祁登權，屈貴軍，劉志會

（重慶泰山電纜有限公司，重慶　401120）

淺析軟接頭絕緣硫化

祁登權，屈貴軍，劉志會

（重慶泰山電纜有限公司，重慶401120）

摘要：近年來，海底電纜軟接頭的研發(fā)和制作成為各海纜廠家研究的重要課題。雖然220kV及以下的交流海底電纜的軟接頭已經(jīng)研發(fā)成功，且應用于舟山、福建、廣東江門等地，但是高電壓直流海纜軟接頭技術仍是一片空白。在研制直流海底電纜軟接頭過程中，如何解決軟接頭絕緣二次硫化錐型處有氣隙、氣孔以及絕緣界面出空間電荷聚集、場強分布影響等現(xiàn)象。因此設計工裝模具、然后通過大量的試制，分析現(xiàn)象的產(chǎn)生、改進等一系列工作，最終攻破硫化技術難題。

關鍵詞：絕緣硫化；氣隙；電荷集聚；場強；攻破硫化技術難題

0　前言

海底電纜軟接頭技術一直是國內(nèi)外公認的比較尖端的技術難題，生產(chǎn)工序比較繁瑣，每道工序都需要精心操作。從生產(chǎn)工序來看，兩者的制作工藝完全一樣。材料方面，主要區(qū)別于不同的絕緣材料，而直流海底電纜軟接頭的硫化參數(shù)與交流海纜略有差異，例如：硫化溫度、時間和氮氣氣壓的控制。硫化時間和氮氣壓力的控制是軟接頭制作成功的關鍵所在。

1　硫化工藝流程

（1）軟接頭絕緣線芯準備；（2）硫化模具安裝；（3）校準溫控顯示；（4）線芯預熱；（5）通入氮氣、冷卻循環(huán)水；（6）檢查硫化模具氣密性；（7）升溫、加壓；（8）恒溫、恒壓；（9）降溫、降壓自然冷卻；（10）開模檢查硫化效果11.確認硫化合格。

2　硫化原理和模具設計

（1）硫化原理：通過過氧化物的高溫分解而引發(fā)的一系列自由基反應，進而使PE發(fā)生交聯(lián)。過氧化物受熱分解形成自由基，其交聯(lián)反應的過程如下：

（2）硫化模具上下有輔助加熱塊，通常情況下上各兩塊或三塊。加熱塊的溫度通過熱電偶連接溫度箱來控制，溫控箱可顯示硫化模具腔體內(nèi)的溫度和表面溫度。

（3）加熱塊是硫化模具必不可少的的輔助設備，其溫是度通過熱電偶連接溫控顯示儀來控制，各廠家加熱塊的設計形狀也不同，產(chǎn)生的效果也不一樣。

3　軟接頭硫化過程分析

絕緣硫化是聚乙烯分子鏈變化的一個過程，隨著溫度和時間的變化而變化。硫化分為四個階段：第一預熱，將擠塑好的軟接頭絕緣線芯安裝在模具內(nèi)，低溫預熱線芯，預熱溫度80℃左右，同時使橡皮墊達到一定的熱膨脹，擰緊模具兩端扎緊橡皮的鐵箍，通入0.5MPa氮氣檢查模具的氣密性；第二升溫、升壓階段。檢查密封無任何問題后開始通入冷卻循環(huán)水，間隔升溫升壓，每個半小時升溫和升壓一次，溫度為20℃，氣壓0.2MPa；第三恒溫恒壓階段，此時的硫化溫度為最高溫度，一般情況下為230℃左右，氮氣氣壓不超過1.5MPa。硫化時間根據(jù)線芯的絕緣厚度來決定；第四降溫、降壓冷卻階段，關掉電源冷卻，每隔半小時釋放少量的氣壓，直到手可觸摸冷模具卻為止；第五檢查確認硫化效果，打開模具檢查硫化線芯是否有氣孔、雜質(zhì)、顆粒、燒焦、凸凹不平、嚴重偏心等現(xiàn)象。

硫化過程注意事項：

（1）線芯預熱階段溫度、氣壓不宜過高。因為線芯表面溫度較低，低溫預熱可使溫度慢慢的向線芯內(nèi)部滲透，避免溫度過高會造成表面燒焦而線芯內(nèi)部未硫化現(xiàn)象。另外低溫預熱可使橡皮墊得到一定的熱膨脹，從而確保模具氣密性得到保障；

（2）升溫升壓需間隔調(diào)節(jié)，不宜將溫度和氣壓直接升到硫化最高溫度和最大氣壓。由于在加熱加壓的過程中腔體內(nèi)溫度和壓力逐漸上升，且會慢慢的到達硫化時恒溫恒壓狀態(tài)；

（3）降溫降壓冷卻，檢查硫化效果，確認硫化是否合格。然后再開始處理絕緣表面。

（4）外屏蔽恢復，外屏蔽恢復采用擠包式恢復，通過專用設計模具進行外屏蔽注塑，

（5）脫氣，除去絕緣內(nèi)部中的甲烷和其他易燃小分子雜質(zhì)。

4　絕緣硫化需解決的問題

絕緣硫化中經(jīng)常會出現(xiàn)諸多意想不到的問題，比如硫化密封漏氣、絕緣硫化有嚴重偏心、氣泡、燒焦、表面有雜質(zhì)、凸凹不平、絕緣錐型處的氣隙或氣孔等現(xiàn)象。針對這些現(xiàn)象需要進行大量的絕緣線芯硫化試制，每次試制后分析問題原因所在。通過改進工裝設備和調(diào)整工藝參數(shù)，從而逐一解決問題，提高硫化效果，總結硫化成功經(jīng)驗。

4.1形成氣孔的原因

（1）擠塑時絕緣材料潮濕；（2）硫化溫度過高；（3）冷卻時模具打開過早；（4）密封漏氣；（5）氮氣不純

4.2粘接處有氣隙原因

（1）硫化溫度過低，粘結處未完全熔融；（2）硫化時間短；（3）粘接處未處理干凈。

4.3硫化后絕緣嚴重偏心原因

（1）絕緣注塑時線芯未放水平；（2）注塑壓力過大；（3）注塑時預熱溫度過高，絕緣錐型界面處軟化流動。

5　結論

軟接頭絕緣線芯硫化是一個復雜化的過程，通過模具設計、反復大量樣品試制以及分析硫化過程中出現(xiàn)的諸多問題，進一步的改進工裝模具和調(diào)整工藝參數(shù)。解決了軟接頭絕緣偏心、錐型處部分位置有氣隙、氣孔、氣泡等現(xiàn)象，改善了絕緣界面處絕緣空間電荷的集聚分布，從而改變場強分布的影響。另外，在軟接頭絕緣的硫化過程中，橡膠密封墊的密封性，硫化溫度高低、時間長短、氣壓大小等控制是軟接頭絕緣硫化成功的關鍵因素。

參考文獻：

[1]甘興忠.電線電纜絕緣交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)工藝的分析和對比，2008（02）.

[2]額定電壓500kV及以下直流輸電用擠包電力電纜系統(tǒng)技術規(guī)范TICW-2012.