mm2的范围内，而电缆的外径在20～250mm之间。
8.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于绕组电缆的内半导电层(2)、外半导电层的挤出厚度在0.5～1.0mm，绕组电缆的内半导电层(2)的电阻率应该在10-1～106Ω.cm的范围内，优选为1～500Ω.cm或最好10～200Ω.cm，外半导电层(4)的电阻率应该在10-1～106Ω.cm的范围内，优选为10～100Ω.cm。
9.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于绕组电缆的内半导电层(2)、外半导电层(4)、绝缘层(3)由聚合物制成，其具有相同的弹性模量E，E小于500MPa，最好E小于200Mpa。
10.根据权利要求1或2所述的可降低损耗的绕组电缆，其特征在于导体(1)、内半导电层(2)、外半导电层(4)、绝缘层(3)、导电带(5)具有一定的弯曲性，绕组电缆的弯曲半径为绕组电缆半径的8～12倍。
全文摘要
本发明属于电力电缆技术领域，涉及一种可降低损耗的绕组电缆。本发明包括导体(1)、内半导电层(2)、绝缘层(3)、外半导电层(4)，其特征在于由导体(1)绞合形成的导体层与导体层之间采用导体层间绝缘(6)隔离，在电缆外半导电层(4)外加装了导电带(5)，导电带(5)用于直接接地。绕组电缆的特殊地方在于可以降低由于外界磁场的影响而使绕组电缆产生的很大的热量，且该绕组电缆可以进行有效的接地。本发明的产品可以作为变压器、电抗器等的绕组使用，能替代传统的油纸绝缘的油浸变压器和环氧树脂浇注的干式变压器，同时采用电缆绕组绕制的变压器不需要象传统的油浸变压器进行定期维护。
文档编号H01F27/28GK1542877SQ0311833
公开日2004年11月3日 申请日期2003年4月29日 优先权日2003年4月29日
发明者刘坚栋, 杜新梅, 刘军 申请人:新疆特变电工股份有限公司