中壓交聯(lián)電纜導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌問題的探討

張宗軍

(特變電工山東魯能泰山電纜有限公司，山東新泰271219)

0 引言

根據(jù) GB/T 12706—2008規(guī)定，U0為 1.8～35 kV中壓交聯(lián)電纜的絕緣內(nèi)外應(yīng)有導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽。導(dǎo)體屏蔽主要作用是均勻?qū)w表面電場，防止導(dǎo)體與絕緣層之間產(chǎn)生間隙而引起局部放電;絕緣屏蔽的主要作用是均勻絕緣外表面電場，保護絕緣不受損傷。隨著交聯(lián)電纜生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)水平的提高，中壓交聯(lián)電纜絕緣線芯的生產(chǎn)目前大都采用了三層共擠方式，即內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽層和絕緣層三層一次擠出。這大大提高了絕緣線芯的圓整度及絕緣層和半導(dǎo)電層界面的光滑度、緊密度，從而提高了電纜的耐壓水平和使用壽命。

GB/T 12706—2008規(guī)定，導(dǎo)體截面500 mm2及以上規(guī)格的中壓電纜，其導(dǎo)體屏蔽應(yīng)由半導(dǎo)電帶和擠包半導(dǎo)電層組成，即在導(dǎo)體外緊貼地繞包一層半導(dǎo)電帶，它的作用一是扎緊導(dǎo)體，二是避免導(dǎo)體屏蔽在擠出壓力下嵌入導(dǎo)體內(nèi)層間隙中。500 mm2以下的電纜不要求繞包半導(dǎo)電包帶，盡管采用了三層共擠的設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)，但生產(chǎn)過程中仍然存在導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌問題，造成絕緣層向?qū)w屏蔽層的突起，致使導(dǎo)體屏蔽層與絕緣層界面局部電場強度集中，降低了電纜運行壽命?，F(xiàn)就這一困擾電纜生產(chǎn)企業(yè)多年的共性問題進行簡要分析并探討解決方法。

1 導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌現(xiàn)象

利用三層共擠機頭進行導(dǎo)體屏蔽層擠出時，部分屏蔽料擠進了導(dǎo)體縫隙內(nèi)的現(xiàn)象就是導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌，見圖1。內(nèi)嵌之處絕緣料會在擠出壓力下進入到導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)形成突起，嚴(yán)重時會造成導(dǎo)體屏蔽層的斷開，導(dǎo)體與絕緣材料直接接觸，造成局部電場強度集中，降低了電纜絕緣的耐壓水平，影響電纜的使用壽命。

圖1 導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌

2 造成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌的原因

國內(nèi)各大電纜公司的生產(chǎn)工藝控制水平參差不齊，造成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌的原因也不盡相同?，F(xiàn)僅將我公司近幾年生產(chǎn)中出現(xiàn)這一問題的原因分析如下:

2.1 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的選取不合理，單線直徑公差的控制不當(dāng)。在導(dǎo)體絞合生產(chǎn)時，各層的生產(chǎn)工藝參數(shù)如絞合節(jié)距、緊壓系數(shù)等控制不合理，絞制模具的材料、尺寸不合理，最終使導(dǎo)體絞制后結(jié)構(gòu)松散、不緊密。這是造成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌的主要原因。

2.2 設(shè)備因素

(1)導(dǎo)體絞制設(shè)備。導(dǎo)體絞制一般采用框絞機，框絞機的牽引輪是有一定偏轉(zhuǎn)角度的，若在安裝時調(diào)整的偏角方向跟導(dǎo)體最外層的絞合方向相反，導(dǎo)體收線時在牽引輪上會逐漸松股，這也會導(dǎo)致導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌。

(2)懸鏈線設(shè)備。中壓交聯(lián)電纜絕緣線芯的生產(chǎn)大都在懸鏈生產(chǎn)線上完成，懸鏈線中儲線器對導(dǎo)體的影響與框絞機的牽引輪相似，儲線器的旋轉(zhuǎn)偏角方向應(yīng)跟導(dǎo)體最外層絞向一致。

2.3 生產(chǎn)過程控制

(1)導(dǎo)體牽引。在牽引導(dǎo)體時，若導(dǎo)體不在機頭中心線上，導(dǎo)體穿過模具后就會偏向一邊，擠出的導(dǎo)體屏蔽料在導(dǎo)體圓周面上的壓力分布不均勻，在擠出壓力較大的一邊往往會形成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌現(xiàn)象。

(2)氮氣壓力的選取。氮氣壓力應(yīng)在一定范圍內(nèi)，氮氣壓力選取不合理也會造成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌。

(3)模具的裝配。一般絕緣線芯的生產(chǎn)都采用擠壓式模具，因為可獲得較好的絕緣同心度和圓整度。機頭內(nèi)熔融狀態(tài)下材料產(chǎn)生的擠出壓力與導(dǎo)體外徑、模芯與模套內(nèi)徑以及模芯與模套間隙、相對位置關(guān)系等因素密切相關(guān)。

(4)導(dǎo)體屏蔽料的選取。在相同的擠出壓力下，熔融指數(shù)較高的材料因粘度較低更易流動，更容易嵌入導(dǎo)體縫隙內(nèi)。

3 解決方法

根據(jù)對導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌原因的分析，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的緊密度、設(shè)備的因素、導(dǎo)體屏蔽材料流動性、機頭內(nèi)壓力、交聯(lián)管內(nèi)氮氣壓力、模具裝配等都會造成導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌。現(xiàn)分別從導(dǎo)體生產(chǎn)控制、設(shè)備的調(diào)整、導(dǎo)體屏蔽料的選取、模具設(shè)計改進及生產(chǎn)過程控制幾個方面進行分析解決。

3.1 導(dǎo)體生產(chǎn)

單線采用連續(xù)退火高速拉絲機一次拉制成形，拉絲模具采用聚晶模具。緊壓導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為正規(guī)絞合，采用硬質(zhì)合金模具緊壓拉拔，最后一道緊壓模具使用聚晶模具或金剛石涂層模具。使用這類模具拉拔的緊壓導(dǎo)體結(jié)構(gòu)緊密，不僅光潔度較高而且圓整性好，不圓整度可達(dá)0.01 mm。

單線抗拉強度控制在160 MPa以下，伸長率控制在32% ～35%，絞合時控制張力均勻一致。在最外層單線能排下的情況下，可適當(dāng)減小內(nèi)層絞合節(jié)距，最外層節(jié)徑比控制在13.5倍以下并增大緊壓系數(shù)，內(nèi)層緊壓系數(shù)取0.89，最外層緊壓系數(shù)取0.90，緊壓后不會造成散股、斷股及跳股現(xiàn)象，也不會造成外層整體松股情況。導(dǎo)體絞合生產(chǎn)線速度不宜過快，一般控制在12～15m/min。以300 mm2銅導(dǎo)體的生產(chǎn)為例，各層節(jié)距及外徑公差控制參數(shù)見表1。

表1 緊壓絞合導(dǎo)體工藝參數(shù)表

3.2 設(shè)備的調(diào)整

框絞機的牽引輪的偏轉(zhuǎn)角度方向必須跟導(dǎo)體最外層的絞合方向一致。若不一致，導(dǎo)體收線時在牽引輪上會逐漸松股，導(dǎo)致導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌。同樣，生產(chǎn)絕緣線芯的懸鏈生產(chǎn)線中儲線器的旋轉(zhuǎn)偏角方向也必須跟導(dǎo)體最外層絞向一致。另外，為了防止導(dǎo)體的輕微松股，在懸鏈生產(chǎn)線上增加搓線器，搓線器工作時會順著導(dǎo)體外層絞合方向旋轉(zhuǎn)，避免導(dǎo)體松股。

3.3 導(dǎo)體屏蔽料的選取

導(dǎo)體屏蔽材料的流動性也是引起導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌的一個因素。一般中壓交聯(lián)電纜的導(dǎo)體屏蔽材料的熔融指數(shù)在1.8～2.2 g/10 min，熔融指數(shù)較大的導(dǎo)體屏蔽材料的流動性較好、韌性差，產(chǎn)生內(nèi)嵌的幾率較大?？赏ㄟ^流變儀來對材料進行測定，進口的導(dǎo)體屏蔽材料比國產(chǎn)的熔融指數(shù)小，產(chǎn)生導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌的幾率較小，但價格比國產(chǎn)的要高，各公司可根據(jù)產(chǎn)品的不同要求來選擇適合的導(dǎo)體屏蔽材料。

3.4 三層共擠工序模具設(shè)計

懸鏈?zhǔn)缴a(chǎn)線有國產(chǎn)設(shè)備也有進口設(shè)備。國產(chǎn)的35 kV懸鏈生產(chǎn)線在生產(chǎn)工藝上已比較成熟，三層共擠工序用模具包括Ⅰ芯、Ⅱ芯、中模及模套，一般設(shè)備廠家給配備內(nèi)徑為85、50一大一小兩件中模，對于直徑小于等于45 mm的絕緣線芯使用50的中模，大于45 mm的使用85的中模。為減少導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌現(xiàn)象，在模具設(shè)計上從減小導(dǎo)體屏蔽擠出壓力角度出發(fā)，進行了改進設(shè)計，如圖2所示(中模未畫出)。

圖2 三層共擠模具裝配圖

增大Ⅰ芯、Ⅱ芯外承徑區(qū)δ值，但是δ值也不宜過大，否則會因擠出壓力過小導(dǎo)致絕緣線芯不緊密不圓整現(xiàn)象，一般取2～3 mm。模套、Ⅱ芯、Ⅰ芯的內(nèi)承徑區(qū) L1、L2、L3分別取 8～10 mm、4～5 mm、15～20 mm。各角度的設(shè)計遵循α＞β、θ＞γ，若Ⅰ芯與Ⅱ芯間隙較小，可對Ⅱ芯的內(nèi)錐角進行一個θ1的二次過度角，另外還要對Ⅰ芯與Ⅱ芯、Ⅱ芯與模套的間距Δ1、Δ2進行控制，盡量減小這兩個值，避免增大擠出壓力，一般Ⅰ芯與模套在軸向上有一個調(diào)整余量，調(diào)整Ⅰ芯與模套前后位置就可以調(diào)整間距Δ1、Δ2值的大小，一般Δ1取20～25 mm，Δ2取15～20 mm，可以根據(jù)各公司設(shè)備的具體情況進行適當(dāng)調(diào)整，通過對三層共擠模具的合理設(shè)計，大大減少導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌改善后圖片

3.5 絕緣線芯生產(chǎn)過程控制

導(dǎo)體牽引時要平穩(wěn)，導(dǎo)體過上牽引后應(yīng)保證導(dǎo)體軸線在機頭的中心線上?？刹扇≡跈C頭入口處加設(shè)一并線模具，模具內(nèi)徑與Ⅰ芯內(nèi)徑一致或大0.1 mm，這樣可以保證導(dǎo)體平穩(wěn)進入機頭且不偏心，導(dǎo)體屏蔽料能均勻擠制在導(dǎo)體表面，避免了擠出壓力的不均勻引起的導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌現(xiàn)象。

35 kV懸鏈線生產(chǎn)時氮氣壓力一般在0.8～1.0 MPa，在保證絕緣線芯交聯(lián)度很好的情況下，可將氮氣壓力調(diào)小至0.8～0.9 MPa，可減小因氮氣壓力過大加重導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌情況。

絕緣線芯生產(chǎn)時，收線牽引前采用搓線器，搓線器的旋轉(zhuǎn)方向與導(dǎo)體外層絞合方向一致，這樣可對輕微松股的導(dǎo)體進行校正。

4 結(jié)束語

除上述方法外，提高操作者技術(shù)素質(zhì)和操作技能也是一個重要因素。企業(yè)可根據(jù)自己設(shè)備情況采取針對措施解決中壓交聯(lián)電纜導(dǎo)體屏蔽內(nèi)嵌問題。