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1、中压交联聚乙烯绝缘电力电缆 绝缘质量的控制与提高作者：潘泽国（广东新亚光电 缆实业有限公司）时问：年月摘要：根据本人从事多年中压交联聚乙烯绝缘电 力电缆绝缘生产的实践经验，从交 联聚乙烯绝缘电力电缆的材料、绝缘结构、生产 工艺角度，阐述如何控制和 提高产品绝缘质量。关键词：材料交联电缆生产工艺质 量 一、引言 随着我国电力工业的不断发展，中压交联聚乙烯绝缘电力电缆作为电 力配电的主导产品在城乡电网中起着越来越重要的作用，其产品质量的优劣是电力 运营部门首要关心的问题。近年来电缆工业的发展非常迅速，工艺及装备水平有了 很大的提高，加之主要原材料质量水平的提高使得国内交联聚乙烯电力电缆的产品 质量
2、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，中 压交联聚乙烯绝缘电力电缆质量事故时有发生，给国民经济带来较大的损失。质量 事故发生的主要原因，除电缆的敷设以及运行管理因素外，电缆绝缘的本体质量水 平也是一个相当重要的原因。因此在电缆制造环节，保证电缆绝缘质量是至关重要 的。本文通过总结多年来的经验，从交联聚乙烯绝缘电力电缆的材料、绝缘结构、生 产工艺角度，提出如何控制产品的绝缘质量。 二、导体、绝缘结构对产品质量的影 响 交联聚乙烯电缆的绝缘结构设计可以说是非常重要的，尤其是导体质量和内外 半导电屏蔽是影响电缆质量的主要原因之一。中压交联电缆用导体的结构目前均采 用多股
3、圆形紧压导体，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不大，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按 标准执行。 导体的紧压好坏直接导致内半导电屏蔽的挤出质量，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，另外给电缆施工做接头带来不便。根据以上分析及本人多年 的制造经验在导体制造时其紧压系数应控制在之间为宜，这样既不 影响导体的柔软性，也可以保持导体表面的光滑，在生产时应保证足够的紧压系数。 紧压系数的计算方法如下： 式中：一指采用
4、重量法测出的导体截面积，； 一一指导体实测外径计算的截面积，； 一一指紧压导体的实际外径，。 中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的绝缘线芯导 体外由导体屏蔽、交联聚乙烯绝缘、绝缘屏蔽三部分组成。导体屏蔽和绝缘屏蔽的作 用是均化电场，因此导体屏蔽和绝缘屏蔽的半导电性能和其与绝缘结合界面的表面 光滑程度是至关重要的。众所周知，中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的电场均可看作 同心圆柱体电场，由于导体由多根单线紧压绞合而成，当导体屏蔽不完善或无屏蔽 层时，线芯表面导线效应，其电场分布如下图所示。经过理论，线芯表面导线效应 的影响，比光滑圆线芯的表面电场强度增 加约。 由多根导线组成的导体表 面电场分布 导体屏蔽不完
5、善包含以下两种情况：一是屏蔽厚度不足以填充导体表面 单线空隙，不能够形成有效的光滑屏蔽表面；另一种情况是屏蔽层的半导电性能差 （该情况在下文论述）。因此，首先根据导体结构情况，设计合理的导体和绝缘屏蔽厚 度，保证其表面光滑度是极其重要的。对于交联聚乙烯绝缘电力电缆的导体 屏蔽、绝缘屏蔽厚度一般选择在为宜，并且严格控制屏蔽与 绝缘界面的突起和疙瘩。 根据 额定电压（）到（）挤包绝缘电缆及附件， 交联聚乙烯绝缘电力电缆的绝缘最小平均厚度不小于，的为 。但偏心度没有做具体要求。其实绝缘的偏心度也是影响电缆产品质量的 重要因素，当绝缘厚度不均匀产生偏芯后，电场发生畸变，在绝缘厚度薄的一侧导体 屏蔽上的
6、最大场强将会增加，当电场畸变达到时，使用寿命将缩短 一半。所以一般在电压等级绝缘偏心度应严格加以控制，这样既能控制 电缆外径又能节约原材料，而且有利于电缆接头的制作。同时，绝缘厚度太厚使电缆 的热场分布劣化，使电缆的载流量降低，当电缆按常规载流量运行时，造成电缆导体 温升偏高，温升偏高又使电缆导体工作电阻升高，影响电力运行成本和电缆的使用 寿命。 因此，对于中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的绝缘厚度除保证最小值外，还应 该设定最大平均厚度和偏心度，这不仅仅是出于经济利益考虑，也是产品质量的重 要保证。对于交联聚乙烯绝缘电力电缆，一般最大平均厚度为以内， 偏心度为 以内。 三、挤出工艺对产品质量的影响
7、 良好的绝缘质量是优 质的材料、精良的设备和最佳的工艺有机结合的结果，目前， 中压交联聚乙烯绝缘 电力电缆绝缘的生产绝大多数均采用三层共挤干法交联机组，对于此类机组，绝缘 工艺主要考虑以下几个方面的问题： 导体屏蔽和绝缘屏蔽的半导电性能保持问 题 、 上文提到屏蔽层的半导电性能差同样导致导体表面电场强度升高问题，导体 屏蔽和绝缘屏蔽的半导电性能主要取决于半导电屏蔽材料的质量的好坏。同时，挤 出工艺也起到一定的作用。半导电屏蔽材料的基本构成为骨架基料（、后）和导电 材料（导电炭黑）。当导电炭黑粒子形成连锁结构或导电炭黑粒子间距离在几个埃以 内时，导电炭黑粒子表面的电子就会在电场作用下形成导电通道
8、，传导电流。由此 可见，导电炭黑的网络结构以及加入量是支配体积电阻率的主要因素。导电炭黑的 加入量是材料工艺配方因素，在电缆的制造过程中，保持优良的导电网络结构是极 其重要的。根据半导电屏蔽材料导电机理和导体屏蔽、绝缘屏蔽的加工工艺，要保持 优良的导电网络结构，一是尽量减少挤出过程中的剪切应力和时间。半导电屏蔽材 料在制造过程中已经形成较稳定的导电网络结构，半导电屏蔽材料在挤出机中的塑 化是靠外部加热和螺杆剪切热来完成的，因此，实际工作中，在保证不产生先期交联 （指交联型材料）的情况下，尽量提高外部热源，即提高挤出机机身温度和选用低剪 切能力的螺杆；二是控制好导体屏蔽和绝缘屏蔽层的交联度。半导
9、电材料随交联度 的增大，导电性能逐渐降低。这是因为由于交联后聚合物分子间形成化学键，大分子 交联网络的形成阻碍了导电炭黑粒子之间的相互接触，破坏了导电网络结构，使导 电性降低，体系的交联度越大，对导电网络结构的破坏越严重，导电性就越差。因此， 交联管路温度和生产线速度的设定不要仅仅考虑保证绝缘性能问题，还要考虑对导 体屏蔽和绝缘屏蔽性能的影响。 绝缘材料长时间连续高质量挤出问题 大家都 知道绝缘材料经过长时间连续挤出生产时，就必须要保证有良好的工艺参数和严格 的工艺纪律，这样才能保证优质的产品和高的生产效率。下面就如何保证绝缘材料 长时间连续高质量挤出问题，简单的介绍几种现象和解决方法。 化学
10、交联聚乙 烯绝缘有时在生产过程中会出现胶块，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，长时间生产造成绝缘材料预交联，积累在过滤网和螺杆头上，导致绝缘胶块的形成，这种胶块的颜色往往是浅黄色的。对于这种现象 解决的办法是合理的调整挤出温度和缩短连续生产时间。 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胶块。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，缩短连续生产时间。正常生产一般以天 要清理机筒。 对于无色不连续的胶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。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
11、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，盲目追求产量，而不顾质量。， 长时间连续生产时要特别 注意材料牌号的选用，因为绝缘料中分子量变化较大，在更换绝缘料牌号时，又没有 经过工艺试验，在不同牌号的绝缘料混用时，会导致绝缘料塑化不好，形成夹层等， 造成挤出质量问题。根据长期的经验总结出，在连续生产时尽量使用同一个牌号的 绝缘料，这样充分避免了因混用不同牌号绝缘料造成的质量问题。 绝缘料的加 工温度范围约在。之间，近。左右的范围变化，加工工艺范围是宽 的，但考虑到绝缘料在主机内停留及某些不正常生产综合因素，我公司对挤出温度 的控制精度提出了严格的要
12、求，因为温控精度不好，不能保持料的拉伸状态， 也会产生“狗牙齿”现象，如生产小规格电缆，出胶量小，绝缘料在主机内停留时间较 长，为避免绝缘料先期交联，应注意控制机筒温度，这样有效地克服了绝缘材料长时 间连续高质量挤出中存在的问题。 绝缘的热应力问题 ， 绝缘热应力的存在对 电缆的危害极大，产生热应力的原因也是多方面的，如绝缘线芯经过高温交联进入 冷却区时，首先是绝缘层中间未完全冷却的情况下，绝缘无法向导体中心收缩，而向 绝缘层中间收缩，这样就在绝缘层中产生了径向拉应力。显然，交联的温度越高，这 种拉应力越明显。另外，由于导体和绝缘的热膨胀系数相差很大，两者又是紧密接触 在一起的，在冷却过程中绝
13、缘无法作轴向收缩，因此会产生轴向应力，且轴向应力是 随着线速度提高而增加的。为了避免热应力使绝缘产生微小裂纹，造成绝缘性能的 严重下降，在我公司的设备组件中，交联管路的预冷段冷却段与全国同行业的相 比都长，因此，我们采用了特定的温度特定的速度交联工艺卡，即将交联过程中的 绝缘表面温度，严格控制在。较适宜的温度范围内，线速度根据产品 的规格不同，采取了定值控制，这样最大限度的消除了热应力对电缆的危害，提高了 绝缘的品质。 四、原材料的选用和控制 就中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的绝缘结 构而言，导体屏蔽和绝缘屏蔽的作用是均化电场，因此要求其表面光滑、元尖角、不 析出、没有水份。而影响产品质量的因素主
14、要是：表面有焦疙瘩；炭黑析出到绝缘里； 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。尤其对电阻率和表面光滑度要非常重视。 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。同时生产环境差，浮尘带来的杂质。夏季生产环境温度有的达到 。以上，如此差的生产环境导致工人不按
15、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。 国内少数生产交联聚乙烯电缆 的厂家其加料间多采用封闭的操作间来与外界隔离，环境温度控制在。以下， 从而保证生产环境的相对洁净，空气循环净化。其净化指标应达到万级以下。而 国内大多数生产交联聚乙烯电缆的厂家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，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。 五、质量控制 大家都知道要想有效的控制和提高绝缘的质量，是 离不开生产现场严格的质量控制，在这里就我个人的见解简单的阐述以下几个观点：操作工要经过严格的培训，具有良好的技术水平和高度的责任感，在此基础上 还应进行特殊资格考试，做到持证上岗。 生产现场应配备适宜的过程测量和监 控装置（如： 分层辩析式电缆偏心壁厚测控仪），确保其测量的准确 度和精度能满足测量要求。 按规定的周期对设备进行检定或校准，并保存核准 记录，确保量值传递的统一、准确和可靠。 材料应储存在封闭的仓库内，室温应 严格控制在。以上，防止和抗氧剂析出，并且做到先进先出的原则，一般存 放个月内用掉。 氮气的纯度应控制在以上，这样能够有效的保证热延 伸值达到要求
