CN110328828B - 交联型eva复合半导电应力控制锥及制作方法 - Google Patents

交联型eva复合半导电应力控制锥及制作方法 Download PDF

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Abstract

交联型EVA复合半导电应力控制锥制作方法，包括选取交联型EVA复合半导电材料为控制锥材料；将交联型EVA复合半导电颗粒料装入储料装置中，对控制锥成型装置进行预热至100℃‑105℃并保持控温；将挤塑机预热至110℃时启动挤塑机并使储料装置中的交联型EVA复合半导电颗粒料进入挤塑机中，颗粒在挤塑机作用下形成熔融状的胶料进入控制锥成型装置；对控制锥成型装置分三个梯度进行升温，分别为加热至115℃时保持12‑15min，加热至125℃时保持12‑15min，加热至135℃时保持30‑40min后停止加热，然后自然冷却至40℃以下。还提供了采用给上述方法制作的控制锥。通过本发明能够解决界面局部放电的隐患及交联型EVA复合半导电材料与电缆外半导电层和主绝缘层接枝交联难等难题。

Description

交联型EVA复合半导电应力控制锥及制作方法
技术领域
本发明涉及一种电力电缆输电系统领域的电缆附件，更具体地，涉及交联型EVA复合半导电应力控制锥及制作方法。
背景技术
随着城市电网改造工程的进行，电力电缆代替架空线路已成为一种趋势，电力电缆具有绝缘性能好、传输容量大、结构轻便、不受高度落差限制等优点，占据了输电应用领域的绝对优势地位。
电力电缆广泛应用同时也存在着问题，由于电缆屏蔽层断开，电场分布发生畸变，并且电缆附件处电场分布畸变要比接头中的电场畸变严重，因此电场在该处不但有径向分量，而且出现轴向分量，使得绝缘较薄弱的界面上承受较高的场强，在电缆屏蔽断开处的场强最集中。
目前，改善电缆屏蔽断口处场强集中的方法多是采用几何结构法，几何结构法是通过半导电硅橡胶或者三元乙丙橡胶材料制成的锥体来强迫电场分布均匀。
然而，采用三元乙丙半导电橡胶制作几何锥体，其在混练过程中有多种添加剂加入，材料粘度高，成型工艺性差，制作工艺复杂，加工时需要的成型设备压力大，体积庞大，产品制作成本高；并且由于三元乙丙橡胶有较高的硬度，与电缆的配合性差，造成产品的安装困难和产品故障率的增加。
而采用半导电硅橡胶制作几何锥体，其主要采用液态AB组分按照1:1的比例通过注射机注入模具中，加热硫化成型，对注射机精度要求非常高，AB组分比例要求比较严格，生产成本较高，且液态半导电硅橡胶由于硬度在邵氏A40左右，模具成型的半导电硅橡胶锥体比较柔软，造成锥体合模线比较难打磨，打磨浅了造成合模线上场强畸变，打磨深了造成凹陷比较严重也会造成场强畸变，容易出现运行故障。
同时，两种橡胶材料制成的锥体都和电缆原材料不一样，套装在电缆屏蔽断口处不能与电缆材料相融，会产生活动界面，在安装过程中会将水分、杂质或导电颗粒带入到界面中，电缆运行后再电场和热场的作用下，界面中的水分、杂质或导电颗粒会不断发生放电形成水树枝或电树枝，最终发生击穿事故，给供电系统带来严重的安全隐患。
此外，两种橡胶制成的锥体，由于材料的特性，套装到电缆上由于扩径造成橡胶锥体压缩变形，因设计锥体的结构是理论计算不变形的情况设计，那么，没有考虑实际运行橡胶锥体压缩变形导致锥体结构曲线发生变化，会导致锥体控制电缆屏蔽断口场强不理想；由于电缆尺寸有偏差，不同截面有不同的尺寸，橡胶锥体压缩变形后的结构曲线很难计算或很难实测，设计人员只能理论设计或加大结构尺寸裕度来弥补，给电网留下安全隐患。
最后，几何结构法采用硅橡胶或乙丙橡胶在工厂预制成型锥体结构，现场通过套装在电缆屏蔽层断开处，由于橡胶应力锥是弹性体，扩径套装电缆上会造成原有应力锥曲线变形无法了解其运行状态，且此种橡胶应力锥与电缆不同材料，对于界面处承受较高的轴向分量电场智能通过加长界面长度以及界面压力来控制，大大增加生产成本以及现场安装成本，也随着橡胶应力锥弹性疲劳导致界面压力减小，对后期运行带来隐患。
发明内容
为解决上述至少一个问题，本发明的目的在于提供一种500kV及以下交联型EVA复合半导电应力控制锥及制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种500kV及以下交联型EVA复合半导电应力控制锥作方法，包括以下步骤：
S100：选取交联型EVA复合半导电材料作为应力控制锥的材料；
S200：将交联型EVA复合半导电颗粒料装入储料装置中，对应力控制锥成型装置进行预热至100℃-105℃并保持控温；
S300：将挤塑机预热至110℃左右时启动挤塑机并使储料装置中的交联型EVA复合半导电颗粒料进入挤塑机中，所述颗粒在挤塑机作用下形成熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置；
S400：制作半交联状态的应力控制锥，对应力控制锥成型装置分三个梯度进行升温，分别为加热至115℃左右时保持12-15min，然后加热至125℃左右时保持12-15min，最后加热至135℃左右时保持30-40min后停止加热，随后自然冷却至40℃以下时，拆开应力控制锥成型装置取出半交联状态的应力控制锥。
优选的，所述交联型EVA复合半导电材料主要由EVA树脂、炭黑、交联剂、润滑剂、抗氧剂组成。
优选的，在步骤S200前还包括：确定应力控制锥的形状结构，选择所述应力控制锥为同心喇叭口状锥体，并设置有与电缆外屏蔽层、主绝缘层表面搭接的直线段以及均匀外屏蔽层断口处场强的弧度段，所述弧度段包括依次相切连接且弧度大小不同的第一弧度段、第二弧度段和第三弧度段。
优选的，所述应力控制锥体的厚度为2-15mm。
优选的，所述步骤S300中，所述颗粒在挤塑机作用下形成熔融状的胶料经过机头压缩装置进入应力控制锥成型装置。
优选的，所述储料装置为储料斗，所述储料斗出料口设置有放料阀，所述挤塑机为
Figure BDA0002124553690000042
或
Figure BDA0002124553690000041
单螺杆挤塑机；
优选的，在所述步骤S300中，熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置后，当出胶口溢胶时关掉挤塑机和/或放料阀。
优选的，上述加热或预热均采用电阻加热的方式。
优选的，还包括步骤S500：验证所述应力控制锥对于电缆外屏蔽层断口处均匀场强的效果，通过计算机有限元分析应力控制锥的场强分布。
一种应力控制锥，采用如上述制作方法制作而成。
本发明的技术方案包括但不限于以下技术效果：
1)本发明采用与电缆屏蔽料相近的交联型EVA复合半导电材料，解决了现有应力锥与电缆外屏蔽层和绝缘层之间存在界面产生局部放电的隐患，也实现设计的形状和运行的形状一致，也解决了橡胶制成的锥体易变形，无法了解其运行状态的缺陷，确保交联型EVA复合半导电应力控制锥处场强得到有效的控制；
2)本发明通过阶梯式加热及其加热温度值的控制，能够将交联型EVA复合半导电材料预制成半交联型的应力控制锥，采用半交联状态的应力控制锥体能够与电缆外屏蔽层和绝缘层更好的熔融结合，解决了交联型EVA复合半导电材料与电缆外半导电层和主绝缘层接枝交联难，无法保证界面融合无间隙难题；
3)采用有限元分析计算，大大提高应力控制锥的设计准确性。
附图说明
图1是本发明的应力控制锥装在电缆上结构示意图；
图2是本发明制作应力控制锥的主要装置原理图；
图3是本发明验证交联型EVA复合半导电应力控制锥内部电场分布云图。
其中，1、电缆线芯；2、电缆导体屏蔽层；3、主绝缘层；4、第三弧度段；5、第二弧度段；6、应力控制锥；7、第一弧度段；8、电缆外屏蔽层；9、直线段；10、应力控制锥成型装置；11、机头压缩装置；12、挤塑机；13、储料装置；14、放料阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种500kV及以下交联型EVA复合半导电应力控制锥作方法，包括以下步骤：
S100：选取交联型EVA复合半导电材料作为应力控制锥6的材料，采用与电缆屏蔽料相近的交联型EVA复合半导电材料，解决了现有应力锥与电缆外屏蔽层和绝缘层之间存在界面产生局部放电的隐患，也实现设计的形状和运行的形状一致，也解决了橡胶制成的锥体易变形，无法了解其运行状态的缺陷，确保交联型EVA复合半导电应力控制锥处场强得到有效的控制；
S200：将交联型EVA复合半导电颗粒料装入储料装置13中，对应力控制锥成型装置10进行预热至100℃-105℃并保持控温；
S300：将挤塑机12预热至110℃(左右)时启动挤塑机12并使储料装置13中的交联型EVA复合半导电颗粒料进入挤塑机12中，所述颗粒在挤塑机12作用下形成熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置10(图2)；
S400：制作半交联状态的应力控制锥6，对应力控制锥成型装置10分三个梯度进行升温，分别为加热至115℃(左右)时保持12-15min，然后加热至125℃(左右)时保持12-15min，最后加热至135℃(左右)时保持30-40min后停止加热，随后自然冷却至40℃以下时，拆开应力控制锥成型装置10取出半交联状态的应力控制锥6。通过阶梯式加热及其加热温度值的控制，能够将交联型EVA复合半导电材料预制成半交联型的应力控制锥，采用半交联状态的应力控制锥体能够与电缆外屏蔽层和绝缘层更好的熔融结合，解决了交联型EVA复合半导电材料与电缆外半导电层和主绝缘层接枝交联难，无法保证界面融合无间隙难题；如果阶梯式加热的温度低于上述值会使得交联型EVA复合半导电材料无法完成交联，这样对于应力控制锥装到电缆上进行二次加热时会产生形变无法达到预期效果，如果设置高于上述值，会造成交联完全，材料由线性转化为网状结构分子链很难打开再进行接枝交联，那么应力控制锥装到电缆上二次加热无法实现与原电缆熔融结合。本发明的上述阶梯式加热及其温度的控制，既能实现二次加热不变形又能完成应力控制锥与原电缆的外半导电层和绝缘层的熔融结合，且断裂伸长率的检测可以达到450％以上，完全满足国标的要求。
优选的，所述交联型EVA复合半导电材料主要由EVA树脂、炭黑、交联剂、润滑剂、抗氧剂组成。交联后的EVA复合半导电材料具有邵氏硬度85±3A，抗拉强度≥6MPa，断裂伸长率≥200％，体积电阻率＜100Ω·cm。EVA复合半导电材料与电缆的屏蔽材料特性一致，并且EVA材料中的交联剂在给定温度、时间、压力条件下引发，分解成化学活性很高的游离基，夺取EVA分子中的氢原子，使EVA主链的某些碳原子转变为活性游离基，并与原电缆外半导电层和绝缘层大分子链结合，促使应力控制锥与原电缆外半导电层和绝缘层熔融结合为一体。
优选的，在步骤S200前还包括：确定应力控制锥6的形状结构(例如可以在步骤S100之前或之后)，选择所述应力控制锥6为同心喇叭口状锥体，并设置有与电缆外屏蔽层8、主绝缘层3表面搭接的直线段9以及均匀外屏蔽层8断口处场强的弧度段，所述弧度段包括依次相切连接且弧度大小不同的第一弧度段7、第二弧度段5和第三弧度段4(图1)。不同弧度大小相切连接的弧度段的设定能够适用不同的电压等级。
优选的，所述应力控制锥体6的厚度为2-15mm。
优选的，所述步骤S300中，所述颗粒在挤塑机12作用下形成熔融状的胶料经过机头压缩装置11进入应力控制锥成型装置10。
优选的，所述储料装置13为储料斗，所述储料斗13出料口设置有放料阀14，所述挤塑机12为
Figure BDA0002124553690000081
或
Figure BDA0002124553690000082
单螺杆挤塑机；
优选的，在所述步骤S300中，熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置10后，当出胶口溢胶时关掉挤塑机12和/或放料阀14。
优选的，上述加热或预热均采用电阻加热的方式。
优选的，还包括步骤S500：验证所述应力控制锥6对于电缆外屏蔽层8断口处均匀场强的效果，通过计算机有限元分析应力控制锥6的场强分布。例如，选取18/30kV电缆来进行应力控制锥6均匀电场的效果，电缆导体屏蔽层电势U0的值为18kV，电缆绝缘厚度为8mm，电缆绝缘和应力控制锥增厚绝缘材料的相对介电常数为2.3，柔性应力控制锥半导电材料的相对介电常数选取为100，电缆导体截面选取185mm2即电缆导体屏蔽层半径为9mm；建立初步仿真模型分析应力控制锥曲线上的电场、应力控制锥增厚绝缘表面电场及电缆主绝缘和应力控制锥增厚绝缘界面电场分布情况。如图3所示，通过计算机仿真可以看出采用本方案制作的应力控制锥内部电场分布比较均匀，应力控制锥上的场强最大值为2.3kVmm，电缆导体屏蔽层表面的电场达到3.2kV/mm，所以此结构的应力控制锥满足电缆运行条件。
一种应力控制锥，采用如上述制作方法制作而成。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种交联型EVA复合半导电应力控制锥制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：选取交联型EVA复合半导电材料作为应力控制锥的材料；
S200：将交联型EVA复合半导电颗粒料装入储料装置中，对应力控制锥成型装置进行预热至100℃-105℃并保持控温；
S300：将挤塑机预热至110℃左右时启动挤塑机并使储料装置中的交联型EVA复合半导电颗粒料进入挤塑机中，所述颗粒在挤塑机作用下形成熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置；
S400：制作半交联状态的应力控制锥，对应力控制锥成型装置分三个梯度进行升温，分别为加热至115℃左右时保持12-15min，然后加热至125℃左右时保持12-15min，最后加热至135℃左右时保持30-40min后停止加热，随后自然冷却至40℃以下时，拆开应力控制锥成型装置取出半交联状态的应力控制锥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联型EVA复合半导电材料主要由EVA树脂、炭黑、交联剂、润滑剂、抗氧剂组成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S200前还包括：确定应力控制锥的形状结构，选择所述应力控制锥为同心喇叭口状锥体，并设置有与电缆外屏蔽层、主绝缘层表面搭接的直线段以及均匀外屏蔽层断口处场强的弧度段，所述弧度段包括依次相切连接且弧度大小不同的第一弧度段、第二弧度段和第三弧度段。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力控制锥体的厚度为2-15mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S300中，所述颗粒在挤塑机作用下形成熔融状的胶料经过机头压缩装置进入应力控制锥成型装置。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储料装置为储料斗，所述储料斗出料口设置有放料阀，所述挤塑机为
Figure FDA0002313946100000021
或
Figure FDA0002313946100000022
单螺杆挤塑机。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤S300中，熔融状的胶料进入应力控制锥成型装置后，当出胶口溢胶时关掉挤塑机和/或放料阀。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热或预热均采用电阻加热的方式。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S500：验证所述应力控制锥对于电缆外屏蔽层断口处均匀场强的效果，通过计算机有限元分析应力控制锥的场强分布。
10.一种应力控制锥，其特征在于，采用如权利要求1-9任一制作方法制作而成。
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