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步入特种电缆制造流程工艺讲解
1 根本技能流程
    电力电缆的制作包含许多工序,通常可分为四个主要方面:

    导体制作,包含

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    1) 拉丝 拉细单线到所需的直径;
    2) 绞合 把多根单线绞合到一同,有时需要再包带;
    3) 组合 在HV和EHV电缆制作中,把非圆形的股块绞合成准圆形的构造;
绝缘线芯制作,包含
    1) 三层挤出:电缆绝缘线芯在这个进程中构成,包含内半导电屏蔽层、绝缘层和外半导电屏蔽层;
    2) 交联:可在挤出后直接进行(过氧化物交联),或许在挤出后选用单独设备进行(湿法交联);
    3) 除气:通过离线加热把过氧化物副产物去掉,这通常是HV或EHV电缆的根本工序,但也是常常用于中压海底电缆;
电缆护层制作,包含
    1)绝缘线芯包带:在此进程中,把缓冲层、维护层和阻水层绕包到挤包的绝缘线芯上;
    2)中性线绞包:把铜线、铜带或扁铜带包绕在电缆上;
    3)金属护层:施加金属的防潮和维护层;
    4)护套:选用聚合物护套起到机械维护(对金属箔的维护特别主要)和防腐蚀作用;
    5)装铠:选用高强度金属构件(钢)来维护电缆,特别是海底电缆;
质量操控,包含
    1) 原资料的操作处理;
    2) 例行实验;
    3) 抽样实验;
3.2 导体制作
     有些电缆制作选用直接用于屏蔽和绝缘加工的制成导体,或用铜杆或铝杆,并将其拉丝到适宜的直径,然后绞合(扭结成一体)成电缆导体。
     那些拉丝绞合制作导体的电缆制作有必要遵从根本但主要的技能,以保证导体取得适宜的物理功能和电气功能。由于拉丝技能使金属发生加工硬化,因而拉丝后的线材通常有必要加热以取得适当的物理功能,这个技能叫退火。退火能够通过感应加热进程实现。在这个进程中,通过感应到绞线上的电流来发生热量,并进步导体的温度到准确的退火温度。此外也能够把绞线放置到炉箱中实现退火。退火能一同影响绞线的物理和电气功能,因而在退火进程中有必要谨慎操作和监控。有必要进行定期的测验来保证绞线的特性符合规范的请求。
     绞合导体是通过扭绞多根单线完结的,有多种类型的扭绞(或绞合)型式。尽管绞合技能相对简单完结,但有必要细心操作,以保证在绞合的进程中单线没有损害以及绞合系数(单位长度上绞绕的次数)准确。导体中的水分十分不受欢迎,由于水分会致使绝缘中生长水树然后使电缆过早击穿,也可致使电缆接头过早击穿。在制作、装置或运行进程中可能使水进入导体,应考虑运用阻水构造的导体。
3 绝缘线芯制作
    挤出绝缘电缆的出产线是一种高度精细的制作进程,运转时有必要严厉操控,以保证最终的产品能够可靠地运行多年。它包含许多前后密切联接的了技能。假如出产线上的任一部分有毛病,就会致使出产出质量差的电缆,并可能会发生出许多米的废电缆。
    在导体屏蔽料、绝缘料和绝缘屏蔽料挤出到电缆导体上后,有必要进行交联。交联(也称为硫化)是一个化学反响,它能进步这些规范的热功能和机械功能,尤其是进步高温下的强度和稳定性。
绝缘线芯制作技能起始于绝缘和半导电资料的颗粒在挤出机内熔融的时候。熔融是在加压的情况下进行的,压力把电缆料向十字机头输送,并在十字机头内构成电缆的各个层。在螺杆结尾和十字机头的顶部,应放置用于过滤的滤网或过滤板。在挤出型电缆制作的前期,放置这些滤网或筛子是为了除去资料中的小颗粒,或许是熔融进程中发生的杂质。
    虽然如今仍在运用滤网,但由于现今资料较好的净化特性,减小了资料对该类型滤网的需要。实际上,假如滤网太细的话,其自身就能以焦烧或预交联的办法而发生杂质。可是,适当尺度(100-200μm孔径)的过滤网用来帮助稳定挤出机内熔融的均匀度以及防止在资料处理进程中从外界混入大尺度杂质是很有利的。
    在挤出型电缆制作的前期,选用二次挤出技能来出产电缆绝缘线芯。先一同挤出导体屏蔽和绝缘,然后交联并绕到线盘上。通过一段时刻后,再挤出导体屏蔽和绝缘,这种技能会在绝缘和绝缘屏蔽之间构成不规则并可能遭受污染的界面。在这个技能中,绝缘屏蔽可能是不交联的,因而电缆只要有限的热学功能。
    现在,有两种制作技能用来在一道工序中完结一切三层的挤出。第一种办法是1+2三层挤出技能,它是先挤出导体屏蔽,通过较短的距离(通常是2m到5m)后,再在导体屏蔽上一同挤出绝缘和绝缘屏蔽。第二种办法是三层共挤技能,它是将导体屏蔽、绝缘和绝缘屏蔽一同挤出。在这两种办法中,绝缘屏蔽都是交联的,因而电缆的高温功能有很大改进。
    1+2三层挤出在其首次被推行时是一个主要的开展。由于它能发生一个较为洁净、均匀的绝缘和绝缘屏蔽界面。可是在这个技能中,导体屏蔽从导体屏蔽挤出机到绝缘和绝缘屏蔽挤出机时,是暴露在空气中的。假如不采纳严厉的办法维护导体屏蔽,那么导体屏蔽可能发生缺点,下降电缆的寿数。正是基于这个原因,三层共挤技能被认为是十分好的技能,由于在这个技能中导体屏蔽在绝缘挤出前不会暴露在空气中。三层共挤技能能发生十分洁净、均匀的导体屏蔽和绝缘界面。
    在实验室对两种纷歧样技能出产的电缆进行了加速寿数实验。实验结果表明,用1+2技能出产的电缆比三层共挤技能有更高老化速率。在这个特定的实验中,电缆样品放置在水箱中,感应到导体上的电流以进步导体温度,在导体和绝缘屏蔽上施加较高的沟通电压。电缆在这些条件下老化规则的时刻。到了规则的时刻,把电缆取出并进行沟通击穿实验。
运用1+2或许三层共挤技能出产出三层电缆绝缘后,没有交联的绝缘线芯直接进入硫化管。在这里有彻底纷歧样的硫化技能。
    在过氧化物硫化进程中,电缆进入到一个高温高压的管道中。这个管道很长,以便有足够的时刻来完结交联进程。尽管氮气是较好的媒质,由于热蒸汽硫化会在绝缘中发生水分和大量的微孔,但管道内能够选用蒸汽或许热氮气加压。另一个主要的易被忽略的步骤是应充沛冷却交联好的绝缘线芯,保证外部绝缘和导体的温度下降到能够离开硫化管的温度。当电缆线芯引出硫化管时,绝缘线芯应是按照准确的制作规范和规范已进行了充沛的交联和冷却。
    选用湿法交联技能,挤出机后面的管道的长度需要保证热塑性绝缘线芯充沛冷却,以免导体上的绝缘偏芯(下垂)。实际的交联或硫化进程是在挤出后离线进行的。
    在一切挤出技能中,常常选用X射线或超声波技能来检查电缆同心度和进行缺点定位,如内导电(导体屏蔽)缺点。在其他层后续加工前找出重大缺点很主要。
3.1 挤出-过氧化物硫化
    过氧化物硫化电缆的3种根本的电缆绝缘线芯挤出和硫化进程:
    CCV-悬链式接连硫化
    VCV-立式接连硫化
    MDCV-Mitsubishi Dainichi接连硫化,也叫长承模接连硫化
悬链式接连硫化(CCV)
    CCV技能中,硫化安置成了悬链状,当它悬吊在两点之间时,象一概弦线。导体在馈送办法与VCV一样,都是从放线架进入到储线器。这样能够保证在接连挤出技能不停止的情况下,当旧的线盘用完能够换一个新的导体线盘到放线架上。储线器也为两个导体的焊接提供了时刻。通过严厉地操控电缆张力来坚持电缆处在硫化管的基地方位。运用先进的自动操控系统,做到这点现已变得较为简单。还注意保证不让现已融化但未交联的塑料聚合物在重力的作用下从导体上滴落或垂落,这个效应通常叫做“下垂”。下垂效应跟着绝缘厚度与导体尺度的比率啬而趋于增强。
    一些技能,包含运用特殊的低融流指数聚合物、旋转电缆、绝缘表面急冷等,能够有用地削减绝缘的下垂效应。关于大截面电缆(重电缆),还存在另一个疑问。即是施加一个很大的拉力(有必要保证电缆在管基地)以及张力的操控变得艰难。这实际上约束了导体截面要小于1400~1600mm2。CCV线上能够出产绝缘厚度最大为25mm的电缆。悬链线的管子长度是可变的,但总长度均在160m摆布。管内的硫化媒质是加压蒸汽或高温高压的氮气。冷却可由水或许冷却的氮气来完结。CCV线主要用来出产MV和HV电缆。
立式接连硫化(VCV)
    VCV技能中,硫化管是笔直导向的。通过操控电缆的张力维持电缆在管的基地方位。导体的馈送办法与CCV相似。
    将导体牵引到机塔顶端,该塔高度可达100m,坐落一个无穷的牵引轮的正上方,然后导体经由预热器进入到三层挤出机头。通过高温氮气加热电缆来完结硫化。
    气体加压是保证过氧化物的分化物不发生充气的微孔。VCV技能中交联管道是笔直安置的,然后保证了导体和绝缘线芯的同心度。在出产大截面(>1600mm2)导体电缆时,VCV技能十分有用,由于在坚持张力方面,不会面对和CCV技能那样的艰难。VCV线能够用来出产绝缘厚度最大约35mm的电缆。
    与CCV技能比较,VCV技能不会遭受由于重力的影响而使聚合物发生低垂或从导体滴落的结果。可是,由于昂贵的立式建设成本,VCV线要短于CCV线。VCV线通常为80~100m,而CCV线通常为140~200m。
由于同样的电缆需要一样的硫化时刻,CCV线出产速度较快。VCV线通常只用于HV和EHV电缆。同CCV出产线一样,VCV线的硫化媒质也运用高温高压的氮气。可是出产HV电缆时,由于蒸汽硫化会致使绝缘中发生水分和大量的微孔,所以氮气是首选的媒质。
长承模接连硫化(MDCV)
    在MDCV技能中,硫化管是在挤出机后水平安置的。与CCV和VCV线纷歧样的是,硫化管中不需要运用氮气来加热和硫化电缆。MDCV技能请求模具的外径等于电缆外径,因而电缆能够充满管道和模具。把聚合物加热到熔融态以及以及进行交联时,发生的热胀大构成的压力阻止了微孔的生成。
    与CCV技能比较,由于电缆被模具全部封套,MDCV技能没有下垂的疑问。可是,在聚合物熔融而没有交联时,保证导体基地方位十分主要。基地方位的坚持,能够通过对一短段电缆施加很大的张力,使电缆处于真正的水平方位而达到。这也下降了对长冷却管的需要。也能够运用特殊的高粘度聚合物。这些特殊的办法通常用于1000mm2以上的导体。MDCV仅用于出产HV和EHV电缆。
3.2 挤出-湿法交联技能
    在湿法交联技能中,选用同CCV出产线上把通过硫化的过氧化物混合物挤出到导体上的相似办法,把绝缘线芯的混合物挤出到导体上,但不必随后通过高温高压的硫化物。与之相反,挤出后当即用水冷却电缆。把电缆卷绕到线盘上后,放入到较高温度(约70~75℃)和温度的房间或许水浴中来完结交联。湿法交联只要在不存在以及有适宜的催化剂的条件下才能发生,因而它彻底没有过氧化物交联技能的热激发的预硫化等情况出现。过氧化物交联技能中,挤出泊车和过于精细的滤网都会致使焦烧。特别是用硅烷作为交联剂的聚合物。在电力电缆制作中,湿法交联的挤出机更适合运用滤网(100~200μm孔径),并且适应于泊车时没有过氧化物那种资料焦烧的危险。
3.3 硫化-概述
    在过氧化物硫化技能中,通过在钢质的硫化管内施加循环的高温、高压、通常是干燥的氮气来发生热和压力。氮气的温度量级为300℃到450℃,压力是10kg/cm2。高温致使了过氧化物反响构成交联网状构造。在60m以后,表面温度迅速下降到接近室温,可是导体温度的下降十分缓慢。高压促使交联进程中释放的气体保留在熔融态聚合物中,然后防止了发生微孔。这些微孔能发生局部放电以及使电缆绝缘功能迅速下降。在绝缘彻底固化离开CV硫化管前,都有必要坚持压力。
    湿法交联和过氧化物交联技能各有利弊。过氧化物交联需要高且长的厂房来安置交联线,还需要装备气体加热和压力设备。运用湿法交联出产电缆制作成本相对较低,由于厂房成本和能耗较低。关于出产多种纷歧样标准短段电缆厂来说,湿法交联技能出产线相对较短的长度是一个特别的长处,由于在从一种标准到另一种标准的改变进程中,所发生的废料最少。
过氧化物交联技能运用的半导电资料不能用于湿法交联技能,由于存在过氧化物交联剂。用于湿法交联的半导电料有必要当心制作,导电碳黑须细心挑选,以保证杰出的加工和交联。关于湿法交联的电缆,可剥离和粘结型绝缘屏蔽都是可行的。
    湿法交联技能与过氧化物交联技能比较的另一个可能缺点,是瞬时出产量低。由于在高温度房间内,所需停留的时刻将致使技能中啬许多工作,下降整个制作进程的速度。可是,它能够防止焦烧以及在出产中迅速改变电缆标准等诸多长处会弥补上述缺乏。电缆绝缘厚度的添加会大大添加交联时刻。在给定条件下的交联时刻是绝缘厚度平方的函数。
湿法交联完结以后,电缆绝缘层通常会存在十分少量的水分(10~120ppm)。与CCV出产线上运用高压蒸汽交联中发生的极大量水分(1000到5000ppm)比较,这是有趣的。
4 冷却
    在过氧化物交联系统中,电缆在离开压力氮气或蒸汽交联管以后还须进一步冷却。最多见的是在电缆上线盘之前,在压力条件下用活动冷水进行冷却。冷却程度由出口处导体和绝缘层的温度共同决定。通常情况下,线芯装盘之前二者的温度都要低于70℃。在某些情况下,输电用的电缆运用气体冷却,而不是用水冷却。这需要下降线速,但使水分进入绝缘层的几率减到最小。
电缆冷却有必要逐步由交联温度降到略高于室温。假如电缆降温太快,绝缘聚合物内会“断定”机械应力,这能致使电缆装置后发生绝缘收缩的疑问。
    与电缆规划有关,无论是交联技能(不充足的交联时刻)仍是冷却时刻(不充足的冷却时刻)都会约束线速,认识到这一点十分主要。处理交联和冷却约束点的遍及切实的一种办法是运用且有极高交联速率的绝缘资料和半导电屏蔽料。关于CV出产线,通过将交联和冷却约束点从5.5mm至9mm,可极大地进步出产力。
5 除气
    一切过氧化物交联的电缆都会有一些分化副产物残留在其构造中。这些副产物会影响到电缆的功能。副产物有关的疑问可能包含:
    气压会致使电缆预制附件移位变形,如弹性体终端(EPR或硅橡胶)和接头号。
    电介质损耗添加,除气技能可使高压电应力电缆的介质损耗减小到3个量级。
    气压会使金属箔护层变形,金属箔断裂或许电气触摸间断。
    掩盖出产缺点,致使将来运用中出现毛病-高压下富含气体的孔洞或许屏蔽缺点在正常例行实验条件下纷歧定会显示局部放电。
    应该注意的是:电缆绝缘芯在运用一段时刻后会将气体释出。但这种积极的作用在短期会消散,所以最好提早处理电缆副产物和除气疑问。ANSI/ICEA 649[3.7]规范中请求一切的中压电缆出产以后在厂内放置7天来天然去掉气体,然后再进行例行实验。
    输电级电缆添加的绝缘厚度,意味着天然去掉气体有必要增加高温除气工序。在室温下即便很长时刻的去掉气体也是无效的。在金属护层出产前应采纳上述办法进行除气。
    升高处理温度能够削减除气时刻。温度规模通常在50~80℃之间,最常用的即是60~70℃。在电缆的除气工序中,要极度当心保证不损害电缆线芯,这一点十分主要。实践现已表明,伴跟着的绝缘热胀大、软化,会致使“扁平电缆”或损坏外半导电屏蔽层,然后损害绝缘线芯。这些损害会直接致使例行电气实验的失败,抵消了除气技能的好处。因而,跟着电缆分量添加,除气温度通常需要适当下降。
选用副产物含量小的绝缘资料是处理副产物/除气疑问的一个十分好的办法。是最初浓度的削减使得除气的担负下降。实际上,运用以下两个等效办法能够下降这种担负:
    A) 能够下降温度,以削减绝缘线芯损害的风险,并下降能耗;
    B)根据纷歧样的电缆尺度,除气时刻能够削减25%~35%;
6 中性导体和金属屏蔽
    电缆的金属外护套和绝缘外护套通常都是在电缆芯成型后再加上去。这道工序总量和挤出/交联/冷却的进程相分离。有多种金属屏蔽的类型可运用于MV或HV电缆规划中。同心包覆圆线、扁带状金属外护套,以及铜带金属屏蔽等是多见的运用。
    在运用同心屏蔽时,有两个主要因素需要考虑到:1)同心屏蔽要严密地包在绝缘线芯周围,可是不能过紧。如果过紧,可能就会陷到绝缘线芯中而损坏电缆。虽然屏蔽有必要要能够适应绝缘线芯受热后的胀大,但如果包得过松,屏蔽线会扭结或皱起而穿透外护套。在挤出外护套时,若屏蔽太松懈,外护套会流到屏蔽下面。一切这些总量都是大家不期望发生的,有必要防止。2)在运用同心屏蔽时要挑选适宜的绞合系数(单位长度上螺旋圈数)。若每单位长度的电缆转数过多就会构成资料的浪费和金属屏蔽不必要的高阻抗。而电缆的转数过少,金属屏蔽就会让电缆在卷绕到线盘或装置运用时不能适当弯曲。某些用户指定运用纵包皱纹铜带屏蔽。纵包皱纹铜带屏蔽有一定的重叠部分,有时会在其间涂敷胶粘剂以防止水气侵入。适宜的重叠对这些屏蔽带子是十分主要的。皱纹与皱纹之间在重叠处应对齐。一切阻水带和复合资料都不能起皱或改变,否则会下降其运用作用。
    输电级电缆几乎都要有一层实体金属护套,例如焊接的皱纹铜套、挤出的皱纹铝套、售出的铅套、或许胶合的铜箔或铝箔护层。金属箔复合层有时会和圆铜线或扁铜带一同运用。当运用各种制作技能出产这些屏蔽时,最主要的因素有以下几点:
    1)当电缆弯曲时屏蔽不能开列;
    2)屏蔽要构成彻底的密封,焊接处不能出现针孔;
    3)金属屏蔽(金属箔、金属套、金属线等)和电缆绝缘屏蔽之间有必要坚持杰出的电气触摸。
7 绝缘外护套
    有许多纷歧样的混合料用于电缆绝缘外护套,这些资料能够用加压挤出或许较松地“套”到电缆上。在大多数情况下,外护套的加工独立于其他制作工序,差不多总是最终一道工序。如不考虑出产技能,外护套加工进程有三个主要的方面要注意:
    1)外护套有必要满足电缆规则的最大和最小厚度的请求;
    2)冷却办法不能构成机械应力。通常都是让电缆通过长的活动水的冷却槽来实现,水槽的水温通过细心挑选。假如护套冷却过快,可能简单发生开裂和/或收缩。这对前期的单峰HDPE和MDPE资料很主要,但对由多模态技能出产出的资料来说总量少得多。
    3) 带有绝缘外护套的电缆有必要要通过火花实验,通常在护套冷却后电缆绕到线盘之前进行该实验,这是为了断定护套上没有针孔或缺漏。在火花实验中,保证电缆的金属屏蔽接地很主要。

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