煤矿用屏蔽通信电缆

　　核心词：煤矿 通信 电缆 
　　1、煤矿用屏蔽通信电缆:电网扩容面临一系列瓶颈
　　随着电力需求的增加,电网扩容遇到的一系列瓶颈,高温超导电缆尽管还远未到产业化的地步,但正逐步成为一种新型的尤其是适用于短距离的输电方式。高温超导电缆的基本结构包括:支撑体、超导输电层、电气绝缘层、屏蔽层、隔热层及护套。绝缘层作为整根电缆的电压载体,对高温超导电缆的电性能及寿命有重要影响。因此,对其使用的常规绝缘材料及设计原理进行了解非常有必要,使高温超导电缆体现更好的稳定性与安全性,发挥高温超导电缆的最大优势。绝缘层材料在使用一定年限后,因电场、应力、温度与湿度等因素的影响,性能会出现劣化,绝缘材料性能的劣化会直接影响电缆的性能,最终导致电缆绝缘失效,这种现象称为"绝缘老化"。电老化、热老化和机械老化是绝缘老化中最为主要的3种表现方式。
　　2、煤矿用屏蔽通信电缆:电老化是指绝缘材料在电场长期作用下的老化
　　电老化是指在电场的长期作用下,导致绝缘材料发生的老化,主要包括由局部放电与电树枝引起的老化。绝缘材料本体中含有杂质、裂纹、空隙以及电场分布极不均匀时,容易产生局部放电。
　　3、煤矿用屏蔽通信电缆:最终导致绝缘材料老化甚至击穿
　　在高能电子的冲击下,每次放电都会引起绝缘材料物理或化学的变化,最终导致绝缘材料发生老化甚至击穿。此外,局部放电还会导致绝缘介质损耗的增加。局部放电发生时,短期内可能对电气设备不会有影响,但随着时间的增加局部放电对绝缘的危害将逐渐增加。固体绝缘材料被高压电场击穿后,会发现类似于树枝状分布的击穿痕迹,又称之为"电树枝"。在电场的持续作用下,电树枝会不断延伸,形成极小的裂纹或中空管,从而导致材料的电性能劣化。树枝状放电也是局部放电的一种。热老化指的是绝缘材料在热量的作用下导致的电性能的劣化,本质上属于化学老化。热老化中热量的来源主要有外部环境、设备产生的升温、放电导致的热量的变化。目前,通常采用高分子材料作为绝缘材料,在热量的作用下,高分子材料容易发生化学反应,主要是氧化反应,为了抑制化学反应进行,提高材料的使用寿命,最常规的做法是在高分子材料中添加满足要求的添加剂。研究表明,热老化除了导致绝缘材料电性能下降外,还会降低绝缘材料的机械性能。绝缘材料在机械力的作用下,可能会产生各种微观裂纹,这些裂纹有可能成为局部放电的引发点,最终导致绝缘材料失效,导致电气设备故障。以上3种材料老化现象最终的结果均是导致绝缘击穿,可用"电击穿"、"热击穿"理论进行解释:电击穿,在电场达到一定程度时,绝缘材料中的电子数量急剧增加,电子放电导致绝缘材料击穿;热击穿,绝缘材料被施加电压后,由于杂质等因素的影响,矿用通信电缆材料中有微电流通过,产生的热量导致击穿;机械电击穿,绝缘材料在机械力的作用下产生损伤,损伤点成为电击穿点导致材料击穿。机械电击穿属于电击穿的一种。导致绝缘材料击穿的原因是多种多样的,常见原因有:材料不均匀、存在气孔、裂纹、杂质以及有凸点等。对于室温高温超导电缆,其电绝缘层处于常温下,所以设计原理、制备工艺及所用材料与常规电力电缆相似,常用材料有聚氯乙烯、交联聚乙烯、乙丙烯橡胶、硅橡胶、和氟塑料等。PVC有较好的机械性能及优异的介电性能。但对光和热敏感,在100℃以上或经长时间阳光曝晒,就会分解而产生氯化氢,并进一步自动催化分解,引起变色,物理、机械性能也迅速下降。经过几十年的发展,PVC制造及加工技术已非常成熟,在电线电缆领域得到了广泛的应用。由于燃烧时释放氯化氢及致癌物,也限制了其应用。
　　4、煤矿用屏蔽通信电缆:PVC主要应用于家用电器
　　目前PVC主要应用在家用电器、照明、仪器仪表、交流额定电压在1kV及以下电压等级中。XLPE是在聚乙烯基础上发展出的一种材料,即通过交联反应,使PE分子从二维结构变为三维网状结构。与PE相比,材料的化学物理特性及耐温耐压性能均得到了显着的提高。在电线电缆领域,XLPE主要有3类,具体来说包括化学交联的过氧化物交联与硅烷交联,以及辐射交联。过氧化物交联:采用有机过氧化物为交联剂,在一定温度下分解产生游离基,这些游离基与碳链结合,形成网状结构。该法适用于高压、大截面大长度电缆的生产。硅烷交联:利用乙烯基硅烷在引发剂的作用下与熔融的聚合物反应,再在硅烷醇类催化剂的作用下,遇水水解,从而形成网状的氧烷链交联结构。该法适用于低压、小尺寸小规格电缆的生产。辐射交联:用γ射线或其它高能射线照射,引发PE大分子产生自由基,形成碳—碳交联链。适用于绝缘厚度不太大、耐高温阻燃电缆的生产。
　　5、煤矿用屏蔽通信电缆:耐老化性能和耐溶剂性能均有所提高
　　与PE相比,XLPE的机械、耐老化、耐溶剂性均得到了提高,可长期工作在120～150℃,短时耐温超过200℃。目前,XLPE主要用于矿业、船舶及机车用电线电缆。XLPE的缺点是在超过额定温度下使用时,XLPE会变软,容易导致电线之间短路。EPR分为二元和三元,前者以单烯烃乙烯、丙烯共聚而成,后者以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体共聚而制得。EPR具有优异的耐老化性及耐腐蚀性,对如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等极性化学品具有较好的抗耐性;同时具有优异的电绝缘性能和耐电晕性,电性能优于丁苯橡胶和XLPE;缺点是抗撕裂能力差。EPR可长期使用在120℃下,在150～200℃可短暂或间歇使用,目前主要应用于汽车、医疗及一般电器的内部布线。具有优异的介电性和耐老化性。SR最突出的性能是使用温度宽广,能在-60～250℃下长期使用。但其抗张强度和抗撕裂等机械性能较差,同时耐溶剂性能欠佳,在常温下其物理机械性能不及大多数合成橡胶,因此SR一般只在特定场合使用。氟塑料是部分或全部氢被氟取代的链烷烃聚合物,包括聚四氟乙烯、全氟(乙烯丙烯)共聚物、聚全氟烷氧基树脂、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等。氟塑料热稳定好,可长期在150～250℃环境下工作,柔韧性好,可用于超薄壁电缆的生产;缺点是材料成本高、制造工艺困难、效率低。常规绝缘材料一般为高分子材料,所以挤塑绝缘是最常见的生产工艺。冷绝缘超导电缆运行时,绝缘层处于液氮温度下,常规的XLPE、EPR绝缘材料由于应力开裂,无法在此温度下使用。冷绝缘超导电缆用绝缘材料主要是复合型材料,一般采用绕包工艺进行制造。典型复合材料有:聚丙烯层压纸、芳香聚酰胺纸和聚酰亚胺。PPLP由多孔的2层牛皮纸和1层PP膜压制而成,成"三明治"几何结构。PPLP具有较高的介电强度及较低的介质损耗,且在-196℃条件下仍具有较好的机械性能,是目前冷绝缘超导电缆中最为常用的绝缘材料。
　　6、煤矿用屏蔽通信电缆:介电强度和介电损耗分别为2.21kv/mm
　　PPLP在液氮温度下的介电常数、介电强度和介质损耗分别为2.21、40～45kV/mm、8×10-4。除结构与PPLP相似外,Nomex在液氮温度下也具有优异的电气和机械性能。此外,Nomex热稳定性好,非常耐酸碱腐蚀,在液氮温度下的介电常数、介电强度和介质损耗分别为3.1、35kV/mm、5×10-10。-3～10-4。冷绝缘超导电缆采用绕包绝缘时,绕包层之间的空隙容易引起局部放电。空隙填充液氮后,会提高局部放电的起始电压。因此,为平滑电场,冷绝缘超导电缆通常选用介电常数较小的PPLP作为绝缘层材料。绝缘层是承担电缆电压的载体,绝缘层厚度不够,运行时可能被电压击穿,导致整根电缆失效;厚度过大,又会导致电缆尺寸过大,成本过高。

　　7、煤矿用屏蔽通信电缆:合理设计保温层是十分必要的
　　因此,对绝缘层进行合理的设计非常有必要。室温超导电缆绝缘层设计与常规电缆相似,在此仅介绍冷绝缘超导电缆绝缘层的设计原理。
　　8、煤矿用屏蔽通信电缆:设计时必须考虑材料的老化
　　由于冷绝缘超导电缆的绝缘层工作于液氮中,所以设计时必须考虑材料的老化、温度的影响以及安全裕度。材料的老化:超导电缆在运行过程中,受到温度、湿度、电场、机械力及外界环境的作用,使绝缘材料的质量逐渐下降,最终导致绝缘失效,因此必须考虑材料的老化情况,老化系数К1一般在1～4取值。温度系数К2:冷绝缘高温超导电缆的绝缘层长期稳定运行在液氮温度下,所以К2一般取1。安全裕度К3:为保证高温超导电缆的安全运行,在设计时通常会考虑安全系数,К3一般取值为1～1.5。冷绝缘超导电缆的绝缘层(以PPLP为例)有2种设计方式:timp:根据冲击电压计算所得绝缘厚度;Vimp:系统冲击电压;К1:冲击电压老化系数;К2:冲击电压温度系数;К3:冲击电压安全裕度;Eimp:最小冲击击穿强度。tac:根据平均工频电压计算所得绝缘厚度;Vac:最高工作电压;К1:交流电压老化系数;К2:交流电压温度系数;К3:交流电压安全裕度;Eac:工频电压最小击穿强度。高温超导电缆的特性是低电压大电流,特殊性是运行时必须使用液氮作为制冷剂。冷绝缘高温超导电缆作为目前发展的主流,绝缘层工作于液氮温度下,对材料要求很高。为了保证超导电缆的运行可靠性及寿命,必须对绝缘层用材料进行合理的选择,同时根据运行条件的要求,设计合理的绝缘厚度;在采用绕包方式制备绝缘层时,必须避免绝缘层材料产生褶皱及凸点,降低产生局部放电的可能性。总之,在高温超导电缆中,绝缘层的设计是整个电缆设计中的重点与难点,其设计与制造的合理与否,决定了电缆的能效与寿命。
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