中高交聯聚乙烯電力電纜生產中去氣工序的分析

王志勝 楊凱軍 謝偉斌 (浙江萬馬高分子材料有限公司,浙江 臨安 311300)

一、引言

地下安裝電力傳輸電纜被認為是一種在低損耗不影響城市美化的情況下，提供可靠電力的好方法。隨著城市公用工程對此的認可日益增加，安裝了越來越多的中、高壓電力電纜。在目前的市場環境下大部分電力電纜廠家已不再備庫存，這就存在了電纜生產到交付使用的周期太短，交聯副產物排放不充分的問題，從而影響到電纜的正常使用.所以安全的使用電纜和合理的電纜制造過程要求完全理解去氣問題及其可能的解決方法.本篇文章專注于這一過程范圍內的關鍵因素分析，從基本化學，測量試驗及當前所使用的解決方法來討論去氣工序的必要。

二、交聯聚乙烯的交聯反應

聚乙烯是一種長鏈聚合物，通過乙烯氣體的聚合作用產出。因為其具有良好的電氣性能、機械性能、加工性能、耐化學性以及低溫撓性較好所以被廣泛用于電纜絕緣。但一個重要問題是其工作溫度被限制到了70℃，隨著交聯聚乙烯（XLPE）出現這個問題得到了解決，它能承受的額定最高導體溫度90℃及250℃的額定短路溫度。

聚乙烯在交聯（硫化）過程期間，長鏈的分子之間變成鏈接結構，并以此形成一種機械性能較強的材料，圖1展示了過氧化物交聯的要點。

從圖上可以看出每個被分解的過氧化物分子，無論其是否提供交在鍵都會產生副產品分子，這此副產品都將包含在結構中。在交聯過程中如不使用高壓（常用高壓氮氣）進行抑制，副產品會在熔融的絕緣中形成氣泡，因此會導致電纜的局部放電和擊穿等故障。表1給出了這些主副產品的典型特性：

XLPE副產品的性能和濃度成分甲烷苯乙酮異丙苯醇LDPE試劑等級沸點（℃）－162202215－220－熔點（℃）－19－2028－3280－105介電常數－1782.380℃時電導率（Ω-1cm-1）－5*10-91*10-10＜1*10-16 XLPE電纜總副產品比例（重量%）0.080.61.298.1總副產品比例（體積%）0.0840.440.8498.6

三、交聯電纜的去氣

電纜生產時在連續硫化（CCV或VCV）管道中，外部施加的氮氣壓力（一般10bar左右）確保了當電纜絕緣正在交聯時，副產品不會形成氣孔。壓力一直保持恒定，直到絕緣充分冷卻下來，同時副產會并存在固態絕緣中。當交聯過程完成后，副產品相對恒定，隨著時間推移因為那些附產品會從電纜中擴散出去，先是電纜的最外層，之后是內層，副產品的含量會逐漸減少。這一過程開始于硫化管道的加熱區，但大部分則在硫化管道外部發生。圖2展示了電纜絕緣去氣前副產品的分配情況：

從圖中可以明顯發現幾個特點：

a.去氣工序之前，一定數量的副產品會從電纜內外表面損失進入硫化管道的氣體或水中；

b.電纜內外表面副產品損失率不同一般外表面相對損失更大些；

c.副產品殘留的數量等級和電纜絕緣的厚度有直接的關系，絕緣越厚的殘余越大。

這些副產品在一定程度上會影響電纜以及與之相連接的電纜附件的性能。一般情況有以下幾點：

a.機械性能方面考慮

如果電纜中的副產品沒釋放完全，電纜在使用過程中這些氣體便得以釋放。氣體會沿著電纜移動到附件（電纜終端），一旦進入該區域，它在底部就會產生一個壓力。因為其易燃性會造成健康和安全問題。目前多數電纜的附件為橡膠組件，由于密封情況比較好所以常會出現附件鼓包的現象。

b.電性能方面影響

由于交聯副產物的存在，甚至在電纜局放試驗時都有可能檢測到放電。中壓電纜在自然放氣3-5天后試驗數據合格。

四、去氣過程

為確保電纜擁有適宜的介電性能，絕緣的空隙不含氣體雜質，電纜的制造商必需保證在生產過程中有充足的去氣時間。這就是說電纜在成品檢測時，也必需保證電纜真實性能，即電纜基本已完成副產物的釋放。中、高壓電纜厚度的增加以及副產品（表格2）的高沸點意味著自然去氣通過高溫可以使氣體的釋放速度加強。這一過程應該在銅帶屏蔽前進行，因為銅帶屏蔽的存在會大大降低去氣的效率。

高壓電纜大部分都在寬敞并加熱的去氣室完成。由于交聯副產物的可燃性所以要做好去氣室的通風工作，防止氣體的聚積帶來安全隱患。去氣的溫度實驗證明在60-70℃時最佳，圖3展示了去氣時間和溫度及絕緣厚度的關系。在電纜去氣時執行必須非常謹慎，以避免在高溫度情況下電纜線芯受到損傷、變形等。

五、結論

在電纜制造過程中，去氣是一項重要的工序。通過去氣可以提高電纜電氣檢測的確定性，增強介電性能，對提高電力電纜的質量有很大的促進作用。通過了解交聯副產品的形成及對電纜質量的影響，使電纜制造商認識到去氣工序的重要性并通過提高去氣效率來提高電纜的生產能力。

[1]王春江 電線電纜手冊.北京：機械工業出版社,2008.

[2]GB/T12706.1-2008額定電壓1kV到351kV擠包絕緣電力電纜及附件

[3]GB/T11017.1-2002額定電壓110kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件