本發(fā)明的實施方案涉及電纜包繞材料、混合電纜包繞材料的方法、使用電纜包繞材料敷設電纜的方法，及敷設于電纜包繞材料中的電纜。
背景技術(shù)：
地下電力傳輸電纜正在變得越來越流行?？苫诿烙^因素使用地下電纜，但當存在某些空間限制、極大可能性的惡劣天氣條件(例如非常寒冷的溫度和/或強風)、具有由架空電纜導致的電磁干擾問題，或需要保護傳輸系統(tǒng)安全性時也可使用地下電纜。
這樣的電纜可以是輸電網(wǎng)的高壓電傳輸中使用的高壓電傳輸電纜。
應理解，將電力傳輸電纜布置于地下為其帶來了許多架空電力傳輸電纜不會遇到的問題。
例如，架空電力傳輸電纜在連接至鐵塔或其他支撐結(jié)構(gòu)的電纜導體間具有相對大的空氣間距。所述空氣起到電絕緣體的作用(因此在許多應用中單獨的絕緣材料是非必需的)，并起到將熱量從電纜帶走的作用。
然而，由于地下電纜可能被安裝于是相對好的電導體的潮濕土地材料中，它們需要額外的電絕緣材料。在地下電纜周圍提供的電絕緣材料也阻止熱量從電纜傳送走。此外，電纜未被空氣包繞，因此來自于電纜的熱量在任何情況下都更慢地從所述地下電纜傳送走。
由地下電力傳輸電纜產(chǎn)生的熱量是嚴重的問題，這在設計地下電纜系統(tǒng)時必須解決。例如，系統(tǒng)設計可要求特定的電纜距離，否則還可能需要更大直徑的電纜。
為了使設計參數(shù)得到確定，需要確定熱量從電纜傳送走的速率，從而可確定正確的設計。為了提供受控的熱傳導速率，電纜通常會包繞已知導熱/耐熱性能的材料。所述材料通常被稱為電纜包繞材料，其可由沙子和水泥的混合物形成。
傳統(tǒng)的電纜包繞材料提供預先確定的導熱性(從而提供預先確定的熱阻率或“tr”)。電纜包繞材料的熱阻率越高，熱量從電纜傳導至周圍土地的速率越慢，則必須要更大的電纜直徑以減小電阻，從而減小使用時產(chǎn)生的熱量。
更低的熱阻率可允許電纜使用的各導體的截面更小。這意味著電纜需要更少的原料、更低的運輸成本和更簡單的電纜敷設。
因此，對改進與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的一種或多種問題存在需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明提供一種用于電力傳輸系統(tǒng)電纜的電纜包繞材料，包括以下的混合物：含有碳的添加劑、沙子和水泥；其中所述材料包括按重量計大約60-80％的含有碳的添加劑、大約5-10％的水泥，剩余物為沙子。
另一方面，提供了一種混合如上所述的電纜包繞材料的方法，所述方法包括：提供含有碳的添加劑；提供水泥；提供沙子；并將含有碳的添加劑、沙子和水泥混合以形成所述電纜包繞材料。
另一方面可提供一種敷設電纜的方法，包括：將電纜至少部分包繞于如上所述的電纜包繞材料中。
另一方面可提供一種電纜的布置，包括：至少部分被如上所述的電纜包繞材料包繞的電纜。
另一方面提供包含如上所述的電纜布置的電力傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一方面提供用于電力傳輸系統(tǒng)電纜的電纜包繞材料，包括含有碳族元素的添加劑和水泥的混合物。
所述碳族元素可以是碳。
所述材料可包含按重量計25％-90％的含有碳的添加劑和至少10％的水泥。
所述材料可包含按重量計56％-90％的含有碳的添加劑和至少10％的水泥。
所述混合物可進一步包括沙子。
所述材料可包含按重量計大約60％-80％的添加劑、大約5-10％的水泥，剩余物為沙子。
所述材料可包含按重量計大約67％的添加劑、大約7％的水泥和大約26％的沙子。
所述材料可包含按重量計大約27％的含有碳的添加劑材料、約7％的水泥和約66％的沙子。
所述材料可包含按重量計大約47％的含有碳的添加劑材料、約7％的水泥和約46％的沙子。
所述添加劑可包含按重量計大于大約90％的碳。
所述添加劑包含按重量計約96％的碳。
所述碳族元素可以是硅。
所述硅可以是基本上純凈的硅。
所述硅可以以碳化硅提供。
所述混合物可進一步包括沙子。
所述材料可包含按重量計大約25-80％的含有硅的添加劑、大約5-10％的水泥，剩余物為沙子。
所述材料可包含按重量計大約60-80％的含有硅的添加劑、大約5-10％的水泥，剩余物為沙子。
所述材料可包含按重量計大約67％的含有硅的添加劑、大約7％的水泥和大約26％的沙子。
所述材料可包含按重量計約27％的含有硅的添加劑、約7％的水泥和約66％的沙子。
所述材料可包含按重量計約47％的含有硅的添加劑、約7％的水泥和約46％的沙子。
所述水泥可以是硅酸鹽水泥(portlandcement)。
所述添加劑可含有晶態(tài)或無定形的、或兩者皆有的碳族元素或關(guān)鍵成分或組分。
所述添加劑可含有不同尺寸顆粒形式的碳族元素或關(guān)鍵成分或組分。
本發(fā)明的另一方面提供一種混合電纜包繞材料的方法，包括：提供添加劑；提供水泥；并將含有碳的添加劑與水泥根據(jù)預設配方混合以形成所述電纜包繞材料。
另一方面提供一種敷設電纜的方法，包括：將電纜至少部分包繞于電纜包繞材料中。
所述方法可進一步包括混合電纜包繞材料。
所述方法可進一步包括：提供電纜，其中所述電纜用于電力傳輸系統(tǒng)中高壓電力傳輸。
另一方面提供一種電纜布置，包括：至少部分被電纜包繞材料包繞的電纜。
所述電纜可被用于電力傳輸系統(tǒng)中的高壓電傳輸。
另一方面提供包含電纜布置的電力傳輸系統(tǒng)。
所述電力傳輸系統(tǒng)可進一步包括至少一種電纜封端化合物、和/或塞止接頭、和/或流體冷卻系統(tǒng)。
附圖說明
參考附圖，僅示例性地描述本發(fā)明的實施方案，其中：
圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施方案的電纜包繞材料的溝道的截面。
具體實施方式
本發(fā)明的實施方案涉及電纜包繞材料1?？蓪⑺鲭娎|包繞材料1用于包繞電纜2以傳輸電力。
電纜2可適用于高壓電傳輸。例如，電纜2可適用于傳輸電壓大于33kv或大于50kv的電力。在一些實施方案中，電纜2可適用于傳輸33kv、50kv、66kv、115kv、132kv、230kv、275kv、400kv或500kv的電力。在一些實施方案中，可配置電纜2用于傳輸例如33-500kv、50-500kv、66-500kv、115-500kv、137-500kv、230-500kv、275-500kv和400-500kv范圍內(nèi)任意值的電力。
可根據(jù)敷設方法將電纜2敷設于土地中，以形成部分電力傳輸系統(tǒng)。
可以多種不同方式敷設電纜2。本發(fā)明的實施方案至少與電纜敷設方法是相關(guān)的，其中所述電纜2被用于將熱量從電纜2傳導走的材料包繞。
在一些實施方案中，可通過挖掘溝道3敷設電纜2。溝道3可至少部分由電纜包繞材料1填充。而后可將電纜2敷設于至少部分由電纜包繞材料1支撐的溝道3中。在一些實施方案中，將所述電纜2支撐于臨時的支撐結(jié)構(gòu)上，位于一表面上方，之后所述電纜2和所述表面之間的體積由電纜包繞材料1填充。然后可(通過在溝道3中放置更多的電纜包繞材料1)將電纜2用電纜包繞材料1覆蓋。
溝道3可至少部分由其他回填材料4裝填，可將保護板材料7(例如，混凝土)埋于(例如，所述其他回填材料4中)電纜2和地面5之間以為電纜2提供保護。如果適當，可在地面上用合適的表面覆蓋物6(例如柏油碎石、瀝青混凝土、草皮等)最終覆蓋溝道3。
這樣的方法和布置直接將電纜2敷設于土地中。應理解，可使用這樣的方法敷設多根這樣的電纜2。
其他敷設電纜2的方法(和敷設的電纜2的布置)也是可能的。例如，可使用管道承載一根或多根電纜2。
在一些實施方案中，可將一根或多根電纜2敷設于表面槽(surfacetrough)中，所述表面槽可為混凝土溝道的形式，一根或每一根電纜2被敷設于其中并由電纜包繞材料1包繞。所述表面槽可包含蓋子或覆蓋物，所述蓋子或覆蓋物可包括混凝土蓋或混凝土覆蓋物。
應理解，對于電力傳輸，將會存在多根這樣的電纜2，甚至在每個待傳輸電力階段(phaseofelectricity)都有多根這樣的電纜2。將多根這樣的電纜2敷設于土地中，形成部分電力傳輸系統(tǒng)，從而形成電纜布置。
可將多根電纜2成組敷設，將第一組電纜2彼此靠近地敷設，將第二組電纜2離第一組電纜2預定的距離敷設(所述預定的距離分別大于形成第一組或第二組電纜2的單個電纜間的距離)?？蓪⒌谝唤M電纜2或第二組電纜2，例如，敷設于各自的溝道中(例如敷設于小于2m寬或1.5m寬的溝道中)。也可相對于第三組電纜2敷設第一組和第二組電纜2，第三組電纜2和所述第一及第二組的間距大于第一組電纜2相對于第二組電纜2的距離。
電纜2布置的間距可至少部分由電纜2和電纜包繞材料1的熱特性決定。
可按如上所述的將電纜2(一根或多根)敷設為地下電纜2(或敷設為地下電纜2的布置)。然而，電纜2(一根或多根)可穿過電力傳輸系統(tǒng)的一個或多個其他要素(features)。例如，電纜2可穿過接合間(jointbay)、塞止接頭和其他接頭。在這樣的要素中，電纜2(一根或多根)可不由電纜包繞材料1包繞。電力傳輸系統(tǒng)可包含至少一種電纜封端化合物，在所述電纜封端化合物中的電纜2(一根或多根)被置于地面以上，并連接至所述電力傳輸系統(tǒng)(可以是架空傳輸系統(tǒng))的某些其他部分。
電力傳輸系統(tǒng)可包含一根或多根其他的導管，其可被構(gòu)造為用于傳輸經(jīng)其通過的流體。可將這樣的導管結(jié)合至泵和換熱器，例如，設置為電纜2(一根或多根)的冷卻系統(tǒng)的一部分?？蓪⒁桓蚨喔渌麑Ч芊笤O得非常靠近電纜2(一根或多根)，并可至少部分由電纜包繞材料1包繞。
從上文關(guān)于電纜敷設的討論中將理解，電纜2至少部分被電纜包繞材料1包繞。在一些實施方案中，電纜2的長基本上由電纜包繞材料1包繞。
電纜2可由電纜包繞材料1包繞至圍繞電纜2一周均為大約1m的深度。在一些實施方案中，在約75mm深的電纜包繞材料上敷設電纜2，使電纜2每側(cè)的電纜包繞材料1大約為75mm，然后再使包繞電纜2周圍的電纜包繞材料達到大約1m。
電纜2可以是適用于地下傳輸系統(tǒng)中電力傳輸?shù)娜魏涡问降碾娎|，在所述系統(tǒng)中電纜2照慣例由電纜包繞材料1包繞。概括而言，電纜2包含至少一種電導體和至少一層基本上包繞所述至少一種導體的電絕緣材料。所述電絕緣材料可沿所述至少一種導體的長度延伸，將所述至少一種導體與土地絕緣(例如當敷設于溝道中時)。
電纜2可以是，例如交聯(lián)的聚乙烯擠出電纜、或充以流體的電纜、或紙聚乙烯層壓電纜、或不滴流電纜(massimpregnatednon-drainingcable)或氣體絕緣線電纜。電纜2可包含銅和/或鋁導體。
根據(jù)實施方案，電纜包繞材料1是干混合材料。換言之，所述材料可以是通常干燥的顆粒形式的復合材料?？蓪㈦娎|包繞材料以這種干燥形式敷設。在一些實施方案中，可向所述敷設的電纜包繞材料1中加入水。
可將電纜包繞材料1以預混合形式提供至敷設電纜2時需要使用電纜包繞材料1的地點。換言之，可向所述地點提供一個或多個電纜包繞材料1的容器，并可直接作為電纜包繞材料1使用——見上文。
在其他實施方案中，以未混合的形式向需要材料1的地點提供電纜包繞材料1的組分?？煞謩e地并在單獨的容器中提供所述組分。
因此，可根據(jù)預定配方(見下文)將電纜包繞材料的組分現(xiàn)場混合，以提供電纜包繞材料1。
在其他實施方案中，將電纜包繞材料提供為濕混合物——也就是濕復合材料。
在一些實施方案中，電纜包繞材料1可包括沙子、水泥和添加劑材料的混合物。
添加劑材料可以是具有關(guān)鍵成分或組分的材料。該關(guān)鍵成分或組分可以是碳或含有碳的材料。在一些實施方案中，關(guān)鍵成分或組分可以是硅或含有硅的材料。在一些實施方案中，關(guān)鍵成分或組分可以是元素周期表第14族的元素、或含有元素周期表第14族元素(也就是所謂的“碳族”元素)的材料。
在一些將電纜包繞材料提供為未混合的材料的實施方式中，將添加劑材料以未混合的形式(已準備好按照預定的配方與沙子及水泥混合)供應至所述地點。
在一些實施方案中，添加劑材料是主要由碳族(例如碳或硅)元素作為關(guān)鍵成分或組分形成的材料。例如，碳族元素可形成90％或更多(按重量計)的添加劑材料，或95％或更多(按重量計)的碳族元素。所述添加劑材料可以是除不可避免的雜質(zhì)外，基本上是碳族元素(例如碳或硅)的材料。
碳族元素可以是晶態(tài)或無定形的。例如，所述碳族元素可以是碳，其可為煅燒石油焦或燃油級焦炭或陽極等級焦炭。所述碳可以是石墨化煅燒石油焦。所述碳可以是煅燒無煙煤。
碳族元素可以是硅。所述硅可以是基本上純凈的硅(除如上文所述的不可避免的雜質(zhì)外)?？蓪⑺龉杼峁樘蓟琛Ｋ鎏蓟杩梢允撬^的“綠色”碳化硅，或所謂的“黑色”碳化硅。所述碳化硅可包含作為雜質(zhì)的鐵。所述純凈硅的純度可以是約95-99％(例如，約98-99％)。
可將所述硅提供為純度為約85-99％(例如85％、90％或98％)的(如所討論的)碳化硅。粒徑可以是18、30、40或200目尺寸(約0.075-1.00mm，或其混合物)。
添加劑材料(特別是以碳作為關(guān)鍵成分或組分的材料的情況下)可包含雜質(zhì)例如氟、氧化鎳、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、五氧化二磷、硫酸鹽、氧化釩、氧化銅和氧化鉛。所述雜質(zhì)可總計按重量計少于約10％(在一些實施方案中，少于5％或少于4％)的添加劑材料。
所述添加劑材料(特別是以碳作為關(guān)鍵成分或組分的材料的情況下)可以是堿性的，并可具有約8.5的ph。
水泥可以是硅酸鹽水泥或另一種水硬水泥。沙子可以是電纜沙(滿足bs882規(guī)定的級別f，和/或95％的沙子(按重量計)通過5mm篩)。
可將添加劑材料提供為粉末或粒料。在一些實施方案中，所述添加劑材料包含不同形式的碳族元素(一種或多種)的混合物，可以是不同顆粒大小(或可以基本上是相同的顆粒大小)的混合物。
添加劑材料可以為細粉的形式，或可以等同于中粒砂或粗砂的級別。
以碳化硅作為關(guān)鍵成分或組分的添加劑材料可以是f10至f220中任意的級別，或這些級別的混合物(例如f24、f36、f180)。在一些實施方案中，以碳化硅作為關(guān)鍵成分或組分的添加劑材料可以具有f46至f360的級別，或這些級別的混合物。在一些實施方案中，以碳化硅作為關(guān)鍵成分或組分的添加劑材料可以具有f240至f1200的級別，或這些級別的混合物。
在一些實施方案中，預定配方包括傳統(tǒng)電纜包繞材料配方(沙子和水泥的混合物)，其中所述配方中沙子的比例已被減少，添加劑材料被包括于所述配方中。在一些實施方案中，這樣的傳統(tǒng)配方中的沙子部分被相應的添加劑材料部分(按重量計)替換。
在一些實施方案中，電纜包繞材料可包含56-90％的添加劑材料，剩余物為沙子和水泥。在一些實施方案中，沙子被從電纜包繞材料中排除。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約25-80％的添加劑材料，剩余物為沙子和水泥。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約60-80％的添加劑材料，剩余物為沙子和水泥。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計25-80％(或60-80％)的添加劑材料、約5-10％(優(yōu)選約7％)的水泥，剩余物為沙子。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約67％的添加劑材料、約7％的水泥和約26％的沙子。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約75％的添加劑材料、約6％的水泥和約19％的沙子。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約66.67％的添加劑材料、約6.67％的水泥和約26.67％的沙子。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約27％的添加劑材料(例如26.67％)、約7％的水泥(例如6.67％)和約66％的沙子(例如66.67％)。在一些實施方案中，電纜包繞材料1包含按重量計約47％的添加劑材料(例如46.67％)、約7％的水泥(例如6.67％)和約46％的沙子(例如46.67％)。
在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是碳，電纜包繞材料1包括按重量計約67％的添加劑材料(例如約66.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約26％的沙子(例如約26.67％)。在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是碳，電纜包繞材料1包括按重量計約75％的添加劑材料、約6％的水泥和約19％的沙子。在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是碳，電纜包繞材料1包括按重量計約27％的添加劑材料(例如約26.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約66％的沙子(例如約66.67％)。在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是碳，電纜包繞材料1包括按重量計約47％的添加劑材料(例如約46.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約46％的沙子(例如約46.67％)。
在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是硅(可將其提供為基本上純凈的硅或碳化硅)，電纜包繞材料1包括約67％的添加劑材料(例如約66.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約26％的沙子(例如約26.67％)。在一些實施方案中，所述關(guān)鍵成分或組分是硅，電纜包繞材料1包括按重量計約27％的添加劑材料(例如約26.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約66％的沙子(例如約66.67％)。在一些實施方案中，關(guān)鍵成分或組分是硅，電纜包繞材料1包括按重量計約47％的添加劑材料(例如約46.67％)、約7％的水泥(例如約6.67％)和約46％的沙子(例如約46.67％)。
在一些實施方案中，所述電纜包繞材料的最佳含水量為約11％、干密度為1.4mg/m3。在一些實施方案中，最佳含水量為約10-15％、干密度為約1-2mg/m3或1-1.5mg/m3。
一些實施方案的電纜包繞材料可具有的熱阻率為約0.2-0.5km/w(優(yōu)選0.2-0.45km/w)。
對于如用于典型工況的傳統(tǒng)電纜包繞材料，已確定具有約1.2或更大的熱阻率。
已發(fā)現(xiàn)具有以碳作為關(guān)鍵成分或組分的添加劑材料的電纜包繞材料可達到0.35-0.45km/w(例如0.40-0.43km/w)的熱阻率。已發(fā)現(xiàn)，具有以硅作為關(guān)鍵成分或組分(不論是基本上純凈的硅或碳化硅)的添加劑材料的電纜包繞材料可實現(xiàn)更好的(即更低的)熱阻率，對于一些實施方案其可以是0.2km/w。
更低的熱阻率意味著更高的熱導率。如果可將由電纜包繞材料1包繞的電纜2產(chǎn)生的熱量從電纜2周圍區(qū)域更快地移除，則對于同樣的電流和電壓可使用具有截面更小的導體的電纜2。
本發(fā)明的實施方案包括電纜包繞材料1、混合電纜包繞材料1的方法、使用電纜包繞材料1敷設電纜2的方法、包含至少部分由所述電纜包繞材料包繞的電纜的電纜布置，以及包含這樣的電纜布置的電力輸送系統(tǒng)。
應理解，本文使用的“沙子”涉及聚集形式。還應理解，“水泥”是結(jié)合材料的一個實例，其在一些實施方案中可由不同的結(jié)合材料取代，這些結(jié)合材料相似或等量于本文關(guān)于水泥所述的那些。
電纜包繞材料1可由含有碳的添加劑和水泥組成(除不可避免的雜質(zhì)外)。電纜包繞材料1可由含有碳的添加劑、沙子和水泥組成(除不可避免的雜質(zhì)外)。所述含有碳的添加劑可由碳組成(除不可避免的雜質(zhì)外)。
術(shù)語“包含”、“包括”及其變體當在本說明書和權(quán)利要求中使用時，指包括特定的特征、步驟或部件。所述術(shù)語不應解釋為排除其他特征、步驟或組分的存在。
在上述說明書、所附權(quán)利要求或附圖中所公開的、以其特定形式或從用于執(zhí)行所公開功能的裝置的方面、或從用于獲得所公開的結(jié)果的方法或工藝的方面表示的特征，視情況，可單獨地，或以這些特征的任意組合使用，以實現(xiàn)多種形式的本發(fā)明。