中高交聯(lián)聚乙烯電力電纜生產(chǎn)中去氣工序的分析

王志勝 楊凱軍 謝偉斌 (浙江萬馬高分子材料有限公司,浙江 臨安 311300)

一、引言

地下安裝電力傳輸電纜被認(rèn)為是一種在低損耗不影響城市美化的情況下，提供可靠電力的好方法。隨著城市公用工程對(duì)此的認(rèn)可日益增加，安裝了越來越多的中、高壓電力電纜。在目前的市場(chǎng)環(huán)境下大部分電力電纜廠家已不再備庫存，這就存在了電纜生產(chǎn)到交付使用的周期太短，交聯(lián)副產(chǎn)物排放不充分的問題，從而影響到電纜的正常使用.所以安全的使用電纜和合理的電纜制造過程要求完全理解去氣問題及其可能的解決方法.本篇文章專注于這一過程范圍內(nèi)的關(guān)鍵因素分析，從基本化學(xué)，測(cè)量試驗(yàn)及當(dāng)前所使用的解決方法來討論去氣工序的必要。

二、交聯(lián)聚乙烯的交聯(lián)反應(yīng)

聚乙烯是一種長(zhǎng)鏈聚合物，通過乙烯氣體的聚合作用產(chǎn)出。因?yàn)槠渚哂辛己玫碾姎庑阅堋C(jī)械性能、加工性能、耐化學(xué)性以及低溫?fù)闲暂^好所以被廣泛用于電纜絕緣。但一個(gè)重要問題是其工作溫度被限制到了70℃，隨著交聯(lián)聚乙烯（XLPE）出現(xiàn)這個(gè)問題得到了解決，它能承受的額定最高導(dǎo)體溫度90℃及250℃的額定短路溫度。

聚乙烯在交聯(lián)（硫化）過程期間，長(zhǎng)鏈的分子之間變成鏈接結(jié)構(gòu)，并以此形成一種機(jī)械性能較強(qiáng)的材料，圖1展示了過氧化物交聯(lián)的要點(diǎn)。

從圖上可以看出每個(gè)被分解的過氧化物分子，無論其是否提供交在鍵都會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品分子，這此副產(chǎn)品都將包含在結(jié)構(gòu)中。在交聯(lián)過程中如不使用高壓（常用高壓氮?dú)猓┻M(jìn)行抑制，副產(chǎn)品會(huì)在熔融的絕緣中形成氣泡，因此會(huì)導(dǎo)致電纜的局部放電和擊穿等故障。表1給出了這些主副產(chǎn)品的典型特性：

XLPE副產(chǎn)品的性能和濃度成分甲烷苯乙酮異丙苯醇LDPE試劑等級(jí)沸點(diǎn)（℃）－162202215－220－熔點(diǎn)（℃）－19－2028－3280－105介電常數(shù)－1782.380℃時(shí)電導(dǎo)率（Ω-1cm-1）－5*10-91*10-10＜1*10-16 XLPE電纜總副產(chǎn)品比例（重量%）0.080.61.298.1總副產(chǎn)品比例（體積%）0.0840.440.8498.6

三、交聯(lián)電纜的去氣

電纜生產(chǎn)時(shí)在連續(xù)硫化（CCV或VCV）管道中，外部施加的氮?dú)鈮毫Γㄒ话?0bar左右）確保了當(dāng)電纜絕緣正在交聯(lián)時(shí)，副產(chǎn)品不會(huì)形成氣孔。壓力一直保持恒定，直到絕緣充分冷卻下來，同時(shí)副產(chǎn)會(huì)并存在固態(tài)絕緣中。當(dāng)交聯(lián)過程完成后，副產(chǎn)品相對(duì)恒定，隨著時(shí)間推移因?yàn)槟切└疆a(chǎn)品會(huì)從電纜中擴(kuò)散出去，先是電纜的最外層，之后是內(nèi)層，副產(chǎn)品的含量會(huì)逐漸減少。這一過程開始于硫化管道的加熱區(qū)，但大部分則在硫化管道外部發(fā)生。圖2展示了電纜絕緣去氣前副產(chǎn)品的分配情況：

從圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)：

a.去氣工序之前，一定數(shù)量的副產(chǎn)品會(huì)從電纜內(nèi)外表面損失進(jìn)入硫化管道的氣體或水中；

b.電纜內(nèi)外表面副產(chǎn)品損失率不同一般外表面相對(duì)損失更大些；

c.副產(chǎn)品殘留的數(shù)量等級(jí)和電纜絕緣的厚度有直接的關(guān)系，絕緣越厚的殘余越大。

這些副產(chǎn)品在一定程度上會(huì)影響電纜以及與之相連接的電纜附件的性能。一般情況有以下幾點(diǎn)：

a.機(jī)械性能方面考慮

如果電纜中的副產(chǎn)品沒釋放完全，電纜在使用過程中這些氣體便得以釋放。氣體會(huì)沿著電纜移動(dòng)到附件（電纜終端），一旦進(jìn)入該區(qū)域，它在底部就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。因?yàn)槠湟兹夹詴?huì)造成健康和安全問題。目前多數(shù)電纜的附件為橡膠組件，由于密封情況比較好所以常會(huì)出現(xiàn)附件鼓包的現(xiàn)象。

b.電性能方面影響

由于交聯(lián)副產(chǎn)物的存在，甚至在電纜局放試驗(yàn)時(shí)都有可能檢測(cè)到放電。中壓電纜在自然放氣3-5天后試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

四、去氣過程

為確保電纜擁有適宜的介電性能，絕緣的空隙不含氣體雜質(zhì)，電纜的制造商必需保證在生產(chǎn)過程中有充足的去氣時(shí)間。這就是說電纜在成品檢測(cè)時(shí)，也必需保證電纜真實(shí)性能，即電纜基本已完成副產(chǎn)物的釋放。中、高壓電纜厚度的增加以及副產(chǎn)品（表格2）的高沸點(diǎn)意味著自然去氣通過高溫可以使氣體的釋放速度加強(qiáng)。這一過程應(yīng)該在銅帶屏蔽前進(jìn)行，因?yàn)殂~帶屏蔽的存在會(huì)大大降低去氣的效率。

高壓電纜大部分都在寬敞并加熱的去氣室完成。由于交聯(lián)副產(chǎn)物的可燃性所以要做好去氣室的通風(fēng)工作，防止氣體的聚積帶來安全隱患。去氣的溫度實(shí)驗(yàn)證明在60-70℃時(shí)最佳，圖3展示了去氣時(shí)間和溫度及絕緣厚度的關(guān)系。在電纜去氣時(shí)執(zhí)行必須非常謹(jǐn)慎，以避免在高溫度情況下電纜線芯受到損傷、變形等。

五、結(jié)論

在電纜制造過程中，去氣是一項(xiàng)重要的工序。通過去氣可以提高電纜電氣檢測(cè)的確定性，增強(qiáng)介電性能，對(duì)提高電力電纜的質(zhì)量有很大的促進(jìn)作用。通過了解交聯(lián)副產(chǎn)品的形成及對(duì)電纜質(zhì)量的影響，使電纜制造商認(rèn)識(shí)到去氣工序的重要性并通過提高去氣效率來提高電纜的生產(chǎn)能力。

[1]王春江 電線電纜手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]GB/T12706.1-2008額定電壓1kV到351kV擠包絕緣電力電纜及附件

[3]GB/T11017.1-2002額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件