低嵌入絕緣填充式護(hù)套阻水動力電纜的研制

張金成

（蘇州寶興電線電纜有限公司，江蘇 蘇州 215100）

1 引言

為了滿足外方客戶對產(chǎn)品品質(zhì)的高要求，并實(shí)現(xiàn)全部的派生特性（如：低放電［1］、耐沖擊［2］、縱向阻水［3］等），需要從兩方面著手：一是在設(shè)計層面，通過選用特殊材料和設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)來滿足使用場合對電纜耐沖擊和縱向阻水等性能要求；二是在工藝層面，通過優(yōu)選完善硬件條件和制定特殊的工藝方案來實(shí)現(xiàn)電纜低放電功能。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 導(dǎo)體

采用組合式型線［4］絞合緊壓銅導(dǎo)體，導(dǎo)電性油膏填充，保證導(dǎo)體圓整度和光潔度，使縱向阻水和成品低放電特性均得以充分實(shí)現(xiàn)。

2.2 絕緣

采用“導(dǎo)體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽”三層共擠，借助?？评推亩瓤刂疲?］技術(shù)，保證絕緣層品質(zhì)優(yōu)良，達(dá)到外方公司提出的技術(shù)參數(shù)要求。

2.3 金屬屏蔽

采用“矩形銅線［6］+無縫銅帶”組合屏蔽結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外層采用低氣隙半導(dǎo)電阻水帶作屏障，保證屏蔽層兼有縱向阻水和低放電特性，并實(shí)現(xiàn)成纜絞合時緩沖電接觸。

2.4 成纜

中心位置設(shè)計馬鞍式［7］彈性半導(dǎo)電阻水填條，采用剛性包帶間隙繞包，保證纜芯中心阻水和屏蔽線芯耐外界沖擊，從而易于外護(hù)套擠出時嵌入。

2.5 外護(hù)套

采用填充式外護(hù)套，保證外護(hù)套縱向阻水性能，以增加電纜整體的抗沖擊性。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

3 工藝方案

3.1 導(dǎo)體

動力電纜采用組合式型線。組合式結(jié)構(gòu)為“中心為圓單線、內(nèi)層為梯形單線、外層為Z形單線［8］”，內(nèi)層單線的設(shè)計能夠保證導(dǎo)體具有更小的滲水通道，外層單線的設(shè)計能夠保證絞合層形成自鎖，通過增大外層絞合節(jié)徑比，使導(dǎo)體具有更高的緊壓系數(shù)，表面電場分布也更加均勻。拉絲工序配模時，借助先進(jìn)的計算軟件，并結(jié)合選定拉絲設(shè)備的技術(shù)性能，前9道設(shè)定為圓單線、后4道設(shè)定為型單線，在滿足型單線加工尺寸的基礎(chǔ)上提升生產(chǎn)速度。導(dǎo)體絞合時，加入自行設(shè)計和配制的油膏，基料為鐵路系統(tǒng)用通信線纜的阻水膏。組分中有目數(shù)較高而電阻率較低的碳粉，不僅保證了導(dǎo)體阻水性能還不增加單線間的接觸電阻，從而使銅材的經(jīng)濟(jì)性最大化。為了保證模具的尺寸精度并提高導(dǎo)體表面的光潔度，絞合工序制作配置了酒精冷卻和抗氧劑噴灑系統(tǒng)。

3.2 絕緣

絕緣材料擠出前，機(jī)頭進(jìn)口處配置氟塑材質(zhì)表面帶涂層的合適尺寸哈夫模，可適當(dāng)減少導(dǎo)體在機(jī)頭和硫化管內(nèi)的抖動。同時，適當(dāng)降低絕緣層的機(jī)頭溫度（一般為2℃～3℃），可有效降低絕緣層“梨偏”的可能性。絕緣材料擠出時，待上密封與機(jī)頭口距離為10cm～20cm時，采用點(diǎn)動（進(jìn)口設(shè)備）或旋轉(zhuǎn)羅盤（國產(chǎn)設(shè)備）的方式緩慢進(jìn)行關(guān)閉，可以有效防止因上密封關(guān)閉帶來的系統(tǒng)整體較大震動，避免導(dǎo)體在機(jī)頭和硫化管中過度抖動而致偏心度提高。硫化區(qū)溫度設(shè)定時，適當(dāng)降低一區(qū)溫度（如由350℃降至200℃），進(jìn)而降低絕緣層在熔融狀態(tài)的流動速率［9］。正常開機(jī)后，相關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)自動鎖定，避免人為誤操作帶來導(dǎo)體或絕緣線芯的抖動致使偏心度異常提高。

3.3 金屬屏蔽

銅絲纏繞的力度對成品電纜的局放性能影響較大，張力過小會導(dǎo)致屏蔽層不緊密，而張力過大會導(dǎo)致壓痕過深。因此，需要根據(jù)銅絲總根數(shù)設(shè)定分線板和瓷導(dǎo)套的位置分配，并嚴(yán)控牽引張緊力（由原0.5MPa降為0.3MPa）。銅帶繞包時，有間隙易致電磁泄漏和電磁兼容性能不佳，有搭蓋則因屏蔽層不平易致金屬屏蔽層表面電場不均勻。通過借鑒先進(jìn)的軍工無縫繞包技術(shù)，對繞包機(jī)頭進(jìn)行改進(jìn)，增加了帶材的張力采集系統(tǒng)和構(gòu)建搭蓋率負(fù)反饋線路［10］，使繞包帶的對邊接觸始終處于“臨界”狀態(tài)。

3.4 成纜

因成纜設(shè)備分線板孔分布離散，易形成較大的絞入角，金屬屏蔽線芯與哈夫模具的摩擦增加，外層的半導(dǎo)電阻水帶極易破損，通過改進(jìn)分線板上過線導(dǎo)套的分配，調(diào)整分線板至?？诘乃骄嚯x，縮小了成纜的絞入角［11］（一般不大于10°），最終有效緩解了各線芯與模具間的摩擦程度。為保證纜芯的圓整度和完整性，成纜后須采用包帶扎緊纜芯。為規(guī)避包帶繞包對外護(hù)套的擠出效率產(chǎn)生負(fù)面影響，聯(lián)合外部材料廠家研制出一種強(qiáng)度較好且剛性較大的包帶（材質(zhì)中添加了合金聚合物），并根據(jù)纜芯過模后的外徑膨脹程度和外護(hù)套擠出效率的需求確定合理的繞包間隙率。

3.5 外護(hù)套

擠出模具的設(shè)計（主要為模芯和模套的“壓力角”）直接關(guān)系到成品電纜的縱向阻水性能。充分發(fā)揮“擠管式”穩(wěn)定性和“擠壓式”［12］高壓力的各自優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計時取消了模芯的“承嘴”和模套的“承徑”，在驗(yàn)證給定材料流動性的前提下，增大模套設(shè)計角3°，終于獲得了較大的擠出壓力。填充擠壓式護(hù)套擠出時，纜芯的過度振動或抖動，均會造成擠出制品出現(xiàn)“竹節(jié)”狀或者大外徑問題，通過在分流器前設(shè)計和制作管狀校直固位裝置，其內(nèi)孔較纜芯外徑正差2.0mm左右，前端增設(shè)阻水粉涂覆段，在保證擠出穩(wěn)定性的前提下，纜芯通過管孔較為順暢。擠出模具的剖面如圖2所示。

圖2 外護(hù)套擠出模具剖面圖

3.6 包裝和交付

電纜收線采用可拆卸的全鐵盤包裝,并統(tǒng)一在其內(nèi)側(cè)板和內(nèi)桶體墊襯氣泡布，防止或緩沖外界的磨擦甚至碰撞。規(guī)范電纜封端和包扎，封帽端口規(guī)范纏繞防水膠帶，確保貨品能夠經(jīng)受遠(yuǎn)洋運(yùn)輸。鑒證試驗(yàn)前，外方公司人員要求人為制造缺陷來校驗(yàn)設(shè)備的靈敏度，試驗(yàn)樣件和頻次為外方公司人員現(xiàn)場隨機(jī)抽取和確定，主要檢測項(xiàng)目如局部放電、抗擠壓、縱向阻水等特性均優(yōu)于設(shè)計要求，全批次產(chǎn)品一次性通過驗(yàn)收。

4 結(jié)束語

綜上所述，組合式導(dǎo)體的設(shè)計和導(dǎo)電油膏的注入，包括平滑式金屬屏蔽層的結(jié)構(gòu)設(shè)計和馬鞍式中心填芯的配備，這些“層層設(shè)防”的技術(shù)設(shè)計思路和重點(diǎn)解決“高?！痹阅芏贪宓墓に嚶肪€，實(shí)現(xiàn)了成品電纜穩(wěn)定可靠的縱向阻水性能。馬鞍式中心填芯和外護(hù)套“一體化”的擠制，通過“內(nèi)外夾擊”的組合式設(shè)計方案和對功能性重點(diǎn)工序的工藝把控，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的抗沖擊性能。絕緣工序的“在線”控制技術(shù)，特別是材料的優(yōu)選和擠出精度的全過程控制，包括對雜質(zhì)含量的限值和對內(nèi)應(yīng)力的釋放處理，通過最先進(jìn)工藝方案的設(shè)計運(yùn)用和固化的“六定”式控制技術(shù)的載入，保證了絕緣品質(zhì)的優(yōu)良。