高压XLPE绝缘电力电缆皱纹铝护套的应用.pdf

2 0 0 3 年第 4期 No 4 2 00 3 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 3年 8月 Au g， 20 03 高压 XL P E绝缘 电力电缆皱纹铝护套的应用 杨俊 家， 昊宗新 ， 孙 青 ( 山东鲁能泰山 电缆股份有限公 司， 山东 新泰 2 7 1 2 O O ) 摘要 ： 本文重 点分析 了纵 包氩弧 焊皱纹铝护套 的各种特性 ， 从 不 同的角度分析 了纵 包氩弧 焊皱纹铝护 套在 电 缆 应用的可靠性 。 关键词 ： 高压 交联 聚 乙烯绝缘 电力 电缆 ； 氩弧 焊； 温度场 ； 抗拉强度 ； 可靠性 中图分类号 ： T M2 4 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 3 1 1 3 9 2 ( 2 0 0 3 ) 0 4 0 0 4 4 0 3 Ap pl i c a t i o n o f t h e c o r r u ga t e d a l umi ni u m s he a t h i n HV XLPE p owe r c a b l e s YANG J u n i i a e t a 1 ( Lu n e n g Ta i s h a n Ca b l e Co ，L t d ，S h a n d o n g，Xi n t a i 2 7 1 2 0 0，S h a n d o n g Pr o v i n c e， Ch i n a ) Abs t r a c t：Thi s pa pe r p r e s ent s mai nl y t he c h ar a c t e r i s t i c s of t h e l on gi t ud i na l l y wr ap pe d ar go n a r c wel de d c or r ug a t e d a l umi ni u m s he a t hThe r e l i ab i l i t y of t he ap pl i c a t i on of t he c or r ug at e d a l umi ni um s h e at h i n powe r c a bl e s wa s a na l i z e d f r om d i f f e r e nt a s pe c t s Ke y wor ds：HV XLPE p owe r c ab l e s；a r g on ar c we l di ng；t e mpe r at ur e f i e l d；t e n s i l e s t r e n gt h；r el i a bi l i t y l 引 言 为了提高高压交联聚 乙烯( XL P E) 电力电缆 的 各 项 性 能指 标 的稳 定 性 ， 防止 电缆绝 缘 层 被 外界 潮 气及水分的侵入 ， 以保证电缆具有优异的绝缘性能 ， 使电缆能在各种环境下使用 ， 电缆应包覆金属护套。 金属护套 的作用主要有三个 ： ( 1 )防水作用。防止 XL P E绝缘接触到水分后 产生水树枝 ， 作为电缆的径向防水层 ； ( 2 )能承 受零 序短 路 电流 ， 热稳 定性 好 ； ( 3 )对绝 缘 线 芯 起 保 护 作 用 ， 避 免外 力 对绝 缘 线 芯 产生 的破 坏 。 2 金属护套 的种类及铝护套 的应 用 2 1 金 属 护套 主要 的种 类及 其 比较 金属护套必须具有 良好的机械性能、 耐腐蚀 以 及良好 的密封性能和导 电性能。通常使用的金属护 套材料有铅 、 铝等 ， 而大截面的 XL P E绝缘 电缆 ， 为 了减少护套的损耗而采用不锈钢作为电缆的金属护 套 。 铝作为护套材料 ， 具有 以下几个优点 ： ( 1 )铝是地壳 中分布最广的金属材料之一， 约 占地壳重量的 7 5 8 ， 来源可靠且价格低廉 ； ( 2 )铅 的密度较高约为 1 1 3 4 g c m ， 而铝的密 收稿 日期 ： 2 0 0 2 1 0 0 5 作者简介 ： 杨俊 家( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 山东新 泰人 ， 工程师 作者地址 ： 山东新泰市金斗路 1 0 0号 2 7 1 2 o o 度较低约为 2 7 0 g c m。 ， 只有铅密度的 1 4 ， 这可 以 使 电缆的重量大大减轻 ， 有利于电缆的制造 、 运输和 安装 ； ( 3 )铝 的 机 械 强度 高 ， 结构 稳 定 ， 蠕 变 小 ， 疲 劳 强度高 。 因此 ， 电缆护套材料较多采用铝或铝合金材 料 。 2 2铝护套 被 覆的 方式 铝护套的被覆方式有两种 。一种是在压铝机上 挤制而成的无缝铝护套 ， 另一种是 由冷轧铝板卷包 后用氩弧焊接机焊接而成的纵包焊接皱纹铝护套 ， 两者 的 比较如 下 ： ( 1 )挤制成型的铝护套。压铝机是一种精密设 备 ， 体积庞大， 造价昂贵， 生产工序、 工艺流程 比较复 杂， 且能耗和功耗很高， 不是一般的电缆厂所能承受 的， 因而生产的铝套 电缆成本较高 。 在 挤 铝 时 必须 选 用 可 塑性 好 、 纯 度 较 高 的铝 锭 来减 小挤 制 的压力 。所 用铝 纯度 应不 低 于 9 9 6 。 铝的熔点较高( 6 5 8 。 C) ， 因此通常把圆柱形 的铝 锭先预热到 4 5 0 。 C左右 ， 然后将其一端 冲击加热到 5 3 0 。 C， 再装入工作筒进行铝护套的挤制 。 为了使铝锭 的表面光滑和清洁 ， 并保证 它与压 铝机工作筒有 良好 的配合 ， 铝锭在使用前需进行专 门的表面切削精加工。圆铝锭 的尺寸与所用设备有 关。铝锭内部不应有夹杂物 、 砂眼和气孔 ， 这些缺陷 的存在必然会影响护套的质量 ， 因此使用前需用超 声波探伤器对所有铝锭进行检查。 在挤制过程中， 为防止电缆绝缘的烫伤， 有的电 维普资讯 2 0 0 3 年第 4 期 NO 4 20 03 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e& Ca b l e 2 0 0 3年 8月 Au g ， 2 0 0 3 缆 制造 企 业采 用 含 铜 丝 的编 织 带 ， 以 防止 绝 缘屏 蔽 层被烫伤； 另外 ， 在挤制时应有较高的出线速度 ( 不 低于 1 2 1 5 m mi n ) ， 以缩短高温对 电缆的作用时 间。 由于交 联聚 乙烯 绝缘 的膨 胀 系数 比铝护 套 的膨 胀 系数大 ， 因此 在铝 护 套与 绝缘 层 之 间必须 留有 足 够 的膨 胀 空 间 ， 如 果无 间隙 或 间隙不 够大 ， 绝缘膨 胀 后 会 在绝 缘 表面 留下 波纹 的 凹痕 ， 这会 影 响 电 缆 的 电气性 能 。 由于有 较 大空 隙的存 在 ， 制造 纵 向阻水 电 缆 比较 困难 。 ( 2 )纵包 焊 接皱 纹 铝护 套 。纵 包焊 接 皱纹 铝 护 套 是 由冷 轧 铝板 卷 包成 型后 ， 用 氩 弧 焊接 机 焊 接 而 成 。 氩 弧焊 焊接 机组 通常 由放 带 、 清 洗 、 剪边 、 卷包 成 型 、 焊 接 、 牵 引 、 检 测 、 轧 纹 等 部分 组 成 ， 与 压铝 机 相 比造价非常低 ， 生产工序、 工艺流程简单易掌握 ， 而 且 生 产 的功耗 及 能 耗 都 比挤 制 成 型 的铝 套 低很 多 ， 因而 生产成 本也 相对 较低 。 3纵包氩弧焊铝护套 的生产 原理 纵包 氩弧 焊 铝护 套 的生产 原理 是基 于氩弧 焊 的 工作原理。 在金属焊接过程中， 利用惰性气体进行焊 接保 护 ， 避 免焊 缝 氧 化 ， 保证 焊接 质 量 ， 并 利用 氩 氦 易电离的性质进行导热 ， 使焊缝熔合 ， 尤其是利用热 渗透性很强的氩离子焊， 使一般不易实现 的直流焊 铝 得 以很 好 实现 ， 且 焊 接 速 度 比相 同电 流 的交 流焊 接 速度 快 。 氩 弧焊 焊接 机组 主要 由以下几 个部 分所 组成 ： ( 1 )放 带 装 置 。金 属 带 能 平 缓 放 出 ， 并 有 自动 调节 的对 中心功能 。 ( 2 )成 型 装 置 。在成 型 台上 装有 铝 带 的导 向 、 切边和管子卷包( 纵包 ) 成型装置。在该装置的尾部 装有含摄像头、 调节镜头和监视器的焊接机 。 为了得 到一 条较 为理 想 的焊 缝 ， 金 属 铝 带 在进 入 焊 接 区 以 前必须 进行 清 洁并 剪切 掉不 规则 的氧 化边 。 然后 ， 带 子通过成型模具后 ， 在进行焊接之前已形成一根封 闭 的圆管 。 ( 3 )焊接装 置。焊枪能 够在三个方 向进行调 节 ， 使焊接点始终处在焊缝 的中央 。氩 氦惰性气体 混合物覆盖着焊弧和焊接点 ， 以防止焊缝氧化。 操作 者在 监视 器上可 清 楚地 观察 到整个 的焊接 过程及 钨 极 的烧 损 情况 。 ( 4 )牵引装置。该装置拖动 管子前行 ， 使 之能 够生产大长度焊管。 该牵引装置为钳 口式牵引 ， 由许 多装在一对循环链条上的钳 口式夹钳组成。每个夹 钳装有两个半分钳 口， 钳 口中嵌有衬垫与铝管的直 径精确吻合。 如果管子被轧纹， 这种夹钳亦适于补偿 来 自轧 纹机 的扭 力 。 ( 5 )轧纹 装置 。 焊 好 的 铝 管通 过 一个 具有 冷 却 和乳 液润 滑作 用 的轧纹装 置 。在 轧纹 头 中使用 一个 专 用 的刀 具在 铝 管 上挤 压 出螺 旋形 或 环 形 的 皱纹 。 皱 纹 的深度 可任 意调 节到 某一 范 围 。整 条生 产线 的 线 速度 与 轧纹机 的转 速 之 比决 定 了皱 纹 的节 距 。 4 氩弧焊铝护套 的特 性 美 国爱迪生照明协会标准 AE I C C S 7 - 9 3 ( 额定 电 压 6 9 k V 至 1 3 8 k V 交 联 聚 乙 烯 绝缘 电缆 规 范 的 A1 3 节 指 出， 金属 套应 为挤 制铅 套或 焊接 铜 、 铝 及合金护套 ， 但明确本节所提到的任选结构供参考 。 1 9 9 2年 ， 我 公 司 在 6 4 1 1 0 1 2 7 2 2 0 k V 交联 聚 乙 烯 绝缘 电力 电缆 的加 工过 程 中首次 引进 了氩 弧焊 生 产工 艺 。 从 生 产线 的生 产能力 来看 ， 该 生产工 艺能 够 实 现任 意长 度 电缆的制 作 。 氩 弧 焊 接技 术 是 在氩 气 和氦气 的保 护下 ， 以铝 板为正极 ， 钨极为负极 ， 通过低 电压、 大电流来完成 焊接 的 。 该 焊接 过程 属于 非填 充式 焊接 ， 不存 在其 他 材质 的介入 ， 而且加热范围特别小 ( 焊 区仅有 2 mm 左右) ， 同时高速氩气和氦气不断吹 向焊接点 ， 使散 热迅速 ， 加速冷却 ， 材料 内的温度场会很快消失 ， 避 免 了绝缘线 芯 被烫伤 。经 实测证 明 ， 在焊 接点 处 ， 阻 水带 缓 冲层上 表 面温 度 为 6 0 。 C， 电缆绝 缘 线芯 外屏 蔽 层表 面 的温度 为 3 3 ， 远 未 达到 对绝 缘 线芯 产 生 不 良影 响 的程度 。 氩弧焊接工艺使用卷板铝材， 由专业生产厂提 供 的， 并且经退火等处理 ， 以及出厂前进行检验 ， 因 此 ， 焊接后的铝管厚度均匀 ， 各种杂质 、 微孔等质量 缺 陷极少 。 氩弧焊接是同种材料 的熔压式焊接 。由于有氩 气和氦气等惰性气体的保护 ， 焊接点处熔化的铝不 会 被 氧化 ， 因而形 成 焊 缝 的材 料 在 化学 成 分 上 不会 有任何的变化 ， 焊缝处经高温处理后 ， 铝材的金相结 构发生变化( 晶粒长大) ， 但经过计算和机械性能测 试 ， 表面焊缝处的抗拉强度( 7 8 MP a ) 还略高于焊缝 周 围金属 铝 的抗 拉 强度 ( 7 6 MP a ) 。 在 氩 弧焊 接 法制 造 铝 护 套 的生 产 过程 中 ， 我 公 司采用了涡流探伤仪等在线检测装置 。当出现焊接 缺陷时， 探伤仪就会报警并进行补焊 ， 保证了焊接的 密封 性 ； 在 产 品加工 完成 以后 ， 为 了检验 产 品是 否 漏 焊 ， 还 要对 整根 电缆 进行 浸水 后 的气密 性试 验 ， 这更 保证 了产 品 的密封 性 。 ( 下转第 4 8页) 45 维普资讯 2 0 0 3 年第 4期 No 4 20 03 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 3年 8月 Au g， 20 03 注 ： 1 本产品已经 国家电线 电缆监督检验 中心检测 ， 认为本产品完全符合本厂企业标 准 Q XL 0 0 5 0 5 2 -2 0 0 2所列的技术要 求。 2 型号 YF V YJ V一 0 6 1 k V 1 5 o 2 5 mmz含义 ： YF V 为预制 分支电缆 t Y J为交联聚 乙烯绝缘 ； V为 囊氯乙烯护套 ； 电压等级为 0 6 1 k V； 支线电缆截面为 2 5 mm。 ， 干线电缆截面为 1 5 0 mm。 。 试验标准为 GB T 2 9 5 1 6 1 9 9 7 ， 指标 为压痕 的深度 ( ) 。 ( 上接第 4 5页) 5 结束语 随着我国国民经济的加速发展， 我国电力行业 对高压、 超高压交联电缆的需求将会成倍增长， 这为 我 国有一定规模 的电线电缆制造厂家提供了一次很 好 展示 自己能力 的机 会 。氩 弧焊生 产 工艺是 一种 适 用 的生 产技 术 ， 近年 来发 展迅 速 。 为使 我 国交 联 聚 乙 烯绝 缘 电 力 电缆早 日走 向 国内 和 国际 市 场 ， 必须 加 大对氩弧焊接技术的研究力度 ， 完善使用设备和工 48 艺 ， 以提高我国交联 电缆 的产品质量。 参考文献 ： 1 胥玉民 ， 等 山东电缆 厂新产 品研究大纲 z ， 1 9 9 8 2 2 王春江 ， 等 电线电缆 手册 M 北京 ： 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 1 I s 吴长顺 1 1 0 k V， 2 2 0 k V交联聚 乙烯绝缘电力电缆氢弧焊皱纹 铝 护套焊 接过 程 中电缆 绝缘半 导 电层表 面温 度分 布的测 量 A 高压交联聚乙烯绝 缘电力电缆学术研讨会论文 集 c 青 岛， 2 0 0 0 + 。+ 。+ 。+ 。+ 一 1 巳 一 一 ， 境一 斗 一 一 命 一 生 然 一 的 自一 r塑 球殳 一 地保一 一 了请一 了 请一 为 一 维普资讯