交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆结构设计及制造工艺

导体为符合 GB / T 3956 规定的退火裸铜线 （ 铜 的纯度≥99. 98% ） 。 导体绞制采用分层紧压成型， 保证了导体的紧密和结构稳定。紧压模为钻石涂层 纳米模， 紧压系数 不 小 于 0. 9 ， 绞制后导体表面光 洁、 无油污， 无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、 锐边， 无凸起 或断裂的单线。绞制中导体层间采用半导电阻水带 绕包， 且不留有空隙， 其目的在于有效地抑制水分从 纵向渗入电缆导体内， 很好地起到了阻水的效果。 300 mm2 铜 导 体 按 GB / T 3956 —2008 的规定， 20℃ 时的直流电阻不大于 0. 0601 Ω / km， 由 60 根 直径 2. 62 mm 的 单 线 同 心 绞 合， 紧压后外径为 20. 6 mm。
充） → 阻水带绕包 → 铝塑复合带纵包 → 低密度聚乙 烯内垫层挤制→钢丝铠装→阻水带绕包→高密度聚 乙烯外护套挤制→成品检验→包装入库。
源自文库
3． 2 3． 2． 1
导体屏蔽、 绝缘、 绝缘屏蔽三层共挤 生产设备
3
3． 1
各道工序的工艺特点和质量要求
导体绞合
选用青岛电工机械厂生产的交联绝缘三层共挤 生产线， 其中挤包导体屏蔽层为 65 /25 挤出机， 挤 包 XLPE 绝缘层为 150 /25 挤出机， 挤包绝缘屏蔽 层为 90 /25 挤 出 机。 配 备 德 国 SIKORA 公 司 XRAY8000 型测偏仪。 3． 2． 2 工序质量控制要点 （ 1 ） 内、 外半导电屏蔽选用上海万益高分子材 料厂的材料， 其中外半导电屏蔽料采用可剥离的 ， 可
2013 年第 2 期 No． 2 2013
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2013 年 4 月 2013 Apr．，
交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆结构设计及制造工艺
卫建良
（ 湖北龙腾红旗电缆（ 集团） 有限公司， 湖北 宜昌 443004 ） 摘要： 介绍交联聚乙烯绝缘阻水电力电缆的结构设计和制造工艺， 对制造过程中各道工序的工艺要求作详细 阐述， 对质量提出控制方法 。 关键词： 交联聚乙烯绝缘电力电缆； 阻水结构设计； 制造工艺； 质量控制 中图分类号： TM247． 1 文献标识码： A 6901 （ 2013 ） 02001503 文章编号： 1672-
7 － 铝塑复合带及内衬层
9 － 阻水带绕包层
电缆结构尺寸参数
项目名称
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2013 年第 2 期 No． 2 2013
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2013 年 4 月 Apr．， 2013
机温度控制精度取为 ± 3℃ 。 （ 10 ） 导电线芯在换盘续接时， 采用铜管压接连 接。交联线生产速度约为 6. 4 m / min， 完全可以在 10 min 内完成导体连接操作。 铜管连接安全可靠、 强度高， 不会在硫化管内拉断。 （ 11 ） 绝缘线芯生产 后， 在自然环境下存放 2 天， 其目的是去气， 同时也消除了绝缘内应力。 3． 3 半导电阻水带绕包 绝缘线芯外绕包一层 0. 5 mm 半导电阻水带， 包带重叠率控制在带宽的 18% ～ 20% 。 3． 4 金属屏蔽 金属屏蔽是保证电缆质量的关键 。由于电力系 统对电缆安全性要求很高， 电缆采用消弧线圈接地 系统， 接 地 故 障 电 流 较 大。 因 此 要 求 采 用 一 层 厚 0. 1 mm、 宽 40 mm 的铜带重叠绕包， 重叠率不小于 带宽的 15% 。绕包时铜带易发皱， 且不易包好， 因 此调整绕包角度和绕包张力显得尤其重要， 否则铜 带易擦伤绝缘线芯或铜带不服帖。 另外， 为了克服 缆芯的摆动， 在包带前后加置定位模作支撑， 模具的 孔径比绝缘线芯的外径大 1. 5 ～ 2. 0 mm。 3． 5 成缆及填充 成缆节径比控制在 25 ～ 30 ， 成缆绞向为右向。 成缆时中心及边缘均应用阻水绳填充密实 ， 缆芯外 绕包二层 0. 5 mm 阻水带， 阻水带重叠绕包， 重叠率 控制在带宽的 10% ～ 30% 。 成缆后电缆不圆度不 大于 10% 。 3． 6 铝塑复合带及内衬层 采用 YLY 型聚乙烯型双面铝塑复合带， 厚 0. 32 mm， 铝带标称厚度为 0. 20 mm， 纵向包覆， 搭盖宽度 应大 于 6. 0 mm， 热 风 枪 焊 接， 温 度 控 制 在 180 ～ 190 ℃ 。 内衬层选用低密度聚乙烯材料。内衬层的标称 厚度为 2. 0 mm， 其任一点的最小厚度不小于标称厚 度的 80% － 0. 2 mm。 挤出机各段挤出温度控制在 130 ～ 175 ℃ ， 挤出温度以塑化良好且断面无气孔为 准。螺杆转速控制在 25 r / min 以内。 3． 7 钢丝铠装 铠装采用 78 根标称直径 3. 15 mm 的钢丝， 钢 丝绞向为左向， 节径比为 9 ～ 12 ， 总间隙不得超过一 根钢丝的直径。钢丝不应出现跳浜等现象， 钢丝接 头应对焊， 粗糙表面应修理平整， 接头处的钢丝直径 应与原直径基本相等。 钢丝外绕包二层 0. 5 mm 阻水带， 阻水带重叠 绕包， 重叠率控制在带宽的 10% ～ 30% 。 绕包后包
剥离 性 试 验 方 法 按 GB / T 12706. 2 —2008 的 第 19. 21 条规定， 剥离力为 20N。 （ 2） 绝 缘 采 用 万 马 高 分 子 材 料 厂 的 抗 水 树 XLPE ， XLPE 绝缘材料。 即 WTR（ 3 ） 导体进机头前用铜刷除去毛刺和铜粉， 使 导体表面光滑， 保证屏蔽包覆质量。 （ 4 ） 导体屏蔽及绝缘屏蔽的厚度控制在 0． 6 ～ 0. 8 mm。 绝缘标称厚度为 4. 5 mm， 绝缘厚度平均 值不小于标称值， 任一点最小厚度不小于标称值的 90% 。由于 XLPE 绝缘材料的热收缩性， 实际绝缘 厚度值选为 4． 5 × 1. 05 = 4. 725 mm。 （ 5 ） 按用户要求绝缘任一断面偏心度不大于 8% ， 因此对模具尺寸要求特别严格， 模芯孔径比导 体直径大 0. 5 mm， 同时对模具装配的同心度、 装配 位置等严格规定； 对国内不同厂家的绝缘材料的流 动性作了详细对比分析， 选择低熔垂的绝缘料， 配备 在线测偏仪， 将绝缘偏心度控制在 5% 以内。 （ 6 ） 氮气纯度。在交联绝缘三层共挤生产过程 中， 如加热管中的氮气纯度不够， 混入了一部分空
0
引
言
1
阻水电缆结构设计
国内交联聚乙烯 （ XLPE ） 绝缘电力电缆的应用 已有三十几年的历史， 因其良好的电气和机械物理 性能， 且具有生产工艺简单、 结构轻便、 传输容量大、 安装敷设及维护保养方便、 不受落差限制等优点， 在 电力系统中得到广泛的应用。 上世纪 90 年代， 专家曾对国内某大型钢铁公司 进行调研， 发现 80 年代敷设的交联电缆， 由于没有 采用阻水结构， 电缆已无法运行， 电缆使用寿命没有 达到设计要求的 30 年。经对故障电缆解剖分析， 其 主要原因是 XLPE 电缆在敷设和运行期间， 外力造 成电缆护套及绝缘损伤或接头损坏时， 潮气或水分 会沿着电缆纵向和径向间隙渗入， 致使 XLPE 绝缘 在运行电压下生成水树枝。水树枝生长到一定长度 即会在水树枝尖端引发永久性电树枝缺陷， 最终导 致电缆绝缘击穿。 据统计， 国内电网 10 ～ 35 kV 电力系统中， 地下 直埋 XLPE 绝缘电缆基本上没有采用阻水结构， 普 8 ～ 12 ， 遍在运行 年后生长出大量水树 发生击穿事 故， 严重影响电网的安全运行。因此， 电缆阻水技术 对于保证 XLPE 电缆的可靠性与寿命都具有非常重 要的意义。
图1
FSYJY33 8. 7 /10 kV 3 × 300 结构 2 － 导体屏蔽 3 － XLPE 8 － 镀锌 5 － 半导电阻水带加铜带绕包 10 － 高密度聚乙烯护层 （ 单位： mm）
数值 20. 6 22. 2 31. 2 32. 8 34. 3 34. 6 77. 5 82. 2 88. 5 91. 5 99. 7
2
产品生产工艺流程
铜杆→拉丝（ 连续退火 ） → 导线绞合紧压 （ 阻水 材料填充） →导体屏蔽、 绝缘、 绝缘屏蔽三层共挤 → 半导电阻水带绕包 → 铜 带 屏 蔽 → 成 缆 （ 阻 水 绳 填
2013 年第 2 期 No． 2 2013
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2013 年 4 月 Apr．， 2013
0924 收稿日期： 2012作者简介： 卫建良（ 1962 － ） ， 男， 工程师． 443004］ ． 作者地址： 湖北宜昌市点军区李家河工业区［
阻水型电力电缆通常应用于较为苛刻的运行环 境， 如长期浸在水中或排水不畅的环境 ， 以及雨水频 繁的热带或亚热带地区， 特别是用于江湖、 沼泽等水 。 下敷设环境 为此对电缆阻水结构采用径向与纵向 相结合的阻水设计。 国内径向阻水大都采用金属套， 虽然效果很好， 但影响电缆的弯曲性且增加本体重量 。我们采用铝 塑复合综合护层作为径向阻水层， 通过纵包的铝塑 复合带和挤包的聚乙烯外护套共同作用达到阻水目 的。其阻水机理为： 当挤包聚乙烯护套时， 由于聚乙 烯融体高温和压力的作用， 铝塑复合带表面的聚乙 烯薄膜与聚乙烯护套的内表面得以很好地粘结 ， 同 时铝塑复合带纵包之间的搭盖也获得良好的粘结 。 从而阻止了水分的渗入， 达到良好的阻水效果。 纵向阻水结构采用导体阻水材料填充， 绝缘线 芯表面绕包半导电阻水带， 成缆时用阻水绳填充， 铠 装缆芯外绕包阻水带。 我们为用 户 设 计 的 阻 水 电 缆 型 号 规 格 为 FSYJY33 8. 7 /10 kV 3 × 300 ， 电缆的结构如图 1 所示， 结构尺寸参数见表 1 。
XLPE Insulation WaterResisting Cable Structure Design and Manufacturing Process WEI Jianliang
（ HuBei LT HongQi Cables Group Co．， Ltd．， Yichang 443004 ， China） Abstract： Introduction of the XLPE insulation waterproof power cable structure design，manufacturing process，the manufacturing process of each procedure in the process requirements of detail， to quality of the proposed control method． Key words： XLPE insulated power cable； water resistance structure design； manufacturing process； quality control
气， 则绝缘会老化变色， 严重时会使绝缘表面硬化甚 至龟裂。我公司采用氮气自动供应装置， 以确保氮 气浓度在 99. 5% 以上。 生产过程中定时排放废氮 及交联副产物， 确保绝缘表面外观质量。 正常生产 时， 氮气压力保持在 1 MPa。 （ 7 ） 硫化管清洁。 清除硫化管内壁的碳化污 垢， 提高了硫化管温度控制精度， 硫化热源可有效地 ， 传导到绝缘线芯中 保证了绝缘的热延伸性能。 （ 8 ） 空气净化室内加料。导体屏蔽料、 绝缘料、 绝缘屏蔽料均采用真空吸入料斗， 要求上料间内空 气必须过滤， 维持一定的正压力。 我们建立了千级 3 净化室， 上料间的空气正压力控制在 l2． 5 N / m ，确 保加料室的清洁度。 （ 9 ） 主机温度控制精度。绝缘料的挤出温度为 95 ～ 115 ℃ 。考虑到绝缘料在主机内停留及某些不 确定因素影响， 为不使绝缘料在主机内先期硫化， 主
1 － 导体（ 含阻水材料填充） 绝缘 4 － 绝缘屏蔽 6 － 阻水带绕包层 钢丝铠装 11 － 阻水绳填充 表1
绞合铜导体直径 导体屏蔽直径 XLPE 绝缘直径 绝缘屏蔽直径 半导电带绕包外径 铜带绕包屏蔽后外径 成缆后阻水带绕包层外径 铝塑复合综合护层后外径 镀锌钢丝铠装后外径 阻水带绕包后外径 高密度聚乙烯护层后外径