[发明专利]电力电缆或电力脐带中的热耗散

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别设计的电力电缆或电力脐带，以便在这样的电力电缆或电力脐带中获得大量的热耗散，电力电缆和电力脐带在下文中统称为“电力脐带”。

背景技术

对于由于周围隔热、滞热空气、软泥或沙子中的沟埋电缆，来自流送管或其他处理活动而产生热量的电缆、升管、束、管道/电缆束、所有具有嵌入式电力电缆的纵向产品，热耗散或冷却是必需的。众所周知，水可以被用作冷却剂，但是如果由于特殊应用或情况而需要或者必要时，可以使用如防冻冷媒之类的其它流体。水可为特别处理或清洁过的工艺用水。然而，该应用额外提供装置以用于获得增大的热耗散并且因此提供单独使用或者与该流体冷却一同使用的改善冷却。该冷却流体可由进给设备注入或流通，或可以由于例如温差和/或重力而自然流动。因为冷却液体可与本发明结合使用，所以包含对此的描述和参考。

冷却效果也可借助于基于作为热传递设备的密封金属管道或管子的热管来实现。

下文中描述了必须冷却的示例。需要对经受高于电缆内材料所能承受的温度的电缆进行冷却。通过在所限定的通道内的结构中注入冷却流体，温度下降。在通常情况下，温度会下降大约25℃。在温度接近90℃时，冷却电缆是极其重要的。所使用的电缆绝缘材料通常是PEX，即交联PE(Poly Ethylene，聚乙烯)。该材料的设计极限温度是90℃。如果电缆过热，从设计极限降低5度、10度或15度的温度会至少使电缆使用寿命加倍。

当提到电力脐带，有时仅被称为电力电缆，如DEH电缆(Direct Electric Heating，直接电加热)和升管设计，在绝大多数情况下由动态电力电缆从上层电源处向DEH电缆供电，并且在海下将DEH电缆连接到电力电缆。经验说明，有关电缆温度条件的最坏情况发生在升管位于海平面以上的区域。升管可位于钢管内，这会增加电缆内的热量。“传统设计”要求大的导体横截面(1600mm²)以便将电缆温度保持在电缆绝缘XLPE的90℃的极限以下。为了提供三个具有传统设计的管道截面，需要六个电缆导体。另一替代性技术方案是向这些截面提供一个四芯以及一个两芯的升管电缆。最高温度出现在具有四芯的升管中。对于给定的电流1430A进行了计算，这对于加热U值为2.5Wm²K的管道是必需的。图1中示出了该配置的温度图。如图所示，超过了90℃的温度极限。

如之前在作为参考包含在本申请中的PCT/NO2013/050033中所提到的，为了冷却升管内部，一个可能的技术方案是通过使用水或者另一类型的冷却剂来降低温度。图2示出了使用水冷却的技术方案，该方案在接近脐带中心的两个直径为16mm的管道中提供20℃的水。通过这种水冷却设置，最高温度降到70℃，这远低于90℃的电缆极限。

发明内容

更详细地，本发明涉及一种电力电缆，或电力脐带，包括：多根电缆，其用于传输大量的电力/电能；填充材料，其以刚性细长聚合物元件形式存在并至少局部围绕所述多根电缆并且位于所述多根电缆之间，所述多根电缆以及刚性细长聚合物元件通过铺设操作被集合到绞合束中；保护鞘，其环绕电缆以及所述填充材料；以及可选地，至少一个在电力电缆/电力脐带的横截面的预定位置上的承载元件。

所述多根电缆、刚性细长聚合物元件以及至少一个承载元件以连续螺旋状方式进行铺设或通过在所述电力电缆/电力脐带的全部或部分的纵向延伸中进行连续地方向交变而被交替地铺设以形成束。

根据本发明，提供了引言所述类型的配置，这种配置区别在于每个刚性细长聚合物元件由所述聚合材料制成，该聚合材料被加入至少一种成分，所加入的所述至少一种成分使所述填充材料转变为具有大幅提高的热传导和热耗散。

在本发明的一些实施例中，所述聚合材料会被限制为塑料材料。

基础聚合填充材料可为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)以及丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)中的一个。也可以想象为这些填充材料的组合。

在一实施例中，基础聚合填充材料例如是聚氯乙烯(PVC)并且加入的成分例如是范围在3-15wt％内的氮化硼。在此实施例中，氮化硼成分也可在1-40wt％的范围内。然而，也可以是其他填充材料的组合以及其他种类的加入成分。

在另一实施例中，加入的成分是范围在1-40wt％内的氮化铝。

在再一实施例中，加入的成分是范围在1-3wt％内的碳纳米管道，该管道可单独或与任意其他成分一起使用。

在又一实施例中，加入的成分是范围在0.3-3wt％内的石墨烯，该石墨烯可单独或与任意其他成分一起使用。