中高压电力电缆用乙丙橡胶绝缘材料的研究.pdf
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1、2 0 0 8年第 5期 No 5 2 0 08 电 线 电 缆 El e c t ric Wi r e Ca b l e 2 0 0 8年 1 0月 Oc t , 2 008 中高压 电力 电缆用乙丙橡胶绝缘材料的研究 茅 雁 , 程 江 , 杨 昌平 ( 1 上 海电缆 厂有限公司 , 上海 2 0 0 0 9 3 ; 2 上海藤仓橡塑电缆有限公 司,上海 2 0 0 0 9 3 ) 摘要 : 用于 电厂封 闭母线的 电缆 、 盾构电缆、 煤矿 用电缆 等 中高压 电力电缆 的绝缘 越来越 多地采 用 乙丙橡胶 。 本 文研 究了适合 于 中高压电缆使 用的 乙丙橡胶绝缘材料 , 从基体
2、材料 的选择 、 配合剂 的选择 、 加工工艺等方面 进行 了探讨 。 所研制的 乙丙绝缘材料及其 制品具有优 良的机械 电气性能和加 工性能。 关键词 : 中高压 电力 电缆 ; 乙丙橡胶 ; 基体材料 ; 配合剂 ; 硫化 中图分类号 : T M 2 4 7 1 ; T M2 1 5 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 0 8 ) 0 5 - 0 0 2 8 - 0 3 I nv e s t i g a t i o n o f EPR I ns u l a t i on Co mpo un d f o r t h e M VHV Po we
3、 r Ca b l e s MA0 Ya n e t a l ( S h a n g h a i C a b l e Wo r k s C o , L t d , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 3 , C h i n a ) Abs t r ac t :EPR i s mo r e a n d mo r e us e d a s i ns u l a t i o n f o r MVHV p o we r c a b l e s s uc h a s c l o s e d b us b a r c a b l e s i n p o we r p l a n t , j
4、 u mb o c a b l e s , mi n i n g c a b l e s e t c I n t h i s p a p e r , t h e E P R i n s u l a t i o n c o mp o u n d s s u i t a b l e f o r MV HV p o we r c a b l e s we r e i n v e s t i g a t e d i n t e r ms o f s e l e c t i o n o f t he ba s e p o l y me r a nd a i ds , p r o c e s s i ng
5、 e t c The d e v e l o p e d EPR i n s ul a t i o n c o mp o un d a n d i t s p r o du c t s wa s f 0 u nd t o h a v e e x c e l l e nt me c ha n i c a l a n d e l e c t rica l p r o pe r t i e s a nd pr o c e s s a b i l i t y Ke y wo r ds:MVHV p o we r c a b l e s;EPR;ba s e po l y me r ;a i d s;c
6、 u rin g 0 引 言 交联聚 乙烯 ( X L P E ) 绝缘材料在 中高压 电缆 的 应用已经相 当广泛 , 但是 , 低温柔软性、 耐水树、 耐电 树及耐 电晕性能等方面仍然不足。与 X L P E、 P E及 油纸绝 缘相 比 , 乙丙 橡 胶 绝 缘 具 有 很 高 的运 行 可 靠 性及其它优点 , 如高的耐湿性能 , 浸水后 电气和机械 性能几乎不下降, 耐水树形成能力高, 耐 电晕及耐热 性 能好 , 热膨胀率小 , 结构稳定性好。随着 橡胶生 产 、 加工混炼和硫化工艺等方面的技术发展 , 使乙丙 橡胶( E P R) 用于中高压 电缆的可靠性不断提高 , 其 在 电
7、缆生产 中的用量也不断增加。 近几年 , 随着 中国经济的高速发展 , 能源供应紧 张的矛盾越来越突出, 并将持续很长时期。全 国各 地 开始 大力 发展 电力 基础 设施 , 火 电厂 、 风 电厂和 核 电站开始大量建设 。根据电厂 的设计要求 , 需要采 用大量电缆作为封闭母线 , 设计 的电缆型号规格为 8 7 1 5 k V 1 5 0 0 mil l 。 并且 , 目前 国内盾构 电缆、 煤矿移动变 电站用 8 7 1 0 k V中压 电缆、 石油平 台 用 中压 3 6 6 k V1 2 2 0 k V船用 电缆等采用乙丙 收稿 日期 : 2 0 0 8 - 0 3 2 6 作
8、者简 介 : 茅雁 ( 1 9 6 7) , 男 , 高级工程师 作者地 址 : 上海市军工路 1 0 7 6号 2 0 0 0 9 3 绝 缘 电缆越 来越 多 。 在 国内电缆制造厂内, 用于此类电缆的乙丙绝 缘材料大多采用进 口, 少量 由国内专业材料供应商 提供 , 并且批量不大。鉴 于进 口材料周期 长, 价格 高, 我们结合本公司的经验和工艺特点, 重点研究了 适 合 于 中高 压 电缆使 用 的乙丙橡 胶绝 缘材 料 。本文 主要介绍了橡胶的选择、 配合剂的选择及工艺技术 , 研制的材料符合 I E C 6 0 5 0 2标准的性能要求。 1 乙丙绝缘料 的配方研 究 ( 1 )
9、基材的选用 乙丙材料中常用的有二元乙 丙和三元 乙丙 , 不 同类型的乙丙橡胶的本质差别在 于分子量、 结晶度 、 二烯含量和粘 度, 并将影响橡胶 工艺性能、 挤 出性能、 冷热强度和物理特性。根据特 定的应用, 可简单的分为无定形和半结 晶两种, 并可 按粘度和二烯含量进一步区分。一般来说 , 较高的 粘度胶料具有较高的模量和拉伸强度。半结晶胶料 具有高硬度 、 高模量和高拉伸强度 , 并具有优异的电 气性能和物理性能。 由于 X L P E具有更高的介 电性能 , 因此中高压 电力电缆用绝缘材料适宜选用较高乙烯含量的三元 乙丙橡胶( E P D M) , 并综合加工性能和电气 物理性 能
10、的要求 , 我们选择 乙烯含量较高 ( 7 0 左右) 、 低 门尼粘度 、 半结晶的橡胶 N o r d e l I P 3 7 2 2 P作为主要 基体材料 , 主要技术指标如下 : ML 1 2 5 C 2 0 , 乙 2 0 0 8年第 5期 No 5 20 08 电 线 电 缆 El e c t 6c W i r e& Ca bl e 2 0 0 8年 1 O月 Oc t , 20 0 8 烯含量 7 0 5 , 二烯含量 0 5 , 中等分子量分布。 ( 2 )硫化体 系 乙丙橡胶的二烯含量对于采用 硫磺硫化体系的混炼胶的硫化速度和交联度有很大 的影响。增加二烯含量会增加硫化点 ,
11、 从 而导致更 快的硫化速度和更高的交联度, 但采用过氧化物硫 化体系时二烯含量对硫化速度及交 联度影 响较小。 乙丙橡胶通常可采用过氧化物或硫磺和促进剂进行 硫化 , 一般来说 , 硫磺硫化体系仅用于低压绝缘和护 套材料配方 , 而过氧化物硫化体系适用于广泛 的低 压、 中压的绝缘配方。 不论有无共硫化剂 , 采用过氧化物硫化 的乙丙 橡胶具有快速硫化 , 加工安全性好 , 很好 的耐热性和 干湿环境下优异的电气稳定性等特点。二酰基、 二 烷基和过氧化酯类型有机过氧化物适用于乙丙橡胶 硫 化 。 共硫化剂是有多个不饱和官能团的有机物, 与 过氧化物进行共交联 , 常用于增加硫化速度和交联 度
12、 。由于是低分子量物质, 可以降低胶料粘度而改 善加工 性能。常用 的共 硫 化剂 有 H V A一 2 、 T A C及 TAI C。 ( 3 )填料选用 过氧化物硫化体系中必须使用 中性或碱性的填料。二氧化硅和未经处理陶土一般 呈酸性 , 应该避免使用 。煅烧陶土 和表面处理煅烧 陶土由于经煅烧后粒 子呈碱性 , 并 降低 陶土的亲水 性 , 从而使胶料具有 良好 的电气绝缘性能。但对于 中高压电缆用 乙丙绝缘材料, 填料不宜多加 , 一般添 加 5 0 7 0 p h r ( 每百重量份橡胶 中的份数 ) 。我们一 般选择 了 P o l a fi t e 5 0 3 S , T r a
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