硅烷交联聚乙烯绝缘电缆工艺

装置、分段不同温度冷却系统、履 缆的成本做出比较，ＰＶＣ 绝缘料价
带牵引机、喷码机、龙门式收排线 格为１万元／ｔ，比重为１．３６ｔ／ｍ３，硅
架和自动控制操作系统。
烷交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）绝缘料价格为
硅烷交联聚乙烯电缆所使用的 ２ 万元 ／ｔ，比重为０．９２ｔ／ｍ３。
主要原材料有：低密度聚乙烯
另外，从国内市场需求的角度
术
应
用
附 表
导体截面 ／ ｍ ｍ２
１０ １６ ２５ ３５ ５０ ７０ ９５ １２０ １８５
Ｐ Ｖ Ｃ 绝缘
电缆单边厚度
１．０ １．０ １．２ １．２ １．４ １．４ １．６ １．６ １．８
ＰＶＣ 用量
１９．５ ２５．６ ３５．８ ４０．４ ５６．１ ６４．９ ８６．１ ９５．５ １２０
用量
８．７ １０．６ １７．０ １９．７ ２６．０ ３３．５ ３８．５ ４７．０ ６１．６
成本 ／（元／ｋｍ） １７３ ２１１ ３４０ ３９４ ５１９ ６７０ ７６９ ９４１ １２３２
ＸＬＰＥ 平均成本 ９１０．３／（元／ｋｍ）
采用全封闭形式。３）选用纯净的聚 了解到，交联聚乙烯电缆取代 ＰＶＣ
乙烯原料。
绝缘电缆在电力行业已达成共识，
生产所用设备及原材料供应 通过对硅烷交联聚乙烯电缆成本核
由于硅烷交联是在常压水汽中 算 可 看 出 ， 硅 烷 交 联 聚 乙 烯
进行的，不需要有耐高温高压的封 （ＸＬＰＥ）绝缘电缆的成本与 ＰＶＣ 绝
闭管道，因而其生产工艺及设备相 缘电缆成本基本持平，但采用交联
对简单，整条生产线主要有龙门式 聚乙烯电缆传输的电流要比ＰＶＣ 绝
放线架、储线器、后涨紧履带牵引 缘电缆多３０％。其成本比较见附表。
机、３ 台挤出机及三层共挤十字机
表中只对１ｋＶ 级硅烷交联聚乙
头、重力计量加料系统、线径测量 烯（ＸＬＰＥ）绝缘电缆与 ＰＶＣ 绝缘电
美国 ＧＥ 公司发明了聚乙烯交联工 料受污染的几率。
艺。在一定的条件下，加入催化剂，
一步法是在两步法的基础上发
发生化学反应，改变聚乙烯分子结 展 而 来 的 ， 是 将 低 密 度 聚 乙 烯
构，使聚乙烯分子构成三维结构的 （ Ｌ Ｄ Ｐ Ｅ ）、线性低密度聚乙烯
分子，由四个分子联在一起，形成 （ＬＬＤＰＥ）、液态硅烷等通过精确的
交联的电缆“水树”现象 “水树”现象是导致交联聚乙 烯电缆发生故障的主要原因。表现 为在交联聚乙烯绝缘层呈扇形树 枝状的混浊白色形态。“水树”的 产生将直接影响电缆绝缘特性及 其使用寿命，根据资料介绍：６ｋＶ 挤交联聚乙烯电缆的水树枝长度 在 ０ ． ５ ｍ ｍ 以内时，工频击穿电压 约降低 ２０％～５０％。 “水树”多产生在交联聚乙烯 绝缘层或绝缘层与半导电层的界面 之间，主要由于绝缘层内含有杂质 或界面不光滑引起电场分布不均 匀，使绝缘层中的水份不规则扩展 而形成。
ＥＡ 技
电线电缆专辑
Cable Special
术
应
用
胜利油田 张卫东 朱益飞
硅烷交联聚乙烯绝缘电缆工艺
在一定的条件下，改变聚乙烯分子结构，使聚乙烯分子构成三维结构的分子，由四个分子联 在一起，形成空间网状结构，从而解决聚乙烯容易开裂的问题。
由于电力事业的不断发展，
电力电缆的需求量日益增
电气时代 ２００３ 年第５ 期 ｜ 79
绝缘层内水份也是产生“水 树”的重要原因，降低绝缘层内的 水份是避免产生水树的措施之一。 但无论是化学交联还是硅烷交联都 需要有水的环境。化学交联中的湿 法交联是在高温高压的蒸汽管道内 进行的，其绝缘层的水份含量较
78 ｜ 电气时代２００３年第５期
Cable Special
电线电缆专辑
Ｅ技Ａ
２４０ ２．０ １４８ １４８０
１．６ ７８．４ １５６８
３００ ４００ ２．２ ２．４ １８５ ２２５ １８５０ ２２５０
１．７ １．８ ９４．３ １１１．１ １８８５ ２２２１
注：电缆厚度单位为 ｍｍ ；ＰＶＣ 用量单位为 ｋｇ／ｋｍ 。
高，可达到 １０００～２０００ｐｐｍ；采用 （Ｌ Ｄ Ｐ Ｅ ）、线性低密度聚乙烯
采用内半导电层、绝缘层、外半导 ５０～２００ｐｐｍ，与干法交联相比，绝
电层三层共挤的生产方式，保证各 缘层内含水量较高，因而在高压和
层之间界面光滑，减少界面之间的 超高压等级电缆范畴内不占优势。
污染。２ ） 建立严格的加料工艺流 但在中、低压等级电缆范畴内占有
程，原材料的输送、加入、存放均 一定的优势。根据我们调研的情况
成本 ／（元 ／ｋｍ）
１９５ ２５６ ３５１ ４０４ ５６１ ６４９ ８６１ ９５５ １２００
ＰＶＣ 平均成本 ９１６．３／（元／ｋｍ）
ＸＬＰＥ 绝缘 电缆单边厚度
０．７ ０．７ ０．９ ０．９ １．０ １．１ １．１ １．２ １．４
来看，随着我国城市电网和农村电 网改造工作的全面展开，对交联聚 乙烯绝缘电缆的需求量正在逐年增 大，尤其是 １０ｋ Ｖ以下，短距离、多 规格的交联聚乙烯绝缘电缆。在这 一领域内，硅烷交联与化学交联相 比具有较大优势：投资少，按我公 司引进的硅烷交联生产线价格计仅 为化学交联 ＣＣＶ 生产线价格的 １／ ３ ； 工艺浪费少，电缆废品率低。 ＣＣＶ 生产线开机一次大约需 １５０ｍ 工艺引线报废；设备操作、维修简 单，无高温高压管道密封问题；开 机运转成本低，不需大功率的管道 电加热装置。
空间网状结构，从而解决聚乙烯容 重力计量在长径比为３０∶１螺杆挤出
易Leabharlann Baidu裂的问题。使得交联聚乙烯绝 机一次完成混合、接枝、挤包到电
缘电缆得以广泛推广应用。
缆导体上，亦在常压水汽中完成交
随着技术的不断发展，交联聚 联。一步法所用原材料保存期较长，
乙烯的交联生产工艺主要有采用电 无需增加中间生产环节，得到的产
惰性气体加热的干式交联电缆绝缘 （ＬＬＤＰＥ）、液态硅烷、内外层半导
层内含水较少，大约为３０～５０ｐｐｍ； 电材料等。其中，低密度聚乙烯、线
而硅烷交联是在常压水汽中进行， 性低密度聚乙烯国内可生产；液态
且交联反应过程是吸水反应，因而 硅烷及不可剥离半导电材料目前需
硅烷交联聚乙烯中含水份比较低， 依赖国外在中国的代理商来获得，
硅烷交联的原理 硅烷交联严格地讲亦属于化学
大，其年总产值已达到电缆行业总 交联的一种方式，最初是由英国道
值的 ３０％ 以上，其中塑力缆占有相 康宁公司发明的。按生产方法不同
当大的比例。塑力缆的代表是 ＰＶＣ 又分为两步法和一步法。
绝缘电缆，经过近６０ 年的发展，其
两步法首先是将不饱和硅烷分
生产工艺技术已发展的比较成熟。 子通过有机过氧化物接枝到聚乙烯
大约为 ５０～２００ｐｐｍ。由此可见，硅 但其配方中所占比例仅为 ２％ ，因
烷交联工艺产生水树现象几率相对 此硅烷交联聚乙烯电缆所需原材料
较低，尤其是在中、低压等级电缆 在国内可全部采购到。
不会对绝缘层产生影响。
在中、低压电缆领域的发展
在生产过程中要解决水树现
硅烷交联工艺需在常压水汽中
象，需从以下几个方面做工作：１） 完成交联，其绝缘层水份含量为
但是，由于 ＰＶＣ 属极性材料，不适 分子上，形成活性硅烷基，又称 Ａ
于制造高压电缆；另外，ＰＶＣ 绝缘 料，接枝后的聚乙烯分子仍保持热
电缆在发生火灾时，释放出大量的 塑性。然后将含有催化剂的聚乙烯
卤素，给环境造成严重污染。为此， 母料，又称 Ｂ 料，严格按一定比例
采用聚乙烯作为绝缘材料的生产工 混合，通过挤出机挤包到电缆导体
通过以上比较可以看出硅烷交 联工艺在中、低压等级电力电缆领 域内具有广阔的发展前景。
硅烷交联工艺在国内还属于一 种较新的生产工艺，它的应用还需 要我们不断地去开发和研究，同时 硅烷交联聚乙烯绝缘电缆所需的 原材料实现全国产化也是摆在我 们面前的一个新课题。据国外有关 最新文献资料介绍表明，采用硅烷 交联工艺制造高压电力电缆的技 术难题已攻克，而且其产品质量和 化学交联工艺制造的电缆一样优 异。实践证明，随着国内生产工艺 技术的不断发展，硅烷交联工艺必 将在更多的领域得到更广泛的推 广应用。Ｅ Ａ
艺应运而生，即交联工艺。聚乙烯 上，在常压水汽中完成交联。此生
是非极性材料，具有良好的电性 产方法由于存在以下几个问题，没
能，但其分子结构呈线性，挤包成 有得到广泛推广。需要专门生产 Ａ
绝缘层后易开裂，一直没有被应用 料的设备或厂家；Ａ、Ｂ两种料存放
到电缆行业上。２０世纪 ６０年代初， 周期较短，不利保存；增加了原材
子辐射的辐射交联、采用聚乙烯中 品质量高，因而被广泛推广应用。
加入过氧化物在高温高压下进行的
目前，瑞士Ｍａｉｌｅｆｆｅｒ公司、芬
化学交联、采用有机硅作交联剂的 兰Ｎｏｋｉａ公司、德国Ｔｒｏｅｓｔｅｒ公司
硅烷交联。
均可以提供一步法硅烷交联聚乙烯
电缆生产线。上海、无锡、浙江、河 北和山东等地近几年也先后从国外 引进了一步法硅烷交联电缆生产 线，并投入生产运行。其中杭州东 冠电缆公司研制的 Ｙ Ｊ Ｖ ２ ２ 硅烷交 联电缆和我公司研制的 ＹＪＬＶ 系列 硅烷交联电缆都已通过了国家新产 品定型鉴定。