賈璐璐 吳明孝

（1.國網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450000；2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學研究院，河南 鄭州 450000）

0 引言

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜因其耐熱好、機械強度高、負載能力強等性能，被廣泛應用于電力線路建設中。絕緣熱收縮性能作為電纜的一項關鍵性能指標，一旦在使用中電纜出現(xiàn)熱收縮過大，將導致熱收縮端頭部位導體裸露，發(fā)生電纜擊穿或觸電事故，影響線路的安全穩(wěn)定運行。小截面低壓交聯(lián)聚乙烯電纜更容易出現(xiàn)這種情況［1］，尤其是很難達到GB/T 12706—2020標準中規(guī)定的絕緣熱收縮率不大于4%的要求。針對以上問題，本研究結合實際案例，對檢測方法、原因分析和提升措施進行詳細研究。

1 檢測方法

1.1 檢測依據(jù)標準

本研 究 依據(jù)GB/T 12706.1—2020［2］和GB/T 2951.13—2008［3］標準對電纜進行檢測。

1.2 檢測過程

1.2.1 取樣。在被抽取電纜上距離端頭大于0.5 m的位置切取一根長度約為1.5L長度的被試樣品。按照GB/T 12706.1中的相關規(guī)定，L應為200 mm。當電纜產(chǎn)品的相關標準或技術規(guī)范有特殊要求時，應以具體要求為準。

1.2.2 制樣。除了擠包工藝形成的半導電屏蔽層外，應及時去除所有包覆在絕緣線芯上的護套等護層。然后在取樣5 min內，對每一相絕緣線芯樣品的中部標記上L±5 mm的長度，并準確測量標記的實際距離，精度為0.5 mm。最后,在樣品兩頭端部與標記相距2～5 mm的位置處切除絕緣。

1.2.3 試驗。將樣品放置在水平支架上，并放入空氣烘箱中，按照GB/T 12706.1中的規(guī)定，在130℃中加熱1 h。然后從烘箱中取出樣品，并放在空氣中進行冷卻，待冷至室溫后，再次測量每相樣品標記間的距離，精度為0.5 mm。

1.2.4 計算。根據(jù)前后兩次測量結果，計算樣品的絕緣收縮率，也即加熱前測量標記距離和冷卻后測量標記距離的差，與加熱前測量標記的距離進行對比，并根據(jù)GB/T 12706.1中規(guī)定來判定是否合格。

1.3 結果判定

絕緣收縮試驗要按照GB/T 2951.13—2008中相應試驗方法進行檢測。結果應符合GB/T 12706.1—2020中的規(guī)定，樣品絕緣收縮最大允許收縮率為4%。

2 不合格案例

2022年03月29日，國網(wǎng)某供電公司送檢一根規(guī)格型號為額定電壓0.6/1 kV的鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套阻燃C類電力電纜ZC-YJLV22-0.6/1KV 4×240。對送檢樣品按照相關標準規(guī)定進行絕緣收縮試驗，樣品四相絕緣收縮率不符合最大允許收縮率為4%的要求?？膳卸ㄔ撍蜋z樣品的絕緣收縮試驗不合格。具體情況見表1、圖1。

表1 檢測數(shù)據(jù)表

3 問題產(chǎn)生的原因分析

3.1 絕緣熱收縮原理

聚乙烯（PE）作為生產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜的主要原料，通常呈結晶態(tài)。當控制溫度變化處于其熔融態(tài)和玻璃化態(tài)范圍內時，PE分子會因分子間的作用力而重新排列，形成有序的結晶結構。在絕緣被擠出過程中，塑性流態(tài)的聚乙烯分子晶體沿拉伸方向伸長、沿垂直方向壓縮，分子的有序性得到提升，發(fā)生取向應變。因絕緣冷卻時間較短，伴隨應變而產(chǎn)生的應力未得到完全釋放，在實際使用中，內應力會隨外力或溫升逐漸釋放，使得絕緣層發(fā)生一定程度的收縮，這就是聚乙烯絕緣的熱收縮現(xiàn)象［4］。

3.2 絕緣熱收縮不合格的原因

圖1 A相標記間長度

電纜絕緣熱收縮性能的主要表征為電纜的交聯(lián)聚乙烯絕緣在受熱狀態(tài)下收縮比率，用其來反映生產(chǎn)過程中的殘留熱應力的變化情況。該項性能不合格的原因體現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的方方面面，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)廠家對擠塑、冷卻等工序的工藝參數(shù)選取錯誤或未嚴格按照規(guī)定的標準文件要求執(zhí)行等。

3.2.1 擠塑方式。擠塑模分為擠壓式、擠管式和半擠管式3種，三者的主要區(qū)別有兩點，一是內部模芯管狀承徑的長短，二是內部管狀承徑與外部模套之間的相對位置［5］。擠壓式擠塑模主要由內部模芯與外部模套夾角的擠壓力將塑料擠壓在線芯上，擠出的絕緣層緊密結實，嵌入線芯間的間隙，外表面光滑，絕緣強度性能可靠，但出膠量較低、速度慢、不易調偏心。擠管式模具擠出的塑料要先擠在管狀承徑上，而不是直接擠在線芯上，并在牽引作用下沿管狀承徑向前移動，隨后包裹在線芯上，因此出膠速度快、易調偏心，但因擠壓力較小，絕緣層致密性較差，與導體間的黏附力降低，使用中容易產(chǎn)生較大收縮。半擠管式模具綜合擠壓式和擠管式的優(yōu)點，易調偏心，且包緊力大［6］。

3.2.2 擠塑溫度。在塑料的擠出過程中，溫度對交聯(lián)聚乙烯分子聚集態(tài)結構和塑料流體黏度狀態(tài)的轉變決定性作用。若溫度過高，會導致出膠量和出膠速度不可控，穩(wěn)定性較差，形成的成品絕緣厚度不均勻，導致絕緣熱收縮試驗不合格。若溫度過低，則會造成塑料流動性差，出膠表面粗糙，交聯(lián)不充分，導致絕緣熱收縮不合格。

3.2.3 冷卻方式。電纜絕緣被擠出后，通常采用水冷的方式進行冷卻，該過程是將塑料流體從大于融溫度的區(qū)間范圍降低至小于玻璃化溫度的區(qū)間范圍，這個過程中降溫速度的快慢對絕緣料的結晶效果起決定性作用。若降溫速度過快，會在絕緣層中產(chǎn)生較大的應力。放慢冷卻速度，絕緣層能充分冷卻，絕緣分子取向較易完成，絕緣熱收縮率得到降低。

3.2.4 試驗操作。試驗操作也會對絕緣熱收縮試驗結果產(chǎn)生影響。一是制取樣品畫標記的時間要控制在5 min以內，并盡可能短，防止絕緣材料受到環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生熱脹冷縮，導致標記線間距離產(chǎn)生誤差。二是烘箱應定期校準，保證加熱溫度的準確和穩(wěn)定，避免因溫度控制不當導致絕緣熱收縮不合格。三是確保試樣放置在支架上是水平的，或放置在滑石粉表面上為平放狀態(tài)，使得樣品的絕緣層能完全自由伸縮，避免樣品傾斜導致測試精度誤差。

4 結語

綜上所述，為避免交聯(lián)聚乙烯絕緣低壓電纜出現(xiàn)案例所述的絕緣熱收縮不合格的情況，建議采取以下措施。①在電纜生產(chǎn)中，應選擇合適的模具和拉伸比，提高對擠出材料緊密度的重視，避免絕緣熱收縮不合格。②建議采用緩冷、分段水槽進行冷卻，縮小溫差范圍，避免因冷卻過程中絕緣層內部殘留過多應力而引起絕緣熱收縮不合格。③嚴格按照標準要求進行試驗檢測，降低干擾因素的影響。