嵌入式光纤测温一体式电缆的制作方法

1.本发明属于特种电缆技术领域，具体地，涉及嵌入式光纤测温一体式电缆。


背景技术：

2.目前，在电力输电线路中，常采用光纤测温系统来监测电缆各点的温度。光纤测温系统是沿着电缆敷设测温光缆，测温光缆可以连续地得到沿着电缆每一点的温度。
3.然而，现有的传统的光纤缆以及复合电力电缆具有如下的技术问题：由于光纤的机械强度非常弱，光纤容易被损坏。因此，一方面，现有技术中将光纤容置在一具有高强度和小曲率半径的金属导管中，但是，该金属导管可能破坏绝缘屏蔽层，从而使绝缘强度降低；同时，金属导管会影响电缆的电场分布状态；另一方面，现有技术中有采用油膏固定光纤，但是在实际使用中，油膏遇到高温容易融化，对光纤缆造成不良后果，还会影响电缆接头施工工作。
4.因此，亟须对现有的光纤保护工艺进行改进，在不破坏绝缘屏蔽层和不影响电缆的电场分布状态的前提下提高光纤测温的灵敏度和有效性。


技术实现要素：

5.为解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供了嵌入式光纤测温一体式电缆。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.嵌入式光纤测温一体式电缆，包括铜芯导体、内屏蔽层和保护层，所述内屏蔽层内敷设有光纤缆；
8.所述内屏蔽层自内向外依次为导体屏蔽层、xlpe绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述光纤缆敷设在绝缘屏蔽层内，光纤缆外侧绕包有多股软质线材；
9.所述保护层自内向外依次为填充层、内护层、隔离套、铠装层和外护层。
10.进一步地，所述光纤缆包括光纤束和包覆在光纤束外侧的保护套，所述保护套的原料为改性聚氯乙烯弹性体，所述改性聚氯乙烯弹性体由以下步骤制成：
11.将聚氯乙烯树脂加入混合机中，加入氯化聚氯乙烯、钙锌复合稳定剂、碳酸钙、聚乙烯蜡和抗氧剂，90℃下搅拌10-15min后，加入经预处理的玻璃纤维，升温至120℃，搅拌8-10min后转移至挤出机中挤出，得预混物，将预混物置于密炼机中170℃下密炼10-15min，冷却后得改性聚氯乙烯弹性体。
12.在上述反应中，本发明将经硅烷偶联剂kh550浸泡处理的玻璃纤维添加到聚氯乙烯中，使得制备的复合材料具有较高的机械性能，用非金属的改性聚氯乙烯保护套取代传统的金属导管保护光纤，改性聚氯乙烯具有优异的机械性能，非金属材质不会影响到电缆的电场分布状态。
13.进一步地，所述聚氯乙烯树脂、氯化聚氯乙烯、钙锌复合稳定剂、碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂和经预处理的玻璃纤维的质量比为90-100：45-55： 3-5：20-30：1-3：1-3：10-15。
14.进一步地，所述预处理的步骤为：将玻璃纤维浸泡在硅烷偶联剂kh550 中，保持
10min并不断振荡，接着将玻璃纤维取出置于室温下静置1-2h，在120℃条件下烘干4h，冷却备用，得经预处理的玻璃纤维。
15.在上述反应中，利用硅烷偶联剂kh550处理玻璃纤维，硅烷偶联剂 kh550是一种高分子化合物型的表面处理剂，从其结构看，硅烷偶联剂kh550具有在玻璃纤维表面与树脂之间形成化学键的功能，在树脂基复合材料中起架桥作用。用硅烷偶联剂kh550处理玻璃纤维表面能够改善玻璃纤维与基体之间的润湿性，形成一个力学上的微缓冲区，保护了玻璃纤维表面的同时还大大增强了玻璃与树脂界面的黏结；同时，使用硅烷偶联剂 kh550处理玻璃纤维能够增强最终制备的保护层的耐候性、耐化学腐蚀性、耐热性和机械强度。
16.进一步地，所述玻璃纤维和硅烷偶联剂kh550的质量比为150：300。
17.进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比1.5-2.5:1.2-1.8:1组成。
18.进一步地，所述软质线材为纸绳或麻绳。
19.在上述结构中，选用纸绳或麻绳作为软质线材绕设在光纤缆外侧，首先是软质线材较服帖，当光纤缆受到径向外力时，软质线材起到一定的缓冲作用，同时软质线材质地较软，可以为光纤缆提供一定的移动空间，起到一定的保护作用。
20.进一步地，所述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层的材质为半导体电带；xlpe 绝缘层的材质为交联聚乙烯；金属屏蔽层的材质为铜带。
21.进一步地，所述填充层的材质为聚丙烯绳；内护层和外护层的材质为聚氯乙烯；隔离套的材质为聚四氟乙烯；铠装层的材质为钢带。
22.进一步地，所述嵌入式光纤测温一体式电缆的生产工艺包括以下步骤：
23.s1、将若干铜线束绞后复绞，形成铜芯导体；
24.s1、光纤填充条和6根光纤采用0+6绞合型式，绞合后形成光纤束，在光纤束外侧挤包上改性聚氯乙烯弹性体形成保护套，制成光纤缆，将多股软质线材绕包在光纤缆外侧，形成嵌入体；
25.s3、采用共挤方式，将导体屏蔽层、xlpe绝缘层、绝缘屏蔽层和嵌入体挤包在铜芯导体外侧，其中嵌入体以正弦波形式敷设在绝缘屏蔽层中部，再将金属屏蔽层挤包在最外侧，得光纤复合芯；
26.s4、将3根光纤复合芯绞合成缆，同时加入聚丙烯绳填充，然后再进行绕包内护层和挤包隔离套，最后进行装铠和挤包外护层，制得嵌入式光纤测温一体式电缆。
27.上述工艺中，步骤s3中嵌入体以正弦波形式敷设在绝缘屏蔽层中部，以正弦波形式敷设可以提高光纤测温的灵敏度和有效性。
28.本发明的有益效果：
29.本发明中的光纤缆，以改性聚氯乙烯弹性体为光纤束的保护层，利用改性聚氯乙烯弹性体的高机械性能、耐候性、耐化学腐蚀性和耐热性，提高了光纤束的使用寿命，对比传统方法中，设置金属导管和采用油膏固定的方式，本发明中的保护层为非金属材料和干式结构，不影响电缆的电场分布，避免对电力安全运行的不良影响，同时，更加适用电缆施工与电力运行的环境要求。
30.同时，本发明中光纤缆外侧绕包有多股纸绳或麻绳，选用纸绳或麻绳作为软质线材绕设在光纤缆外侧，首先是软质线材较服帖，当光纤缆受到径向外力时，软质线材起到一
定的缓冲作用，同时软质线材质地较软，可以为光纤缆提供一定的移动空间，起到一定的保护作用。
31.最后，本发明在生产电缆时，采用正弦波形式将嵌入体(将多股软质线材绕包在光纤缆外侧，形成嵌入体)敷设在绝缘屏蔽层中部，提高了光纤束测温的灵敏度和有效性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明光纤缆的结构示意图；
34.图2为本发明光纤复合芯的结构示意图；
35.图3为本发明嵌入式光纤测温一体式电缆的结构示意图；
36.图4为本发明嵌入体的结构示意图。
37.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
38.1、光纤缆；11、光纤束；12、保护套；2、软质线材；3、铜芯导体； 4、内屏蔽层；41、导体屏蔽层；42、xlpe绝缘层；43、绝缘屏蔽层；44、金属屏蔽层；5、保护层；51、填充层；52、内护层；53、隔离套；54、铠装层；55、外护层；6、嵌入体。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参阅图1-图4所示，本发明为嵌入式光纤测温一体式电缆，包括铜芯导体3、内屏蔽层4和保护层5，内屏蔽层4包覆在铜芯导体3外侧，起到隔绝导体、防止电流泄漏和限制电场、电磁干扰的作用。保护层5用于保护铜芯导体3和内屏蔽层4不受外力损伤。
41.内屏蔽层4自内向外依次为导体屏蔽层41、xlpe绝缘层42、绝缘屏蔽层43和金属屏蔽层44，其中，导体屏蔽层41和绝缘屏蔽层43的材质为半导体电带；xlpe绝缘层42的材质为交联聚乙烯；金属屏蔽层44的材质为铜带。
42.保护层5自内向外依次为填充层51、内护层52、隔离套53、铠装层 54和外护层55，其中，填充层51的材质为聚丙烯绳；内护层52和外护层55的材质为聚氯乙烯；隔离套53的材质为聚四氟乙烯；铠装层54的材质为钢带。
43.光纤缆1敷设在绝缘屏蔽层43内，光纤缆1外侧绕包有多股软质线材2，软质线材2可选择纸绳或麻绳，光纤缆1包括光纤束11和包覆在光纤束11外侧的保护套12，保护套12的原料为改性聚氯乙烯弹性体。
44.生产改性聚氯乙烯弹性体：
45.首先，将玻璃纤维浸泡在硅烷偶联剂kh550中，保持10min并不断振荡，接着将玻璃纤维取出置于室温下静置1-2h，在120℃条件下烘干4h，冷却备用，得经预处理的玻璃纤维，
然后，将聚氯乙烯树脂加入混合机中，加入氯化聚氯乙烯、钙锌复合稳定剂、碳酸钙、聚乙烯蜡和抗氧剂，90℃下搅拌10-15min后，加入经预处理的玻璃纤维，升温至120℃，搅拌 8-10min后转移至挤出机中挤出，得预混物，将预混物置于密炼机中170℃下密炼10-15min，冷却后得改性聚氯乙烯弹性体。
46.其中，玻璃纤维和硅烷偶联剂kh550的质量比为150：300。
47.其中，聚氯乙烯树脂、氯化聚氯乙烯、钙锌复合稳定剂、碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂和经预处理的玻璃纤维的质量比为90-100：45-55：3-5： 20-30：1-3：1-3：10-15。
48.其中，抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比 1.5-2.5:1.2-1.8:1组成。
49.嵌入式光纤测温一体式电缆的生产工艺包括以下步骤：
50.s1、将若干铜线束绞后复绞，形成铜芯导体3；
51.s1、光纤填充条和6根光纤采用0+6绞合型式，绞合后形成光纤束 11，在光纤束11外侧挤包上改性聚氯乙烯弹性体形成保护套12，制成光纤缆1，将多股软质线材2绕包在光纤缆1外侧，形成嵌入体6；
52.s3、采用共挤方式，将导体屏蔽层41、xlpe绝缘层42、绝缘屏蔽层43和嵌入体6挤包在铜芯导体3外侧，其中嵌入体6以正弦波形式敷设在绝缘屏蔽层43中部，再将金属屏蔽层44挤包在最外侧，得光纤复合芯；
53.s4、将3根光纤复合芯绞合成缆，同时加入聚丙烯绳填充，然后再进行绕包内护层52和挤包隔离套53，最后进行装铠和挤包外护层55，制得嵌入式光纤测温一体式电缆。
54.实施例1
55.生产嵌入式光纤测温一体式电缆：
56.制备改性聚氯乙烯弹性体：
57.首先，将150g玻璃纤维浸泡在300g硅烷偶联剂kh550中，保持10min 并不断振荡，接着将玻璃纤维取出置于室温下静置1h，在120℃条件下烘干4h，冷却备用，得经预处理的玻璃纤维，然后，将900g聚氯乙烯树脂加入混合机中，加入450g氯化聚氯乙烯、30g钙锌复合稳定剂、200g碳酸钙、10g聚乙烯蜡和10g抗氧剂，90℃下搅拌10min后，加入100g经预处理的玻璃纤维，升温至120℃，搅拌8min后转移至挤出机中挤出，得预混物，将预混物置于密炼机中170℃下密炼10min，冷却后得改性聚氯乙烯弹性体。
58.其中，抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比 1.5:1.2:1组成。
59.嵌入式光纤测温一体式电缆的生产工艺包括以下步骤：
60.s1、将37根2.52mm铜线束绞后复绞，形成铜芯导体3；
61.s1、聚丙烯条和6根光纤采用0+6绞合型式，绞合后形成光纤束11，在光纤束11外侧挤包上改性聚氯乙烯弹性体形成保护套12，制成光纤缆 1，将多股纸绳绕包在光纤缆1外侧，形成嵌入体6；
62.s3、采用共挤方式，将导体屏蔽层41、xlpe绝缘层42、绝缘屏蔽层 43和嵌入体6挤包在铜芯导体3外侧，其中嵌入体6以正弦波形式敷设在绝缘屏蔽层43中部，再将金属屏蔽层44挤包在最外侧，得光纤复合芯；
63.s4、将3根光纤复合芯绞合成缆，同时加入聚丙烯绳填充，然后再进行绕包内护层
52和挤包隔离套53，最后进行装铠和挤包外护层55，制得嵌入式光纤测温一体式电缆。
64.实施例2
65.生产嵌入式光纤测温一体式电缆：
66.制备改性聚氯乙烯弹性体：
67.首先，将150g玻璃纤维浸泡在300g硅烷偶联剂kh550中，保持10min 并不断振荡，接着将玻璃纤维取出置于室温下静置1h，在120℃条件下烘干4h，冷却备用，得经预处理的玻璃纤维，然后，将1000g聚氯乙烯树脂加入混合机中，加入550g氯化聚氯乙烯、30g钙锌复合稳定剂、300g 碳酸钙、30g聚乙烯蜡和30g抗氧剂，90℃下搅拌15min后，加入150g 经预处理的玻璃纤维，升温至120℃，搅拌10min后转移至挤出机中挤出，得预混物，将预混物置于密炼机中170℃下密炼15min，冷却后得改性聚氯乙烯弹性体。
68.其中，抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比 2.5:1.8:1组成。
69.嵌入式光纤测温一体式电缆的生产工艺包括以下步骤：
70.s1、将37根2.52mm铜线束绞后复绞，形成铜芯导体3；
71.s1、聚丙烯条和6根光纤采用0+6绞合型式，绞合后形成光纤束11，在光纤束11外侧挤包上改性聚氯乙烯弹性体形成保护套12，制成光纤缆 1，将多股麻绳绕包在光纤缆1外侧，形成嵌入体6；
72.s3、采用共挤方式，将导体屏蔽层41、xlpe绝缘层42、绝缘屏蔽层 43和嵌入体6挤包在铜芯导体3外侧，其中嵌入体6以正弦波形式敷设在绝缘屏蔽层43中部，再将金属屏蔽层44挤包在最外侧，得光纤复合芯；
73.s4、将3根光纤复合芯绞合成缆，同时加入聚丙烯绳填充，然后再进行绕包内护层52和挤包隔离套53，最后进行装铠和挤包外护层55，制得嵌入式光纤测温一体式电缆。
74.本发明制备的嵌入式光纤测温一体式电缆，对比传统方法中，设置金属导管和采用油膏固定的方式，本发明中的保护层5为非金属材料和干式结构，不影响电缆的电场分布，避免对电力安全运行的不良影响，同时，更加适用电缆施工与电力运行的环境要求，且光纤缆1外侧绕包有多股纸绳或麻绳，软纸绳或麻绳起到一定的缓冲和保护作用。
75.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
76.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。