一、交聯(lián)電纜的原材料和半成品

1.導體

交聯(lián)電纜的導體多為銅鋁圓絞線。還有實心導體，1kV以下可以用扇形導體。

圓形單線質(zhì)量要求:表面光滑、無油污、不發(fā)黑、不碰撞、不劃傷。

交聯(lián)電纜的導體必須壓縮。這是為了避免交聯(lián)管內(nèi)高溫高壓下將屏蔽材料和絕緣材料壓入絞線縫隙而產(chǎn)生廢品；同時可以防止水分沿導體方向滲透，從而防止水樹枝的產(chǎn)生和發(fā)展。因此，壓制工藝是保證電纜運行可靠性的關(guān)鍵措施。

2.絕緣材料

交聯(lián)電纜的絕緣材料是交聯(lián)聚乙烯。

交聯(lián)聚乙烯的一般組成為:聚乙烯:抗氧劑:交聯(lián)劑= 100: 0.3 ~ 0.5: 1.5 ~ 2.5。

為保證保溫材料的清潔度(生產(chǎn)的產(chǎn)品合格)，包裝材料必須保持完好，不得使用包裝破損的保溫材料。

35kV及以上交聯(lián)電纜要求超凈材料。

3.內(nèi)部半導體材料

內(nèi)屏蔽材料用于交聯(lián)電纜的導體屏蔽。長期工作溫度90℃，20℃時體積電阻率不大于1×103(ω·cm)。

內(nèi)屏蔽材料有兩種:交聯(lián)型和非交聯(lián)型。交聯(lián)型可避免過載或短路時內(nèi)部屏蔽材料變形或流向?qū)w間隙。非交聯(lián)型材料加工擠壓非常方便。

4.外部半導體材料

外屏蔽材料用于絕緣屏蔽，其耐溫等級與絕緣材料一致。

外屏蔽材料分為三種:易剝離型(剝離強度8~20 N /10 mm)、可剝離型(剝離強度20~40 N /10 mm)和不可剝離型。對于26/35kV以下的交聯(lián)電纜，為了施工方便，要求采用易剝離或可剝離的外屏蔽材料，26/35kV以上的交聯(lián)電纜應采用不可剝離的外屏蔽材料。

5.護套材料

交聯(lián)電纜的外護套一般應采用耐溫90℃的PVC電纜護套材料，與電纜的工作溫度一致。

6.屏蔽銅帶

額定電壓大于0.6/1kV的電纜應有金屬屏蔽層。金屬屏蔽層一般采用銅帶(普通)或銅線(稀有)。金屬屏蔽不僅能保證絕緣屏蔽處于地電位(中性點)，還能使接地故障電流通過。

7.鎧裝鋼帶/鋼絲

交聯(lián)電纜的鎧裝層一般采用鋼帶或鋼絲。鋼帶鎧裝層可承受徑向壓力，鋼絲鎧裝層可承受軸向張力。

交聯(lián)電纜的鎧裝鋼帶有兩種:涂漆鋼帶和鍍鋅鋼帶。

8.內(nèi)襯

內(nèi)襯層主要在電纜形成過程中起到拉緊的作用。材料要求是不易吸潮，有與保溫層匹配的耐溫等級。PVC膠帶、聚酯膠帶、無紡布膠帶等?？梢允褂谩?/p>

9.隔離套

隔離層是為了防止金屬屏蔽層(銅)和外裝甲層(鋼)形成原電池，加速腐蝕。因此，鎧裝交聯(lián)電纜的隔離層必須是防潮的擠壓隔離護套。一般使用與護套相同的PVC護套材料。

10.填充物

填充是在電纜布線后將電纜環(huán)繞起來。材料要求是不易吸潮，有與保溫層匹配的耐溫等級。A類阻燃電纜采用石棉繩，其他電纜采用普通填充繩。

二、交聯(lián)單元(簡介)

1.放線

為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，最好采用雙收雙放，當然，一個儲線裝置(一般可以儲100米以上)是必不可少的。放線和放線多為龍門式，也有部分為地軸式。

2.向上牽引

向上牽引要求摩擦力大，牽引穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速均勻，不“打滑”，以保證懸垂控制的穩(wěn)定性。

國內(nèi)多采用直徑1500mm以上，調(diào)速范圍1.2 ~ 20 m/min的單牽引輪。有的人為了增加摩擦力，會在牽引輪外面系上一條皮帶來壓鋼絲。

3.擠壓機

擠出機由機筒、螺桿、機頭和傳動部分組成。

槍管采用硬質(zhì)合金制造，要求材料硬度達到洛氏硬度75 ~ 76。最好用油溫控制加熱桶比電加熱更穩(wěn)定，但加熱系統(tǒng)復雜，熱量損失更多。

螺桿材質(zhì)為不銹鋼或氮化鋼，硬度略低于機筒，一般在洛氏65左右。

機身和螺桿要有強制冷卻能力，機身氣冷，螺桿水冷。

由于擠出粘度高(特別是外屏蔽材料)，擠出載荷大，所以最好用壓力表來監(jiān)測擠出壓力。

(1)內(nèi)屏蔽擠出機

由于內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)數(shù)量少，一般采用φ 65機。

內(nèi)屏蔽材料中填料較多，擠出過程中摩擦熱較大，螺桿不宜過長。一般長徑比為20∶1，壓縮比為3∶1，轉(zhuǎn)速范圍為10 ~ 60轉(zhuǎn)/分。

此外，最好安裝自動進料和預干燥裝置。

⑵保溫擠出機

φ150機因絕緣層量大而被廣泛使用。

螺桿長徑比一般為25∶1，壓縮比為2.5 ∶ 1 ~ 3 ∶ 1，轉(zhuǎn)速范圍約為9 ~ 45轉(zhuǎn)/分，出膠量應達到200公斤/小時以上。

此外，最好安裝自動進料和預干燥裝置。

⑶外屏蔽擠出機

外屏蔽結(jié)構(gòu)消耗略大于內(nèi)屏蔽，一般采用φ 90機。

一般長徑比為20∶1，壓縮比為3∶1，轉(zhuǎn)速范圍為14 ~ 41轉(zhuǎn)/分。

⑷鼻子

1+1+1鼻子:太落后，淘汰。1+2鼻子:現(xiàn)在比較常見。0+3機頭:少而先進。

采用1+2頭或0+3頭，使層間接觸緊密，消除了氣隙，避免了層間污染，從而提高了電纜的電氣性能。

4.交聯(lián)管

由于交聯(lián)管承受高溫高壓，應選擇無縫鋼管，最好是不銹鋼管，管徑為200 ~ 300毫米。

交聯(lián)管可分為兩種:懸鏈線型和垂直型。長度分別約為120米和100米。立式偏心芯容易控制，但成本高。

交聯(lián)管多采用變壓器加熱(干法)，交聯(lián)管壁作為變壓器二次回路，熱效率好。

5.向下牽引

為了保證牽引的穩(wěn)定運行，最好對較低的牽引采用兩次牽引。第一種是牽引輪，第二種是履帶牽引。

6.水、氣和電氣控制部分

水煤氣控制分為自動控制和手動控制，通常安裝在機頭附近，由機長控制。

電氣控制部分分為集中控制(主控制臺)和分散控制(各控制面板)。

7.儀器操作和維護規(guī)定(不同設備不同)-略

第三，交聯(lián)過程

1.交聯(lián)的基本原理

為了提高聚乙烯的耐溫性，我們可以用化學或物理的方法將其轉(zhuǎn)變成本體分子結(jié)構(gòu)，這就是所謂的交聯(lián)。

化學交聯(lián)是在聚乙烯中加入一定量的交聯(lián)劑(DCP)，加熱到一定溫度后迅速分解形成自由基，不穩(wěn)定。它從聚乙烯分子中帶走氫，將聚乙烯分子轉(zhuǎn)變成大分子自由基，兩者相互結(jié)合形成體型分子結(jié)構(gòu)。

2.交聯(lián)度和工藝參數(shù)

交聯(lián)度是電纜熱性能的重要指標。一般采用熱伸長法進行測量(200℃，20 N/cm，15分鐘的伸長率)。

(1)溫度

交聯(lián)過程在硫化管的加熱段完成。硫化管溫度越高，交聯(lián)度越高(其他因素不變)。一般來說，考慮到各種因素，干交聯(lián)用硫化管的溫度在290~310℃左右。

⑵線速度

顯然，線速度越高，生產(chǎn)效率越高，但交聯(lián)度越低(其他因素不變時)。一般來說，線速度受以下因素控制:

①額定電壓:電壓越高，絕緣越厚，交聯(lián)速度越慢，所以線速度越受限制。

②電纜規(guī)格:截面越大，要求擠出機出膠量越大，線速度不宜過快。

③冷卻水水位適中:冷卻水溫度低，水位高，有利于冷卻，但不利于交聯(lián)度。

④硫化管:溫度越高，管越長，線速度越快。

⑶擠壓溫度

擠出溫度主要取決于原料的配方。擠出的材料要求完全塑化，不能提前交聯(lián)。

3.屏蔽和絕緣層的擠壓

(1)擠壓內(nèi)屏蔽層

l擠出溫度

內(nèi)部屏蔽材料分為交聯(lián)型和非交聯(lián)型。前者需要更高的溫度控制。由于材料和設備的不同，擠出溫度也不同。但是擠壓溫度的選擇原則是:

①一般原則:擠出的材料要求完全塑化，不提前交聯(lián)。

②加料段:溫度不宜過高。為了避免顆粒過早軟化或粘連，導致出膠量減少或不均勻。

③導管:溫度不能太低。否則機身壓力過高，容易損壞設備。

內(nèi)部屏蔽擠壓參考溫度(5℃)

擠出機位置

機身

膠水導管

床頭

一個

2

三

四

一個

2

一個

溫度范圍

95

105

110

115

115

115

115~120

由于內(nèi)屏蔽材料延伸率小，擠壓緊密，表面圓，采用擠壓模具。

內(nèi)屏蔽層應均勻，表面光滑，無明顯扭曲線，無尖角、顆粒、燒痕或劃痕。厚度為0.5 ~ 0.8毫米，工藝性好，經(jīng)濟合理。

l模具選擇(擠壓類型)

內(nèi)屏蔽芯孔徑D1 =導體直徑D+(0.3 ~ 0.6)

光圈過大容易造成偏心；孔徑太小，容易產(chǎn)生竹節(jié)。

內(nèi)屏蔽模套的孔徑D2 =導體直徑d+2 ×內(nèi)屏蔽厚度t1

⑵保溫層擠壓

l擠出溫度

絕緣材料是交聯(lián)聚乙烯。由于材料和設備的不同，擠出溫度也不同。擠壓溫度的選擇原則與內(nèi)屏蔽層相同。

絕緣擠壓參考溫度(5℃)

擠出機位置

機身

膠水導管

床頭

一個

2

三

四

五

一個

2

一個

溫度范圍

95

100

105

110

113

115

115

115~120

保溫層應無氣泡和雜質(zhì)；厚度六個點的平均值不小于標稱值，最薄點不小于標稱值的90%-0.1%。

l模具選擇(擠壓類型)

絕緣層芯的孔徑D3 =內(nèi)部屏蔽后的直徑D2+(0.5 ~ 0.8)

如果孔徑過大，絕緣容易形成“耳朵”；孔徑太小，無法劃傷內(nèi)屏蔽層。

絕緣層模套孔徑D4 =內(nèi)屏蔽后直徑D2+2×絕緣層厚度T2+2×模芯噴嘴厚度δ

對于三層共擠出設備:

絕緣層模芯孔徑D3 =內(nèi)屏蔽層模套孔徑D2

絕緣層模套孔徑D4 =內(nèi)屏蔽后直徑D2+2×絕緣層厚度T2+2×模芯噴嘴厚度δ

(3)外屏蔽層的擠壓

l擠出溫度

外屏蔽層采用半導體絕緣屏蔽材料。由于材料和設備的不同，擠出溫度也不同。擠壓溫度的選擇原則與內(nèi)屏蔽層相同。

絕緣屏蔽擠壓參考溫度(5℃)

擠出機位置

機身

膠水導管

床頭

一個

2

三

四

五

一個

2

一個

溫度范圍

90

100

105

110

110

115

115

115~120

外屏蔽層應均勻，表面光滑，無明顯扭曲線，無尖角、顆粒、燒焦和劃痕。厚度為0.5 ~ 0.8毫米，工藝性好，經(jīng)濟合理。

l模具選擇(擠壓類型)

外屏蔽芯孔徑D5 =絕緣后直徑D4+(0.5 ~ 0.8)

光圈過大容易造成偏心；孔徑太小，容易產(chǎn)生竹節(jié)。

外屏蔽模套孔徑D6 =絕緣后直徑D4+2×外屏蔽厚度t2+2×模芯噴嘴厚度δ

對于三層共擠出設備:

外屏蔽鐵芯孔徑D5 =絕緣層模套孔徑D4

外屏蔽模套孔徑D6 =絕緣后直徑D4+2×外屏蔽厚度t2+2×模芯噴嘴厚度δ

4.交聯(lián)過程(干法)

干交聯(lián)設備與濕交聯(lián)設備基本相同，只是交聯(lián)管道的加熱方式不同，干交聯(lián)采用電熱輻射加熱。

干交聯(lián)管道的溫度與線速度、加熱段長度、冷卻段長度和電纜規(guī)格密切相關(guān)。

交聯(lián)管加熱段溫度控制范圍參考表(10℃)

管道區(qū)域

1區(qū)

區(qū)域2

3區(qū)

區(qū)域4

區(qū)域5

區(qū)域6

溫度范圍(℃)

340

330

320

300

270

240

由于加熱溫度高，聚合物在干交聯(lián)時會發(fā)生氧化降解，因此需要惰性氣體保護。氮因其來源豐富、價格低廉而得到廣泛應用。

交聯(lián)屏蔽材料，尤其是絕緣材料，含有交聯(lián)劑(過氧化二異丙苯)，分解產(chǎn)物、交聯(lián)副產(chǎn)物等小分子在高溫下會變成氣體。如果沒有壓力控制，就會形成大氣泡。所以交聯(lián)反應必須在壓力下進行，一般在0.7~1.2MPa。

5.開放式停車程序

(1)開車前的準備

①密封墊的選擇和模具匹配:根據(jù)電纜規(guī)格準備好上、下密封墊和模具并安裝。

②擠出機加熱保溫:為了使擠出機溫度達到工藝要求，應提前3 ~ 4小時升溫。

③牽引線穿線:將牽引線從上密封件引至下密封件，纏繞在下牽引輪上，并連接到收線盤上。

④電線接頭:用接頭鋼管(最好是銅管)液壓連接電線和導線，將放線盤升起就位，適當拉緊，并將電線存放在電線存放裝置中。

⑤牽引和收線:選擇上下牽引、輔助牽引和收線的檔位。

⑥屏蔽材料的干燥:屏蔽材料使用前應在40 ~ 60℃下干燥4小時以上。

⑦收線:根據(jù)計劃長度選擇收線盤，調(diào)整電纜導向輪的節(jié)距、限位和角度。

⑵駕駛

①走線:調(diào)整并同步上下牽引力。

②張力調(diào)整:調(diào)整下牽引，使鋼絲張力合適，放入懸掛控制器。當懸掛控制器的指示燈為零或擺幅不大時，表示張力調(diào)整完畢。調(diào)整放線張力。

③擠出機啟動:走線后先啟動內(nèi)屏蔽機，調(diào)整后分別啟動保溫和外屏蔽機，調(diào)整好每層厚度和偏心后密封下密封。

④水煤氣過程:啟動水泵，使冷卻水進入冷卻管。

⑤密封封口機:調(diào)整好擠出機后，即可密封封口機。

⑥交聯(lián)管加熱:在給定的工藝溫度下加熱管子。

⑦氮氣供應:根據(jù)操作規(guī)程和工藝規(guī)程供應氮氣。

⑧成品標記:當溫度和壓力達到工藝要求時，標記下部封閉處，成品在X(60)米后。

⑨開車后:將成品線收好放在線圈上，調(diào)整好排線的速度和節(jié)距，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

⑶停車

(1)停止交聯(lián)管加熱電源。

②分別停止擠出機的進料。

③將水位調(diào)節(jié)到控制范圍內(nèi)的最高位置。

(4)停止供氮，降低擠出機速度，減小電纜外徑，放出氮氣，放出氮氣時停止全線。

⑤當管道內(nèi)壓力為零時，打開聯(lián)鎖裝置和上部密封器。

⑥做好成品標記，將絕緣廢電線從管道中走出來。

⑦停止水泵，排出冷卻水。

⑧擠出機應按要求清洗。

⑨關(guān)閉所有開關(guān)和閥門。

四、質(zhì)量缺陷的原因及消除方法

交聯(lián)廢品的類型、成因及解決方法

廢物類型

現(xiàn)象

發(fā)生原因

解決辦法

絕緣厚度不足

最薄點低于標準，

平均值低于名義值

線速度快，

擠出機出膠量不足，

模具搭配不當。

降低線速度，

擠壓機加速，

合理的模具搭配。

古怪的

絕緣層厚度不均勻

模具沒有對齊，

控制褶皺的變化

調(diào)整模具，

盡量穩(wěn)定地控制褶皺

異質(zhì)物質(zhì)

螺紋表面有突起

原料不干凈，喂的時候混在一起。

焦炭燃燒

選好料，凈化進料，控制擠壓溫度。

氣泡

絕緣片上有氣孔

擠壓不當、材料潮濕和冷卻不足(在同一圓周上)

合理配模，烘干，提高水位或降低冷卻水溫度。

表面劃痕

表面不光滑，

刮傷了。

擦拭硫化管中的壁，

模套外緣有燒焦物。

調(diào)整懸垂性，及時清理管道內(nèi)的異物，防止模套過熱，停止清理模套。

竹子

外徑大小不一。

牽引速度不穩(wěn)定，

模芯太小，

導體外徑不均勻。

檢查機電系統(tǒng)故障并排除，適當調(diào)整模芯尺寸，控制絞線外徑。

機械性能

不合格的

差的熱機械性能，

工作溫度達不到。

公式不合理，

硫化工藝不當(氣壓低、線速度快、冷卻水位高等。).

調(diào)整配方，

找出具體原因，逐一消除。

電的行為

不合格的

局部放電值太大，

介質(zhì)擊穿

結(jié)構(gòu)不完善(導體、絕緣)、絕緣層中有雜質(zhì)、外傷

使導體圓潤光滑，規(guī)范操作，凈化進料，防止碰傷

V.產(chǎn)品試驗和檢驗

1.常規(guī)測試

常規(guī)測試是工廠測試。也就是每根電纜都需要測試。它包括以下項目:

(1)導體DC電阻測試

執(zhí)行標準:GB/T 3956

⑵局部放電試驗

實施標準:GB/T 3048.12。1.73U0時各相的局部放電容量不得超過10pC。

⑶交流電壓測試

實施標準:GB/T 12706.2。每相應能承受5分鐘的工頻電壓，且不得擊穿。

交流電壓測試值

額定電壓U0kV

3.6

六

8.7

12

18

21

26

測試電壓千伏

12.5

21

30.5

四十二歲

63

73.5

53

91

65

三相變壓器同時用于三芯電纜電壓試驗時，電壓應為表值的1.73倍。

2.取樣試驗

(1)結(jié)構(gòu)尺寸檢查

①導線結(jié)構(gòu)尺寸:應符合GB/T 3956的有關(guān)規(guī)定。

②絕緣厚度:平均值不小于公稱值，最小值不小于公稱值的90%-0.1%。

③護套厚度:平均值不小于標稱值，最小值不小于標稱值的85%-0.1/80%-0.2。

⑵四小時交流電壓測試

本試驗適用于3.6/6千伏以上的電纜。樣品長度不小于5米，每相施加測試電壓4小時。測試電壓如下:

四小時交流電壓測試值

額定電壓U0kV

六

8.7

12

18

21

26

測試電壓千伏

24

35

48

七十二

84

104

交聯(lián)聚乙烯是交聯(lián)電纜的絕緣材料，其基材是聚乙烯和其他成分。交聯(lián)過程是通過特定的加工方法，使線性分子結(jié)構(gòu)的聚乙烯(PE)材料形成網(wǎng)狀分支結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚乙烯。

長期允許工作溫度由70℃提高到90℃(或更高)，短路允許溫度由140℃提高到250℃(或更高)，在保持其原有優(yōu)良電氣性能的前提下，大大提高了實際性能。

交聯(lián)電纜的交聯(lián)方式

交聯(lián)電纜的交聯(lián)方法有很多。目前常用的交聯(lián)方法有過氧化物化學交聯(lián)(DCP交聯(lián))、硅烷交聯(lián)和輻照交聯(lián)。硅烷交聯(lián)根據(jù)材料不同可分為溫水交聯(lián)和無水硅烷交聯(lián)。無論采用哪種交聯(lián)方式，交聯(lián)的結(jié)果都是交聯(lián)電纜的熱延伸符合國家標準的性能要求。

1.化學交聯(lián)

DCP交聯(lián)生產(chǎn)線采用懸掛鏈或立式塔式設備，設備和車間成本高，消耗大量水、電、氣，投資大；因為生產(chǎn)線長，只適合長電纜的生產(chǎn)；對環(huán)境要求高，需要專門的生產(chǎn)車間。

2.硅烷交聯(lián)

硅烷交聯(lián)生產(chǎn)線只需要普通擠出機和加熱裝置(熱水池或蒸汽室)，投資少，環(huán)保要求低，生產(chǎn)靈活。適用于長或短電纜的生產(chǎn)，可根據(jù)客戶要求制造不同長度的電纜。

3.輻射交聯(lián)

輻照交聯(lián)，利用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束轟擊絕緣層和護套，使線性分子結(jié)構(gòu)的聚乙烯(PE)的聚合物鏈斷裂，每個斷裂點都變成自由基。自由基是不穩(wěn)定的，需要相互重組。重組后，原來的鏈狀分子結(jié)構(gòu)變成三維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，形成交聯(lián)。

此外，輻照交聯(lián)生產(chǎn)過程中應用的輻照劑量與其破壞劑量有很大的安全裕度。聚乙烯的輻射損傷劑量為1000KGY，而加工劑量約為200KGY。除了特殊配方的改進，聚乙烯還在很大范圍內(nèi)被輻射交聯(lián)，所以在長期的早期使用中，經(jīng)過輻射后，其性能會有所提高。輻照交聯(lián)電纜的類型是YJ(F)-(輻照)交聯(lián)聚乙烯絕緣，和F:輻照。

三種交聯(lián)方法的比較

交聯(lián)電纜因其耐高溫、抗過載能力強、物理機械性能好、使用壽命長而得到廣泛應用。

過氧化物化學交聯(lián)、電子束輻照交聯(lián)和硅烷溫水交聯(lián)生產(chǎn)的電纜并存于交聯(lián)電纜市場。

從上表可以看出，由于化學交聯(lián)生產(chǎn)工藝的特殊性，在高壓大截面電纜中，其他交聯(lián)方式具有不可替代的優(yōu)勢；輻照交聯(lián)和溫水交聯(lián)爭奪中低壓普通交聯(lián)電纜已成為現(xiàn)實。然而，輻照交聯(lián)在耐高溫、阻燃和聚乙烯材料以外的其他聚合物的交聯(lián)方面具有獨特的優(yōu)勢。

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