影响中压交联电缆生产速度的原因分析

影响中压交联电缆生产速度的原因分析

关键词：交联；生产速度、交联度；热应力、设备

前言

中压交联电缆的生产速度从理论上讲与挤塑机的出胶量、氮气压力、交联管的温度有关，生产速度不能只考虑挤塑机的出胶量。以我厂青岛兴乐生产的0+3交联生产线为例，其绝缘挤出机螺杆直径为150mm，设计最大螺杆转速为37.5r/min，设计出胶量为270L/h，在生产YJV 8.7/10kV 240mm2内半导电屏蔽后外径为20.0mm，绝缘厚度为

4.5mm，

若设计理论生产速度为xm/min，绝缘材料密度为0.93g/cm3，按本机台所设计的最大出胶量270L/h进行计算，则生产1小时后，挤包在内半导电层上的绝缘材料的重量为：

x×60×3.14×（20+4.5）×4.5×0.93=270×0.93×1000

则生产出线速度x=12.99m/min，假如实际生产时的绝缘出胶量按设计出胶量的80%进行测算，则其生产出线速度为10.39m/min，但在实际生产时速度仅在4.9～6.2m/min之间，与理论计算的速度相差甚远，这是什么原因呢？因为对于生产中压、低压交联电缆，在实际生产时不能仅按挤出机的出胶量来进行计算生产速度，影响中压交联电缆生产速度的原因是多方面的，下面主要从交联度、热应力和设备方面分析三方面分析其与中压交联电缆生产速度关系与影响。

一、交联度

用于生产中压交联电缆的低密度线性聚乙烯的分子式为，它是由许多聚乙烯分子聚合而成的，因其分子结构中含有结晶和无定形两种结构，因此在外界环境因素（如高温、紫外线）的影响下，结晶相和无定形相会互相转化，同时还在结晶相和无定形相边缘产生应力，且这种应力不易消除，其结果就出现聚乙烯绝缘或护套表面开裂的现象，为了改善或改变这些缺点，人们通过物理或化学方法打断其分子链中的双键使其重新组合，也即由线性高分子变为网状高分子，这个过程就是交联。目前考核交联的质量是否符合要求的指标是交联度（即表示交联的程度），交联度不易过小也不易过大，交联度过大或过小都会使交联聚乙烯绝缘的电性能和抗拉强度减小，而考核交联度的指标为热延伸和永久变形，它们的标准要求分别是≤175%和≤15%，因此，只要在保证这两个指标符合标准要求的情况下，可以提高生产速度，但是如果速度提高太快，虽然热延伸和永久变形试验指标合格，但样品在做热延伸或永久变形试验时，样品可能会出现断裂或样品内部有轻微裂纹的现象，经分析这是由于绝缘内部热应力没有完全消除造成的，这种电缆虽然局放试验和耐压试验能够通过，但是存在安全质量隐患，因此在提速的同时应该考虑热应力的消除。

二、交联聚乙烯绝缘中的热应力

1、热应力产生的原因

热应力往往是高温高分子物质在剧冷时，其内部热量不能完全释放出来造成的，对于交联聚乙烯绝缘来说，其热应力产生的原因主要有两方面：一方面是没有预热的铜、

铝导体在挤包绝缘后迅速吸收绝缘中的热量导致靠近导体表面的绝缘温度下降，使绝缘向绝缘层中心收缩，从而产生径向应力另一方面聚乙烯绝缘属于隔热型材料，在冷却时绝缘表面冷却速度较快，而绝缘中心冷却速度较慢，也会使绝缘向中心收缩，从而产生径向应力。

2、热应力的危害

交联聚乙烯绝缘在挤出过程中，由于温度的升高使其分子结构舒展，在交联接枝剂及交联管道温度的作用下，低密度聚乙烯分子开始交联，此时交联聚乙烯冷却速度过快，聚乙烯分子链快速收缩，同时在交联温度下绝缘密度由0.92g/mm3下降到0.7g/mm3,下降了24%,其膨胀系数是铜、铝的20-30倍，将膨胀极高的交联聚乙烯和金属材料结合在一起其热机械性能是很不相溶的，热机械应力使晶体开裂，在晶体本身或晶体与无定形体界面上形成裂缝。热应力还会使交联结点不牢固，在施加交流电压后，绝缘分子中极子，当应力存在时会使交联聚乙烯结点和晶体以及界面上的裂逢，受到力的作用在较低的电压下偶然击穿原因，或经过一段时间后使交联结点断裂，导致交联聚乙烯的电性能和机械性能严重下降，以致绝缘击穿或断裂，因此提速时必须要考虑消除热应力的影响。

三、设备对生产速度的影响

1、交联管道的长度

―交联管道由加热管道、预冷管道和冷却管道三部分组成，加热管道部分的作用是促进聚乙烯的交联，并且加热管道越长则生产速度越快；预冷管道一半管道内充满带有一定压力的氮气，氮气主要起冷却作用，预冷管道一半管道充满带有一定压力的水，水是主要起冷却作用，其作用是防止交联聚乙烯绝缘剧冷以减少热应力的产生，且预冷管道段长度必须与加热段长度相匹配，否则会使绝缘产生热应力及绝缘的热老化系数指标不合格；冷却管道段全部用水冷却，其作用是加速绝缘表面的冷却，提高交联电缆的绝缘生产速度必须要有足够长的加热管道，但是预冷管道长度必须要与加热管道长度相匹配，一般情况下预冷管道长度在9～11米就比较合适了，若想再长。

2、交联管道温度的影响。在交联管道温度不变的情况下，交联生产速度一旦提高，则绝缘线芯在交联管中的时间缩短，这就会影响交联度，所以在提高生产速度同时，相应提高交联管道的温度，有利于绝缘线芯交联速度和交联度的提高，但交联管道温度的提高也是有一定限制的，若长时间将交联管道温度提的过高，一方面会使材料挥发物大增，腐蚀交联管，特别是用短路电流加热的交联管壁厚一般为3-5mm，很容易腐蚀穿孔。交联管道内壁污垢积累加速，形成不良导热石墨层（交联过程中会产生含碳物质，在高温下炭化形成），反而起隔热作用。另一方面过高交联管温度会使绝缘表面产生轻微裂纹，在交流电压长期作用下，裂纹会扩大直至绝缘表面裂开。

3、交联管道氮气压力的影响

交联管道的加热部分及预冷段的一半均充满氮气，氮气的作用一方面是作为热的传导媒质，另一方面交联聚乙烯绝缘在氮气的压力下可使其交联时产生的气体或水蒸气从交联聚乙烯绝缘中充分排除，可减少绝缘中的微孔数量，同时还能加速聚乙烯绝缘的交

联速度，因此在提高生产速度时有必要增加氮气压力。

4、挤出机机身温度的影响。提高生产速度时，出胶量将相应增加，则螺杆转速必然加快，但是螺杆转速越快对螺筒内的交联聚乙烯料的剪切作用也越强烈，这样会使机身局部温度升高，可能导致老胶或绝缘层疙瘩的出现，且温度升高严重时还会使交联聚乙烯料在机筒内先期交联，从而影响产品的质量，所以在提高生产速度后一定要关注挤塑机身温度的变化，严格控制挤塑机机身温度。

5、交联速度提高后，因螺杆转速提高，机身温度必然升高，这样设备必须具备良好的挤出机的冷却系统。如果没有良好的挤出机的冷却系统，会使绝缘焦烧或先期交联，导致挤出绝缘出现疙瘩，从而影响产品质量，故良好机身冷却系统是决定能否提速或提速幅度的关键。

6、设备的稳定性。生产速度提高后设备稳定性的影响表现在使设备的振动加剧，特别是上牵引，如果振动太过强烈则会使进入机头的导电线芯产生晃动，导致挤制绝缘后竹节或偏芯的出现，从而影响产品的质量。

7、交联管道的悬垂控制系统的改善。交联生产速度的提高后，必须有灵敏的悬垂控制系统，否则容易使交联管道擦伤绝缘线芯，影响产品质量。

四、结束语

1、影响中压交联电缆提速的原因是多方面的，往往是交联度、热应力、设备等相关因素共同作用的结果，本文分类讨论了这几个方面对中压交联电缆提速的影响，为中压交联电缆的提速提出了思路，对提高交联电缆的生产效率起了重要作用。

2、电缆生产厂家在订购0+3交联生产线时应该考虑设备因素对交联生产效率的影响。

3、对于已有的0+3交联生产线，若为了提高生产速度，必须根据自已现有设备各系统的磨损情况及精度，在确定设备的加温、冷却、悬垂等系统正常后，可决定是否提速，但其提速幅度不可太大，应先小幅提速后，通过做相应的验证实验后再做进一步的提速。