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高压XLPE绝缘电力电缆若干性能的试验及分析.pdf
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1、2 0 1 0年第 2期 No 2 2 01 O 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 1 0年 4月 高压 X L P E绝缘 电力 电缆若干性能的试验及分析 汪传斌 , 李林 ( 远 东 电缆 有 限 公 司 , 江苏 宜 兴 21 4 2 5 7) 摘要 : 通过有 关试验验证与分析 , 提 出了高压 交联 聚乙烯 ( X L P E ) 绝缘 电力 电缆 的交联 均匀性、 交联 副产物释 放和屏蔽层与绝缘交界面光滑圆整性控 制及其 改善措施 。 关键词 : 高压 交联聚 乙烯 电力电缆 ; 绝缘 ; 均匀性 ; 副产物 ; 交界 面; 试
2、验 与分析 ; 改善措 施 中图分类号 : T M 2 0 6 ; T M2 4 7 1 文献标识码 : A 文章编 号: 1 6 7 2 9 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 2 - 0 0 3 8 -04 So me Pe r f or man c e Te s t s a nd An a l y s i s o f HV XLPE Po we r C:a bl e s W ANG Chu a n b i ne t a l ( F a r E a s t C a b l e s Co ,L t d ,Y i x i n g 2 1 4 2 5 7,C h i n a ) Ab s t r
3、 a c t :Ba s e d o n t e s t s a nd a n a l y s i s ,t h i s p a p e r p r e s e n t s t he wa y s t o c o nt r o l a n d me a s u r e s t o i mpr o ve t he c r o s s l i n k i n g un i f o r mi t y,r e l e a s e o f c r os s l i n ki n g b y - p r o d uc t s a nd s mo o t h n e s s o f t he i nt e
4、r f a c e be t we e n t h e s hi e l d a n d i ns u l a t i o n i n H V XL PE p o we r c a b l e s Ke y wor ds:HV XLPE p o we r c a bl e s;i ns u l a t i o n;un i f o r mi t y;b y p r o du c t ;i n t e r f a c e;t e s t s a n d a n a l y s i s;me a s u r e s f o r i mpr o v e me n t 0 引 言 高压交联聚乙烯 (
5、X L P E) 绝缘 电力电缆 因其性 能 优异 、 安 装敷 设维 护方便 、 运行 安全 可靠 而得 到广 泛应 用 , 随着制 造技术 与材 料 的不断进 步 , 目前其 运 行 寿命 比早 期 已有极 大 的提升 。有关 电缆 电老化 寿 命 指数 由当初 7, = 9经 过 大 量 的试 验 验证 提升 至 n =1 2 , 对此 已有 较 多 的 文献 论 述 。无论 是 设 计 制 造 者还 是使用 维护 者对 高压 X L P E绝 缘 电力 电缆 的产 品标 准 、 制 造工 艺与敷 设维护 都有 了深 入 的了解 , 甚 至有 非常深 入 的研 究 。本文 通过 有关试
6、验验 证与分 析 , 提 出 了高压 X L P E绝缘 电力 电缆 的交联 均 匀性 、 交 联 副产物 释放 和屏 蔽层与 绝缘层 界 面光滑 圆整性 控制及 其改 善措 施 。 l 绝缘层 交联 均匀性 的试验与分析 高压 X L P E绝缘 电力 电缆 因其 绝缘 厚 度相 对较 厚 , 故绝缘层交联的不均匀性对电缆 的长期运行会 有 潜在 的影 响 。 目前 , 产 品标 准 对绝 缘 交 联 性 能 的 考 核 在 G B T 1 1 0 1 7 1 2 0 0 2 标 准 中 规 定 为 X L P E绝 缘 的热延伸 试验 : “ 试 片 取 自所 用交 联 收稿 日期 : 2
7、 0 0 9 0 7 1 5 作者 简 介: 汪传 斌 ( 1 9 5 6一) , 男 , 教授 级 高工 , 总工 程 师 作者地址 : 江苏宜兴市高塍镇远东路 8号 2 1 4 2 5 7 工艺 中通 常交联 度 最低 的绝缘 内层 、 中层 或 外 层 ” ; 在 G B Z 1 8 8 9 0 1 2 0 0 2标 准 中规 定 为 X L P E绝 缘 的热延 伸试验 : “ 应 按 所 采用 的交 联 工艺 , 在 认 为交 联 度 最 低 的 绝 缘 部 分 制 取 试 片 ” 。试 验 条 件 : 空 气温 度为 2 0 0 , 温 度偏 差 为 3 , 负荷 时 间为 1 5
8、 m i n , 机械 应力 为 2 0 N c m 。试验 结果 的要 求 : 负载 下 最大 伸 长率 1 7 5 , 冷 却 后最 大 永久 伸 长率 1 5 。 国 内高压 X L P E绝缘 电力 电缆 的屏 蔽 与绝缘 的 三层共 挤工 艺 , 绝 大 多数 都 是 从 国外 进 口的立 式 和 悬链式 三层 共挤 生产 线 , 并 根 据 生产 线 设 备 配置 及 交联管 加热 与冷 却段 的参数 等相关 因素 配有相 应 的 工艺计 算软 件 。运 用工 艺软件 进行 工艺参 数 的设 定 与计算 , 可 指导高 压 交联 电缆 屏 蔽 与绝 缘 三层 共 挤 工艺 的生产
9、。但 工艺软 件计算 出的工艺参 数还 需经 过实 际验证 , 否则 也会 出现 非 最优 化 的参 数 生产 出 性 能非 最优 的产 品 。下 面取不 同工 艺生产 的两种 规 格高压电缆样品, 分别将样品电缆绝缘层 由外至 内 每 2 m m制 取一 试片 进行 负载下 热延伸 测试 。图 1 、 图 2分别 为处 于不 同部位 的各层 绝缘 试样 负载下 热 延伸率和冷却后永久变形率的测试结果。 由图 1 、 图 2可 以看 出, 虽然绝缘 的交联性 能 ( 考核负载下的热延伸率与冷却后永久变形率) 均 符合产品标准规定的要求 , 负载下热延伸率最大未 超过 1 7 5 , 冷 却后
10、永久变 形最 大也 未超过 1 5 , 但 图 1中 Y J 6 4 1 1 0 k V 5 0 0 mm X L P E电缆 绝缘无 论 2 0 1 0年第 2期 No 2 2 O1 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 1 0年 4月 Ap r , 2 01 0 交联均匀性还是充分性均十分不好 , 靠近导体屏蔽 侧 的 内 层 绝 缘 负 载 下 热 延 伸 率 已 达 到 1 3 0 1 7 0 , 中部 绝 缘 也 处 在 7 5 一1 3 0 , 近 外 层 的绝 缘 为 5 0 7 5 , 且 中内层 绝缘 其 冷 却后 永
11、久 变形 率处 在 0 1 5 之 间 ; 而 图 3中 Y J 1 2 7 2 2 0 k V 1 2 0 0 m m X L P E电缆 绝缘 的交联 均匀 性及 充分 性 就 较好 , 绝缘从 内层 至外层 负载下 热延 伸率 均处 在 7 5 5 0 之间, 冷却后无变形。 YJ64 1 1 0 kV 5 0 0 mm 2 1 1 褂 I 堡 5 。 覆 内 外 绝缘层厚度 mm 图 1 Y J 6 4 1 1 0 k V 5 0 0 m m X L P E电缆不 同部位的各层 绝缘试样的测试结果 1 1 赫1 肇 瘊 内 外 绝 缘 层 厚厦 mm 图 2 Y J 1 2 7 2 2
12、 0 k V 1 2 0 0 m m X L P E电缆 不同部 位 的各 层 绝缘试 样的测试 结果 1 1 XL P E厚绝 缘 交 联 不 均 匀 性 及 不 充分 性 对 电 缆 运行 的影 响 当电缆 绝缘 交联 不均匀 及不 充分 时将会 发 生 以 下 几种情 况 : ( 1 )电缆 弯 曲敷 设 时 绝 缘 必然 会 受 到 拉 伸 、 挤 压 和 侧 压 力 作 用 , 导 体 会 偏 移 中 心 位 置 ; ( 2 )绝缘 中残 留的 未 参 与 交 联 的 “ 杂 质 ” 会 影 响 绝 缘 的 电气 性能 ; ( 3 )交联 不 均 匀 与 不 充分 还 会 影 响 绝
13、缘 的长期热老化性能; ( 4)导体在工作温度下也 会使未交联 的 X L P E分子再 吸热运 动而产生应 力 等 , 从而影响电缆的运行寿命。 1 2 X L P E厚绝 缘 交联 不 均 匀 及 不 充 分 的 产 生 原 因与 讨论 X L P E厚绝缘交联是否充分及均匀与导体预热 温度 、 交联管加热温度 、 加热长度和时间有关。图 1 显示的热延伸 率与永 久变形 率 的 曲线 可 以认 为 : ( 1 )导体未预热或预热温度过低 ; ( 2 )交联管加热 温度 偏高 ; ( 3 )绝缘 层 内外 部 温度 的温 差过 大 ; ( 4 ) 交联 加热段 偏 短等 。交 联过程 中若
14、 加热 温度 过高会 导致 厚绝缘 外 层与 内层 线性分 子 吸热在 时 间上有 较 大差 异 , 其 结果 是绝 缘外 层在 加热 段 已充分 交联 , 而 内层 尚未 开始 交联 。 图 2显示 的绝 缘厚 度是 图 1绝 缘厚 度 的 1 5倍 左 右 。 由于 采取 了导 体 预 热 , 较 长 的交联加热段使得交联管加热温度与导体温度的温 差缩 小 , 绝 缘层 内外 部 线 性 分 子 吸 热 在 时 间上 差 异 缩短 , 内外 层绝 缘交 联均 匀性 得 到极大 改善 , 同时 也 避免 了绝缘 内外部 过高 的温差 使绝 缘过 度 向导体 收 缩或 向外 部膨胀 。因此 生
15、产 高压交 联 电缆其 工艺 条 件设 定及 工艺 软件计 算 的验证 也是 很重 要 的。 1 3 X L P E厚绝 缘 交联均 匀及 充分 性 的改善措 施 从上述试验 比较 、 分析与讨论可以看出, 我们不 仅需 使高压 交联 电缆 的绝 缘交 联性 能符 合产 品标 准 规 定 的要求 , 还 应着 力 于改进 工艺 条件 、 验证 工艺参 数 , 以改善 厚绝 缘 交 联 的均 匀 和 充 分 性 。如 采 取 导 体 在线 预热 措施 , 建 议 其 预 热 温度 不 应 低 于 聚 乙烯 分 子 的结 晶温度 ; 尽 量避 免交联 管加 热 温度过 高 , 以 降低绝 缘 内外
16、部 温 差 ; 配 有 较 长 的交 联 加 热段 和冷 却 段 , 或 确定 适 宜 的 生 产线 速 。过 高 的交 联 温度 或 较 短 的交联 加热 及冷 却段对 X L P E厚 绝 缘 的交联 及 应 力改 善是 不 利 的 , 建 议 X L P E厚 绝缘 交 联 应 采 用 导 线在 线预 热 , 并 在 交 联 管 整个 加 热 段 控 制 电缆 表 面 温度 不高 于 2 5 0 , 此 乃是 改 善 交 联 均匀 和 充 分 性 的有效 措施 。 2绝缘层交联 副产物 的试验 与分 析 高压 X L P E绝缘 电力 电缆 , 其 厚 绝缘 在 交 联 过 程 中不可
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