浅谈交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆结构设计及制造工艺

《浅谈交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆结构设计及制造工艺》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

2013年第2期电线电缆2013年4月No．22013ElectricWire＆CableApr．，2013交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆结构设计及制造工艺卫建良(湖北龙腾红旗电缆(集团)有限公司，湖北宜昌443004)摘要:介绍交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆的结构设计和制造工艺，对制造过程中各道工序的工艺要求作详细阐述，对质量提出控制方法。关键词:交联聚乙烯绝缘电力电缆;阻水结构设计;制造工艺;质量控制中图分类号:TM247．1文献标识码:A文章编号:1672-6901(2013)02-0015-03XLPEInsulationWater-ResistingCableStructureDesignandManufacturingProcessWEIJian-liang(HuBeiLTHongQiCablesGroupCo．，Ltd．，Yichang443004，China)Abstract:IntroductionoftheXLPEinsulationwaterproofpowercablestructuredesign，manufacturingprocess，themanufacturingprocessofeachprocedureintheprocessrequirementsofdetail，toqualityoftheproposedcontrolmeth-od．Keywords:XLPEinsulatedpowercable;waterresistancestructuredesign;manufacturingprocess;qualitycontrol0引言1阻水电缆结构设计国内交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆的应用阻水型电力电缆通常应用于较为苛刻的运行环已有三十几年的历史，因其良好的电气和机械物理境，如长期浸在水中或排水不畅的环境，以及雨水频性能，且具有生产工艺简单、结构轻便、传输容量大、繁的热带或亚热带地区，特别是用于江湖、沼泽等水安装敷设及维护保养方便、不受落差限制等优点，在下敷设环境。为此对电缆阻水结构采用径向与纵向电力系统中得到广泛的应用。相结合的阻水设计。上世纪90年代，专家曾对国内某大型钢铁公司国内径向阻水大都采用金属套，虽然效果很好，进行调研，发现80年代敷设的交联电缆，由于没有但影响电缆的弯曲性且增加本体重量。我们采用铝采用阻水结构，电缆已无法运行，电缆使用寿命没有塑复合综合护层作为径向阻水层，通过纵包的铝塑达到设计要求的30年。经对故障电缆解剖分析，其复合带和挤包的聚乙烯外护套共同作用达到阻水目主要原因是XLPE电缆在敷设和运行期间，外力造的。其阻水机理为:当挤包聚乙烯护套时，由于聚乙成电缆护套及绝缘损伤或接头损坏时，潮气或水分烯融体高温和压力的作用，铝塑复合带表面的聚乙会沿着电缆纵向和径向间隙渗入，致使XLPE绝缘烯薄膜与聚乙烯护套的内表面得以很好地粘结，同在运行电压下生成水树枝。水树枝生长到一定长度时铝塑复合带纵包之间的搭盖也获得良好的粘结。即会在水树枝尖端引发永久性电树枝缺陷，最终导从而阻止了水分的渗入，达到良好的阻水效果。致电缆绝缘击穿。纵向阻水结构采用导体阻水材料填充，绝缘线据统计，国内电网10～35kV电力系统中，地下芯表面绕包半导电阻水带，成缆时用阻水绳填充，铠直埋XLPE绝缘电缆基本上没有采用阻水结构，普装缆芯外绕包阻水带。遍在运行8～12年后生长出大量水树，发生击穿事我们为用户设计的阻水电缆型号规格为FS-故，严重影响电网的安全运行。因此，电缆阻水技术YJY338.7/10kV3×300，电缆的结构如图1所示，对于保证XLPE电缆的可靠性与寿命都具有非常重结构尺寸参数见表1。要的意义。2产品生产工艺流程收稿日期:2012-09-24铜杆→拉丝(连续退火)→导线绞合紧压(阻水作者简介:卫建良(1962－)，男，工程师．材料填充)→导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽三层共挤→作者地址:湖北宜昌市点军区李家河工业区［443004］．半导电阻水带绕包→铜带屏蔽→成缆(阻水绳填 2013年第2期电线电缆2013年4月No．22013ElectricWire＆CableApr．，2013充)→阻水带绕包→铝塑复合带纵包→低密度聚乙3．2导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽三层共挤烯内垫层挤制→钢丝铠装→阻水带绕包→高密度聚3．2．1生产设备乙烯外护套挤制→成品检验→包装入库。选用青岛电工机械厂生产的交联绝缘三层共挤生产线，其中挤包导体屏蔽层为65/25挤出机，挤3各道工序的工艺特点和质量要求包XLPE绝缘层为150/25挤出机，挤包绝缘屏蔽3．1导体绞合层为90/25挤出机。配备德国SIKORA公司X-导体为符合GB/T3956规定的退火裸铜线(铜RAY8000型测偏仪。的纯度≥99.98%)。导体绞制采用分层紧压成型，3．2．2工序质量控制要点保证了导体的紧密和结构稳定。紧压模为钻石涂层(1)内、外半导电屏蔽选用上海万益高分子材纳米模，紧压系数不小于0.9，绞制后导体表面光料厂的材料，其中外半导电屏蔽料采用可剥离的，可洁、无油污，无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边，无凸起剥离性试验方法按GB/T12706.2—2008的第或断裂的单线。绞制中导体层间采用半导电阻水带19.21条规定，剥离力为20N。绕包，且不留有空隙，其目的在于有效地抑制水分从(2)绝缘采用万马高分子材料厂的抗水树纵向渗入电缆导体内，很好地起到了阻水的效果。XLPE，即WTR-XLPE绝缘材料。2按GB/T3956—2008的规定，300mm铜导体(3)导体进机头前用铜刷除去毛刺和铜粉，使20℃时的直流电阻不大于0.0601Ω/km，由60根导体表面光滑，保证屏蔽包覆质量。直径2.62mm的单线同心绞合，紧压后外径为(4)导体屏蔽及绝缘屏蔽的厚度控制在0．6～20.6mm。0.8mm。绝缘标称厚度为4.5mm，绝缘厚度平均值不小于标称值，任一点最小厚度不小于标称值的90%。由于XLPE绝缘材料的热收缩性，实际绝缘厚度值选为4．5×1.05=4.725mm。(5)按用户要求绝缘任一断面偏心度不大于8%，因此对模具尺寸要求特别严格，模芯孔径比导体直径大0.5mm，同时对模具装配的同心度、装配位置等严格规定;对国内不同厂家的绝缘材料的流动性作了详细对比分析，选择低熔垂的绝缘料，配备在线测偏仪，将绝缘偏心度控制在5%以内。(6)氮气纯度。在交联绝缘三层共挤生产过程中，如加热管中的氮气纯度不够，混入了一部分空图1FS-YJY338.7/10kV3×300结构气，则绝缘会老化变色，严重时会使绝缘表面硬化甚1－导体(含阻水材料填充)2－导体屏蔽3－XLPE至龟裂。我公司采用氮气自动供应装置，以确保氮绝缘4－绝缘屏蔽5－半导电阻水带加铜带绕包气浓度在99.5%以上。生产过程中定时排放废氮6－阻水带绕包层7－铝塑复合带及内衬层8－镀锌及交联副产物，确保绝缘表面外观质量。正常生产钢丝铠装9－阻水带绕包层10－高密度聚乙烯护层时，氮气压力保持在1MPa。11－阻水绳填充(7)硫化管清洁。清除硫化管内壁的碳化污表1电缆结构尺寸参数(单位:mm)垢，提高了硫化管温度控制精度，硫化热源可有效地项目名称数值绞合铜导体直径20.6传导到绝缘线芯中，保证了绝缘的热延伸性能。导体屏蔽直径22.2(8)空气净化室内加料。导体屏蔽料、绝缘料、XLPE绝缘直径31.2绝缘屏蔽料均采用真空吸入料斗，要求上料间内空绝缘屏蔽直径32.8半导电带绕包外径34.3气必须过滤，维持一定的正压力。我们建立了千级铜带绕包屏蔽后外径34.6净化室，上料间的空气正压力控制在l2．5N/m3，确成缆后阻水带绕包层外径77.5保加料室的清洁度。铝塑复合综合护层后外径82.2镀锌钢丝铠装后外径88.5(9)主机温度控制精度。绝缘料的挤出温度为阻水带绕包后外径91.595～115℃。考虑到绝缘料在主机内停留及某些不高密度聚乙烯护层后外径99.7确定因素影响，为不使绝缘料在主机内先期硫化，主·16· 2013年第2期电线电缆2013年4月No．22013ElectricWire＆CableApr．，2013机温度控制精度取为±3℃。带应平整、不起皱。(10)导电线芯在换盘续接时，采用铜管压接连3．8电缆外护套接。交联线生产速度约为6.4m/min，完全可以在电缆外护套采用高密度聚乙烯材料。标称厚度10min内完成导体连接操作。铜管连接安全可靠、4.1mm，其任一点的最小厚度不小于标称厚度的强度高，不会在硫化管内拉断。80%－0.2mm。挤出机各段加工温度控制在130～(11)绝缘线芯生产后，在自然环境下存放2175℃，挤出温度以塑化良好且断面无气孔为准。天，其目的是去气，同时也消除了绝缘内应力。螺杆转速控制在25r/min以内。护套挤出后的电3．3半导电阻水带绕包缆外径为99.7mm。绝缘线芯外绕包一层0.5mm半导电阻水带，4检测结果包带重叠率控制在带宽的18%～20%。3．4金属屏蔽将FS-YJY338．7/10kV3×300电缆委托相关金属屏蔽是保证电缆质量的关键。由于电力系部门进行性能检测，试验结果见表2。统对电缆安全性要求很高，电缆采用消弧线圈接地表2产品性能检测结果系统，接地故障电流较大。因此要求采用一层厚测试结果项目名称标准值0.1mm、宽40mm的铜带重叠绕包，重叠率不小于黄绿红带宽的15%。绕包时铜带易发皱，且不易包好，因20℃导体直流≤0.06010.05980.5970.0598此调整绕包角度和绕包张力显得尤其重要，否则铜电阻/(Ω/km)带易擦伤绝缘线芯或铜带不服帖。另外，为了克服局部放电量≤102.62.52.5缆芯的摆动，在包带前后加置定位模作支撑，模具的(1.73U0)/pC孔径比绝缘线芯的外径大1.5～2.0mm。耐压试验未击穿未击穿未击穿未击穿3．5成缆及填充(3.5U0、5min)成缆节径比控制在25～30，成缆绞向为右向。绝缘偏心度/%≤104.24.34.3成缆时中心及边缘均应用阻水绳填充密实，缆芯外电缆两端露出水绕包二层0.5mm阻水带，阻水带重叠绕包，重叠率电缆径向面，常温，浸水72绝缘表面干燥无水分控制在带宽的10%～30%。成缆后电缆不圆度不阻水试验h，绝缘表面应干燥无水分大于10%。试验方法按GB/3．6铝塑复合带及内衬层电缆纵向T12706.2—2008电缆两端无水分渗出采用YLY型聚乙烯型双面铝塑复合带，厚0.32阻水试验附录Fmm，铝带标称厚度为0.20mm，纵向包覆，搭盖宽度应大于6.0mm，热风枪焊接，温度控制在180～5结束语190℃。内衬层选用低密度聚乙烯材料。内衬层的标称阻水型电力电缆经工艺试制，电气及机械物理厚度为2.0mm，其任一点的最小厚度不小于标称厚性能符合GB/T12706.2—2008标准要求，径向及度的80%－0.2mm。挤出机各段挤出温度控制在纵向阻水性能符合相关标准要求。产品已批量生130～175℃，挤出温度以塑化良好且断面无气孔为产，可应用于内河及水位较高的沿海地区，以及雨季准。螺杆转速控制在25r/min以内。频繁的热带或亚热带地区。3．7钢丝铠装参考文献:铠装采用78根标称直径3.15mm的钢丝，钢［1］王春江，吴荣美．阻水型电缆的发展历程［J］．电线电缆，丝绞向为左向，节径比为9～12，总间隙不得超过一2009(3):5-8．根钢丝的直径。钢丝不应出现跳浜等现象，钢丝接［2］吴倩，刘毅刚．高压交联聚乙烯电缆绝缘老化及其诊断技头应对焊，粗糙表面应修理平整，接头处的钢丝直径术述评［J］．广东电力，2003(4):1-6．应与原直径基本相等。［3］卓金玉．电力电缆设计原理［M］．北京:机械工业出版社，钢丝外绕包二层0.5mm阻水带，阻水带重叠1999．绕包，重叠率控制在带宽的10%～30%。绕包后包·17·