四部分交联电缆工艺.ppt

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1、四部分交联电缆工艺 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n n把一些发电厂、变电所、输电线路和许多用户连接成一个发电、输变电、用电的整体，称为电力系统。它的明显优点是安全、经济、可靠和节省投资。电力系统可以是区域性的，全国性的，甚至是国际性的。n n电力网是电力系统的一部分，其作用是进行电能的输送和分配。电能的输送和分配一般都利用三相交流电，这是因为交流电容易改变电压，三相交流发电机和电动机的构造简单，运行可靠，造价便宜。但它的缺点是在输送过程中，电能损

2、耗较大。为了减少输电过程中的电能损耗，对于长距离输送电能目前正在发展直流输电。电能的传输，是通过电缆输送到几十公里、几百公里、甚至上千公里以外地方的。n n电力电缆在输电和配电系统中是不可分割的组成部分，越来越多的输电配电线路安装于人口和建筑稠密的区域，电缆系统不但可以节约空间，而且有利于环境美化。n n到了90年代末期，在电力电缆线路中，1kV35kV中低压电缆已全部为交联电缆所取代，110kV高压交联电缆基本上取代了充油电缆，220kV以上超高压交联电缆也将逐步取代充油电缆，预计不久的将来交联绝缘电缆将取代其它电力电缆的绝缘品种。n n二国外交联聚乙烯电缆的发展二国外交联聚乙烯电缆的发展n

3、 n交联聚乙烯绝缘电缆从发明至今已有半个世纪了，交联聚乙烯绝缘电缆从发明至今已有半个世纪了，19521952年，查尔斯年，查尔斯(charlesby)(charlesby)在一次核反应堆试验中在一次核反应堆试验中利用辐射能将聚乙烯交链成交联聚乙烯，从而发利用辐射能将聚乙烯交链成交联聚乙烯，从而发明了交联聚乙烯绝缘。明了交联聚乙烯绝缘。19571957年美国年美国GEGE公司在上述公司在上述原理上基础上，采用过氧化物原理上基础上，采用过氧化物(DCP)(DCP)作为化学交联作为化学交联反应剂，首先在电缆工业中制造了交联电缆，在反应剂，首先在电缆工业中制造了交联电缆，在19601960196519

4、65年间，就研制生产了年间，就研制生产了5kV5kV35kV35kV等级交等级交联电缆，联电缆，1969196919711971年研制成功了年研制成功了69kV69kV138kV138kV交交联电缆，八十年代初，日本六大公司研制的联电缆，八十年代初，日本六大公司研制的275kV275kV超高压电缆均已分别正式投入运行。超高压电缆均已分别正式投入运行。n n 1970 1970年，年，138kV138kV交联聚乙烯电缆样品开始在交联聚乙烯电缆样品开始在WALTZMILLWALTZMILL进行运行试验。进行运行试验。19731973年美国电力研究年美国电力研究院对院对3636条地下输电系统进行了技

5、术改造研究，耗条地下输电系统进行了技术改造研究，耗资资26002600万美元。同年电气公司最先用矿物质或有万美元。同年电气公司最先用矿物质或有机粉料作为电压稳定剂来填充交联聚乙烯。机粉料作为电压稳定剂来填充交联聚乙烯。19741974年，美国能源研究开发局下属电力研究开发局的年，美国能源研究开发局下属电力研究开发局的电力研究院与通用公司合作，打算研制电力研究院与通用公司合作，打算研制138kV138kV345kV345kV交联电缆。研究工作在通用电缆公司的研究交联电缆。研究工作在通用电缆公司的研究中心进行。中心进行。19771977年中期，他们宣告研究成功年中期，他们宣告研究成功138kV13

6、8kV、230kV230kV和和345kV345kV交联聚乙烯电缆设计、制造和敷交联聚乙烯电缆设计、制造和敷设技术，并取得了专利。设技术，并取得了专利。n n 美国除发展交联聚乙烯电缆以外，也同时发展聚乙烯和乙丙橡胶绝缘高压电缆，因此力量比较分散。同时美国不愿意放弃传统的蒸汽交联工艺，绝缘品质不高，这是美国发展高压电缆进展不快的原因之一。另外美国的钢管充油和充气电缆一直十分流行，就象英国使用自容式充油电缆那样，电力公司对交联高压电缆的应用持保守心理，不愿放弃原有的输电方式，因此使交联高压电缆得不到充分的发展。n n日本是从日本是从19591959年开始从美国引进这项技术，从六年开始从美国引进这

7、项技术，从六十年代初日本各大电线电缆公司开始大力发展交十年代初日本各大电线电缆公司开始大力发展交联电缆，住友电气公司在联电缆，住友电气公司在19601960年便制造出年便制造出6kV6kV交联交联电缆，以后的交联电缆的电压等级逐年提高：电缆，以后的交联电缆的电压等级逐年提高：19611961年年33kV33kV；19621962年年66kV66kV；19651965年年77kV77kV；19691969年年110kV110kV；19711971年年138kV138kV；19731973年年154kV154kV；19781978年年187kV187kV；19791979年年275kV275kV：

8、19821982年年500kV500kV。n n 日本的住友、古河、日立、藤仓、昭和以及大日本的住友、古河、日立、藤仓、昭和以及大日六个大型电线电缆公司研制交联电缆的时间几日六个大型电线电缆公司研制交联电缆的时间几乎相同。它们都有相当完善的交联系统和自已的乎相同。它们都有相当完善的交联系统和自已的“独创技术独创技术”。n n1962年古河电气公司已完成了66kV、77kV级交联聚乙烯电缆试制。1965年，住友电气公司研究成功三层共挤新工艺，1967年发明了红外线交联法，1970年研制成可剥离的交联型绝缘屏蔽。1972年住友电气公司的交联电缆产品已远销美国，并着手研制275kV交联电缆。1973

9、年，该公司新建了80米高的高塔，安装了新式连续交联机组。1977年住友电气公司开始出口红外线交联技术。n n1979年住友电气公司制造了世界第一根275kV交联聚乙烯电缆，在日本名古屋变电站敷设运行。同年，日立电线公司制造的275kV交联聚乙烯电缆敷设于奥谷电站。日本日立、住友、古河、藤仓四大公司共同建立的一条500kV电缆线路现已竣工投产，由日本千页到东京湾，线路长约40km(电缆长度为240km)是世界上最长的一根500kV电缆线路。n n 三国内交联电缆生产情况n n我国交联绝缘电缆起步较晚，大约从六十年代开始研制交联聚乙烯电缆。1971年上海电缆厂和沈阳电缆厂研制成功10kV35kV交

10、联聚乙烯电缆，80年代初上海电缆厂将原有的蒸气交联法改为干式交联法。n n1982年沈阳电缆厂引进了瑞典西沃兹(Sieverts)公司的二手干式交联生产机组，到1983年上海电缆厂进行交联设备改造工程，由上海电缆厂、沈阳电缆厂、上海电工机械厂和上海电缆研究所三厂一所在消化吸收引进技术的基础上，共同研制开发国内第一条干式交联生产机组。n n从80年代中期开始，交联电缆需大于供，由此引发了干式交联生产机组大引进的热潮，从原来的两、三家一下子猛增到几十多家生产企业。这些生产线大多是从芬兰NOKIA，美国DAVIS、ROYL和德国TROESIER等国外著名的设备制造公司引进的，由于当时一哄而上，缺乏对

11、交联生产技术的认识，加上国产原材料质量较差，国产交联电缆的击穿故障率高，直接影响到交联电缆的推广和安全运行。n n 在这种背景之下，电线电缆行业协会于在这种背景之下，电线电缆行业协会于19891989年年1111月正式开始组织交联电缆生产整顿管理工作，月正式开始组织交联电缆生产整顿管理工作，19911991年年3 3月在无锡召开了全国交联电缆生产整顿工月在无锡召开了全国交联电缆生产整顿工作会议。这次整顿的指导思想是贯彻作会议。这次整顿的指导思想是贯彻GBGBT T一一10300(10300(即即ISOISO一一90009000系列系列)标准，协助企业建立和完标准，协助企业建立和完善交联电缆生产

12、专用的质量管理体系，使各厂的善交联电缆生产专用的质量管理体系，使各厂的交联电缆从设计、采购、工艺准备、生产制造、交联电缆从设计、采购、工艺准备、生产制造、检查、包装、销售发运到售后服务等一系列重要检查、包装、销售发运到售后服务等一系列重要环节都处于受控状。为此对国内环节都处于受控状。为此对国内1717条条CCVCCV交联生交联生产线进行了整顿验收，达到管理有序、体系运行产线进行了整顿验收，达到管理有序、体系运行正常、人员素质提高、产品质量提高、市场扩大、正常、人员素质提高、产品质量提高、市场扩大、效益增加的目的。效益增加的目的。n n 90年代起国内又掀起引进超高压电缆生产线的热浪，到目前为止

13、，全国已有高压生产线约二十几条，其中有十几条可生产220kV超高压交联电缆，这些生产线全部分布在我国东部和沿海地区。根据我国有关方面规定：110kV与220kV交联电缆必须通过两部组织的鉴定，两部撤消后，由省一级经贸委组织；由上海电缆研究所代表国家机械工业和武汉高压所代表国家电力公司组成的鉴定委员会进行产品鉴定，到目前为止，已有近二十家通过110kV鉴定，其中四家通过220kV鉴定。n n第二节第二节 交联电力电缆结构、品种、型交联电力电缆结构、品种、型号和名称号和名称n n 一基本结构一基本结构n n交联电缆一般是由导体、绝缘和护层三部分构成。交联电缆一般是由导体、绝缘和护层三部分构成。n

14、n1 1导体导体n n导体是指能传导电流的物体，又称为导电线芯。导体是指能传导电流的物体，又称为导电线芯。用作电线电缆导体的材料，首先要有良好的导电用作电线电缆导体的材料，首先要有良好的导电性能，即电阻要小，以减少电流在线路上的损耗。性能，即电阻要小，以减少电流在线路上的损耗。损耗与电流大小、电阻大小有直接关系，并表现损耗与电流大小、电阻大小有直接关系，并表现在导体的发热上。在导体的发热上。n n电缆就是利用导体来传导电流的，因而电线电缆电缆就是利用导体来传导电流的，因而电线电缆的规格都以导体的截面表示。的规格都以导体的截面表示。n n电力电缆的导体，可以制成整根实心的，或是由电力电缆的导体，

15、可以制成整根实心的，或是由多根单线绞合而成，形状可以是圆形的和扇形的多根单线绞合而成，形状可以是圆形的和扇形的结构。绞合线芯可以采用非紧压和紧压线芯两种。结构。绞合线芯可以采用非紧压和紧压线芯两种。交联电缆交联电缆 的导电线芯通常采用绞合结构，的导电线芯通常采用绞合结构，1kV1kV交交联电缆通常采用扇形、半圆形和圆形。联电缆通常采用扇形、半圆形和圆形。6kV6kV以上交以上交联电缆采用圆形紧压线芯。联电缆采用圆形紧压线芯。n n(1)(1)圆形导电线芯圆形导电线芯圆形导电线芯圆形导电线芯n n圆形导电线芯，其绞合排列一般采用圆形导电线芯，其绞合排列一般采用“正规绞合正规绞合”的形式，绞合原则

16、是：的形式，绞合原则是：n n1)1)中心一般为一根单线，第二层为六根单线，以中心一般为一根单线，第二层为六根单线，以后每层比内层多六根，单线采用相同的线径。后每层比内层多六根，单线采用相同的线径。n n2)2)每层单线的绞合方向应和前一层方向相反，最每层单线的绞合方向应和前一层方向相反，最外层应用左向绞合。这种结构可保证电缆导电线外层应用左向绞合。这种结构可保证电缆导电线芯的稳定性和一定的柔软性。芯的稳定性和一定的柔软性。n n(2)(2)扇形和半圆形导电线芯扇形和半圆形导电线芯n n 扇形和半圆形的导电线芯不是理想的对称形状，扇形和半圆形的导电线芯不是理想的对称形状，因此，设计多根线芯排列

17、时考虑到弯曲情况下的因此，设计多根线芯排列时考虑到弯曲情况下的稳定性极为重要。为使非紧压扇形线芯具有足够稳定性极为重要。为使非紧压扇形线芯具有足够的可曲度和稳定性，在设计不紧压扇形芯时，必的可曲度和稳定性，在设计不紧压扇形芯时，必须遵守下列规则：须遵守下列规则：n n 1)1)中央导线规则中央导线规则 扇形芯的中央导线必须位于扇扇形芯的中央导线必须位于扇形芯的中心线上，否则，当线芯弯曲时，位于中形芯的中心线上，否则，当线芯弯曲时，位于中心线上部导线将被拉伸，而下部的将受压缩而可心线上部导线将被拉伸，而下部的将受压缩而可能挤出，这将引起扇形破坏而损伤绝缘。能挤出，这将引起扇形破坏而损伤绝缘。n

18、n 2)2)移滑规则移滑规则 扇形芯中心线上导线的直径一般较扇形芯中心线上导线的直径一般较大，处在其两侧的导线应能沿中心线上导线滑动大，处在其两侧的导线应能沿中心线上导线滑动而不改变扇形芯形状，这一规则称为移滑规则，而不改变扇形芯形状，这一规则称为移滑规则，否则，当扇形芯绞合成缆时，扇形可能被破坏而否则，当扇形芯绞合成缆时，扇形可能被破坏而损伤绝缘损伤绝缘 n n 2绝缘绝缘n n绝缘是将绝缘材料按其耐受电压程度的要求，以不同的厚度包复在导体外面而成，起着使带电体与其他部分隔绝的作用。绝缘层的材料必须具有良好的电气绝缘性能，主要表现为承受电压的大小。一般地讲，同一质量的绝缘层愈厚，耐电压也越高

19、。n n绝缘也要具有一定的机械物理性能和加工制造的工艺性能。例如制造低压电缆时，尽管从电气性能方面考虑可以采用很薄的绝缘，但从机械性能与加工工艺考虑，仍以稍厚一些为好，原因是绝缘过薄，加工较困难，容易损坏。电缆通电以后，导体要发热。因此，比较理想的绝缘材料，应有良好的绝缘性能，和良好的热传导性能。n n绝缘在电和热的作用下，内部会产生变化，天长日久，绝缘性能就要降低。交联聚乙烯具有优良的电气绝缘性能，经过交联后，它的耐热和机械性能大幅度地提高，是目前理想的绝缘材料。n n导体包覆绝缘层后称为绝缘线芯。每个导体上的绝缘层，称为线芯的绝缘或简称芯绝缘。n n根据国家标准GBl2706和GBll01

20、7规定，不同电压等级交联电缆绝缘厚度见表11。导导导导体体体体标标标标称称称称 不同工作不同工作不同工作不同工作电压电压电压电压下的下的下的下的电缆绝缘电缆绝缘电缆绝缘电缆绝缘厚度厚度厚度厚度(mm)kV(mm)kV截面截面截面截面(mm(mm2 2)0.60.61 13.63.66 66 610108.78.71010121220202121353526263535646411011025250.90.92.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.535350.90.92.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.550501.01.

21、02.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.570701.11.12.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.595951.11.12.52.53.43.44.54.55.55.59,39,310.510.51201201.21.22.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.51501501.41.42.52.53.43.44.54.55.55.59.39.310.510.51851851.61.62.52.53.43.44.54.55.55.59,39,310.510.52402401.71.72.6

22、2.63.43.44.54.5S S5 59.39.310.510.519.019.0表11交联电缆绝缘厚度3003001.81.82.82.83.43.44.54.55.55.59.39.310.510.518.518.54004002.02.03.03.03.43.44.54.55.55.59.39.310.510.517.517.5 500 5002.22.23.23.23.43.44.54.55.55.59.39.310.510.517.017.06306302.42.43.23.23.43.44,54,55.55.59.39.310.510.516.516.58008002.62.6

23、3.23.23.43.44.54.55.55.59.39.310.510.516.016.0100010002.82.83.23.23.43.44.54.55.55.59.39.310.510.516.016.0120012003.03.03.23.23.43.44.54.55.55.59.39.310.510.516.016.0n n3护层护层n n护层是电缆外层的保护部分。根据电缆的用途以及使用环境和绝缘的不同，护层有许多不同型式和结构，它们所起的作用也不尽相同。交联电缆护层主要有裸护套和铠装型两种，在不经受机械外力情况下，选用裸护套，即直接在绝缘线芯外面挤包一层塑料，如果用于直埋或要经受

24、一定的机械外力，需要包上金属带铠装；110kV高压交联电缆或其它电缆埋设在水下，则需要防水护层，包上一层铅套、铝套或铝塑综合防水层。n n由于它经受不住机械损伤，因而还需包上钢丝、钢带。钢丝、钢带容易被腐蚀，铅套、铝套在恶劣环境下也容易被腐蚀，因而还需包上各种防腐材料，如沥青、黄麻、塑料等。这些都统称为外护层。其中钢丝、钢带称为铠装层，沥青、黄麻、塑料称为防护层。此外在导体上、绝缘层上、电缆芯上或电线电缆外层，为了防止外界电磁波干扰或是起均匀电埸作用，还包有金属带、丝或半导电塑料等材料。这些都称为屏蔽层。n n4高压电缆的防水层高压电缆的防水层n n油纸电缆均采用压铅机和压铝机挤包金属套，对油

25、纸电缆均采用压铅机和压铝机挤包金属套，对于中低压交联电缆一般在有化学腐蚀的环境或水于中低压交联电缆一般在有化学腐蚀的环境或水底敷设时才采用。但对于高压电缆一般规定使用底敷设时才采用。但对于高压电缆一般规定使用金属护套。采用挤包的皱纹铝金属套较为理想，金属护套。采用挤包的皱纹铝金属套较为理想，但一台连续式压铝机价格贵，随着焊接技术的发但一台连续式压铝机价格贵，随着焊接技术的发展，皱纹焊接的铝套电缆使用的可靠性已愈来愈展，皱纹焊接的铝套电缆使用的可靠性已愈来愈多为人们所认识，各电缆企业采用先进的氩弧焊多为人们所认识，各电缆企业采用先进的氩弧焊接技术，并装有超声波等在线检测装置，保证了接技术，并装有

26、超声波等在线检测装置，保证了焊接的密封性，为了检验是否漏焊，生产厂家又焊接的密封性，为了检验是否漏焊，生产厂家又加了一项中间检验装置，将整盘焊接后的电缆进加了一项中间检验装置，将整盘焊接后的电缆进行浸水气密性试验，且进行百分之百的检验。行浸水气密性试验，且进行百分之百的检验。n n 第三节第三节 交联方法交联方法n n交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化学交联两大类。物理交联也称为辐照交联，一般学交联两大类。物理交联也称为辐照交联，一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一般采用过氧化物交联，即用化学

27、方法将线性分子般采用过氧化物交联，即用化学方法将线性分子通过化学交联反应起来，转化为立体网状结构。通过化学交联反应起来，转化为立体网状结构。化学交联一般还可分为过氧化物交联和硅烷接枝化学交联一般还可分为过氧化物交联和硅烷接枝交联两种。化学交联方法比高能辐射交联工艺简交联两种。化学交联方法比高能辐射交联工艺简单，操作安全，辐照交联聚乙烯的交联度约为单，操作安全，辐照交联聚乙烯的交联度约为7070，而化学交联可达，而化学交联可达70709090。n n 一辐照交联一辐照交联n n19601960年美国瑞侃公司年美国瑞侃公司(Rachem)(Rachem)就已开发了辐照交联就已开发了辐照交联电缆。这

28、种方法不要求加入交联剂。五十年代初，电缆。这种方法不要求加入交联剂。五十年代初，美国已经发现用放射性同位素、反应堆废料、反美国已经发现用放射性同位素、反应堆废料、反应堆辐照本身以及电子加速器的能源来使聚乙烯应堆辐照本身以及电子加速器的能源来使聚乙烯交联。后来发现，只有电子加速器产生的高能射交联。后来发现，只有电子加速器产生的高能射线才具有足够的密集辐照功率和使用效率，并可线才具有足够的密集辐照功率和使用效率，并可用于电线电缆制造。用于电线电缆制造。n n辐照是采用高能粒子射线辐照是采用高能粒子射线(如如 射线射线)照射线性分子照射线性分子聚合物，在其链上打开若干游离基团，简称为接聚合物，在其链

29、上打开若干游离基团，简称为接点。接点活性很大，可把两个或几个线型分子交点。接点活性很大，可把两个或几个线型分子交叉联接起来。辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄叉联接起来。辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。它的主要优点有：的低压电缆。它的主要优点有：n n(1)(1)生产速度快，占用空间小；生产速度快，占用空间小；n n(2)(2)可加工材料种类多，如可加工材料种类多，如PEPE、PVCPVC、CPECPE、PPPP、几乎所有聚合物，产品品种多；几乎所有聚合物，产品品种多；n n(3)(3)产品有更好的的耐热、耐磨和较高的电气性能；产品有更好的的耐热、耐磨和较高的电气性能；可阻燃；可阻燃；n

30、 n(4)(4)电耗低。电耗低。n n 但也存在一些问题：但也存在一些问题：n n(1)(1)设备一次性投资大；设备一次性投资大；n n(2)(2)对较大截面电缆的辐照不均匀，经反复照射后，对较大截面电缆的辐照不均匀，经反复照射后，电缆弯曲次数太多，不适合于电缆弯曲次数太多，不适合于10kV10kV及以上电缆的及以上电缆的生产。主要适用于电气装备电缆，对较小截面电生产。主要适用于电气装备电缆，对较小截面电缆和缆和lkVlkV10kV10kV架空电缆也是可以的。架空电缆也是可以的。n n(3)(3)设备开工率低。设备开工率低。n n二过氧化物交联二过氧化物交联n n过氧化物交联法是通过加入交联剂

31、而引发交联的过氧化物交联法是通过加入交联剂而引发交联的方法。它主要优点是适合各种电压等级和各种截方法。它主要优点是适合各种电压等级和各种截面的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产，特别是面的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产，特别是35kV35kV及以上的中高压电缆。及以上的中高压电缆。n n 1蒸汽交联蒸汽交联(SCP)n n蒸汽交联制造技术是以橡皮连续硫化技术为背景蒸汽交联制造技术是以橡皮连续硫化技术为背景演化而来的一种最演化而来的一种最“古老古老”的交联方法。此方法的交联方法。此方法是以压力为是以压力为151520kg/cm20kg/cm2 2，温度，温度180180200200的过热的过热水蒸汽为加热和

32、加压媒质，使聚乙烯实现交联。水蒸汽为加热和加压媒质，使聚乙烯实现交联。蒸汽交联是美国蒸汽交联是美国GEGE公司于公司于19571957年研究成功的。日年研究成功的。日本住友电气公司于本住友电气公司于19591959年引进了这项技术，并于年引进了这项技术，并于19601960年投产。年投产。n n由于水蒸汽在交联管内直接与熔融状态的聚乙烯接触，水份会向绝缘内渗透扩散。在电缆冷却过程中，绝缘内部的水蒸汽达到饱和状态而形成微孔，继而引发树枝放电。这是此方法的致命弱点。此外交联管内的压力与温度直接相关。要提高温度，必须同时增大压力。温度每升高10，压力将要增大5kg，这实际上是不可能的。况且，蒸汽交联

33、每小时需要蒸汽200300公斤，折合电能200300kW。于是，六十年代起，又出现了一些新的干式交联工艺。n n 2红外线交联法红外线交联法(RCP)与干式交联与干式交联n n红外线交联法也叫做热辐射交联法红外线交联法也叫做热辐射交联法(RCP)(RCP)，是日本，是日本住友电气公司于住友电气公司于19671967年发明的一种干式交联工艺。年发明的一种干式交联工艺。n n用红外线使聚合物交联的方法，早在用红外线使聚合物交联的方法，早在19371937年法国年法国通用电气公司通用电气公司(GE)(GE)就已取得了专利，用于橡胶制就已取得了专利，用于橡胶制品硫化。品硫化。19611961年美国格雷

34、年美国格雷(w(wR RGrace)Grace)取得了用取得了用红外线辐照法制造聚乙烯薄膜的专利。日本住友红外线辐照法制造聚乙烯薄膜的专利。日本住友电气公司从上述两件专利受到启发，电气公司从上述两件专利受到启发，19661966年年6 6月申月申请了一件专利，是在导体上挤包一层含有有机过请了一件专利，是在导体上挤包一层含有有机过氧化物交联剂的交联聚乙烯，再加氧化物交联剂的交联聚乙烯，再加2kg/cm2kg/cm2 2以上压以上压力的惰性气体辐射加热，使聚乙烯发生交联反应。力的惰性气体辐射加热，使聚乙烯发生交联反应。n n1967年4月，住友电气公司又申请了一份专利，提出整个交联机组由辐射加热部

35、分、予冷却部分和水冷却部分组成，辐射加热部分分成两个区域，每个区域能各自独立控制温度。在长期交联反应过程中，交联管内壁形成了一层过氧化物沉积的黑色污垢，这就是一层自然形成的红外线发射的黑体，在其它国家RCP工艺就为一般电热干式交联工艺所代替，称CCV悬挂式交联工艺。n n加热和预冷却部分用氮气保护。在加热交联管内，氮气的主要作用是作为传热媒质，保护聚乙烯在较高温度下表面不发生氧化降解，对绝缘施加压力可使不发生或少发生气隙，流动的氮气还可带走大量的由冷却水挥发出来的水分和交联反应中过氧化物分解出来的水分。n n在预冷却部分氮气的主要作用是对电缆绝缘线芯表面进行预冷却，使线芯表面在较低的温度下进入

36、水冷却部分，从而防止线芯骤冷和水侵入绝缘内。由于采用电加热，故可以用提高温度的方法提高生产速度。交联聚乙烯绝缘中，含水量仅为0018，而蒸汽交联的含水量达O29；交流和冲击击穿强度比蒸汽交联高50；最大场强可达7kVmm，而蒸气交联只有5kVmm。n n3长承模长承模(MDCV)交联交联n n长承模交联是美国阿纳康达电线电缆公司长承模交联是美国阿纳康达电线电缆公司(Ana(Anaconda)conda)于于19591959年发明的，同年便申请了专利，称为年发明的，同年便申请了专利，称为MCPMCP工艺。后来由于电线电缆行业竞争十分激烈，工艺。后来由于电线电缆行业竞争十分激烈，该公司退出了交联聚

37、乙烯电缆制造竞争，而使这该公司退出了交联聚乙烯电缆制造竞争，而使这种新工艺未能付诸实用。种新工艺未能付诸实用。19711971年大日本电线电缆年大日本电线电缆公司和三菱石油化学公司合作，购买了阿纳康达公司和三菱石油化学公司合作，购买了阿纳康达公司的专利，使此法得以实现，称为公司的专利，使此法得以实现，称为MDCVMDCV工艺。工艺。19731973年大日日本电线电缆公司申请了年大日日本电线电缆公司申请了MDCVMDCV工艺工艺的专利。的专利。MDCVMDCV的原文含义是的原文含义是“三菱一大日连续三菱一大日连续交联法交联法”，而技术上的含义是长承模交联工艺法。，而技术上的含义是长承模交联工艺法

38、。n nMDCV法采用水平式交联管。此交联管紧装在挤出机头上。挤出模子长达20米。挤出绝缘线芯时，向管内充入润滑油，并使聚乙烯在此模具内发生交联。n nMDCV法的特点是设备投资少。占地面积小，能稳定地生产大截面电缆，生产速度与CCV交联机组相当，产品质量明显提高，电缆的交流击穿场强比蒸汽交联电缆高6070。不过，当需要生产不同规格的电缆时，要更换整个长承模，灵活性不强，因此在世界上推广不快。n n4加压熔盐交联加压熔盐交联(PLCV)工艺工艺n n此方法最初是由意大利卡莱罗公司此方法最初是由意大利卡莱罗公司(Careillo)(Careillo)发明。发明。19761976年年8 8月，该公

39、司与英国通用工程公司合作研究，月，该公司与英国通用工程公司合作研究，使之用于制造交联聚乙烯绝缘电力电缆。使之用于制造交联聚乙烯绝缘电力电缆。19771977年年英国通用工程公司的杰拉乐德英国通用工程公司的杰拉乐德 斯马特斯马特(Gerald(Gerald Smaa_rt)Smaa_rt)发表了这项成果，并向英国发表了这项成果，并向英国BICCBICC公司出公司出售了第一台设备。售了第一台设备。PLCVPLCV系统中所用的盐与橡皮硫系统中所用的盐与橡皮硫化的化的LCMLCM法所用的盐一样，是由法所用的盐一样，是由5353的硝酸钾、的硝酸钾、4040的亚硝酸钠和的亚硝酸钠和7 7的硝酸钠组成的无机

40、盐混合的硝酸钠组成的无机盐混合物。物。n n这种混合物在145150时熔化，直到540时，性能仍然稳定。熔盐交联管是密封的，并加34大气压的压力，熔盐温度200250。冷却段也采用加压方式。熔盐段长度40m，冷却段长20m。熔盐的传热性好，故生产速度快。产品质量好，生产成本为罐式硫化的3134，耗电量为蒸汽连续硫化的145。该工艺现已较多地用在橡套生产线中。n5硅油交联硅油交联(FZCV)工艺工艺n n1979年、日本藤仓电线公司的鹿间贞吉等人发明了硅油交联(FZCV)。此方法用加压硅油作为加热和冷却媒质。在硅油的压力作用下，电缆可悬浮在硅油中而不致擦管和偏芯。硅油的压力和温度可循环使用。藤仓

41、电线公司于1979年开始用两台FZCV机组生产275kV交联聚乙烯电缆，一举解决了用悬挂式交联机组生产大截面交联聚乙烯电缆高压技术问题。虽然FZCV机组的成本较高，但仍比建造立塔和交联设备经济。n n在上述交联方法中，均为外部加热式交联方法。1975年西德的门奇(GMenger)提出通过导体加热法来缩短交联时间。他用实验证明，每1毫米厚的聚乙烯绝缘，交联时间约1分钟。这样，只有减慢出线速度或增大交联管长度才行。若用1000安培的电流使导体温度升高到200，则交联时间缩短20。三、硅烷交联n n硅烷交联又称温水交联，硅烷交联又称温水交联，硅烷交联又称温水交联，硅烷交联又称温水交联，1960196

42、0年英国道康宁公司年英国道康宁公司(DowConing)(DowConing)提出开发的，也称为提出开发的，也称为SioplasSioplas法，即法，即硅烷接枝交联工艺，它是把接枝和挤出分成两个硅烷接枝交联工艺，它是把接枝和挤出分成两个工序进行，第一步由绝缘料厂将硅烷交联剂与基工序进行，第一步由绝缘料厂将硅烷交联剂与基料在挤出机上接枝和挤出造粒，该料称为料在挤出机上接枝和挤出造粒，该料称为A A料，料，同时还提供催化剂和着色剂的母料，称同时还提供催化剂和着色剂的母料，称B B料。第二料。第二步是电缆厂将步是电缆厂将A A，B B料以料以9595：5 5的比例混合。并在的比例混合。并在普通挤出

43、机上挤包在电缆导体上，再放入普通挤出机上挤包在电缆导体上，再放入70709090温水中交联也可以在蒸汽房中交联。该工艺温水中交联也可以在蒸汽房中交联。该工艺投资成本低，可用一般的挤出机进行加工，材料投资成本低，可用一般的挤出机进行加工，材料价格适中，得到广泛地应用。价格适中，得到广泛地应用。n n但也存在以下缺点：(1)接枝聚乙烯容易与空气中水分发生先期交联，缩短了贮存时间，一般贮存期为半年。(2)接枝聚乙烯与催化剂母料的混合物，贮存期一般不超过3h，所以需要边混合边挤塑。(3)由于二步法通过多次的混合，容易导致杂质的混入，故只能用于10kV及以下电缆绝缘的制造。n n为了克服为了克服Siop

44、lasSioplas的局限性，的局限性，19771977年英国年英国BICCBICC和瑞和瑞士士MailleferMaillefer公司合作，在道康宁公司发明的两步法公司合作，在道康宁公司发明的两步法基础上，又发明了一步法硅烷交联工艺，也称作基础上，又发明了一步法硅烷交联工艺，也称作MonosilMonosil工艺。它将聚乙烯基料、抗氧剂和液态硅工艺。它将聚乙烯基料、抗氧剂和液态硅烷同时计量、混合，即是将接枝反应和添加催化烷同时计量、混合，即是将接枝反应和添加催化剂过程合并，并采用长径比为剂过程合并，并采用长径比为3030：1 1的挤出机将绝的挤出机将绝缘挤包在电缆导体上，即将绝缘层的接枝和挤

45、出缘挤包在电缆导体上，即将绝缘层的接枝和挤出由一个步骤来完成，故称为一步法。它的材料成由一个步骤来完成，故称为一步法。它的材料成本最低，杂质的污染机会减少，而且材料贮存期本最低，杂质的污染机会减少，而且材料贮存期可以大大增加。但是这种工艺技术难度大，设备可以大大增加。但是这种工艺技术难度大，设备投资比二步法大，需要配备一套液态硅烷的送料投资比二步法大，需要配备一套液态硅烷的送料系统。系统。n n到了八十年代日本菱克隆公司在吸取两步法和一到了八十年代日本菱克隆公司在吸取两步法和一步法的优点基础上开发共聚法。共聚法也是使用步法的优点基础上开发共聚法。共聚法也是使用硅烷共聚单体硅烷共聚单体乙烯基三甲

46、氧基硅烷，只是乙烯基三甲氧基硅烷，只是采用的工艺不同。该工艺不是把有机硅烷接枝到采用的工艺不同。该工艺不是把有机硅烷接枝到聚合物链上，而是在聚合过程中导入可水解硅烷，聚合物链上，而是在聚合过程中导入可水解硅烷，从而产生一种易于加工的硅烷共聚物，其方法是从而产生一种易于加工的硅烷共聚物，其方法是在高压反应釜中，使乙烯与硅烷共聚单体发生共在高压反应釜中，使乙烯与硅烷共聚单体发生共聚反应，这项工艺的关键是，所选用的共聚单体聚反应，这项工艺的关键是，所选用的共聚单体必须是含有一种能够与乙烯发生反应生成聚合物必须是含有一种能够与乙烯发生反应生成聚合物链的不饱和基团。乙烯硅烷共聚物与链的不饱和基团。乙烯硅

47、烷共聚物与SioplasSioplas接枝接枝化合物结构上基本相同。化合物结构上基本相同。n n由于硅烷共聚物的制造是在反应釜中进行的，所以它能够确保高的清洁度，而且也避免了接枝时过氧化物残渣的污染问题。硅烷共聚物更为主要的优点是，在聚合反应时因为硅烷共聚单体一次投入，实现了交联晶格的有规则分布，所以所需的硅烷量要比硅烷接枝化合物需要的硅烷的含量低。由于共聚法工艺的先进和独特。制得的硅烷交联聚乙烯料具有以下优点：n n(1)贮存稳定性好，存贮时间一般可超过一年，而接枝产品只有六个月。n n(2)共聚法交联聚乙烯加工过程中，混入的游离物及杂质极少，因而提高了电缆绝缘性能和机械性能。n n(3)它

48、在普通的挤塑机上加工时，产生的气体较少，成型加工稳定性好。n n以后又相继开发了固相一步法工艺和固化硅烷工艺。固相一步法工艺是将硅烷通过白碳黑等载体渗吸到PE基料中去。固化硅烷工艺是为了改进硅烷送料方式，可将液态硅烷吸附在多孔性聚丙烯塑料或PE塑料中，形成固化硅烷。这两种均是一步法派生出来。最近市场又派生出一种用50共聚聚料和50基料掺和而成的共混料，在国内也有较多应用。n n到目前为止，已有七种硅烷交联工艺生产方式，其中有三种是派生出来的。这七种方法中，除了Monosil一步法设备投资较多，共聚料材料价格较高外，其余均可利用原有设备进行生产；具有生产工艺简单、成品率高、生产成本低等优点。n第

49、二章第二章 交联电缆用原材料交联电缆用原材料n n使用材料的质量好坏，直接影响到电缆产品的质量，因而电缆的发展很大程度上取决于使用材料的发展。电缆使用材料的品种多、数量大，从生产成本中看，材料费用约占百分之七十以上。交联电缆使用的导体及绝缘材料主要有铜、铝、交联聚乙烯料和内外半导电料。n n第一节第一节 导体用金属材料导体用金属材料n n交联电缆导体使用的导体材料，首先必须具有良好的导电性能；第二，有良好的机械强度；第三，具有一定的防腐蚀的能力；第四，在冷热状态下都具有良好的工艺性能；第五，在资源上能保证供应。铜、铝等金属是常用的导体材料，铜的导电性能好，铝的导电性能和机械、物理性能虽然不如铜

50、，但其具有资源丰富，重量轻等特点，也已成为应用较广的导体材料。n n一铜、铝性能一铜、铝性能n n作为导体使用的铜、铝一般都用电解法制成，纯度很高，铝导体的纯度应在99.5以上，铜导体的纯度应在99.9以上。钒、钛锰等是电解铝中影响导电性较大的杂质。砷、铁、锑、锌等则是电解铜中影响导电性能较大的杂质。标准中规定这些杂质含量的限量。电解铜中含氧在0.001以下的称为无氧铜。n n二过氧化物交联聚乙烯组成二过氧化物交联聚乙烯组成n n 过氧化物交联聚乙烯是由聚乙烯基料，交联剂和抗氧剂组成。n n1聚乙烯n n 聚乙烯是单体乙烯的聚合物，它的分子式为：n n CH2 CH2nn n根据聚合的方法可以