高压电缆铝护套三种制作工艺的性能对比与分析
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轧纹 部 分 采 用 浮 动 式 轧 纹 技 术，保 证 了 轧 纹 节 距和深度稳定可 调。 实 现 了 高 电 压、大 截 面 电 缆 无 缝皱纹铝护套的连 续 挤 出，铝 管 的 同 心 度 和 圆 整 度 达到了同类产品的领先水平。与传统的压铝技术相 比，设备成本 低，节 省 电 能 70% 以 上，具 有 效 率 高、 操 作 简 单 、安 全 可 靠 等 优 点 。
硬度是指金属表面上不大体积内抵抗变形或抵 抗破裂的能力。常用的硬度实验指标有布氏硬度、 洛 氏 硬 度 和 维 氏 硬 度 三 种。 本 文 采 用 HXD1000TMC 维氏显微硬度 计 测 量 硬 度，得 到 三 种 铝 护 套的硬度如表 3 所示。表中凸的位置是指波纹管的 波 峰 位 置 ，而 凹 的 位 置 是 指 波 纹 管 的 波 谷 位 置 。
强度是指金属 在 静 载 荷 作 用 下、抵 抗 塑 性 变 形 或断裂的能 力，是 机 械 零 件 （ 或 工 程 构 件 ） 在 设 计、 加 工 、使 用 过 程 中 的 主 要 性 能 指 标 ，特 别 是 选 材 和 设 计的主要依据。塑性是指金属材料断裂前发生永久 变 形 的 能 力 ，衡 量 指 标 为 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 ，本 文 采用伸长率来衡量铝护套的塑性。铝护套（ JL、YH）
0引言
随着 国 民 经 济 的 发 展 和 城 市 化 进 程 的 加 速，采 用高压电力电缆送电正成为当今城市电网建设的趋 势。高压交联聚乙烯（ XLPE） 绝缘电力电缆制造技 术的发展与成熟，使 之 成 为 高 压 电 缆 输 电 线 路 的 主 流。高压 XLPE 电 缆 设 计 要 考 虑 的 因 素 很 多，其 中 金属护套的选择涉 及 电 缆 线 路 的 安 全 性、可 靠 性 及 经济性。
20 世纪 80 年代发展起来的连续包覆挤铝技术 是一种先进的生产 工 艺，最 初 该 工 艺 只 适 合 于 直 径 小于 35 mm 的铝及其合金 管 材 或 型 材 的 生 产。近 年来，浙江 晨 光 电 缆 公 司 与 英 国 BWE 公 司 合 作 共 同研发了连续包覆挤铝新设备。该设备采用铝杆连 续挤压摩擦挤管技 术，将 电 缆 的 模 具 系 统 由 原 来 的 流 道 层 压 板 式 ，改 成 古 堡 式 的 模 芯 ，并 借 助 计 算 机 的 辅 助 设 计 ，使 铝 材 在 流 道 中 的 压 力 保 持 一 致 ，既 提 高 了挤出铝管的同心 度 和 圆 整 度，又 使 挤 出 铝 管 的 厚 度更加均匀。在缆 芯 外 面 和 铝 护 套 外 面，分 别 进 行 缆芯冷却和铝管冷 却，同 时 在 电 缆 缆 芯 和 铝 管 内 壁 之 间 ，设 计 了 一 个 带 夹 层 的 冷 却 水 管 ，可 有 效 防 止 电 缆缆芯被高温铝管烫伤。
b） 压铝 YL
c） 压扁后的试样 图 3 压扁试验试样
对于氩弧焊工艺的铝护套应分别在压力与焊缝 平行和垂直的两种方式下做压扁试验。压力与变形 关系曲线如图 4 所示，屈服压力大小见表 2。
从图 4 中可以 看 出，不 同 制 造 工 艺 的 铝 护 套 在 压力作用下表现出来的变化趋势相同。对照表 2 可 以看出，图 4c 氩弧 焊 焊 缝 在 上 方 （ 0°） 时，由 于 焊 缝 的存在使屈服压力偏小。 2. 3 显微硬度分析
关键词：高压交联聚乙烯绝缘电力电缆； 铝护套； 力学性能； 显微组织
中图分类号：TM247. 1
文献标识码：A
文 章 编 号 ：1672 -6901 （ 2011 ） 01wk.baidu.com-0021 -05
Property Comparison and Analysis of the Aluminium Sheaths in HV Cables Produced by Three Different Processes LIU Hong-wen，et al
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2011 年 2 月 Feb. ，2011
高压电缆铝护套三种制作工艺的性能对比与分析
刘红文1， 于钦学1， 岳振国2， 金金元2， 程湘东1， 李丹丹1， 钟力生1
（1. 西安交通大学 电力设备与电气绝缘国家重点实验室，陕西 西安 710049； 2. 浙江晨光电缆股份有限公司，浙江 平湖 324204）
（ Xi’an Jiaotong University，State Key Laboratory of Electric Power Equipment and Electrical Insulation，Xi’an 710049，China） Abstract： The continuous aluminum extrusion process to produce the aluminium sheaths in cables，a high efficient and energy-saving new process，is the result of the development of the continuous extrusion technique. In this paper， the mechanic properties and micro-structure of the aluminium sheaths in crosslinked polyethylene（ XLPE） power cables produced by three processes，i. e. ，aluminium extrusion，aluminium pressing and argon arc welding，were analysed. The results indicated that the mechanic properties and micro-structure of the extruded aluminium sheaths in HV polyethylene power cables is superior to the aluminium sheaths produced by argon are welding and no visible difference between pressed and extruded aluminium sheaths. Key words： HV crosslinked polyethylene power cable； aluminium sheath； mechanic property； micro-structure
铝 护 套 的 制 作 有 挤 铝 、压 铝 和 氩 弧 焊 三 种 工 艺 。
收 稿 日 期 ：2010 -07 -15 作者简介：刘红文（1984 － ） ，男，在读硕士. 作者地址：陕西省西安市咸宁西路 28 号［710049］.
本文主要对这三种工艺制作的 XLPE 电缆铝护套的 力 学 性 能 和 显 微 结 构 进 行 对 比 、分 析 研 究 。
a） 铝护套非比例试样尺寸
b） 实际试样
c） 拉断后的试样 图 1 拉力试验试样
2 力学性能分析
浙江 晨 光 电 缆 公 司 提 供 了 挤 铝、压 铝 和 氩 弧 焊 三种工艺的铝护套，西 安 交 通 大 学 电 力 设 备 电 气 绝 缘国家重点 实 验 室 依 据 GB 6397—86《金 属 材 料 室 温拉 伸 试 验 》和 GB / T 246—2007《金 属 管 压 扁 试 验 方法》制 作 了 试 样。 为 了 区 分 不 同 工 艺 制 作 的 试 样 ，对 三 种 铝 护 套 试 样 进 行 统 一 编 号 ： JL — 挤 铝 铝 护 套；YH—氩弧焊工艺的铝护套；YL—压铝铝护套。 2. 1 抗拉强度与伸长率
摘要：连续包覆挤铝技术制造电缆铝护套是连续挤压 技 术 的 进 一 步 发 展 ，是 一 种 高 效 节 能 的 新 工 艺 。文 中 主
要对高压交联聚乙烯（ XLPE） 电力电 缆 不 同 制 造 工 艺 的 挤 铝、压 铝、氩 弧 焊 铝 护 套 进 行 力 学 性 能 和 显 微 结 构
的 分 析 ，结 果 表 明 ，挤 铝 护 套 的 力 学 性 能 和 显 微 组 织 优 于 氩 弧 焊 铝 护 套 ，而 压 铝 护 套 和 挤 铝 护 套 无 明 显 差 别 。
将两种（ 挤 铝、氩 弧 焊 ） 工 艺 制 造 的 铝 护 套，切 割成如图 1a 所示尺寸的非比例试样［4］，切样时应防 止损伤试样表面和 因 受 热 或 冷 加 工 改 变 其 性 能，同 时试样表面应无毛刺。实际试样及拉断后的试样如 图 1b 和图 1c 所示。拉力与伸长量关系曲线如图 2 所示。
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
实际试样及压扁后的试样见图 3b 和图 3c。
表 1 抗拉强度和伸长率计算结果
试样 力学性能
挤铝 （ JL）
氩弧焊 （ YH）
强度 / MPa 伸长率 /% 强度 / MPa 伸长率 /%
试样编号
1
2
3
1 铝护套的三种制作工艺
1. 1 压铝型铝护套 在 压 铝 工 艺 中 ，必 须 选 用 可 塑 性 好 、纯 度 较 高 的
铝锭，铝的纯度一般应 不 低 于 99. 6% 。铝 的 熔 点 较 高 （ 658 ℃ ） ，因 此 通 常 把 圆 柱 形 的 铝 锭 先 预 热 到 450 ℃ 左右，然后将其一端冲击加热到 530 ℃ ，再装 入工作筒进行铝护套的挤制。
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2011 年 2 月 Feb. ，2011
也相对较低。但由于在氩弧焊型铝护套中有焊缝存 在，为保证 产 品 的 密 封 性，需 检 验 铝 护 套 是 否 有 漏 焊 ，还 要 对 整 根 电 缆 进 行 浸 水 后 的 气 密 性 试 验［2 ］。 1. 3 挤铝型铝护套
·22·
a） 挤铝 JL
b） 氩弧焊 YH 图 2 拉力与伸长量关系曲线
抗拉强度和伸长率的计算结果见表 1。 2. 2 压扁试验分析
压扁 试 验 分 析，是 检 验 铝 护 套 压 扁 到 规 定 尺 寸 的变形性能、并显 示 其 缺 陷 的 一 种 试 验 方 法［6］。 用 垂直于铝护套纵轴 线 方 向 的 力，对 规 定 长 度 的 螺 旋 型波纹铝护套（ JL、YH、YL） 端 部 施 加 压 力 进 行 压 扁 如图 3a 所 示，直 至 位 移 为 － 61. 77mm 终 止 试 验。
金属 护 套 在 电 缆 中 的 主 要 作 用 是 防 水、承 受 短 路电流、对绝缘线 芯 起 保 护 作 用，因 此，金 属 护 套 必 须具有良好的机械 性 能、耐 腐 蚀 以 及 良 好 的 密 封 性 能和导电性能。通常使用的金属护套材料主要有铅 或 铝 ，由 于 铝 与 铅 相 比 具 有 许 多 优 点 ，因 此 目 前 电 缆 金 属 护 套 材 料 较 多 采 用 铝 或 铝 合 金 材 料［1 ］。
67. 71 65. 05 69. 81
38. 12 54. 87 43. 89
65. 6 58. 24 68. 22
43. 79 41. 64 36. 44
平均值
67. 52 45. 63 64. 02 40. 62
2011 年 2 月 Feb. ，2011
a） 挤铝 JL
a） 压力原理图 b） 实际试样
压铝机是一 种 精 密 设 备，体 积 庞 大、造 价 昂 贵、 生产工序、工艺流 程 比 较 复 杂，且 能 耗 和 功 耗 很 高， 一般的电缆厂难以 承 受，因 而 生 产 的 铝 护 套 电 缆 成 本 较 高［2-3］。 1. 2 氩弧焊型铝护套
纵包焊接皱纹铝护套是由冷轧铝板卷包成型 后，用氩弧焊接 机 焊 接 而 成。 氩 弧 焊 焊 接 机 组 通 常 由放带、清 洗、剪 边、卷 包 成 型、焊 接、牵 引、检 测、轧 纹等部分组 成，与 压 铝 机 相 比 造 价 非 常 低，生 产 工 序、工艺流程简单，功 耗 及 能 耗 较 低，因 而 生 产 成 本
硬度是指金属表面上不大体积内抵抗变形或抵 抗破裂的能力。常用的硬度实验指标有布氏硬度、 洛 氏 硬 度 和 维 氏 硬 度 三 种。 本 文 采 用 HXD1000TMC 维氏显微硬度 计 测 量 硬 度，得 到 三 种 铝 护 套的硬度如表 3 所示。表中凸的位置是指波纹管的 波 峰 位 置 ，而 凹 的 位 置 是 指 波 纹 管 的 波 谷 位 置 。
强度是指金属 在 静 载 荷 作 用 下、抵 抗 塑 性 变 形 或断裂的能 力，是 机 械 零 件 （ 或 工 程 构 件 ） 在 设 计、 加 工 、使 用 过 程 中 的 主 要 性 能 指 标 ，特 别 是 选 材 和 设 计的主要依据。塑性是指金属材料断裂前发生永久 变 形 的 能 力 ，衡 量 指 标 为 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 ，本 文 采用伸长率来衡量铝护套的塑性。铝护套（ JL、YH）
0引言
随着 国 民 经 济 的 发 展 和 城 市 化 进 程 的 加 速，采 用高压电力电缆送电正成为当今城市电网建设的趋 势。高压交联聚乙烯（ XLPE） 绝缘电力电缆制造技 术的发展与成熟，使 之 成 为 高 压 电 缆 输 电 线 路 的 主 流。高压 XLPE 电 缆 设 计 要 考 虑 的 因 素 很 多，其 中 金属护套的选择涉 及 电 缆 线 路 的 安 全 性、可 靠 性 及 经济性。
20 世纪 80 年代发展起来的连续包覆挤铝技术 是一种先进的生产 工 艺，最 初 该 工 艺 只 适 合 于 直 径 小于 35 mm 的铝及其合金 管 材 或 型 材 的 生 产。近 年来，浙江 晨 光 电 缆 公 司 与 英 国 BWE 公 司 合 作 共 同研发了连续包覆挤铝新设备。该设备采用铝杆连 续挤压摩擦挤管技 术，将 电 缆 的 模 具 系 统 由 原 来 的 流 道 层 压 板 式 ，改 成 古 堡 式 的 模 芯 ，并 借 助 计 算 机 的 辅 助 设 计 ，使 铝 材 在 流 道 中 的 压 力 保 持 一 致 ，既 提 高 了挤出铝管的同心 度 和 圆 整 度，又 使 挤 出 铝 管 的 厚 度更加均匀。在缆 芯 外 面 和 铝 护 套 外 面，分 别 进 行 缆芯冷却和铝管冷 却，同 时 在 电 缆 缆 芯 和 铝 管 内 壁 之 间 ，设 计 了 一 个 带 夹 层 的 冷 却 水 管 ，可 有 效 防 止 电 缆缆芯被高温铝管烫伤。
b） 压铝 YL
c） 压扁后的试样 图 3 压扁试验试样
对于氩弧焊工艺的铝护套应分别在压力与焊缝 平行和垂直的两种方式下做压扁试验。压力与变形 关系曲线如图 4 所示，屈服压力大小见表 2。
从图 4 中可以 看 出，不 同 制 造 工 艺 的 铝 护 套 在 压力作用下表现出来的变化趋势相同。对照表 2 可 以看出，图 4c 氩弧 焊 焊 缝 在 上 方 （ 0°） 时，由 于 焊 缝 的存在使屈服压力偏小。 2. 3 显微硬度分析
关键词：高压交联聚乙烯绝缘电力电缆； 铝护套； 力学性能； 显微组织
中图分类号：TM247. 1
文献标识码：A
文 章 编 号 ：1672 -6901 （ 2011 ） 01wk.baidu.com-0021 -05
Property Comparison and Analysis of the Aluminium Sheaths in HV Cables Produced by Three Different Processes LIU Hong-wen，et al
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2011 年 2 月 Feb. ，2011
高压电缆铝护套三种制作工艺的性能对比与分析
刘红文1， 于钦学1， 岳振国2， 金金元2， 程湘东1， 李丹丹1， 钟力生1
（1. 西安交通大学 电力设备与电气绝缘国家重点实验室，陕西 西安 710049； 2. 浙江晨光电缆股份有限公司，浙江 平湖 324204）
（ Xi’an Jiaotong University，State Key Laboratory of Electric Power Equipment and Electrical Insulation，Xi’an 710049，China） Abstract： The continuous aluminum extrusion process to produce the aluminium sheaths in cables，a high efficient and energy-saving new process，is the result of the development of the continuous extrusion technique. In this paper， the mechanic properties and micro-structure of the aluminium sheaths in crosslinked polyethylene（ XLPE） power cables produced by three processes，i. e. ，aluminium extrusion，aluminium pressing and argon arc welding，were analysed. The results indicated that the mechanic properties and micro-structure of the extruded aluminium sheaths in HV polyethylene power cables is superior to the aluminium sheaths produced by argon are welding and no visible difference between pressed and extruded aluminium sheaths. Key words： HV crosslinked polyethylene power cable； aluminium sheath； mechanic property； micro-structure
铝 护 套 的 制 作 有 挤 铝 、压 铝 和 氩 弧 焊 三 种 工 艺 。
收 稿 日 期 ：2010 -07 -15 作者简介：刘红文（1984 － ） ，男，在读硕士. 作者地址：陕西省西安市咸宁西路 28 号［710049］.
本文主要对这三种工艺制作的 XLPE 电缆铝护套的 力 学 性 能 和 显 微 结 构 进 行 对 比 、分 析 研 究 。
a） 铝护套非比例试样尺寸
b） 实际试样
c） 拉断后的试样 图 1 拉力试验试样
2 力学性能分析
浙江 晨 光 电 缆 公 司 提 供 了 挤 铝、压 铝 和 氩 弧 焊 三种工艺的铝护套，西 安 交 通 大 学 电 力 设 备 电 气 绝 缘国家重点 实 验 室 依 据 GB 6397—86《金 属 材 料 室 温拉 伸 试 验 》和 GB / T 246—2007《金 属 管 压 扁 试 验 方法》制 作 了 试 样。 为 了 区 分 不 同 工 艺 制 作 的 试 样 ，对 三 种 铝 护 套 试 样 进 行 统 一 编 号 ： JL — 挤 铝 铝 护 套；YH—氩弧焊工艺的铝护套；YL—压铝铝护套。 2. 1 抗拉强度与伸长率
摘要：连续包覆挤铝技术制造电缆铝护套是连续挤压 技 术 的 进 一 步 发 展 ，是 一 种 高 效 节 能 的 新 工 艺 。文 中 主
要对高压交联聚乙烯（ XLPE） 电力电 缆 不 同 制 造 工 艺 的 挤 铝、压 铝、氩 弧 焊 铝 护 套 进 行 力 学 性 能 和 显 微 结 构
的 分 析 ，结 果 表 明 ，挤 铝 护 套 的 力 学 性 能 和 显 微 组 织 优 于 氩 弧 焊 铝 护 套 ，而 压 铝 护 套 和 挤 铝 护 套 无 明 显 差 别 。
将两种（ 挤 铝、氩 弧 焊 ） 工 艺 制 造 的 铝 护 套，切 割成如图 1a 所示尺寸的非比例试样［4］，切样时应防 止损伤试样表面和 因 受 热 或 冷 加 工 改 变 其 性 能，同 时试样表面应无毛刺。实际试样及拉断后的试样如 图 1b 和图 1c 所示。拉力与伸长量关系曲线如图 2 所示。
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
实际试样及压扁后的试样见图 3b 和图 3c。
表 1 抗拉强度和伸长率计算结果
试样 力学性能
挤铝 （ JL）
氩弧焊 （ YH）
强度 / MPa 伸长率 /% 强度 / MPa 伸长率 /%
试样编号
1
2
3
1 铝护套的三种制作工艺
1. 1 压铝型铝护套 在 压 铝 工 艺 中 ，必 须 选 用 可 塑 性 好 、纯 度 较 高 的
铝锭，铝的纯度一般应 不 低 于 99. 6% 。铝 的 熔 点 较 高 （ 658 ℃ ） ，因 此 通 常 把 圆 柱 形 的 铝 锭 先 预 热 到 450 ℃ 左右，然后将其一端冲击加热到 530 ℃ ，再装 入工作筒进行铝护套的挤制。
2011 年第 1 期 No. 1 2011
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2011 年 2 月 Feb. ，2011
也相对较低。但由于在氩弧焊型铝护套中有焊缝存 在，为保证 产 品 的 密 封 性，需 检 验 铝 护 套 是 否 有 漏 焊 ，还 要 对 整 根 电 缆 进 行 浸 水 后 的 气 密 性 试 验［2 ］。 1. 3 挤铝型铝护套
·22·
a） 挤铝 JL
b） 氩弧焊 YH 图 2 拉力与伸长量关系曲线
抗拉强度和伸长率的计算结果见表 1。 2. 2 压扁试验分析
压扁 试 验 分 析，是 检 验 铝 护 套 压 扁 到 规 定 尺 寸 的变形性能、并显 示 其 缺 陷 的 一 种 试 验 方 法［6］。 用 垂直于铝护套纵轴 线 方 向 的 力，对 规 定 长 度 的 螺 旋 型波纹铝护套（ JL、YH、YL） 端 部 施 加 压 力 进 行 压 扁 如图 3a 所 示，直 至 位 移 为 － 61. 77mm 终 止 试 验。
金属 护 套 在 电 缆 中 的 主 要 作 用 是 防 水、承 受 短 路电流、对绝缘线 芯 起 保 护 作 用，因 此，金 属 护 套 必 须具有良好的机械 性 能、耐 腐 蚀 以 及 良 好 的 密 封 性 能和导电性能。通常使用的金属护套材料主要有铅 或 铝 ，由 于 铝 与 铅 相 比 具 有 许 多 优 点 ，因 此 目 前 电 缆 金 属 护 套 材 料 较 多 采 用 铝 或 铝 合 金 材 料［1 ］。
67. 71 65. 05 69. 81
38. 12 54. 87 43. 89
65. 6 58. 24 68. 22
43. 79 41. 64 36. 44
平均值
67. 52 45. 63 64. 02 40. 62
2011 年 2 月 Feb. ，2011
a） 挤铝 JL
a） 压力原理图 b） 实际试样
压铝机是一 种 精 密 设 备，体 积 庞 大、造 价 昂 贵、 生产工序、工艺流 程 比 较 复 杂，且 能 耗 和 功 耗 很 高， 一般的电缆厂难以 承 受，因 而 生 产 的 铝 护 套 电 缆 成 本 较 高［2-3］。 1. 2 氩弧焊型铝护套
纵包焊接皱纹铝护套是由冷轧铝板卷包成型 后，用氩弧焊接 机 焊 接 而 成。 氩 弧 焊 焊 接 机 组 通 常 由放带、清 洗、剪 边、卷 包 成 型、焊 接、牵 引、检 测、轧 纹等部分组 成，与 压 铝 机 相 比 造 价 非 常 低，生 产 工 序、工艺流程简单，功 耗 及 能 耗 较 低，因 而 生 产 成 本