摘要：随着电缆容量的不断增加，为了解决电缆的散热问题，研制散热性能优良的电缆成为了提高电缆传输能力的重要研究方向。本文主要介绍了电缆散热技术的发展路线和主要方法，并对电缆散热技术将来的发展趋势进行预测。
关键词：电缆；散热；专利
在一些特殊的电力传输场合中，线缆往往需要连接大功率负载，工作时线缆会发热产生高温，影响线缆的使用寿命，严重时会烧坏线缆甚至引起火灾[1]；同时，由于导线的材料为金属材料，并且金属材料的电阻随着温度增加而增加，因此电缆的电阻也将随着温度增加而增加，导致电缆的传输效率下降[2]。随着电缆容量的不断增加，为了解决电缆的散热问题，研制散热性能优良的电缆成为了提高电缆传输能力的重要研究方向。
一、历史发展：
纵观电缆散热技术的发展历史，电缆散热的研究主要包括使用冷却流体和设计特殊散热结构，冷却流体不断更新，从最早使用油、六氟化硫渐渐转变为使用水和液氮、氮气和空气，除了成本方面的考虑，更多的顾及到环境保护的需要。特殊散热结构从增加外部部件到电缆内部结构改进，精简电缆结构，减少散热成本。历经近60年的发展，电缆散热逐渐演变成结构简单、环境友好的低成本配置，其应用已经从最早的高压、大电流电力电缆逐步走向低压、通信等各个领域，展现了其广阔的应用前景。
二、专利技术现状分析：
电缆散热技术发展至今，主要方法还是集中在利用冷却流体散热和设计特殊散热结构两大类，其中，冷却流体又可分为冷却液和冷却气体两部分。以下就电缆散热技术发展现状进行简单介绍。
（一）利用冷却流体散热
宝胜科技创新股份有限公司申请了一篇关于内外通水式新型水冷电缆的专利，包括处于电缆中心位置的内通水管，内通水管周围的导体，导体外的屏蔽层及外护层，还设有外通水管，所述的导体为绞合成扇面形结构单元的导体以成缆的工艺方式设置在内通水管周围，外通水管包围在导体的外表面，内通水管上和外通水管的靠近导体的一侧设有若干通水的微缝和微孔。导体经过特殊的绞合方式加工成扇面形结构单元，各结构单元可排列成中空的环行结构。该种结构可有效地增大导体的表面积，一方面可充分利用金属材料的集肤效应，来有效地增强电缆导体的载流能力，另一方面有效地增大了导体与冷却水的接触面积，提高了对电缆的冷却效果。同时，该种结构的设计，成功地解决了大截面电缆导体中心散热的问题，同时也解决了传统结构的水冷电缆为了提高散热效果，进而加大外套管内径，从而导致外套管对导体芯线附着力差，使芯线易折断，造成电缆使用寿命降低的问题。
远方电缆公司申请了一篇关于液气恒温电缆的专利，防火电缆外铠装一层充氮无缝铜管，充氮无缝铜管通过电缆终端的液氮罐接通制氮仪及其控制系统，充氮金属管外绕包耐高温防火带，防火带外另设有保护层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在防火电缆、高温电缆或其它类似电缆外铠装一层充氮金属管，在高温情况下通过充氮金属管中的氮气释放来带走电缆的热量达到恒温目的，当电缆本身产生热量或者电缆表面受高温影响时，若电缆温度超过设定值时，由控制系统自动操作，将氮气冲入金属管中进行循环冷却，从而保证电缆良好的恒温状态，本发明是根据电缆截面的大小来选择冷却铜管的直径和使用根数。
（二）设计特殊散热结构
日立公司申请了一篇关于用于高频设备的半硬电缆的散热结构的专利，多个散热片设置在半硬电缆导体外部，通过冷却风扇通风对电缆进行冷却。
远方电缆公司申请了一篇关于防高温电缆的专利，普通电缆因受高分子材料耐温等级限制，且电缆表面散热较慢，电缆表面热量无法及时散去，从而限制和影响电缆传输电能的能力，限制了电缆的载流量。本申请在普通电缆的外表设一层带气孔的鼓风层，鼓风层为中空层，其外表面设有连续均匀的气孔，通过该气孔将鼓风层中的热量带走。
国家电网公司申请了一篇关于电缆的专利，电缆包括导电芯体、绝缘层、屏蔽层和保护层，所述绝缘层内外分别设置屏蔽层；所述导电芯体包括导电内芯和沿所述导电内芯径向设置的翅片及填充于所述翅片间的散热层。导电内芯为单根金属丝，翅片与金属丝为一体成型，翅片通过热传导为导体层散热，为低熔点合金散热层提供支撑。本申请通过增加翅片和散热层，散热层为低熔点金属，利用低熔点金属相变吸热，散热能力强。
三、发展趋势预测：
通过对电缆散热技术的分析，利用冷却流体对电缆散热需要附加其他设备，如为了使流体循环，需要使用水泵等；为了贮存冷却液体或气体需要用到储存罐等；流体循环过程中需要用到各种水管、气管，且需要保证其水密性、气密性。同时，使用流体进行冷却，流体必然会产生损耗。这些都会增加使用冷却流体为电缆散热的成本，因此，观察近年来的专利申请，使用冷却流体进行散热的专利申请已经呈现下降的趋势，但该领域中如何智能化、自动化的实现流体冷却仍具有研究潜力。
涉及散热结构的方式对电缆进行散热，总体趋势一直是以精简结构，降低成本为目标，因此，近几年专利申请中，通过在电缆保护层上设置通孔或将电缆保护层设置为锯齿或波浪形以提高表面积等方式的散热结构涉及越来越多，因为其无需增加额外设置，而保护层结构仅需要对挤出模具进行调整即可通过挤出成型，甚至可以在一定程度上减少原材料的使用。同时，随着材料技术的不断进步，越来越多的导热性能好的新材料逐渐被用于电缆填充或保护层制作，通过材料自身性能提高电缆散热能力，也可能成为电缆散热技术研究的新方向。
四、总结：
从电缆散热的应用领域上，已经不仅仅局限于传统的高电压、大电流电力电缆，网络电缆、计算机电缆等控制电缆、低压电缆也已经开始应用电缆散热技术以延长电缆的使用寿命。因此，通过改进电缆结构、使用新型材料对电缆进行散热，以及应用领域的扩展应当还存在进一步研究的空间。
参考文献：
[1]唐科，张玉兰，傅剑锋.电气火灾与线缆过载分析[J].四川电力技术，2008，31（5）：93-94.
[2]曾冠杰.关于电力电缆的绝缘电阻值问题的探讨[J].中小企业管理与科技旬刊，2008（12）：222-222.
论文作者:孙思远,房晓东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：电缆论文; 流体论文; 结构论文; 导体论文; 水管论文; 保护层论文; 专利论文; 《电力设备》2018年第18期论文;