交联聚乙烯绝缘电力电缆质量控制与提高.pdf

1 9 9 9年 第 j期 电 线 电 缆 l 9 9 9年 1 0月 No 5 1 9 9 9 El e c t r i c W i r e Ca b Oc t 1 9 9 9 lq 1 交联聚乙烯绝缘电力电缆质量控制与提高 周 雁 ， 李振 权 杨 玉智 海马桥 2 0 1 1 1 1 ) H ) 刊0 s 摘要 ： 作 者从 多年 生产 实践 经 验 就 交联 聚 乙烯 鲍缘 电 力电 缱制 造过 程 中如 何 控 制 和提 高 产 提高 关 键 词 ： 整 丝 盎 望 缘 怛 ； 质 量； 移 响因 素； 控 制 ； 提高 1 曼 l 1 中 图分类 号 TM2 4 1 文献标 识码 ； A 1引 言 随着我 国 电力 工业 的不 断发展 ， 电力 电 缆作 为电力输 配电的主导产 品已在城乡 电网 中起着越来越 重 要 的作 用 ， 其 产 品质量是 电 力部 门首 要关 心的问题 ， 已引起广泛 的重视 。 近年来 电缆 工业 的发展 非常 迅速 ， 工艺 和设 备有 了较 大的提 高 ， 引进 了大量 的国际先 进 生产设备 ， 国产材料 的质量也在提高 ， 主要原 料的进 口等因素使得国产交联 聚乙烯 电力 电 缆的产品质量有 了很大的提高 。然而 由于 国 内 电缆 行业 的发展不平 衡 ， 技 术水 平参差 不 齐 ， 交联 电缆产 品质量事故 时有发 生 ， 给国民 经济带来较大的损失 。本文通过作者 多年 生 产电 直缆的经历， 就电力 电缆制造过程 中 如何控制产 品质量提 出一些看法 。 2原 材 料 的选 用 与控 制 众所周知 电线 电缆是 加工 性行业 ， 其原 材料 的质 量好 坏直接 影响 电缆的 产品质 量 。 目前国内生产交联 聚乙烯绝缘 和半导 电材料 的厂 家很 多 ， 产 品质 量基本 可 以达 到 S L S c No ： 3 0 0 8 交 联 聚 乙 烯 电缆 用 绝 缘 料 。 。 ； S L S C No ： 3 0 0 9 交 联 聚 乙 烯 电缆 用 半 导 电 屏蔽料 的技 术性 能指 标 。 然 而 由于生产厂 家 的技 术 水平和生 产环境 的不 同 ， 所产 的原 收稿 日期 1 9 9 9 4 一 l 0 怍者 简 介 ： 周雁 ( 1 9 6 2) ， 男 ， 上 海 市人 ， 高级 工程 师 ， 上海 马桥 电缆 厂总 工 铡 过 较 材料 的质 量差 异也较大 。 2 1 绝缘料的选用 首先 是聚乙烯 树脂的选用方面有很大的 差别 ， 有 的熔融 指数 大 ， 有 的熔融 指数 小 ， 这 样 导致交联 聚乙烯 电缆在 生产过 程 中， 工艺 挤 出速度不 易控制 ， 造 成绝缘 外径粗 细不 均 匀 ， 热延 伸不稳 定 ， 产 品合 格率低 ， 质量难 以 保证 。 解 决办 法是要选用那些生 产工艺稳 定 ， 原 材料进 货渠道 有保证 ， 基 础树脂 熔融 指数 恒定 ， 有 条件 的要求提供流 变曲线 ， 这样可 以 控制 交联速 度 ， 保证产 品绝缘均 匀。 其 次是原 材料 的生产 环境 和使 用环 境 ， 作 为交联 聚乙烯绝 缘材料其洁净度的好坏直 接 影响交联 电缆的绝缘性能 。而交联 电缆产 生 杂质 的主要原 因 ： 一 是绝缘 材料本 身带 有 杂 质 二是生产环境差浮尘带来 的杂质 。 目前 许 多国内生产 交联 聚乙烯绝缘材料 的厂家大 多数生 产环境不 甚理想 ， 几乎都 没有 采用空 气 净 化 设 施 。杂 质 测 定 均 未 采 用 连 续 监 测 方 式 ， 夏 季生产 环境 温度 有的 达到 4 0 C 以上 ， 如此差 的生 产环 境 导致 工 人 不按 工 艺 规程 做 ， 有 的开 窗开 门， 使外 界 飞虫 、 尘埃进 入绝 缘材料 中， 造成 绝缘 材料品质下降 另外生产交联聚乙烯 电缆 的厂 家其 加料 间也是 如 此 ， 有 的在生 产现场 多采用 封 闭的 操作 间来 与外 界 隔离 ， 从 而保证 生产环境 的 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 1 9 9 9年第 5期 No5 1 9q 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Cab l e 1 H 9 9年 l 0月 ( ) c 1 199 9 相 对 洁 净 ， 空 气 不 循 环 净 化 。 这 种 方 法 虽 然 在 l 0 k V 电 生 产 时 可 以达 到 一 定 的 目的 然 而 在 3 5 k V 甚 至更 高 电压 等 级 的交 联 电缆 生 产 过程 中将不 能满 足技术 要求 ， 3 5 k v 及 以 上 电压等级 的交联 电缆 的加料 间需 要净 化 其净 化指标 应 达到一万级 以上甚 至到千级 。 而国内生产厂家大多数生产环境达不到如此 高的净化 度 所 以说上述 这些 因素是 造成 杂 质的主要原因 。故 国内的 3 5 k V交联聚 乙烯 绝 缘材料要 达 到工业化还 需加倍努 力 需 要 在生产环境 方 面加 以改进 ， 这样 才能使 国产 3 5 k V 及以下 交联 聚乙烯绝 缘材料质量得到 提高 ， 逐步替代进 口材料 。根据 目前的发展 在生 产 3 5 k V 以上 交联 聚 乙烯 电缆 其加 料 间需要 采用 净化 设施 应达到一万级 ( 甚至千 级) 水平 ， 环境温度控 制在 3 0 以下 。 生产交 联 聚 乙烯 绝 缘 材 料 的 厂 家 也 要 达 到 这 一 要 求。生产环境的净化 程度 高是减少杂质和提 高局放 水平 的有效途 径。 2 2内外 半 导 电屏 蔽 材 料 的 选 用 内外半导 电屏 蔽层 即导体 和绝 缘屏蔽 层 是用 于 均 匀 电 场 ， 因 此 要 求 其 表 面 光 滑 、 无 尖角 、 不析 出、 没有水份。而今影 响产 品质量 因素主要是 ： 表 面有焦疙瘩 ； 炭 黑析 出到绝缘 里 ； 绝缘屏 蔽剥离强 度大 ； 体积 电阻率 大等 。 这 些 原 因 的 产 生 主 要 是 原 材 料 配方 和基 料 选 取不合理 ， 原材料生产 厂家技术水平低 、 质量 控制不严格 。半导电屏蔽材料是一 种较 易吸 潮 的材料 ， 所 以内外 半导 电屏 蔽材料 在选用 和保 管时应 特别慎重 ， 材料储 存 时间不要 过 长 ， 最好 在半年 左右 。要选那些 生产工艺稳 定 ， 材料控 制严格 的生产厂家。 尤其对剥离强 度 、 电阻率和表面光滑度要 非常 重视 。 3 电缆的结构 、 工艺与产品质量 的关 系 交联聚 乙烯 电缆 的结构设计可 以说是非 常重 要 的， 尤 其是导体 和 内外半 导 电屏 蔽是 影响 电缆 质量 的主要原 因 交联 电缆用导体 的结 构 目前均采用 圆形 多股 紧压 线芯 ， 导体 的 紧 压 程 度 对 导 体 表 面 的光 滑 度 影 响 较 大 而导体根数的多少对导体表面光滑度影响 ： 大 只是 导体 根数 越多线芯越柔 软 但 工艺生 产 较 为 复 杂 成本 也较 高 ， 故 国 内现 采 用 的 导 线 结 构 均 按 1 E C 2 2 8标 准 执 行 导 体 的 紧 压 好 坏 直 接 导 致 内半 导 电 屏 蔽 的 质 最 这 是 由 于 导 体 紧 压 太 松 ， 尤 其 是 外 层 紧 压 过 松 会 导 致 内半导 电屏 蔽嵌入 在 导体 间隙 中 使导体 屏蔽表面不光滑 造成 电场分布不均匀 另外 给电缆施工做头子带来不便 。根据以 上分析 及作者多年的制造经验在导体制造 时其紧压 系数应控制在 0 8 9 0 、 9 0之间为宜 这 样既 不 影 响 导 体 的 柔 软 性 也 可 保 持 导 体 表 面 的光滑 ， 在 生产时应 持 内松外 紧 紧压系数 的计算方法见式( 1 ) 7一 S S： r 1 5= D 4 式 中 ： 5 一指 采用 重 量法 测 出 的导 体 截面 积 mr l l 一一 指导体 实删 外径 计算 的截 面积 mm! D指 紧压 导体 的实 际外径 l r l l 。 为 了避免 内半 导 电屏 蔽嵌入 到 导体 中 也 可以适 当增加 内半导 电屏蔽的厚度。 影 响 电缆 产品质量 的重要 因素 ， 除导体 紧压 系数外 ， 还有 绝缘 的偏 心度 。 当绝缘 厚度 不均匀产生偏心后 电场发生畸变 ， 在绝缘厚 度 薄 的一 侧导 体屏 蔽 上的最 大场 强 将会 增 加 。 当电场畸变达到 E E 一1 O 7时 使用寿 命将 缩短 一半 0 。所 以一般在 l 0 3 5 k V 电 压等级绝 缘偏心 度应加 以控 制 ， 这样既 能控 制 电缆外 径又能 节约原材料 ， 而且有利 于 电 缆头子的制作 。 在 l 】 0 k V 以上 电压 等级 电缆 ， 偏 心 度 的要 求更高 ， 因在 制作 电缆 连接头 和终端 时 技术难度大 ， 应力锥 的配合 尺寸精度非常高 所 以对电缆 的圆整度和偏心度提 出了更高的 要求 。 如按 国标规定 绝 缘厚 薄处厚度 如不小 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 1 9 9 9 年第 5 期 N o5 1 999 电 线 电 缆 E e c t r i c W i r e Ca bl e 于标称值 的 9 0 ， 仍 为 台格 产 品 ， 而且 国产 中压电缆 选用第二类 绝缘 系统 ， 其绝缘 厚度 已高 出 3 0 ， 因此 ， 国产 电 缆 的使用 寿命 还 是 有 保 证 的 此外 化学交联 聚乙烯绝缘有 时在生产过 程 中会 出现僵 块 ， 有 的无色 ， 有的 呈浅 黄色 。 这 是 由 于 交 联 工 艺 温 度 不 合 理 造 成 的 ， 比如 挤 出工艺温 度过高 ， 长 时问生产造 成绝缘 材 料预 交联 ， 积累在过滤嗣和螺杆头上 ， 导致绝 缘 僵块 的形 成 ， 这种僵 块 的颜 色往往是 浅 黄 色的。 绝 缘材料存放时间过长 ， 在正 常工艺温 度下 ， 也会产生浅黄色 的绝缘僵块 。 解 决的方 法就是对存放 时间过长 的绝缘材料适 当降低 挤 出工艺 温度 缩短连续生产的时问 正常生 产一般以 1 O天为宜 。 对于无色不 连续 的僵块 的产生原 因主要是 机脖温 度的波 动引起 的 机 脖 温 度 差 异 2 3 o C 时 就会 出 现 这 一 现 象 引起机脖 温度波 动的原 因很 多 ， 一 是热 电偶 接触 不 良； 二是机脖处的空气对流太强 造成 机脖温度波动 ； 三是开快车 ， 不按 工艺要求进 行 生产 ， 盲 目追求产值 。 在导体屏 蔽和绝缘 屏蔽 生产 时 ， 屏蔽 和 绝缘界 面经 常会 出现气 泡的质量 问题 ， 这 是 因 为半 导 电屏 蔽 材料 是一 种较 易 吸潮 的材 料 ， 尤其在南方雨季时更 为严重 ， 高温挤 出时 水份分解 产生气泡 ， 在 氮气压力 硫化和冷 却 过程中产生的气泡多位于绝缘屏蔽 下。为解 决这 一缺陷在交联 聚乙烯 电缆生产过程 中要 对 内外半 导电屏蔽 材料进行 干燥 ， 干燥温 度 控制在 6 O 7 0 。 C。从而达到驱除半导 电屏蔽 材料表面 吸收 的水份 ， 避 免绝缘 和绝缘屏 蔽 界面产 生气 泡 。 干燥温度不易过高 ， 温度过高 会造 成半导体料结块 ， 影响正常生产 。 僵块 的 产生原因和解 决办 法同绝缘是一致 的。 在成 缆时为保证 电缆的圆整度应采用组 台填充结 构 ， 如 中心用粗 的非 吸湿性填 充条 或填充 绳 ， 两边用撕裂膜绳填充 ， 这种结构尤 其 对 3 5 k V 电压 等级 的 电缆有效 ， 这样 既能 保证 电缆 成缆 的圆整度 又可以使 电缆 比较 柔 软 ， 外 径 得 以控 制 。 4试 验 和检 验 与产 品质量 的 关 系 众所 周知 ， 电缆 产 品的 中间检验 是控 制 电缆性能 的关键 在生产过 程中对电缆绝缘 外观 、 厚度 、 热 延伸 的检 验是 控制 电缆的最 重 要 的环节 。中间检验可 以及时发现绝缘 与绝 缘 屏蔽之 问的气泡 产生 绝缘屏 蔽表 面焦烧 疙瘩 、 僵块的形成 。 通 过热 延伸 试验 可以检验 电缆 交联度 是否 台格 ， 从 而对工艺 和制 造加 强质量控制 ， 保证成品电缆的台格率 ， 也是减 少 电缆材料消耗 的主要途径 。 此外对 交联电缆 的 出厂试验 必须 l O 0 进行 ， 绝对不允许采用抽 样或 l 2检验 这是 因为交联 聚乙烯绝缘材料是一种高分子聚台 物 ， 其性 能有 一定 的分散性 另外 由于原材料 生产原 因以及电缆制造环节都会 给 电缆质量 带来 问题 。通过局放试验可以检验 出引起不 台 格的原 因 ， 如绝 缘杂质 、 绝缘 气泡 、 导体 屏 蔽凸 凹、 铜导 体表 面毛刺 、 外屏蔽损伤等 。上 述缺 陷 按 GB1 2 7 0 6标 准在 1 _ 5 U 试验 电压 下 ， 局放试 验不 可能全 部显示 出来 ， 有的仍然 可 以 达 到 2 0 p C 以 下 ， 对 绝 缘 屏 蔽 下 的微 小 杂质 和气泡不 能检 验 出来 ， 这种情 况 下出厂 的 电缆 其 隐 患 是 明 显 的 作 者通 过对 3 5 k v 及 以 下交联 电缆 的 跟 踪 试 验 认 为 出 厂 试 验 电 压 按 I E C 6 0 5 2 0规 定宜采用 3 5 U。 ， 按 I EC 6 0 8 4 0规定 ， 耐压时 间应为 3 0 rai n。 而局 放试 验电压应 为 1 7 3 U 甚至 到 2 U ， 在这种条 件下其微小 缺 陷就非 常 明显 了。根据长期的试验跟踪得出 的经验 是 ： 质量性能稳定 的和其局 放 指标在 1 _ 7 3 U。 的试验 电压 下局放水平均在 2 p C左右 。 若超 过 5 p C 以上 电缆就可能存在潜在的缺陷了 因此 电缆 的 出 厂 检 验 是 最 重 要 的 环 节 ， 也 是 必 不 可 少 的 下转第 7页 ) 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 l 9 9 9年第 5期 No5 l 999 电 线 电 缆 El e c t r i c w L r e 8 -Ca b l l 9 9 9年 l 0月 ( )c L 19 99 电缆联合集 团 ， 开 发满足欧 洲 电工标 准化委员会 ( C ENEL E C) 颁制标 准 HD 6 2 6 S I 的 当代 导 线结 构及 相应 的附件 。北方 电缆厂 、 伊尔库 菠克 电缆厂 、 沙 朗电缆厂 已开始 了这方 面的工作 。 约从 1 9 8 6年起 一 对用于重要部门的 电力 电缆 、 控 制电缆 ， 已按符合 当今不 延燃性 ( I E C 3 8 2 8 ， A类 ) 要求制造 但是 ， 这种利用聚氯乙烯构成的 电缆 ， 虽 降低 易燃 性 ， 但却不 可避免 的在 燃烧 时将 产生显著 的烟 雾和腐蚀性气 体 按 当今消防安全水平要求 ， 在发 电厂 特别 是原 子能电厂 、 地铁 、 重要 的社会公共 设施 已接 受且 不断提 出对 电缆 的综合要求 如下 ： ( 1 )满 足 I E C 3 3 2 3的不 延燃性 ； ( 2 )满足 I EC 1 0 8 4 的释放烟量 ： ( 3 )满足 I E C 7 5 4标准 和 VDE0 4 7 2标 准 ( 8 1 3部分 ) 关 于气体 析出产物及其腐蚀 性指标限制 ； ( 4 )满足 I E C 3 3 l关于各种耐火等级 的耐火性要求 ( 耐火 3 0 mi n 1 8 0 rai n ) 满足上述要求 的电缆称 为“ 无 卤电缆 ( 6 e a L a J I O F O H H I C K a S e a H ) ” 这样的 电缆 由降低易燃性 的 不含 卤素 的聚合物加 工构成 。 根据这些 电缆 的应用场所 ， 可以利用热塑性 的结构或交联结构来 制作 t 例如用化 学交联 或辐照交联 开发一系列 防火( J l o a a l x e a o 1 a C H b l X ) 电缆 的计 划 现正规定 作为原子能 电厂所需 的系列 电力 电缆 和控 制电缆。该电缆的生产时间和数量将 由俄罗斯联邦 原子能部协商决定 。 大多 数厂家都在 生产的 AIS H F 、 B B F型芯线 截面至 5 0 mi l l 的塑料 绝缘 电力 电缆 ， 未 含填 充料 ， 在很大程度上难 于应用在易爆区 、 易燃 和潮湿 场所 。而早期 应用在这类条件下的解决办 法是籍助专用终端头 ， 但并不是总能保证密封套 的要求 。现在 ， 电缆工业必须开发类似国外带 有 内部挤 压 填料 的电缆产 品， 例如按德国标准 VDE制造的 NYM 、 NYY 型。 1 1 0 k V XL P E绝缘 高压 电缆 生产 已基 本趋 于完善 ， 正 开发 生产 2 2 0 k V XL P E电缆 。 莫斯 科地 区用 X LP E电缆来代替充 油 电缆 ， 正作为一个重要措 施来 提高 供电可靠性和改善城 市的 生态环境 。然而 ， 主要 由于出 口需要 ， 卡 门电缆 厂仍将发展 和生产充油电缆 。 译 自 H B 伯斯 科 夫等 著 全饿 电缆研 究所 ( B HI I HK H) 编 KA B F J J B HA I T F I ) H H b A l 9 9 7 ， No 1 2 l 3 李熙 谋 ， 蒋佩 南校 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ( 上 接 第 l 0页) S结论 随着 我国 电力 电缆 工业 的不 断发展 ， 先 进 的电缆生产设 备 已进 入 国内大部 分企 业 ， 工艺 和工装模 具 的精 度越来 越高 ， 这 给生产 高质量 的交联 电缆提供 了必要保证 。然而为 使我 国电缆工业赶上 国际先进水平还需在 材 料 的选取 、 材料 的生产 环境 、 电缆 工艺质量 管 理等方面不断努力 ， 加 强试验和检验 的力度 逐 步提 高 电缆 产 品的性 能 ， 使我 国 的电缆制 造 技 术 水 平 再 上 一 个 台 阶 ， 为 我 国 电力 电 缆 走 向 世 界 而 共 同 努 力 。 参考文献 ： 1 S L S C No ： 3 0 0 8 交 联聚 乙烯 电缆 用绝缘 料 Ks ： 2 S LS C No； 3 0 0 9 交 鞋聚 乙烯 电缆 用半 导 电屏蔽 辩 E s 3 ： 王 琨 明 电力 工 业对 交联 电 缆质 量 和 性 能要求 c 青 岛 ： 电力电 缆( 交联 j 技 术工艺 设计研 寸尝、 1 9 9 7 维普资讯 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载