CN112234532A - 一种聚丙烯220kV模塑电缆接头及制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚丙烯220kV模塑电缆接头及制作方法，去除待连接两个电缆的一端的外护套和金属套，保留阻水缓冲带；将电缆的外半导电层、绝缘层与内半导电层进行预处理；将位于同一水平面上的两个电缆的导体采用放热焊接技术进行连接；在焊接位置处设置内半导电层；在内半导电层处采用聚丙烯绝缘料形成绝缘层；在绝缘层上采用半导电料形成外半导电层。本发明的模塑接头制作方法操作方便，所制成的中间接头与电缆形成一体结构，可解决电缆与中间接头之间因材料不同而产生的活动界面导致绝缘层局部电场畸变而引起的电缆中间接头的击穿问题。

Description

一种聚丙烯220kV模塑电缆接头及制作方法
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，尤其涉及一种聚丙烯220kV模塑电缆接头及制作方法。
背景技术
电力电缆作为重要的电力设备，是输配电系统的重要组成部分。其中，电缆中间接头作为电缆附件中使用量最大的元件，是电缆线路中电气绝缘性能和力学性能的薄弱环节，是提高电缆线路运行安全可靠性的关键点。
目前高压电缆一般采用交联聚乙烯(XLPE)作为绝缘料，然而其存在一定的问题：1)交联工艺设备占据空间大，生产效率低，能耗大，设备投入和能源损失大；2)XLPE具有热固性材料的特征，废料很难通过回收实现再利用。聚丙烯(polypropylene,PP)作为一种热塑性塑料，价格便宜，具有较高的机械强度、良好的加工性和电绝缘性能，且最重要的是可回收再利用，符合如今的低碳环保材料要求。因此近年来，聚丙烯被认为有可能用作热塑性电力电缆绝缘的基础材料。
现有的交联聚乙烯电缆接头同时也存在一定的问题，除了不能回收再循环利用外，交联过程和脱气过程也造成电缆接头生产时间、成本远高于热塑性绝缘电缆接头。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种环境友好、非交联型的聚丙烯220kV模塑电缆接头及制作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，包括以下步骤：
步骤a.去除待连接两个电缆的一端的外护套和金属套，保留阻水缓冲带；
步骤b.将电缆的外半导电层、绝缘层与内半导电层进行预处理；
步骤c.将位于同一水平面上的两个电缆的导体采用放热焊接技术进行连接；
步骤d.在焊接位置处设置内半导电层；在内半导电层处采用聚丙烯绝缘料形成绝缘层；在绝缘层上采用半导电料形成外半导电层。
本发明进一步的改进在于，步骤b的具体过程为：将外半导电层断口处设置坡口；去除电缆绝缘层，露出绝缘本体；开剥出导体线芯，保留内半导电层。
本发明进一步的改进在于，露出的绝缘本体的长度为60mm-180mm，坡口长度为80mm-200mm，内半导电层的长度为40mm-160mm。
本发明进一步的改进在于，步骤c中在焊接位置处设置内半导电层的具体过程如下：
用半导电布缠绕导体线芯的焊接位置，在导体线芯的焊接位置处安装内半导电层成型模具，当预热内半导电层成型模具至半导电料熔融温度时，向内半导电层成型模具内注入与电缆的内半导电层相同材质的熔融状的半导电料，进行升温，使得电缆内半导电层与注入的半导电料熔融，形成内半导电层。
本发明进一步的改进在于，步骤c中在内半导电层处采用聚丙烯绝缘料形成绝缘层的具体过程如下：在内半导电层处安装绝缘层成型模具，当预热绝缘层成型模具至聚丙烯熔融温度时，向绝缘层成型模具的腔内注入与主绝缘层相同材质的熔融状的聚丙烯绝缘料，进行升温，以使得注入的聚丙烯绝缘料与电缆的主绝缘层的断面及凝固后的内半导电料熔融，降温，形成绝缘层。
本发明进一步的改进在于，升温时，以10℃/min的升温速率升温到180℃-200℃。
本发明进一步的改进在于，降温的具体条件为：先以5℃/min的速率降温到110℃-130℃后保温10min-20min，之后自然冷却。
本发明进一步的改进在于，步骤d中，在绝缘层上采用半导电料形成外半导电层的具体过程如下：在绝缘层上安装外半导电料成型模具，当预热外半导电料成型模具至半导电料熔融温度时，向外半导电料成型模具内注入与电缆的外半导电层相同材质的熔融状的半导电料，然后进行升温使得注入的半导电料与原电缆外半导电层、以及凝固的绝缘料熔融，形成外半导电层。
一种根据上述的方法制备的聚丙烯220kV模塑电缆接头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中通过采用放热焊接技术将两个电缆的导体进行连接，由于两个电缆中的导体等径、低电阻、高强度、持久可靠的电气连接，导体焊接点永不老化，且可经受起故障电流冲击和长期大电流运行。相比于现有的交联聚乙烯绝缘接头，本发明的制作工艺中无需交联，具有可塑化再利用、简化加工工艺以及增加生产速率的优势。接头绝缘层采用了模塑式绝缘恢复，用与电缆绝缘相同的聚丙烯材料恢复可以使模塑绝缘与电缆绝缘熔融无气隙结合，两者形成同一本征特性的绝缘本体，绝缘强度与原电缆一致，相比于预制型接头具有更高的电气绝缘和运行稳定的耐久性能。本发明采用一种无装配界面挤出模注式接头的结构，有效改善接头处的电场分布，抑制界面空间电荷的积聚。本发明的模塑接头制作方法操作方便，所制成的中间接头与电缆形成一体结构，可解决电缆与中间接头之间因材料不同而产生的活动界面导致绝缘层局部电场畸变而引起的电缆中间接头的击穿问题。
进一步的，用于制造电缆相同的绝缘材料在本体绝缘层上模注重塑增强绝缘层，从而消除绝缘之间的界面，实现接头与电缆本体形成连续、等效匹配的电场屏蔽体，从根本上改善界面空间电荷的积聚状态。
进一步的，本发明的接头绝缘层采用的是与聚丙烯绝缘电缆材料相同的热塑性聚丙烯材料，聚丙烯材料具有绿色环保可回收的优点。
附图说明
图1是本发明电缆接头结构示意图。
图中各部件名称如下：1为导体，2为内半导电层，3为绝缘层，4为外半导电层，5为导体焊接点，6为电缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行完整、清晰的描述。
参见图1，本发明中的聚丙烯220kV模塑电缆接头，主要部分由内到外包括导体1线芯、内半导电层2、绝缘层3和外半导电层4；本发明的结构要点在于接头部分的绝缘料为与电缆料相同的聚丙烯热塑性材料，该热塑性材料采用70EPC/30iPP-0.09WBG，其中，按质量百分比计，30％的等规均聚聚丙烯(iPP)，为T30S，大庆石化；质量百分数70％的乙烯–丙烯嵌段共聚聚丙烯(EPC)，为K8303，燕山石化。
本发明主要包括以下步骤：
步骤a.去除待连接两个电缆6的一端的外护套和金属套，保留阻水缓冲带；
步骤b.电缆预处理：
处理外半导电层：外半导电层4断口与电缆轴线垂直、平整，外半导电层断口处用刀削出坡口，长度约80mm-200mm，用砂纸将坡口打磨至平滑。
处理绝缘层：削去绝缘层，露出绝缘本体，绝缘本体的长度约60mm-180mm，再将绝缘层3断口剥削成铅笔头形状，即平滑过渡的斜坡状，铅笔头形状的长度宜控制在20mm-40mm之间，用不同规格的砂纸将电缆绝缘层表面打磨平整光滑，不得带有划痕和导电颗粒等缺陷。绝缘层3表面和外半导电层4要精细打磨，绝缘层3和外半导电层4过渡要平顺。
处理内半导电层：开剥出导体1线芯，保留约40mm-160mm的内半导电层2。
步骤c.导体1恢复：导体1尺寸核定、对中，使两个电缆左右、上下平行在同一水平面上，支撑牢固不走位、不晃动，两端电缆同心轴相差不能大于0.2mm。将两个电缆的导体1采用放热焊接技术进行连接，该技术的优势在于两个电缆中的导体等径、低电阻、高强度、持久可靠的电气连接，导体焊接点5永不老化，且可经受起故障电流冲击和长期大电流运行。铜芯熔接，修复处电缆可弯曲、无需担心电缆拖动造成影响。焊接后对表面进行精细打磨，确保外径一致、无松散、表面无毛刺及尖角；用电缆清洁纸将导体表面清洗干净并烘干，形成导体1。
步骤d.内半导电层2恢复：用半导电布缠绕导体线芯的焊接位置，在导体线芯的焊接位置处安装内半导电层成型模具，当预热内半导电层成型模具至能够使半导电料熔融温度时，向内半导电层成型模具内注入与电缆的内半导电层相同材质的熔融状的半导电料，进行升温，以使得电缆内半导电层与注入的半导电料之间相互熔融，待温度冷却后拆除内半导电层成型模具，打磨凝固后的半导电料表面至与原电缆的内半导电层一致，形成内半导电层2。
步骤e.绝缘层恢复：精准定位待接续电缆后，在导体线芯的焊接位置处安装绝缘层成型模具。当预热绝缘层成型模具至能够使聚丙烯熔融温度时，向绝缘层成型模具的腔内注入与主绝缘层相同材质的熔融状的聚丙烯绝缘料，进行升温，以使得注入的聚丙烯绝缘料与电缆的主绝缘层的断面及凝固后的内半导电料之间相互熔融成一绝缘整体。待温度冷却后拆除绝缘料成型模具，之后分别用细砂纸、极细砂纸沿着绝缘层表面做环向打磨，使其平整光滑，形成绝缘层。
其中，聚丙烯绝缘料的熔融温度大约在165-170℃之间，在绝缘层成型模具中注入聚丙烯绝缘料后以10℃/min的速率进行升温，升温到180℃-200℃时恒温使其熔融为一体。相对于交联聚乙烯材料，聚丙烯的热导率较低，降温过程中应采用分段逐级降温以保证其绝缘性能。先以5℃/min的速率进行降温，降温到110℃-130℃后保温10min-20min，之后自然冷却后拆除模具。
步骤f.外半导电层恢复：安装外半导电料成型模具，当预热外半导电料成型模具至能够使半导电料熔融温度时，向外半导电料成型模具内注入与电缆的外半导电层相同材质的熔融状的半导电料，以使得半导电料充满外半导电料成型模具，然后进行升温以使得注入的半导电料与原电缆外半导电层、以及凝固的绝缘料之间相互熔融。待温度冷却后拆除模具，用电缆专用清洁纸再次清洁外半导电层表面。
实施例1
本发明的实施例中，聚丙烯电缆接头的结构尺寸参考了XLPE的220kV等级电缆的结构尺寸来进行详细说明。
环境友好、非交联型220kV聚丙烯绝缘电缆模塑式绝缘接头的模塑制造方法主要包括以下步骤：
步骤a.去除待连接两个电缆的一端的外护套、金属套，保留阻水缓冲带。
步骤b.电缆预处理：
处理外半导电层：外半导电层4断口与电缆轴线垂直、平整，外半导电层4断口处用刀削出坡口，长度约120mm，用砂纸将坡口打磨至平滑。
处理绝缘层：削出绝缘本体长度约100mm，再将绝缘层3断口剥削成铅笔头形状即平滑过渡的斜坡状，铅笔头形状的长度宜为30mm，用不同规格的砂纸将电缆绝缘层3表面打磨平整光滑，不得带有划痕和导电颗粒等缺陷。绝缘层3表面和外半导电层4要精细打磨，绝缘层3和外半导电层4过渡要平滑。
处理内半导电层：开剥出导体1线芯，保留约80mm的内半导电层2。
步骤c.导体1恢复：导体1尺寸核定、对中后，逐层展开导体；使两端电缆左右、上下平行在同一水平面上，支撑牢固不走位、不晃动，两端电缆同心轴相差不能大于0.2mm。导体1连接采用放热焊接技术，该技术的优势在于两个电缆中的导体等径、低电阻、高强度、持久可靠的电气连接，导体焊接点5永不老化，且可经受起故障电流冲击和长期大电流运行。铜芯熔接，修复处电缆可弯曲、无需担心电缆拖动造成影响。焊接后对表面进行精细打磨，确保外径一致、无松散、表面无毛刺及尖角；用电缆清洁纸将导体表面清洗干净并烘干。
步骤d.内半导电层2恢复：用半导电布缠绕导体线芯的熔接部分，在导体线芯的熔接部分处安装内半导电层成型模具，当预热内半导电层成型模具至能够使半导电料熔融温度时，向内半导电层成型模具内注入与电缆的内半导电层相同材质的熔融状的半导电料，进行升温以使得原电缆内半导电层与注入的半导电料之间相互熔融，待温度冷却后拆除内半导电层成型模具，打磨凝固后的半导电料表面至与原电缆的内半导电层一致。
步骤e.绝缘层3恢复：精准定位待接续电缆后，在导体线芯的熔接部分处安装绝缘层成型模具。当预热绝缘层成型模具至能够使聚丙烯熔融温度时，向绝缘层成型模具的腔内注入与主绝缘层相同材质的熔融状的聚丙烯绝缘料，进行升温以使得注入的聚丙烯绝缘料与电缆的主绝缘层的断面、及凝固后的内半导电料之间相互熔融成一绝缘整体。待温度冷却后拆除绝缘料成型模具，之后分别用细砂纸、极细砂纸沿着绝缘层表面做环向打磨使其平整光滑，接头绝缘层厚度约为25mm。其中，聚丙烯绝缘料的熔融温度大约在165-170℃之间，在绝缘层成型模具中注入聚丙烯绝缘料后以10℃/min的速率进行升温，升温到180℃时保持恒温使其熔融为一体。相对于交联聚乙烯材料，聚丙烯的热导率较低，降温过程中应采用分段逐级降温以保证其绝缘性能。先以5℃/min的速率进行降温，降温到120℃后保温20min，之后再自然冷却至室温后拆除模具。
步骤f.外半导电层4恢复：安装外半导电料成型模具，当预热外半导电料成型模具至能够使半导电料熔融温度时，向外半导电料成型模具内注入与电缆的外半导电层相同材质的熔融状的半导电料，以使得半导电料充满外半导电料成型模具，然后进行升温以使得注入的半导电料与原电缆外半导电层、以及凝固的绝缘料之间相互熔融。待温度冷却后拆除模具，用电缆专用清洁纸再次清洁外半导电层表面。

Claims (9)

1.一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a.去除待连接两个电缆的一端的外护套和金属套，保留阻水缓冲带；
步骤b.将电缆的外半导电层、绝缘层与内半导电层进行预处理；
步骤c.将位于同一水平面上的两个电缆的导体采用放热焊接技术进行连接；
步骤d.在焊接位置处设置内半导电层；在内半导电层处采用聚丙烯绝缘料形成绝缘层；在绝缘层上采用半导电料形成外半导电层。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，步骤b的具体过程为：将外半导电层断口处设置坡口；去除电缆绝缘层，露出绝缘本体；开剥出导体线芯，保留内半导电层。
3.根据权利要求2所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，露出的绝缘本体的长度为60mm-180mm，坡口长度为80mm-200mm，内半导电层的长度为40mm-160mm。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，步骤c中在焊接位置处设置内半导电层的具体过程如下：
用半导电布缠绕导体线芯的焊接位置，在导体线芯的焊接位置处安装内半导电层成型模具，当预热内半导电层成型模具至半导电料熔融温度时，向内半导电层成型模具内注入与电缆的内半导电层相同材质的熔融状的半导电料，进行升温，使得电缆内半导电层与注入的半导电料熔融，形成内半导电层。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，步骤c中在内半导电层处采用聚丙烯绝缘料形成绝缘层的具体过程如下：在内半导电层处安装绝缘层成型模具，当预热绝缘层成型模具至聚丙烯熔融温度时，向绝缘层成型模具的腔内注入与主绝缘层相同材质的熔融状的聚丙烯绝缘料，进行升温，以使得注入的聚丙烯绝缘料与电缆的主绝缘层的断面及凝固后的内半导电料熔融，降温，形成绝缘层。
6.根据权利要求5所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，升温时，以10℃/min的升温速率升温到180℃-200℃。
7.根据权利要求5所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，降温的具体条件为：先以5℃/min的速率降温到110℃-130℃后保温10min-20min，之后自然冷却。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯220kV模塑电缆接头的制作方法，其特征在于，步骤d中，在绝缘层上采用半导电料形成外半导电层的具体过程如下：在绝缘层上安装外半导电料成型模具，当预热外半导电料成型模具至半导电料熔融温度时，向外半导电料成型模具内注入与电缆的外半导电层相同材质的熔融状的半导电料，然后进行升温使得注入的半导电料与原电缆外半导电层、以及凝固的绝缘料熔融，形成外半导电层。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的聚丙烯220kV模塑电缆接头。
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