匡松文，唐世國

(衡陽恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽421008)

0 引言

鹽是一種非常重要的化工原料，也是人們生活的必需品之一，我國擁有許多內(nèi)陸湖，其中相當(dāng)一部分內(nèi)陸湖的含鹽量很高，例如新疆鹽湖、內(nèi)蒙古阿拉善、青海湖、山西運城、西藏納木錯等內(nèi)陸鹽湖，加上我國的海岸線極長，例如渤海灣的山東以及江蘇、福建、廣東、廣西和海南等廣大沿海省市地區(qū)從事制鹽或鹽化工的大型企業(yè)甚多，但他們都存在同一個問題:作為傳輸電能的供電電纜，由于采用浮筒支撐方式，敷設(shè)在湖面或海水上方的電纜表面很容易結(jié)鹽，并且會越結(jié)越厚，不但相應(yīng)增加了電纜的自重(正因為如此，50mm2及以上規(guī)格所用電纜都是單芯的，50mm2以下采用多芯)，容易腐蝕電纜，而且影響電纜散熱，最終只能降低電纜導(dǎo)體的載流量和電纜的使用壽命。此類電纜為移動軟電纜，其電壓等級為12/20 kV，以前大多從歐美發(fā)達國家進口，價格非常昂貴，為此我公司多次派技術(shù)人員深入新疆鹽湖進行實地考察和試驗，研制了12/20 kV乙丙橡膠絕緣鹽湖用軟電纜，以滿足用戶的要求。本文主要介紹了該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇和制造工藝供有關(guān)人員的參考。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝流程

1.1 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

本文以3芯高壓橡套軟電纜為例進行介紹，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1所示的電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅可以起到均勻電場的作用，而且有很好的屏蔽效果，保證電纜的安全性，并經(jīng)一年多使用后反映良好，可滿足使用的要求。

圖1 12/20 kV鹽湖用軟電纜結(jié)構(gòu)

1.2 產(chǎn)品的工藝流程

按照用戶的技術(shù)要求及產(chǎn)品的使用環(huán)境，制定了如圖2所示的產(chǎn)品制造的工藝流程，其中三層共擠的擠橡絕緣和擠制外護套為關(guān)鍵工序。

圖2 12/20 kV鹽湖用軟電纜工藝流程

1.3 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計及技術(shù)要點

(1)導(dǎo)體。導(dǎo)體采用軟鍍錫銅線，表面應(yīng)光潔，無油污、無尖端凸起或其它損壞絕緣的缺陷。由于該電纜應(yīng)用于頻繁移動場合，要求電纜柔軟性和耐彎曲性能優(yōu)良，所以導(dǎo)體采用第6種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)復(fù)絞而成。由于電纜絕緣采用三層共擠方式，為了防止導(dǎo)體屏蔽層進入導(dǎo)體縫隙，因此先在導(dǎo)體外繞包一層半導(dǎo)電帶，然后擠包半導(dǎo)電層，兩者共同起到均勻電場的作用。通常導(dǎo)體屏蔽繞包帶要求重疊25%～30%。

(2)導(dǎo)體屏蔽。在實際生產(chǎn)中盡管對導(dǎo)體做了以上嚴(yán)格要求，但完全沒有缺陷的導(dǎo)體是不存在的，為防止因?qū)w表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電現(xiàn)象，在導(dǎo)體的半導(dǎo)電繞包層外再上擠包一層半導(dǎo)電屏蔽層。

(3)絕緣層。目前，國內(nèi)橡套電纜額定電壓等級最高為8.7/10 kV，而高壓金屬屏蔽橡套軟電纜的額定電壓則為12/20 kV，這就對電纜的絕緣層提出了更高的要求，即要求橡膠絕緣料中雜質(zhì)含量盡量少。常用的絕緣材料主要有天然/丁苯橡膠和乙丙橡膠絕緣。乙丙橡膠絕緣主要用于高電壓等級的電纜絕緣，因此，參照IEC 60502—1997確定了乙丙絕緣厚度和電纜20℃時的絕緣電阻，以保證成品電纜經(jīng)受交流50 Hz、42 kV電壓試驗5 min電纜不擊穿。

(4)絕緣屏蔽層。絕緣屏蔽層采用乙烯醋酸乙烯(EVA)+炭黑組成的半導(dǎo)電層。其用于高壓電纜導(dǎo)體表面和絕緣表面組成的屏蔽層均起著均勻電場、吸附游離雜質(zhì)和對外界電場的屏蔽作用。設(shè)計過程中，考慮以上因素后，電纜的絕緣屏蔽層設(shè)計為擠包半導(dǎo)電屏蔽與編織金屬/纖維相結(jié)合的組合屏蔽結(jié)構(gòu)，而金屬編織屏蔽還可以兼作地線。擠包半導(dǎo)電絕緣屏蔽層可以和動力線芯絕緣一次擠出，以保證屏蔽層的連續(xù)性，提高工作效率，同時減少對絕緣層的污染。

(5)地線。高壓電纜采用金屬/纖維編織結(jié)構(gòu)，按照標(biāo)準(zhǔn)對地線截面的要求來選擇編織銅絲的直徑，并采用鍍錫軟銅絲，編織密度在90%以上。如果編織銅絲截面達不到25mm2，還需增加輔助線芯。

(6)內(nèi)護套。材料應(yīng)采用符合GB 7594要求的XH-02A型的護套料。

(7)輔助線芯。輔助線芯有時作監(jiān)視線芯用。12/20 kV鹽湖用軟電纜增加了監(jiān)視線芯，其作用是與電纜的接地線芯一起構(gòu)成監(jiān)視回路，以實現(xiàn)對接地系統(tǒng)完整性的連續(xù)監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)短路故障時同時起到泄流的作用。在輔助線芯內(nèi)、外層分別繞包一層半導(dǎo)電阻水帶，以提高電纜徑向阻水效果(見圖1)。

(8)外護套。根據(jù)電纜使用環(huán)境和條件，護套可以采用阻燃氯化聚乙烯護套橡皮或其它符合要求的材料，氧指數(shù)應(yīng)在38以上。另外，還要求護套配方中添加一定量的特殊物質(zhì)如熔性聚四氟乙烯，以便確保電纜表面光潔，防止電纜護套表面結(jié)鹽。

1.4 材料的選擇

(1)絕緣層。高壓電纜對絕緣材料的性能提出了更高的要求，尤其是電氣性能。為滿足高壓電纜的要求，同時考慮到今后阻燃電纜的研制方向為低煙低鹵或無煙無鹵型，即主絕緣材料選擇不含鹵素的混合物，如乙丙橡膠、天然/丁苯橡膠、硅橡膠等，這樣電纜在燃燒時就可以不釋放有毒、有害氣體及煙霧。眾所周知，乙丙橡膠的電氣性能和耐高溫性能均較好，能滿足高壓電纜的使用要求。相對而言，硅橡膠的工藝性能不如乙丙橡膠成熟，而且由于分子間引力較小，且為非晶體結(jié)構(gòu)，因此力學(xué)性能要比普通橡膠差，價格也較昂貴。通過比較，選擇了工藝成熟、電性能優(yōu)良的乙丙橡膠作為絕緣材料以減少相間或?qū)Φ芈╇娏?。我們選擇進口荷蘭DSM公司生產(chǎn)的K378料;配方中的填料選用進口超細(xì)高溫煅燒陶土。

(2)屏蔽層。高壓屏蔽橡套軟電纜的絕緣線芯必須有導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽。導(dǎo)體屏蔽由擠包的半導(dǎo)電混合物，或在導(dǎo)體上先繞包半導(dǎo)電布帶再擠包半導(dǎo)電混合物共同組成;絕緣屏蔽應(yīng)由非金屬半導(dǎo)電屏蔽層與金屬編織屏蔽層組合而成。半導(dǎo)電層(含半導(dǎo)電膠帶)體積電阻率應(yīng)不超過500 Ω·m。

(3)外護套。外護層材料選用紅色阻燃氯化聚乙烯(杜邦公司)，各種配合劑大多從國外進口的，尤其是在護套配方中添加一種材料，使護套表面光滑如鏡，形成憎鹽的效果。

2 產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)

我公司試制的12/20 kV電纜的型號規(guī)格為CXEYHR-12/20，3×35+3×16/3+3×4，生產(chǎn)樣品的長度為1 400 m，電纜的外徑為64.3～70.0mm。該電纜生產(chǎn)后經(jīng)廠檢測合格，達到用戶的要求。性能指標(biāo)和產(chǎn)品測試結(jié)果見表1。

表1 電纜成品試驗結(jié)果

3 關(guān)鍵工序的工藝控制及質(zhì)量保證

高壓電纜在結(jié)構(gòu)設(shè)計上和現(xiàn)有工藝要求上看似簡單，但實際工藝制造過程并不容易，尤其是絕緣材料的混合和擠出等制造工藝中存在著困難，所以還須注重工藝過程的質(zhì)量控制:

(1)導(dǎo)體繞包半導(dǎo)電帶的同時，應(yīng)再繞包一層聚丙烯PP包帶，重疊率為15% ～20%。該帶用于保護繞包半導(dǎo)電層免受污染和機械損傷，但絕緣三層共擠工序擠出前須剝掉。

(2)在混煉前，必須保持與混煉料有關(guān)的設(shè)備清潔，不得有任何雜物和異物，周圍的工作場地應(yīng)用水清洗干凈。根據(jù)配方選購符合要求的原材料，在絕緣膠混合過程中，應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作，做好現(xiàn)場環(huán)境的清理和保持工作，保證絕緣混合膠的潔凈，為動力線芯絕緣的擠制奠定良好的基礎(chǔ)。混煉的原材料必須分批投放在密煉機中;填充劑需分次投放，這樣有利于分散和進一步混合;混煉母料必須進行過濾;煉好的橡膠用清潔的新框裝好且在24 h內(nèi)不得有任何污染。

(3)開機前，應(yīng)將螺桿、模芯、模套、機頭等清理干凈;在動力線芯的絕緣擠制過程中，也要注意現(xiàn)場環(huán)境，嚴(yán)格按工藝卡片和操作規(guī)程生產(chǎn)，以保證動力線芯及屏蔽層的擠出質(zhì)量。半導(dǎo)電屏蔽層厚度控制在1.5mm±0.2mm，絕緣平均厚度不小于標(biāo)稱厚度6.0mm。絕緣偏心度控制在10%以內(nèi)，調(diào)整好懸垂終點控制器確保絕緣線芯不擦管是保障該產(chǎn)品的關(guān)鍵。

(4)護套配方設(shè)計是防結(jié)鹽的關(guān)鍵。護套配方(以重量百分?jǐn)?shù))如下:

氯化聚乙烯40;滑石粉7.5;納米高嶺土20;白炭羆(沉淀)2.5;炭黑 2.5;氯化石蠟52#9;TAIC 1.2;氧化鎂4;石蠟 0.6;穩(wěn)定劑 1.2;三氧化二銻2;DCP 1.5～2;熔性聚四氟乙烯2～3。

(5)加強過程監(jiān)控，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，必要的檢測是保證產(chǎn)品質(zhì)量的手段，也是提高產(chǎn)品市場競爭能力的一大優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

由于我公司工程技術(shù)人員對用戶要求作了充分實地了解和現(xiàn)場試驗，無論從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料的選用、配方的設(shè)計到工藝控制，我們都充分考慮到12/20 kV鹽湖電纜的使用特性，并在生產(chǎn)中加強工序的嚴(yán)格控制。因此研制的高壓鹽湖用軟電纜具有柔軟、耐油、抗結(jié)鹽、阻燃等特性，同時具有優(yōu)良的機械性能。

該電纜經(jīng)用戶使用約一年時間后反映良好，抗結(jié)鹽性能與國外同類產(chǎn)品相媲美，電纜使用壽命達到設(shè)計要求，產(chǎn)品各項性能滿足使用要求，適合于制鹽湖海地區(qū)作為傳輸電能的主干線路。我公司開發(fā)研制的高壓橡膠絕緣鹽湖用軟電纜執(zhí)行的是企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，建議行業(yè)協(xié)會制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，以統(tǒng)一國內(nèi)高壓屏蔽橡套軟電纜的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用。

［1］GB/T 17755—1999 額定電壓6 kV、10 kV及15 kV擠包絕緣單芯和三芯船用電纜［S］.

［2］MT 818—1999 煤礦用阻燃電纜［S］.

［3］尹 燕，陳守娥.6 kV礦用移動屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜的研制［J］.電線電纜，2006(3):17-19.