高壓電纜絕緣線去氣工藝探討

閆孝敏

摘 要 高壓電纜市場競爭激烈，提高高壓纜生產(chǎn)效率被越來越多電纜制造商重視，絕緣線芯去除副產(chǎn)物的方法（去氣）對生產(chǎn)周期有非常重要的意義。每個廠家使用材料不同以及加工工藝不同，如何尋找各家適合自己的去氣方法，是保質(zhì)保量交貨的關(guān)鍵，而且可以節(jié)約各項投資成本。

關(guān)鍵詞 交聯(lián)聚乙烯絕緣;去氣;熱失重;熱收縮

從試驗前期準備、試驗過程、滴定等三大方面對進行闡述。首先對本文所述術(shù)語作澄清，盡管“去氣”工序主要是針對交聯(lián)過程中產(chǎn)生的甲烷氣體，但是這并不是“去氣”的唯一功效，因為交聯(lián)反應(yīng)過程中會產(chǎn)生多種副產(chǎn)物，主要為枯基醇、苯乙酮、α-甲基苯乙烯、甲烷等氣體、固體狀和蠟狀副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物在去氣過程中會發(fā)生再分布現(xiàn)象，固體狀及蠟狀副產(chǎn)物含量也會相對降低，同時去氣過程還有一個常被忽略的關(guān)鍵點，即電纜的內(nèi)應(yīng)力也會在去氣過程中得到消除，所以去氣不僅僅是去除氣體，而是所有交聯(lián)副產(chǎn)物的減少及再分布過程。

1過氧化物交聯(lián)

乙烯氣體通過聚合產(chǎn)生線性長鏈聚合物而形成聚乙烯，當聚乙烯遇到高溫時，線性分子鏈之間的結(jié)合力減弱，聚乙烯的耐溫性能差。交聯(lián)聚乙烯在分子間架橋，分子不發(fā)生位移。因此，經(jīng)過交聯(lián)改性的聚乙烯不僅顯著提高了材料的力學(xué)性能、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能、耐酸堿腐蝕性能、抗蠕變性能及電性能，而且明顯提高了材料的耐溫等級（從70℃提高到90℃及以上）。

化學(xué)交聯(lián)劑（DCP）與聚乙烯反應(yīng)，在熱作用下DCP形成游離基，使聚合物的碳鏈上生成活性點，并產(chǎn)生碳—碳交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。但同時也會生成甲烷、水、甲基苯乙烯、枯基醇和苯乙酮等副產(chǎn)物。

副產(chǎn)物被包含在絕緣層之內(nèi)，若無高壓力束縛，這些副產(chǎn)物會在熔融的絕緣內(nèi)形成氣泡，進而導(dǎo)致局部放電和電壓擊穿。所以交聯(lián)反應(yīng)需要在高溫高壓條件下進行，且壓力需要一直保持到絕緣充分冷卻為止。

副產(chǎn)物沒有形成氣泡不代表其不存在，隨著時間的推移，副產(chǎn)物的分布將會發(fā)生變化。副產(chǎn)物的擴散從交聯(lián)管內(nèi)加熱即已經(jīng)開始，先是從外層向外擴散然后慢慢過渡到由內(nèi)層向外擴散，但是離開CV管之后擴散基本停止，所以DCP交聯(lián)后的電纜其內(nèi)部都包含部分副產(chǎn)物。

2去氣過程與討論

2.1 方案假定（樣品段）

（1）質(zhì)量損失測定方案。檢測樣品的質(zhì)量損失是判定去氣完成情況最直接最簡單的途徑，以110kV/630mm2電纜為例，取線芯15段去除導(dǎo)體，兩端用刨片機削切平整，將樣品處理干凈，分別在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃的烘箱中各放置3段，樣品放在有滑石粉的托盤中，保證其能夠自由伸縮，每24h取出放置干燥箱中冷卻8h，然后用分析天平稱重并計算熱老化質(zhì)量損失，同時測量樣品的外徑和長度，形成表格。依據(jù)每個溫度下，樣品熱老化質(zhì)量損失的平均值（g），熱老化質(zhì)量損失（%）繪制曲線圖?？梢哉业礁碑a(chǎn)物去除損失的最大值與平緩值，也可以輔助查找去氣結(jié)束最佳溫度點及時間點。

（2）熱收縮量測試方案。去氣溫度與時間不能單純依據(jù)質(zhì)量損失，同時也是絕緣內(nèi)應(yīng)力消失過程，在測量熱老化質(zhì)量損失同時需建立每段樣品縱向與橫向熱收縮量跟蹤表，表格參照上表二。溫度越高副產(chǎn)物揮發(fā)越快，但同時熱收縮量也會越大，大型高壓電纜自重較重，在高溫狀態(tài)下，絕緣會產(chǎn)生熱膨脹及受熱軟化，進而導(dǎo)致絕緣線芯變形（壓痕）。線芯變形直接導(dǎo)致例行試驗過程發(fā)生故障，或者例行試驗時缺陷被掩蓋，那么去氣的效果也就前功盡棄了。所以去氣溫度并不是一味追求高溫快速去氣，去氣溫度要隨著電纜重量增大而降低。

（3）壓痕深度測試方案。因此需要追加試驗，在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃老化箱中分別放置5（實際根數(shù)取決于疊合層數(shù)）根2m長絕緣芯線（保留導(dǎo)體），縱向堆積（縱向堆積層數(shù)與電纜盤實際電纜疊合層數(shù)一致），每24h測定自重產(chǎn)生的壓痕并進行測量記錄，測試方法可以參照GB/T 2951.31-2008 8.1.7。依據(jù)熱失重恒定的溫度與時間點，結(jié)合橫向熱收縮、縱向熱收縮、熱壓痕量值綜合選定去氣工藝。

2.2 盤裝電纜去氣工藝探討

整盤電纜與小段試驗段樣品的去氣實際又有很大不同，所以在既定溫度下去氣時，需追加進行如下測試：a.在接近預(yù)判時間前24小時開始，每隔24h開門進行電纜各層甲烷含量測定，并記錄。b.在接近預(yù)判時間前24小時開始，每隔24h開門取電纜外端頭、內(nèi)端頭絕緣樣品各10g做液相色譜分析（HPLC），判定非氣態(tài)副產(chǎn)品的含量，作為去氣工序結(jié)束的輔助測試手段。c.測定甲烷氣體含量的同時，測試各層面電纜實際溫度，探究電纜內(nèi)外層溫度與去氣房實際溫度關(guān)系。結(jié)合以上測試手段綜合分析判定去氣工序結(jié)束時間。

3結(jié)束語

電纜制造過程中，去氣工序即能提高產(chǎn)品的電氣性能，又能消除材料內(nèi)應(yīng)力。去氣溫度過高電纜收縮嚴重，電纜壓痕嚴重，去氣溫度過低生產(chǎn)效率降低絕緣老化嚴重。通過熱失重法、液相色譜分析（HPLC）、CH4氣體含量檢測等測試手段，依照制定的合理試驗方案，可以簡單有效的判定各種副產(chǎn)物含量，從而作為制造商內(nèi)部特定去氣工藝的理論依據(jù)，

4問題展望

首先高壓電纜因結(jié)構(gòu)尺寸較大，電纜在去氣房中內(nèi)層外層溫度不能很好地達到一致，可以考慮通過導(dǎo)體加熱方式來輔助電纜整體達到所設(shè)定的去氣溫度。其次在去氣房超過70℃時絕緣層長期放置勢必會有一定程度的老化，考慮去氣房中填充惰性氣體阻止氧化反應(yīng)進行，也可以促進甲烷等氣體流通。第三為有效防止絕緣芯線在去氣過程中產(chǎn)生的壓痕，可以將電纜盤及電纜層間包裹EVA泡沫板，減輕壓痕。第四，針對去氣工序已經(jīng)產(chǎn)生壓痕的絕緣芯線，可否采用高溫?zé)犸L(fēng)槍短時直吹壓痕處來恢復(fù)凹陷的表面。最后，電纜盤具作為實心板體，會阻礙交聯(lián)副產(chǎn)物的揮發(fā)，考慮使用帶孔洞的電纜盤具作為絕緣工序收線盤送入去氣房去氣。不斷思考、不斷驗證，才能夠保持進步。

參考文獻

[1] 歐陽本紅，趙健康，李歡，等.交聯(lián)副產(chǎn)物對高壓XLPE電纜絕緣介電和力學(xué)性能的影響[J].絕緣材料，2015（5）： 31-34，39.

[2] 紀杰，鄒健，孫亞斌，等.多次頂空-氣袋法聯(lián)用對甲烷氣的定量[C].第二十屆全國色譜學(xué)術(shù)報告會及儀器展覽會論文集（第四分冊）.2015.