CN102855995B - 平联聚乙烯电缆及其制造设备和工艺 - Google Patents

平联聚乙烯电缆及其制造设备和工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电力器材,即一种平联聚乙烯电缆,包括导线、绝缘层和屏蔽层,其特点是:所说的绝缘层包括以下重量份材料:LDPE 95-105份、EA6 0.8-1.2份、EEA 8-12份、1010 0.08-0.12份、168 0.08-0.12份、GY 0.4-0.6份。有益效果是:定型时间短,适应以硅油为介质的平置交联管路,省略了立式交联的高楼和高塔,建设成本大幅降低。不用氮气,省略了相关设备,能耗低,无排放,无污染。硅油介质涨缩极小,设备承压低,安全可靠。硅油密度与缆线接近,缆线延伸稳定,轴线位置精确,硅油热效率高,工作温度在150℃以下即可完成交联,不会造成老化,缆线韧性好,-20℃下可以施工。实现了硫化交联共用,以平置生产线生产35kv以上高压电缆以及110kv-500kv超高压电缆,大幅提升了电缆生产的能力和水平。

Description

平联聚乙烯电缆及其制造设备和工艺
技术领域
本发明涉及一种电力器材及生产方法,即一种平联聚乙烯电缆及其制造设备和工艺,特别是一种110kv及以上的超高压平联聚乙烯电缆及其制造设备和工艺。
背景技术
聚乙烯电缆内有导线,外面包覆有绝缘层和屏蔽层。现有电缆生产过程是:各层材料经120℃热熔挤出后分层包覆到导线上,再进入以氮气为介质的管路中,在360—400℃高温下进行交联反应,使聚乙烯等高分子材料内部的线性结构变成网状结构。现有技术存在以下几个问题:一是挤出温度较高,材料会出现部分预交联。二是交联过程的温度超过材料的老化温度,造成一定的老化。三是交联完成后立即用水冷却到75℃以下,一方面,冷却水会带走大量热量,造成能量损失,同时,材料的质量也会受到不良影响,表现为电缆的抗电击穿性能较差,介电损失较高,抗拉压撕裂性能不足,在低温下易折断变形,-20℃以下不能施工。四是由于气体介质密度不均,外层屏蔽层外观粗糙,多凸起点,产品档次较低。五是采用氮气为介质,工作压力高,安全性差,且需要制氮设备,提高了成本。所用氮气一次一排,污染环境。六是材料热熔挤出成型之后,定型时间较长,导线不能平放,否则会因重力作用导线下移而造成偏心,因此现有电缆不能采用平置的生产线,只能采用竖直的生产线。35Kv以下的电缆可以采用20米高的悬链式生产线,110Kv以上的电缆必须采用120米以上的高塔式生产线,造价高达几千万元或几亿元,建厂周期达两年之久,限制了电缆生产的发展。据有关资料,随着我国经济的腾飞,电缆需求猛增,其增幅仅次于汽车,因此,解决电缆生产中的上述问题,降低成本,提高质量,减少污染,对于电缆产业发展和国民经济发展,都具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种不用竖直生产线,省却高楼高塔、不用氮气,省略制氮设备,避免氮气污染、能耗低、强度高、电性能好、便于施工、使用寿命长的高压、超高压交联聚乙烯电缆及其生产设备和工艺。
上述目的是由以下技术方案实现的:研制一种平联聚乙烯电缆,包括导线、绝缘层和屏蔽层,其特点是:所说的绝缘层包括以下重量份的材料:LDPE95—105份、EA60.8—1.2份、EEA8—12份、10100.08—0.12份、1680.08—0.12份、GY0.4—0.6份。
上述材料中加入粉煤灰漂珠0.1—0.3份或结晶成核剂HPN-20E0.1份。
所说的绝缘层是按重量份由以下材料构成:LDPE100份,EA61份,EEA10份,10100.1份,1680.1份,GY0.5份。
上述材料中加入粉煤灰漂珠0.2份或结晶成核剂HPN-20E0.1份。
所说的屏蔽层是按重量份由以下材料构成:LDPE48—52份,EVA43—47份,EEA4—6份,10100.08—0.12份,1680.08—0.12份,GY1.8—2.2份,BY1.8—2.2份,188A0.8—1.2份,导电碳黑13—17份。
上述材料中加入粉煤灰漂珠0.5—0.8份或结晶成核剂HPN-20E0.2份。
所说的屏蔽层是按重量份由以下材料构成:LDPE50份,EVA45份,EEO5份,10100.1份,1680.1份,GY2份,BY2份,188A1份,导电碳黑15份。
上述材料中加入粉煤灰漂珠0.6份或结晶成核剂HPN-20E0.2份。
所说的平联聚乙烯电缆的生产设备,包括放线架、挤出机、机头、交联管路及收线机构,其特点是:所说的交联管路是以硅油为导热介质且沿平面方向延伸的管路,交联管路长度大于120米,交联管路上设有多个电热环,交联管路后段有小于8米的冷却段。
交联管路外面设有保温层。
所说的交联管路是两头高中间低的弧状管路,其弯曲的程度与所通过的缆线的自然垂度相一致。
所说平联聚乙烯电缆的制造工艺是:所说平联聚乙烯电缆的制造工艺是:将LDPE投进入封闭式V型或鼓形低速混料机,搅混转速为15-30转/分,搅混温度60℃-80℃,搅混时间1小时;将搅混料直接用重力落料法进入锥形密闭桶,将锥形密闭桶移送到双阶造粒机第一喂料口,将抗氧化剂封闭桶移送到造粒机第二喂料口,两个电子秤在PLC控制下按比例投料,双阶造粒机设定温度为一区80℃、二区90℃、三区110℃、四区130℃、五区160℃、六区160℃、七区150℃,熔体泵将热熔料通过600目4层过滤网,推进单螺杆挤出机喂料口,在120℃下,经螺杆挤出机挤出,造粒,甩干,烘干送到料仓;将料仓送到搅混机中,将造粒料与其他材料同时加到搅混机中搅混,搅混温度60℃,搅混时间1小时,搅混完毕,利用自重重力送到渗透仓中,将渗透仓移送到渗透室,接上温度干燥管,接通渗透仓排风扇,使渗透室温度保证在60℃,渗透时间为12小时,再送到挤出机在100℃以下挤出缆线,缆线进入平置的填充硅油的交联管路,电热控制在150℃以下,行进120—130米,进入75℃以下的冷却段,冷却后经洁油器清除表面硅油,经拉线机送到收线机卷入线轴。
本发明的有益效果是:挤出的缆线快速定型,适应以硅油为介质的平置交联管路,省略了立式交联的高楼和高塔,建设成本大幅降低。不用氮气,省略了相关设备,能耗低,无排放,无污染。硅油介质涨缩极小,设备承压低,安全可靠。硅油密度与缆线接近,缆线延伸稳定,轴线位置精确,硅油热效率高,工作温度在150℃以下即可完成交联,不会造成老化,缆线韧性好,-20℃下可以施工。实现了硫化交联共用,以平置生产线生产35kv以上高压电缆以及110kv—500kv超高压电缆,大幅提升了电缆生产的能力和水平。
附图说明
图1是第一种实施例的主视图;
图2是第一种实施例的俯视图;
图3是第一种实施例的部件加热管路的局部放大剖视图;
图4是第三种实施例的主视图。
图中可见:放线架1,导线2,挤出机3,机头4,交联管路5,缆线处理箱6,缆线7,拉线机8,绕线机9,地面10,钢管11,电热环12,硅油13,保温层14。
具体实施方式
第一种实施例:绝缘层材料:LDPE95—105份、EA60.8—1.2份、EEA8—12份、10100.08—0.12份、1680.08—0.12份、GY0.4—0.6份。实际操作中,要求尽量取中间值,即LDPE100份,EA61份,EEA10份,10100.1份,1680.1份,GY0.5份。
屏蔽层材料:LDPE48—52份,EVA43—47份,EEA4—6份,10100.08—0.12份,1680.08—0.12份,GY1.8—2.2份,BY1.8—2.2份,174A0.8—1.2份,导电碳黑13—17份。实际操作中,要求尽量取中间值,即优选LDPE50份,EVA45份,EEA5份,10100.1份,1680.1份,GY2份,BY2份,174A1份,导电碳黑15份。
其中:LDPE是低密度聚乙烯,EA6是环氧丙烯酸酯,EEA是乙烯-丙烯酸乙酯共聚物,1010是尼龙树脂,168是抗氧剂,GY是氨基改性有机硅油,EVA柔软剂醋酸乙烯酯,BY是阻燃剂,174A是硅烷偶联剂,JYS2是分散剂。具体工艺如下:
一、挤出设备和工艺
1.生产车间空气净化为1000级。LDPE进入封闭式V型或鼓形低速混料机。搅混条件转速为15-30转/分,搅混温度60℃-80℃,搅混时间1小时。密闭,将搅混料直接用重力落料法进入锥形密闭桶。
2.造粒,将锥形密闭桶移送到双阶造粒机第一喂料口,上面配有失重式电子秤,将抗氧化剂封闭桶移送到造粒机第二喂料口,在PLC控制下由两个电子秤称重投料。双阶造粒机设定温度为一区80℃、二区90℃、三区110℃、四区130℃、五区160℃、六区160℃、七区150℃,其中一区温度设定在加热,但不溶解,以保证进料顺畅。五区六区高温,保证抗氧化剂融化扩散,保证个别乙烯结晶度高的分子融化并扩散。七区低温,料易推出熔体泵。将热熔料送到600目4层过滤网中,熔体泵介入使出料均匀通过600目网,滤掉50微米以上杂质,保证了原材料的电性能、力学性能。经过滤的原材料被推进单螺杆挤出机喂料口中,设定温度为120℃,经单螺杆挤出机挤出,水环造粒,离心甩干,沸腾床去水,烘干送到锥形不锈钢料仓。
3.渗透处理:将造粒料锥形仓送到鼓形搅混机中,将造粒料和其他材料同时加到鼓形搅混机中,在温度60℃下搅混1小时。搅混完毕,利用自重送到锥形渗透仓中,将锥形渗透仓移送到渗透室,接上温度干燥管,接通渗透仓排风扇,使渗透室温度保证在60℃,渗透时间为12小时,主要是使交联剂和各种助剂均匀地渗透到PE料中间。
4.挤出,将渗透仓的物料送到挤出机中,在100℃以下挤出,形成缆线。
二、交联设备和工艺
交联设备是以硅油为加热介质的平置生产线。如图1、2所示,这种电缆生产线的前端有支撑和输送导线2的导线架1、有热熔并挤出包裹层材料的挤出机3、有完成包裹层与导线包裹成型的机头4、有交联管路5,在生产线的后端有拉线机8、绕线机9。上述设备都可采用现有设备,因而没有详细介绍设备的具体结构,其附图主要起到示意图的作用。与现有技术不同的是,上述设备都是安装在地面10上面,交联管路5的长度超过130米,也是沿水平方向安装的。当然,按水平方向安装不等于装在一个水平面上,可能有倾斜或者弯曲。这里所说的地面10可以是地面,也可以是其他平置的台面。
工作时,生产线后段的拉线机7的牵引线穿过交联管路5和机头4拉结在导线前端,导线1被牵拉穿过机头4,各种包裹层的材料进入挤出机3,经加热呈熔融状态挤入机头4,包裹在导线1的外面,形成缆线7。缆线7成型后进入交联管路5。结合图3可见,交联管路5的主体是一支钢管11,钢管11是装有多个电热环12,钢管11里面填充硅油13,钢管11外面包覆有保温层14,缆线7从硅油13当中通过。电热环12与电热控制装置相联系,根据各段的温度需要提供电能。由于硅油热涨缩率极低,基本上处于静态,热效率很高,加热到150℃就能完成缆线的硫化或交联。在管路5的末端设有缆线处理箱6,里面设有管路密封装置和硅油擦拭回收装置,洁净的缆线7脱离加热管路11后通过拉线机8再盘绕在终端的绕线机7上,即为成品。
这种沿地面安装的电缆生产线其造价仅是悬链式生产线的20%左右,是高塔式生产线的3—5%,建设周期大幅缩短。聚乙烯经挤出机挤出后,迅速凝固并且直接进入硅油中,硅油和聚乙烯的密度非常接近,缆线居中行进,比较平稳,熔融的聚乙烯就不会受重力影响成梨状结构,也就不会偏心。
此外,硅油代替氮气,可以省略制氮设备、悬偏控制器、平衡器等,可以避免氮气排放的污染。硅油增温后的涨缩率极低,压力变化很小,可以进一步降低设备成本。由于硅油升温时状态稳定,传热效果好,所以,工作温度降低到150℃,节约了大量热能。聚乙烯材料的老化温度在150℃以上,硅油介质不会对材料造成伤害。挤出温度从原来120℃下降到100℃,防止了予交联,也使结晶度更趋于一致。在屏蔽料中加入助剂氨基改性有机硅油GY,加之硅油密度均匀,无气泡,使屏蔽料外观光亮,无凸起现象。由于配方合理,交联温度从原来360℃下降到135℃,材料不会老化,材料力学性能、绝缘性能和抗水树电树性能得到进一步提高。通过低温挤出、低温交联,形成了碳碳键和离子键为中心搭建而成的离子键和碳碳键的共价结合。
2010年以来,进行多次对比实验,取其平均值如下表:
110KV交联聚乙烯电缆性能指标对照表
第二种实施例:绝缘层材料:LDPE6—10份、EA60.8—1.2份、EEO8—12份、10100.08—0.12份、1680.08—0.12份、GY0.4—0.6份、粉煤灰漂珠0.1—0.3份。实际操作中,要求尽量取中间值,即LDPE8份,EA61份,EEA10份,10100.1份,1680.1份,GY0.5份、粉煤灰漂珠0.2份。
屏蔽层材料:LDPE48—52份,EVA43—47份,EEA4—6份,10100.08—0.12份,1680.08—0.12份,GY1.8—2.2份,BY1.8—2.2份,174A0.8—1.2份,导电碳黑13—17份、粉煤灰漂珠0.6份。实际操作中,要求尽量取中间值,即优选LDPE50份,EVA45份,EEA5份,10100.1份,1680.1份,GY2份,BY2份,174A1份,导电碳黑15份、粉煤灰漂珠0.6份。
可见,与前例的主要不同就是加入粉煤灰漂珠,推荐采用电厂粉煤灰所制取粒径20微米以下的漂珠,其他工艺过程与前例相同。实验证明:加入粉煤灰漂珠后材料挤出时的坚实度显著提高,缩短了定型时间。缆线进入平置生产线的交联管路后,行进速度可适当提高,以110kv35mm2的三层共挤电缆生产为例,缆线行进上限速度比不加漂珠的提高0.3米/分以上,达到16.3米/分,导线偏心度仍然合格。在粉煤灰漂珠缺乏的情况下,绝缘层可采用结晶成核剂SLTC0.1份替代,屏蔽层可采用或结晶成核剂HPN-20E0.2份替代,效果相同。HPN-20E是美利肯公司开发的新型塑料添加剂Hyperform,可显著提高聚乙烯的抗撕裂性能和抗冲击性能,聚乙烯硬度得到提高。
第三种实施例如图4所示,这种平置生产线的交联管路5呈弯曲状,其弯曲的程度与缆线7的自然垂度相一致,一般来说,120—140米长的管路中间下垂0.5—1米,可以与缆线的形状相符合,可以减少缆线与管壁的摩擦,便于缆线7的通行。当然,由于硅油受热后涨缩极小,管路内压力很小,因而可以采用管路内壁光洁度较高不锈钢管,加之硅油的润滑作用,即使缆线与交联管路内壁有摩擦,也不会损伤缆线的表面。

Claims (10)

1.一种平联聚乙烯电缆,包括导线、绝缘层和屏蔽层,其特点是:所说的绝缘层包括以下重量份材料:LDPE 95—105份、EA6 0.8—1.2份、EEA 8—12份、1010 0.08—0.12份、168 0.08—0.12份、GY 0.4—0.6份;所说的屏蔽层包括以下重量份材料:LDPE 48—52份,EVA 43—47份,EEO 4—6份,1010 0.08—0.12份,168 0.08—0.12份,GY 1.8—2.2份,BY 1.8—2.2份,188A 0.8—1.2份,导电碳黑13—17份。 
2.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的绝缘层还包括粉煤灰漂珠0.1—0.3份或结晶成核剂HPN20E 0.1份。 
3.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的绝缘层包括以下重量份材料:LDPE 100份,EA6 1份,EEA 10份,1010 0.1份,168 0.1份,GY 0.5份。 
4.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的绝缘层还包括粉煤灰漂珠0.2份或结晶成核剂HPN20E 0.1份。 
5.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的屏蔽层还包括粉煤灰漂珠0.5—0.8份或结晶成核剂HPN20E 0.2份。 
6.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的屏蔽层包括以下重量份材料:LDPE 50份,EVA 45份,EEO 5份,1010 0.1份,168 0.1份,GY 2份,BY 2份,188A 1份,导电碳黑15份。 
7.根据权利要求6所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的屏蔽层还包括粉煤灰漂珠0.6份或结晶成核剂HPN-20E 0.2份。 
8.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的平联聚乙烯电缆的生产设备,包括放线架(1)、挤出机(3)、机头(4)、交联管路(5)及收线机构,其特点是:所说的交联管路(5)是以硅油(13)为导热介质且沿水平方向延伸的管路,交联管路(5)长度大于120米,交联管路(5)上设有多个电热环(12),交联管路(5)后段有小于8米的冷却段,交联管路(5)外面设有保温层(14)。 
9.根据权利要求8所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说的交联管路 (5)是两头高中间低的弧状管路,其弯曲的程度与所通过的缆线(7)的自然垂度相一致。 
10.根据权利要求1所述的平联聚乙烯电缆,其特征在于:所说平联聚乙烯电缆的制造工艺是:将LDPE投进入封闭式V型或鼓形低速混料机,搅混转速为15-30转/分,搅混温度60℃-80℃,搅混时间1小时;将搅混料直接用重力落料法进入锥形密闭桶,将锥形密闭桶移送到双阶造粒机第一喂料口,将抗氧化剂封闭桶移送到造粒机第二喂料口,两个电子秤在PLC控制下按比例投料,双阶造粒机设定温度为一区80℃、二区90℃、三区110℃、四区130℃、五区160℃、六区160℃、七区150℃,熔体泵将热熔料通过600目4层过滤网,推进单螺杆挤出机喂料口,在120℃下,经螺杆挤出机挤出,造粒,甩干,烘干送到料仓;将料仓送到搅混机中,将造粒料与其他材料同时加到搅混机中搅混,搅混温度60℃,搅混时间1小时,搅混完毕,利用自重重力送到渗透仓中,将渗透仓移送到渗透室,接上温度干燥管,接通渗透仓排风扇,使渗透室温度保证在60℃,渗透时间为12小时,再送到挤出机在100℃以下挤出缆线,缆线进入平置的填充硅油的交联管路,电热控制在150℃以下,行进120—130米,进入75℃以下的冷却段,冷却后经洁油器清除表面硅油,经拉线机送到收线机卷入线轴。 
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